Лекции по информатике Лекция Введение в информатику Термин "информатика" (франц informatique)

Вид материала

Подобный материал:

1 2 3

2.2. Понятие IBM PC-совместимых компьютеров, история их создания; принцип "открытой архитектуры" ПК

Большинство (более 90%) современных компьютеров является IBM PC-совместимыми персональными компьютерами. Эти компьютеры называются IBM PC-совместимыми, поскольку они совместимы с компьютером IBM PC, разработанном в 1981 г. крупнейшей в мире компьютерной фирмой IBM. Слово “совместимость” здесь означает:

программную совместимость — все программы, разработанные для IBM PC, будут работать и на всех IBM PC-совместимых компьютерах;
в значительной степени — и аппаратную совместимость: подавляющее большинство устройств для компьютеров IBM PC и более новых версий (IBM PC XT, IBM PC AT и т.д.) годятся и для современных компьютеров. Правда, обычно древние устройства (пяти- или десятилетней давности) в современных компьютерах не применяются, так как они давно уже морально устарели.

А слово “персональный” означает, что этот компьютер рассчитан на одновременную работу с одним пользователем (большие компьютеры, как правило, поддерживают одновременную работу многих пользователей).

Открытость архитектуры. Важнейшую роль в развитии IBM PC-совместимых компьютеров сыграл заложенный в них фирмой IBM принцип открытой архитектуры. Фирма IBM сделала компьютер не единым неразъемным устройством, а обеспечила возможность его сборки из независимо изготовленных частей аналогично детскому конструктору. При этом методы сопряжения различных частей компьютера IBM PC и подсоединения к нему внешних устройств не только не держались в секрете, но были доступны всем желающим. Поэтому производить комплектующие и внешние устройства для IBM PC смогли не только отобранные IBM фирмы, а все желающие, а скоро сотни фирм стали осуществлять сборку и самих компьютеров (то есть IBM РС-совместимых компьютеров). Через пару лет IBM стала не монополистом в выпуске разработанных ею компьютеров, а одной из тысяч конкурирующих между собой фирм. Причем многие сборщики стали не только перенимать Достижения фирмы IBM, но и внедрять многие технические новинки раньше IBM. И даже термин “IBM PC” обычно используется в смысле “IBM PC-совместимый компьютер”, а не как название компьютера, произведенного самой фирмой IBM.

Но то, что пошло во вред фирме IBM, самым благоприятным образом сказалось на рынке IBM PC-совместимых компьютеров. Конкуренция тысяч сборщиков компьютеров, производителей комплектующих и программного обеспечения привели к стремительному росту возможностей компьютеров, предназначенных для них устройств и программного обеспечения и снижению цен на них.

Развитие компьютеров типа IBM PC осуществляется многими конкурирующими фирмами. К числу весьма популярных и известных фирм-производителей ПК относятся американские: Compaq Computer, Apple, Dell, DEC, Hewlett Packard, английские -Spectrum, Amstrad, японские - Toshiba, Panasonic и др.

В результате поглощения в январе 1998 г. фирмой Compaq фирмы Diqital Equipment Corporation (DEC) за 9, 6 млрд. дол. фирма Compaq вышла на второе место в мире по производству "железа", т. е. компьютеров.

Специалисты утверждают, что сейчас наибольшее влияние на развитие компьютеров типа IBM PC оказывают не сама эта фирма, а фирма Intel - производитель микропроцессоров и фирма Microsoft, как разработчик операционной системы MS DOS, графической операционной системы Windows и многих прикладных программ.

По сообщению прессы, за 1997 г. во всем мире было продано около 80 млн. ПК, что на 15% превышает аналогичный показатель 1996 г., при этом 70% проданных во всем мире ПК пришлось на долю таких фирм, как Compaq Computer, Dell, IBM и Hewlett Packard.

2.3. Устройство Персонального компьютера

Структура Персонального компьютера

На рис.33. приведена структурная схема ПК Структура компьютера – это некоторая модель, устанавливающая состав, порядок и принципы взаимодействия входящих в него компонентов.

Рис. 33. Структурная схема ПК

Основные устройства ПК

1. Монитор
2. Материнская плата
3. Процессор
4. IDE-слот
5. Оперативная память
6. Платы расширения (видео, звуковая, и др.)
7. Блок питания
8. Привод для дисков (CD/ DVD)
9. Винчестер
10. Клавиатура
11. Мышь

Рис. 34. Расположение основных устройств, входящих в состав ПК.

В ПК входят следующие основные устройства.

Микропроцессор

Центральная часть ПК, предназначенная для управления работой всех блоков машины и реализации арифметических и логических операций над информацией, носит название микропроцессора (точнее было бы сказать центрального процессора или основного микропроцессора (МП).

Конструктивно МП представляет собой небольшую (в несколько сантиметров) электронную микросхему.

В состав МП, в свою очередь, входят следующие устройства:

устройство управления (УУ) - формирует и подает во все блоки машины в нужные моменты времени определенные сигналы управления (управляющие импульсы), обусловленные спецификой выполняемой операции и результатами предыдущих операций; формирует адреса ячеек памяти, используемых выполняемой операцией, и передает эти адреса в соответствующие блоки ПК;
арифметико-логическое устройство (АЛУ) - выполняет арифметические и логические операции над числовой и символьной информацией (в некоторых моделях ПК для ускорения выполнения операций к АЛУ подключается –дополнительный математический сопроцессор);
микропроцессорная память (МПП) - обеспечивает кратковременное хранение, запись и выдачу информации, непосредственно используемой в вычислениях в ближайшие такты работы компьютера. Состоит из регистров высокого быстродействия. Регистры – быстродействующие ячейки памяти различной длины (в отличие от ячеек ОП, имеющих стандартную длину 1 байт и более низкое быстродействие);
интерфейсная система микпроцессора - обеспечивает сопряжение и связь с другими устройствами ПК. Включает в себя внутренний интерфейс МП, буферное запоминающее устройство (регистры); схемы управления портами ввода/вывода и системной шиной.

