Учебно-методическое пособие Новочеркасск юргту (нпи) 2011 г. Удк 004 : 012 (076) ббк 32. 81 : 30. 18 я 73

Вид материала

Учебно-методическое пособие

Содержание Системный блок Примеч. ред. Материнская (системная) плата Центральный процессор (CPU) Быстродействие процессора Оперативная память Оперативная память Динамическая память EDORAM (Extended Data Output RAM — SDRAM (или SDR SDRAM - Single Data Rate SDRAM DDR SDRAM (Double Data Rate SDRAM DRDRAM (или просто RDRAM — Direct Rambus DRAM Статическая память Время доступа Накопители на гибких дисках Жесткий диск Блок питания Источники бесперебойного питания (UPS) Архитектура off-line. Архитектура on-line. ... Полное содержание

Подобный материал:

• Учебно-методическое пособие Новочеркасск юргту (нпи) 2011 г. Удк 004 : 012 (076) ббк, 1329.07kb.
• Учебно-методическое пособие Новочеркасск 2006 удк 004. 4 (07), 341.54kb.
• Практикум Новочеркасск юргту (нпи) 2010 удк 330 (075. 8) Ббк 65. 012. 1я73, 2097.42kb.
• Программно-технический комплекс Учебное пособие Новочеркасск юргту (нпи) 2010. Удк, 3911.73kb.
• Neural Network Wizard 7 учебно-методическое пособие, 702.9kb.
• Пособие предназначено для студентов специальности «Прикладная информатика (в экономике)», 1911.82kb.
• Учебно-методическое пособие Тольятти тгу 2011 удк 004. 3(075) ббк 32., 1091.77kb.
• Пособие предназначено для студентов, изучающих курсы «Экономики» и«Экономической теории», 4766.75kb.
• Учебное пособие к практическим занятиям по дисциплине «Физическая культура» Новочеркасск, 1055.75kb.
• Данное пособие предназначено для кураторов академических групп младших курсов, а также, 1695.39kb.

Системный блок

Системный блок является центральным компонентом персонального компьюте­ра. Внутри его корпуса находится вся основная электронная начинка компьюте­ра, включающая:

• системную плату с видеоадаптером;
  
• блок питания;
  
• накопители на жестких и гибких магнитных дисках.
  

Кроме того, в системном блоке размещают устройство для чтения компакт-дис­ков, звуковую плату, видеобластер, платы контроллеров (чипсетов) периферий­ных устройств, встроенный модем.

Посредством специальных кабелей с разъемами к системному блоку подсоеди­няются монитор, клавиатура, мышь, другие периферийные устройства.

В портативных моделях персональных компьютеров системный блок, монитор, клавиатура с трекболом¹ составляют единое целое.

¹ Манипулятор, заменяющий мышь в портативных компьютерах — Примеч. ред.

Современные компьютеры построены с использованием принципа открытой (мо­дульной) архитектуры. Такая структура позволяет легко менять их конфигура­цию, модернизировать устаревшие блоки и узлы, наращивать системные ресур­сы и производить ремонт путем замены отдельных функциональных элементов. В результате можно постепенно наращивать мощность и модернизировать персо­нальный компьютер, что на компьютерном сленге называется апгрейдом (upgrade).


Корпус

Корпуса системного блока компьютера изготавливаются двух типов:

• горизонтальный (desktop);
  
• вертикальный — (tower), включающий несколько вариантов: Mini-Tower,
  Midi-Tower, Big Tower, Super-Big-Tower, File Server.
  

На развитие систем мультимедиа рынок отреагировал выпуском специальных корпусов типа Multimedia. В последнее время появились корпуса, имеющие по­метку Low noise, которая означает, что компьютер в этом корпусе будет издавать мало шума. В основном это достигается за счет установки в блоке питания тихо­го вентилятора. Многие современные корпуса имеют на лицевой панели защит­ную крышку, предохраняющую дисковод для гибких магнитных дисков и другие устройства, которые имеют собственную переднюю панель, от попадания пыли.

При приобретении корпуса для персонального компьютера следует обращать внимание не только на его защитные и конструктивные особенности, но и учи­тывать возможность последующей модернизации компьютера. Если вы предпо­лагаете использовать в работе большое количество периферийных устройств, то покупайте корпус с мощным блоком питания, минимум 300 Вт.


Материнская (системная) плата

Материнская (системная) плата — основной элемент системного блока. В нее устанавливаются отдельные компоненты системного блока компьютера, поэтому ее качество во многом определяет надежность и скорость взаимодействия между различными узлами компьютера.

Материнская плата в значительной степени определяет конфигурацию ПК, как на момент ее покупки, так и при последующих модернизациях. На системной плате размещаются:

□ центральный процессор;

□ чипсеты (chipsets) — набор микросхем, включающих вспомогательные схемы и контроллеры, обеспечивающие связь центрального процессора с перифе­рийными устройствами;

• оперативная память (RAM);
  
• кэш-память;
  

□ микросхема ROM-BIOS;

□ аккумуляторная батарея;

• кварцевый генератор тактовой частоты;
  
• слоты (разъемы) для подключения плат расширения.
  

Размеры системной платы нормированы, и существует четыре основных типо­размера материнских плат: AT (устаревший), АТХ (наиболее распространенный), LPX и NLX. Часть из них имеет уменьшенные варианты формата (например, Baby AT или Micro ATX).

Общая производительность системной платы определяется не только тактовой частотой, но и количеством (разрядностью) данных, обрабатываемых в единицу времени центральным процессором, набором входящих в нее чипсетов, а также разрядностью и быстродействием шины обмена данных между различными уст­ройствами системной платы.


Центральный процессор (CPU)

Процессор (или микропроцессор, CPU) — это микросхема, которая производит все операции компьютера и осуществляет управление всеми системами и элемента­ми компьютера. Процессор — мозг компьютера, его командный центр «управле­ния полетами». Его главной задачей является получение команд от программы и их обработка (выполнение). Скорость (быстродействие) процессора в управле­нии информацией — главный фактор, от которого зависит эффективная работа большинства профессиональных графических программ, включая Adobe Photo­shop, 3D-Max, AutoCAD