Интерфейс (interface) – совокупность средств сопряжения и связи устройств компьютера, обеспечивающая их эффективное взаимодействие.

Порт ввода-вывода (I/O – Input/Output port) – аппаратура сопряжения, позволяющая подключить к микропроцессору другое устройство ПК.

Микропроцессор умеет выполнять сотни различных операций и делает это со скоростью в несколько десятков и даже сотен миллионов операций в секунду.

В ПК используются МП фирмы Intel, а также фирм AMD, Cyrix, IBM и др.

МП фирмы Intel, применяемые в ПК, таковы: Intel-8088, 80286, 80386 (модификации SX и DX, 80486 (модификации SX, SX2, DX, DX2, DX4), Pentium и Pentium Pro (приведены в порядке возрастания производительности.).

Разница в производительности этих микропроцессоров очень велика. Так, МП Pentium Pro быстрее МП Intel-8088 (на котором был основан исходный вариант компьютера IBM-PC и модель IBM-PC XT) в несколько тысяч раз.

Одинаковые модели микропроцессоров могут иметь разную тактовую частоту – чем выше тактовая частота, тем выше производительность и цена МП. Тактовая частота измеряется в МГц.

Тактовая частота указывает скорость выполнения элементарных операций внутри МП. Однако, разные модели МП выполняют одни и те же команды (например, сложение) за разное число тактов. Чем более современная модель МП, тем, как правило, меньше тактов требуется МП для выполнения одних и тех же команд.

Генератор тактовых импульсов создает последовательность электрических импульсов, частота которых определяет тактовую частоту машины.

Промежуток времени между соседними импульсами определяет время одного такта работы машины Частота генератора тактовых импульсов - важная характеристика ПК, т.к. от нее зависит скорость работы ПК, поскольку каждая операция в машине выполняется за определенное количество тактов.

Системная шина – это основная интерфейсная система компьютера, обеспечивает сопряжение и связь всех устройств ПК между собой. Она включает:

кодовую шину данных - провода и схемы сопряжения для параллельной передачи всех разрядов числового кода операнда;
кодовую шину адреса - провода для передачи всех разрядов кода адреса ячейки оперативной памяти или порта ввода/вывода;
кодовую шину команд - для их передачи во все блоки машины;
шину питания - провода и схемы сопряжения для подключения блоков ПК к системе энергопитания.

Все блоки (а точнее их порты ввода/вывода) подключаются к шине через унифицированные разъемы непосредственно или через специальные устройства - адаптеры (контроллеры).

Управление системной шиной осуществляется микропроцессором непосредственно или через контроллер шины. Обмен информацией между системной шиной и внешними устройствами выполняется с использованием ASCII-кодов.

В современных компьютерах обычно используются две шины:

шина ISI для контроллеров низкоскоростных устройств (то есть для обмена данными с клавиатурой, мышью, дисководами для дискет, модемом, звуковой картой и т.д.);
шина PCI для обмена данными с высокоскоростными устройствами – (жесткими дисками, видеоадаптером и т.д.).

Важнейшими характеристиками системной шины являются:

количество обслуживаемых устройств;
пропускная способность, которая, в свою очередь, зависит от разрядности шины (8, 16, 32, 64) и тактовой частоты, на которой она работает.

Контроллеры или адаптеры - это электронные схемы, управляющие различными устройствами компьютера. Некоторые контроллеры (например, контроллер дисков) могут управлять сразу несколькими устройствами. Во всех ПК имеются контроллеры для управления клавиатурой, монитором, дисководами для дискет, жестким диском и т.д.

Основная память служит для хранения и оперативного обмена информацией МП с прочими блоками Она включает постоянное 3У (ПЗУ) и оперативное 3У (ОЗУ)

Постоянное запоминающее устройство хранит неизменяемую информацию, заносимую в него в процессе изготовления ПК. Оперативное ЗУ энергозависимое, то есть данные в нем стираются при отключении питания

Кэш-память – Для ускорения доступа к оперативной памяти на быстродействующих компьютерах используется специальная сверхбыстродействующая кэш-память. Она является буфером между ОП и МП и хранит копии наиболее часто используемых участков оперативной памяти. При обращении МП к памяти сначала производится поиск нужных данных в кэш-памяти. Поскольку время доступа к кэш-памяти в несколько раз меньше, чем к ОП, а в большинстве случаев необходимые МП данные уже содержатся в кэш-памяти, среднее время доступа к памяти уменьшается.

Регистры КЭШ-памяти недоступны для пользователя, отсюда и название КЭШ (Cache), что в переводе с английского означает “тайник”.

Внешняя память - это устройства ПК для долговременного хранения любого вида информации (программ и данных). Чаще всего она выступает в виде накопителей на жестких и гибких магнитных дисках (ЖМД, ГМД); накопителей на кассетной магнитной ленте (стримеры) накопителей на компакт-дисках (CD-ROM),

Источник питания - это блок, преобразующий электропитание сети в постоянный ток низкого напряжения, подаваемый на электронные схемы компьютера;

Таймер - внутримашинные электронные часы с аккумуляторным питанием, работающие независимо от наличия электропитания сети,

Внешние устройства - набор различных устройств, от состава и характеристик которых во многом зависят возможности и эффективность работы ПК

По назначению внешние устройства подразделяются на:

устройства внешней памяти;
диалоговые средства пользователя (дисплей, устройство речевого ввода/вывода информации и др.).
устройства ввода (клавиатура, графический планшет, сканер, манипуляторы "мышь", джойстик /рычаг/, трекбол /шар в оправе/, световое перо и др.); сенсорные экраны.
устройства вывода (принтеры и плоттеры);
устройства связи и телекоммуникации (сетевые платы, модемы, факс-модемы, мультиплексоры передачи данных и др.).

Дополнительные устройства

К системной шине и к микропроцессору могут также подключаться и дополнительные устройства в виде математического сопроцессора, сопроцессора ввода/вывода и др.

Математические сопроцессоры

Математические сопроцессоры (МС) являются специализированными модулями, работающими совместно с центральным процессором и выполняющими математические операции. Наличие МС в компьютере позволяет ускорить исполнение прикладных программ.

Приобретая МС, необходимо убедиться, что применяемая прикладная программа может распознавать и использовать МС. Такие компоненты, как видео, графические и дисковые контроллеры, графические приложения, пакеты иллюстративной графики требуют использования МС.

Особенно интенсивно МС устанавливались на модели ПК с процессорами 80286 и 80386. Компьютеры с МП 486 и Pentium настолько мощные, что установка на МС не дает ощутимого эффекта при реализации многих задач "прямого счета".

Однако в будущем МС найдут свое применение в высокопроизводительных суперкомпьютерах с векторной, матричной и иными типами организации вычислительных процессов

2.4. Элементы конструкции ПК

В минимальной конфигурации ПК конструктивно состоит из системного блока, монитора и клавиатуры

Сам же системный блок обычно включает в себя системную плату, блок питания, накопители на дисках, разъемы для подключения дополнительных устройств, платы расширения с адаптерами внешних устройств.

Для каждого внешнего устройства в компьютере имеется электронная схема, которая им управляет. Эта схема называется контроллером, или адаптером. Некоторые контроллеры (например, контроллер дисков) могут управлять сразу несколькими устройствами.

Все контроллеры и адаптеры взаимодействуют с микропроцессором и оперативной памятью через шину.

Каждая плата представляет собой плоский кусок пластика, на котором укреплены электронные компоненты (микросхемы, конденсаторы) и различные разъемы. Внутри электронной платы проложены проводники для соединения смонтированных на плате компонент между собой.

Системная плата

Системная (или материнская) плата представляет собой плоский лист фолъгированного стеклотекстолита, на котором располагаются основные электронные элементы ПК; микропроцессор, математический сопроцессор; генератор тактовых импульсов; блоки (микросхемы) ОЗУ и ПЗУ; адаптеры клавиатуры, НЖМД, НГМД, таймер; контроллер прерываний

Плата имеет обычно многослойную структуру (листы стеклотекстолита с нанесенным рисунком из медной фольги соединяются вместе). Как правило, платы покрыты защитным лаком зеленого цвета. Иногда системная плата содержит лишь основные узлы, а элементы связи с периферийными устройствами (монитором, накопителями и др.) располагаются на отдельных печатных платах, называемых дочерними или платами расширения. Системную плату в этом случае называют материнской.

Ни один из элементов системной платы (даже микропроцессор) полностью не определяет возможности компьютера, а работоспособность системы зависит практически от любого из них.

Платы расширения

Платы расширения (другое их название слоты расширения) устанавливаются на материнскую плату и служат для подключения к шине дополнительных электронных устройств.

Наиболее важными типами плат расширения для современных ПК являются видеоадаптеры (графические ускорители), мульти-плата, внутренние модемы и факс-модемы, звуковые платы, адаптеры ЛВС.

При необходимости создания особой конфигурации для выполнения специальных функций и решения специальных задач, помимо перечисленных, используются платы управления сканером, стримером, платы интерфейса SCSI. Видео ввода, управления световым пером, расширения памяти, ускорителей трехмерной графики, платы акселераторов (транспьютеры, нейроускорители) и др.

При односвязном интерфейсе все блоки ПК связаны друг с другом через общую, или системную шину. Такой вариант принят в большинстве IBM PC и им подобных ПК.

В качестве системной шины в разных ПК используются либо шины расширений, либо локальные шины. В группе шин расширений, позволяющих подключать большое число разнообразных устройств, наиболее известны ISA, EISA, MCA.

Последняя из названных в группе этих шин - шина MCA - это 32-разрядная, с пропускной способностью 76 Мбайт/с рассчитана на применение в ПК PS/2

Наибольшее распространение в современных ПК нашли шины, которые подключаются непосредственно к шине микропроцессора и обеспечивают связь с такими скоростными устройствами, как основная и внешняя память, видеосистемы и др.

Внешняя память

В ПК устройства внешней памяти, или внешние запоминающие устройства, весьма разнообразны. Они подразделяются по типу конструкции, вид носителя, методу доступа к информации, по принципу записи/считывания информации и т. п. (рис. .1.). Основное предназначение внешней памяти - длительное надежное хранение больших объемов информации.

В зависимости от типа носителя различаются накопители на магнитной ленте (стримеры) емкостью 8-24 Гбайт и накопители на магнитных дисках. Магнитная лента - носитель последовательного доступа, диски - носители информации с прямым доступом.

В различных моделях ПК может одновременно использоваться несколько различных видов накопителей на дисках. В их числе: накопители на гибких магнитных дисках (на дискетах, или. иначе, на флоппи-дисках), накопители на постоянных жестких магнитных дисках ("винчестер"), накопители на сменных жестких магнитных дисках; накопители на сменных компакт-дисках (CD-ROM); накопители на магнитооптических дисках и др.

Жесткий диск. Жесткие диски связаны с центральной частью компьютера через контроллер жесткого диска, который, в свою очередь, подсоединен к микропроцессору. При установке указывается тип жесткого диска, и он немедленно начинает поддерживаться операционной системой. Некоторые жесткие диски обслуживаются посредством инсталлируемых драйверов устройств.

При установке диска в свободный отсек системного блока к нему подключаются два кабеля, один - от источника питания к диску, другой - от диска к дисковому контроллеру. Для компьютеров с МП выше 80286 после установки дисковода жесткого диска нужно запустить программу настройки компьютера (setup).

Эта программа сохраняет подробную информацию о диске в специальной области памяти CMOS, подпитываемой от батарейки.

Каждый раз при загрузке компьютера эта информация сравнивается с информацией о типе жесткого диска, полученной при выполнении служебной программы POST (power-on self test). Количество и допустимые типы жестких дисков зависят от особенностей компьютера, дискового контроллера и типов дисководов.

Большинство жестких дисков физически отделено от системной платы и дискового контроллера что позволяет заменять один из этих компонентов, не затрагивая другого.

Физические свойства диска Накопитель на жестком диске представляет собой устройство, включающее один или несколько дисков, изготовленных из сплавов алюминия или из керамики, покрытых ферролаком и вместе с блоком магнитных головок записи/считывания помещенных в герметически закрытый корпус

Информация на магнитный диск записывается и считывается магнитными головками вдоль концентрических окружностей - дорожек (треков), Каждая дорожка разбивается на сектора, обычно размером по 512 байт Общую емкость дискового накопителя можно вычислить, умножая размер сектора (512 байт) на количество секторов на дорожке, количество дорожек на носителе и количество поверхностей, содержащих пользовательские данные.

Обмен данными между диском и основной памятью осуществляется последовательно целым числом секторов. Другой термин, использующийся при описании дисков, - кластер. Кластер - это минимальная единица размещения информации, состоящая из одного или нескольких смежных секторов дорожки.

При записи и чтения информации магнитный диск вращается вокруг своей оси, а механизм управления магнитной головкой подводит ее к дорожке; выбранной для записи/чтения информации.

Для пакетов магнитных дисков вводится понятие "цилиндр" Цилиндр - это совокупность дорожек магнитного диска, находящихся на одинаковом расстоянии от его центра

Параметры диска, интересующие пользователя При работе с большими объемами данных, хранящимися на жестком диске, пользователя, помимо емкости диска, интересуют такие характеристики, как скорость передачи данных и время доступа.

Скорость (интенсивность) передачи данных - максимальная потенциальная скорость, с которой можно получать данные, т. с количество данных, переданное с диска в контроллер за одну секунду.

Для большинства дисков с интерфейсом EIDI интенсивность передачи данных находится в пределах от 10 до 20 Мбайт/с, а для дисков SCSI - от 32 до 40 Мбайт/с

Другая характеристика диска - время доступа - различными изготовителями интерпретируется по-разному. Чтобы понять эти различия, рассмотрим последовательность событий при запросе данных с жесткого диска. Контроллер дает указание жесткому диску переместить головку на нужную дорожку. Движение головки занимает определенное время, называемое временем поиска. После подвода головки к нужной дорожке головка останавливается и затем гасятся ее колебания. Время, требуемое для этого, называется временем установки. Когда головка готова принимать данные, она должна дождаться, чтобы нужный сектор оказался непосредственно под ней. Этот период ожидания называется временем ожидания вращения.

Изготовители обычно указывают среднее время доступа для своих жестких дисков, т.е. среднее время, которое компьютер тратит до начала чтения данных. Для более старых жестких дисков среднее время доступа составляет 80 мс, для новых высокоемкостных накопителей - менее 10 мс.

Накопитель характеризуется также формой и высотой.

Основными критериями при выборе жесткого диска являются: объем хранимой информации, интерфейс, среднее время доступа, размер диска; среднее время безотказной работы, цена.

Форматирование дисковых носителей. Чтобы магнитная головка чтения/записи дисковода могла правильно ориентироваться на диске, его магнитное покрытие должно быть размечено на концентрические дорожки, а дорожки - на секторы. Фактически сектор - это минимальный объем данных, который может быть прочитан или записав дисковым контроллером. Процесс разметки магнитного диска состоят в записи специальной программой на его поверхность секторных меток и идентификационных номеров. Называется такой процесс физическим, или низкоуровневым, форматированием (physical formatting, low-level formatting).

В ходе выполнения процедуры физического форматирования контроллер записывает на диск служебную информацию, которая определяет разметку цилиндров диска на сектора и нумерует их. Как правило, структура формата включает в себя байты синхронизации, указывающие на начало каждого сектора, идентификационные заголовки, состоящие из номеров головки, сектора и цилиндра, а также байты циклического контроля четности и коды, предназначенные для обнаружения ошибок. Форматирование низкого уровня обеспечивает также маркировку дефектных секторов для исключения обращения к ним в процессе эксплуатации диска.

Для повышения эффективности работы жесткий диск желательно разбить на несколько логических разделов и затем создать системную область диска, для чего применяется логическое, или высокоуровневое, форматирование.

Системная область диска состоит из трех частей: загрузочной записи, таблицы размещения файлов и корневого каталога. В ней не могут храниться файлы данных.

Загрузочная запись (Boot Record) размещается на каждом диске в нулевом секторе. Она содержит данные о формате диска, а также короткую программу, используемую в процедуре начальной загрузки операционной системы.

При каждом первоначальном включении компьютера загрузочный код из загрузочной записи диска считывается программой начального загрузчика ROM BIOS (записанной на ПЗУ базовой системы ввода/вывода) компьютера и получает управление после включения компьютера. Если диск является системным, происходит загрузка операционной системы, в противном случае загрузочная программа выводит на дисплей сообщение, что диск не является системным.

Таблица размещения файлов FAT (File Allocation Table) находится после загрузочного сектора и содержит описание физического расположения всех файлов на диске, за FAT следует ее точная копия.

Корневой каталог (Root Directory) всегда находится за копией FAT, и количество записей в нем никогда не превышает определенной величины.

Корневой каталог состоит из ограниченного количества записей, каждая из которых содержит информацию о файле или подкаталоге, и может также включать одну запись с меткой диска. В списке файлов” доступных из корневого каталога, присутствуют записи с разными атрибутами, например файлы с атрибутом "Каталог" (Dir), то есть подкаталоги. В каталоге хранятся и номера начальных кластеров файлов, необходимые для того, чтобы начать "отслеживание" кластеров файлов по цепочке номеров в ячейках FAT.

Форматирование гибкого диска. Форматирование гибких, или флоппи-дисков выполняется форматирующими программами за один заход

При форматировании все данные с диска стираются. Потеря данных из-за случайного форматирования дискеты - довольно распространенная ошибка пользователя Для предотвращения таких потерь разработана специальная сервисная программа Format, реализующая метод безопасного форматирования Суть метода в том, что секторные метки на дорожках дисков не переписываются, а лишь тестируются на целостность Это отнимает меньше времени и фактически сохраняет все дисковые данные, правда, занимаемое ими место объявляется свободным, но предварительно программа безопасного форматирования старается сделать на свободном участке диска копию системной области, оригинал которой будет затерт.

Магнитооптические диски. Магнитооптические диски (МОД - СС-Е и СС Wonn) не рассчитаны на универсальное использование, но они обладают хорошими возможностями” когда требуется безопасное и надежное средство для хранения сотен мегабайт данных МОД могут применяться в графических и аудиовизуальных системах, где требуется простой обмен очень большими файлами МОД могут также оказаться удобным средством для резервирования данных, особенно в сетевых системах. На одном диске может храниться больше информации, чем на самых больших жестких дисках. Более того, возможность перезаписи дисков позволяет им встраиваться в резервирующие системы, в которых носитель периодически обновляется. По сравнению с ленточным носителем восстановление файлов с МОД производится легко и быстро.

Магнитооптические диски могут также служить прекрасным средством для архивирования. Данные, записанные на них, надежно сохраняются при длительном хранении, поскольку МО-носитель практически не подвержен самоистиранию и выдерживает воздействие внешних магнитных полей.

В некоторых системах МО-устройства могут заменить жесткие диски в качестве первичной системы массовой памяти. При наличии программ кэширования производительность МОД может быть доведена почти до уровня привычного жесткого диска.

Емкость современных магнитооптических дисков доходит до 2, 6 Гбайта, а в ближайшие годы ожидается ее увеличение вдвое.

Диски CD-ROM.

Рис. 35. Сравнение плотности записи на CD и DVD.

Главное достоинство лазерно-оптических, или компакт-дисков CD-ROM (серебряных дисков) в том, что их огромная емкость сочетается с простотой обращения с ними. На CD-ROM обычно хранится около 650 Мбайт данных, но есть диски емкостью около 1, 5 Гбайт, Эти данные могут быть чем угодно, от простого текста до компьютерных изображений, программ и так далее.

Цифровые данные на CD-ROM закодированы в виде последовательности битов, представленных наличием или отсутствием углублении, выжженных на поверхности CD. Поверхность CD блестящая и хорошо отражает свет; углубления отражают плохо. Лазерный луч фокусируется на диске и отражается обратно на фотодетектор, который обнаруживает различие в яркости луча, отраженного от углублении и от неповрежденной поверхности.

Поскольку CD - носитель с бесконтактным считыванием, информационные углубления спрятаны под слоями материала самого диска и их никогда ничто не касается, кроме луча света, они не изнашиваются, а искажения в них появляются только при повреждении самого диска намеренно или по неосторожности.

Технология изготовления дисков такова. Сначала на машине изготавливается первый оригинал (мастер-диск). Мощный лазер выжигает углубления на чистом записываемом мастер-диске, т. е. изготавливается форма, которая затем используется для штамповки копий оригинального CD. Диски CD имеют только одну обрабатываемую сторону и более тонкий рельеф, нечувствительны к электромагнитным полям.

Устройства ввода

Клавиатура

Рис. 36. Разделение клавиатуры на области.

Области клавиатуры

1. Алфавитно-цифровая

2. Специальных клавиш <←>
…

3. Управления курсором.

4. Переключаемая (цифровая/ управления курсором). Режимы переключаются клавишей .

5. Функциональная – .

6. Индикаторов.

Предназначение некоторых специальных клавиш:

1. Esc - отмена, отказ.

2. Tab - табулирование.

3. Del - удаление символа справа от курсора.

4. ← - "забой", удаление символа слева от курсора.

5. Ins - клавиша переключения режима вставки / замены символов.

6. Home - перевод курсора в начало строки.

7. End - перевод курсора в конец строки.

8. PgUp - переход на страницу вверх.

9. PgDn - переход на страницу вниз.

10. Enter - клавиша ввода.

11. Break -прерывание.

12. Shift – смена верхнего / нижнего регистра при удержании.

13. Саps Lock - смена верхнего / нижнего регистра.

14. Print Screen – копирование текущего состояния экрана монитора в буфер обмена.

Клавиатура является стандартным и обязательным устройством ввода информации в компьютер. В техническом аспекте это устройство представляет собой совокупность механических датчиков, воспринимающих давление на клавиши и замыкающих тем или иным образом определенную электрическую цепь. Каждая клавиша имеет свой порядковый номер и при нажатии на клавишу происходит передача процессору кода этой клавиши. Интерпретация же символов и отображение их на экране монитора - задача специальных программ-драйверов и видеоадаптера.

Координатный манипулятор "мышь" Под термином "координатные манипуляторы" понимаются устройства покоординатного ввода информации. Наиболее распространенным типом манипулятора является мышь. Внешне этот манипулятор представляет из себя небольшую коробочку, свободно умещающуюся в руке с двумя или тремя клавишами и утопленным, свободно вращающимся в любом направлении, шариком на ее нижней поверхности Коробочка подключается к ПК через последовательный порт при помощи специального шнура При перемещении мыши по поверхности стола (обычно для этого используются небольшого размера коврики из прорезиненного материала) пользователь позиционирует указатель мыши (курсор в виде стрелки или прямоугольника) на экране дисплея и нажатием клавиши выполняет определенные действия. В графических средах мышь является основным средством задания команд

При работе с мышью пользователь нередко сталкивается с ситуацией, когда мышь начинает плохо отслеживать движение руки в как бы "пробуксовывает". Это возможно в случае загрязнения шарика и установленных внутри роликов. В этом случае нужно просто продуть шарик либо открыть нижнюю крышку мыши, сдвинув ее в направлении стрелки, и прочистить спиртовым раствором шарик, ролики и оси.

Другие типы манипуляторов. В ПК для игровых применений нередко применяется манипулятор джойстик (Joystick), представляющий собой подвижную короткую рукоятку с одной или двумя кнопками, при помощи которых можно позиционировать указатель на экране дисплея и выполнять соответствующие команды.

В портативных ПК в качестве манипулятора используются трекбол, трекпойнт, трекпад и другие устройства.

Трекбол (Track Ball) - прикрепляемое с помощью разъемов сбоку ПК устройство с пластмассовым шаром диаметром 15-20 мм, находящимся вверху. От движения пальца руки пользователя шар вращается по любому направлению и позиционирует курсор на экране. С помощью боковой и верхней клавиш задаются соответствующие команды.

Трекпойнт (Track Point) - специальная гибкая пластина на клавиатуре, прогиб которой в нужном направлении перемещает указатель (курсор) на экране дисплея.

Монитор

Монитор - составная часть любого компьютера, которое непосредственным образом влияет на характер взаимодействия пользователя и компьютера.

Основу монитора составляет электронно-лучевая трубка (ЭЛТ). Изображение на ней формируется из отдельных точек (пикселей). Чем меньше шаг (расстояние) между точками, тем более резким будет изображение на экране монитора. Различными компаниями изготавливаются ЭЛТ разных видов, но самыми распространенными являются ЭЛТ с теневой маской, с шагом от 0.28 мм и менее.

Разнообразие моделей, большое количество параметров затрудняют сравнительную оценку и выдачу рекомендаций по выбору монитора. Обычно в качестве оценочных показателей используют следующие: размер экрана; уровень разрешения; энергопотребление; эффект мерцания и степень бликования экрана, степень излучения экрана; надежность и обслуживание: стоимость.

При выборе монитора в первую очередь оценивается размер экрана Существуют модели мониторов с диагональю экрана 14, 15. 17 дюймов и более Пока на рынке доминируют мониторы с диагональю 15 и 17 дюймов, но отмечается тенденция перехода к моделям с 21 - дюймовыми экраном по диагонали и выше.

Важным моментом является возможность работы с адаптером высокой разрешающей способности (VGA, SVGA и выше). Сейчас большинство ПК комплектуется мониторами с разрешающей способностью 800х600 пикселей и выше.

Рис. 38. Соотношение между стандартными разрешениями монитора

Важным параметром монитора является его энергопотребление. Монитор считается соответствующим стандарту, если энергопотребление в режиме холостого хода составляет не более 30 Вт. В ряде моделей применяется режим приостановки работы, который обеспечивает дополнительную экономию электроэнергии, поскольку питание подастся только на микропроцессор монитора.

Мерцание экрана возникает из-за недостаточно высокой частоты регенерации строк и могут вызывать у пользователя утомление глаз и головную боль. Минимальным уровнем комфортности для глаза является частота не менее 60 Гц: европейским стандартом предусматривается частота в 85 Гц Идеальной можно считать частоту в 110 Гц, при которой изображение воспринимается полностью неподвижным.

Для снижения бликования экрана выполняется специальная антибликовая обработка, которая понижает яркость изображения, кроме того, используется специальный защитный экран.

Очень важен такой параметр монитора, как уровень излучения экран. Обеспечению безопасности работы на ПК сейчас придается большее значение, поскольку продолжительное воздействие электромагнитных излучений монитора оказывает отрицательное влияние на здоровье пользователя.

Международные организации, и прежде всего национальный шведский Совет по измерению и тестированию, разработали ряд стандартов экологической безопасности мониторов, например, MPR-П, ТСО'92, ТСО'95. Выпускаются мониторы с маркировкой LR - Low Radiation ("зеленые" мониторы с пониженной радиацией).

Перспективным направлением по улучшению эргономики мониторов является увеличение плоскости экрана.

Рассмотренные выше показатели не исчерпывают всех характеристик мониторов. Такие характеристики, как качество средств управления монитором, средства регулирования параметров, простота использования; дизайн и другие, не поддаются стандартизации и измерению, но их наличие непосредственным образом сказывается на выборе монитора.

Принтеры

Принтер - печатающее устройство, являющееся одним из наиболее важных периферийных устройств компьютера. С момента появления первых ПК технология печати изменилась, а число моделей принтеров исчисляется, видимо, не одной сотней.

Матричные принтеры печатают специальными иголочками, ударяющими по красящей ленте и таким образом рисующими некоторую комбинацию точек, которая и изображает собой букву или цифру. Они недороги, подразделяются на 9- и 24-игольчатые, последние дают неплохое качество, но работают они медленно и создают достаточно высокий уровень шума.

Рис. 39. Устройство лазерного принтера.

Принцип работы лазерных принтеров следующий. При работе компьютер передает информацию о странице, подлежащей печати, принтеру, а принтер помещает ее в свою память. Затем в соответствии с образом страницы лазер наводит электростатическое поле на отдельные участки пленочного покрытия цилиндрического барабана. Эти участки покрывается тонером (сухой краской) в местах изображения. При этом тонер также электрически заряжается от пленочного покрытия. В это время бумага, проходя вдоль электрического провода, получает от него статический электрический заряд противоположенного знака по отношению к заряду тонера. Принтер протягивает бумагу под барабаном. В результате тонер переносится на бумагу, так как противоположенные электрические заряды (тонера и бумаги) притягиваются друг к другу. После этого тонер вплавляется в бумагу и она выводится из принтера.

Четкость изображения при печати характеризуется разрешающей способностью принтера. Для цветной печати оно обычно составляет 300 или 600 dpi. Некоторые компании, например Laser Master, производят принтеры, у которых разрешение достигает 1200 и более точек на дюйм.

Достоинством лазерных принтеров являются качество печати, быстрота и тихая работа. Существенный их недостаток - высокая стоимость печати текста по сравнению с матричными принтерами.

Цветная печать на лазерном принтере обеспечивается следующим образом. Если рассматривать любое качественное цветное изображение в журнале и попробовать подсчитать количество цветов и оттенков, то окажется, что их довольно много На "самом деле имеются комбинации лишь четырех цветов - циана, пурпурного, желтого и черного, которые в мире печати называют СМУК. Смешиваясь, эти четыре цвета создают все многообразие цветов и оттенков.

Концепция СМУК применяется в лазерных принтерах двумя способами. В первом случае используются четыре картриджа (по одному для каждого цвета СМУК), каждый цвет наносится индивидуально, и бумага пропускается через печатный механизм четыре раза. Во втором случае используется один картридж, а тонер различных цветов подается из разных сопел.

Струйные (или чернильно-струйные) принтеры являются принтерами безударного типа, поскольку печатающая головка не касается ленты или листа, но, как и матричные, они образуют символы в виде последовательностей чернильных точек

Вместо красящей ленты струйные принтеры используют чернильные картриджи - емкости, содержащие запас чернил. Печатающая головка такого принтера имеет набор сопел, выбрызгивающих маленькие капли чернил. Попадая на бумагу, эти капли образуют символы. Подобно иглам матричной печатающей головки, сопла расположены вертикально

Струйные принтеры почти достигают качества печати лазерных принтеров, но если взять свежеотпечатанную на таком принтере страницу, изображение размажется. Кроме того, бумагу для струйной печати следует брать только чистыми и сухими руками.

Как при обычной четырехцветной печати струйные принтеры создают цвета из комбинации чернил четырех основных цветов. Некоторые цветные струнные принтеры используют отдельные картриджи для каждого из четырех цветов. Другие используют единый картридж с резервуарами для каждого цвета. Недостаток второго способа состоит в том, что когда заканчиваются чернила одного цвета, приходится менять весь картридж. Принтеры, работающие по технологии СМУК, могут печатать в цветном и в монохромном режимах.

Наибольший потребительский интерес представляют принтеры, чернильный картридж которых хорошо предохраняется во время простоя. Картриджи для струйной печати дороже лент матричных принтеров.

Сканеры

Рис. 40. Устройство планшетного сканера

Сканер - устройство, предназначенное для преобразования изображения на листе бумаги к виду, доступному для обработки на компьютере. Сканеры подразделяются на ручные и настольные (планшетные), черно-белые и цветные.

При применении ручного сканера (handy) пользователь равномерно перемещает по листу бумаги оптическое устройство считывания. Планшетные сканеры по внешнему виду напоминают малогабаритный ксерокс.

Основной характеристикой оценки сканера является разрешающая способность, т. е. чувствительность к мелким деталям воспроизводимого изображения. Чем выше разрешающая способность, тем точнее воспроизводится изображение оригинала.

С помощью сканера можно считывать как графические изображения, так и текстовую информацию. Для этих целей используются специальные программы, например Fine Reader, позволяющие преобразовывать текст в файлы с высокой производительностью и точностью, с распознаванием до 16 млн. оттенков.

Конструктивно сканеры состоят из двух частей - оптического считывателя и интерфейсной платы, подключаемой в свободный слот компьютера. Сканер может быть выбран в соответствии с выполняемой работой; если предполагается преобразование текстовых наборов в компьютерные файлы, а также отправка и прием сообщений по факс-модему, то удобным считается сканер с разрешающей способностью 300 точек на дюйм. При вводе сложной графической информации необходим сканер с разрешающей способностью 600 и 1200 точек на дюйм.

Модемы

В процессе своей деятельности пользователи нуждаются в доступе к данным, услугам и ресурсам, которые могут находиться на значительном удалении. Одним из простых способов доступа к информационным ресурсам является связь компьютеров путем использования модемов.

С помощью модема пользователь получает доступ к двум видам внешних услуг: информационным базам данных и электронной почте (e-mail). Чаще всего при работе с модемом используется телефонная сеть. При этом кроме модема пользователю для коммуникаций с удаленными компьютерными системами требуется специальное программное обеспечение

Модемы отличаются друг от друга своими возможностями. Основные отличия состоят в скорости передачи данных, возможности исправления ошибок, компрессии данных, возможности управления и обеспечения безопасности.

При выборе модема основным критерием является скорость передачи данных

Пользователь может приобрести внешний модем или специальную плату (внутренний модем), встраиваемую в компьютер.

Факс-модемы

В современных компьютерных системах все шире начинают применяться факс-модемы. Факс-модем - это соединение совместимого с факсом высокоскоростного модема, устанавливаемого на системной плате компьютера. Компьютер создает изображение или считывает его со сканера, плата же факса преобразует символы стандартных ASC-II файлов в графические символы, которые может воспринимать другой факс. На другом конце канала, когда сообщение будет принято, оно отображается на экране монитора, сохраняется в файле или печатается с помощью принтера. Компьютер может послать сообщение сразу нескольким адресатам, принимать и хранить их и отвечать на звонок, когда приходит факс.

Блоки бесперебойного питания

Источник бесперебойного питания (UPS) представляет собой систему для преодоления встречающихся в практике проблем, связанных с энергоснабжением оборудования:

падение напряжения в сети из-за повреждения, что приводит к потере или повреждению данных в оперативной памяти компьютера или невозможности нормальной эксплуатации электронных устройств;
кратковременное падение напряжения из-за включения мощных устройств (копировальных аппаратов, кондиционеров и т. п.), что может привести к перезагрузке компьютера, ошибкам при работе,
пиковое напряжение (неисправное оборудование, атмосферные электрические разряды и т. п.), приводящее к повреждениям электронных схем;
шумы (высокочастотные сигналы в каналах электропередачи),
плохое или неисправное заземление.

К основным параметрам; используемым для оценки устройства бесперебойного питания, относятся: архитектура устройства; выходная мощность; объем аккумулятора; форма выходного напряжения, поскольку блоки могут использоваться для работы со специализированным оборудованием, степень фильтрации входного напряжения; соотношение цена/качество, возможность самотестирования.

Цифровой фотоаппарат

Цифровой фотоаппарат — это устройство для фотографической фиксации изображений.

В плёночном фотоаппарате изображение получается при попадании на пленку света, отраженного от объекта в момент открытия затвора. Роль фиксирующего свет материала вместо пленки выполняет небольшая пластина со светочувствительными датчиками, называемыми «сенсорами» или «пикселями».

Матрица состоит из множества светочувствительных ячеек – пикселей. Ячейка при попадании на нее света вырабатывает электрический сигнал, пропорциональный интенсивности светового потока. Т.к. используется информация только о яркости света, картинка получается в оттенках серого.

Чтобы картинка была цветной, ячейки покрывают цветными фильтрами – в большинстве матриц каждый пиксель покрыт красным, синим или зеленым фильтром.

По так называемому шаблону Байера фильтры на матрице располагаются группами по четыре: G R B G

Рис. 41. Шаблон матрицы Байера.

Фильтр пропускает в ячейку лучи только своего цвета. Полученная картинка состоит только из пикселей красного, синего и зеленого цвета – именно в таком виде записываются файлы формата RAW (сырой формат).

Для записи файлов JPEG и TIFF процессор камеры анализирует цветовые значения соседних ячеек и рассчитывает цвет пикселей (цветовая интерполяция).

После обработки микропроцессором фотоаппарата данных, полученных от сенсоров, изображение сохраняется в виде файла на карте памяти или встроенной памяти камеры.

Главной характеристикой цифровой камеры является количество пикселей матрицы от 1 до 18 мегапикселей. Также следует обращать внимание еще и на размер светочувствительной матрицы.

Blog

Лекции по информатике Лекция Введение в информатику Термин "информатика" (франц informatique)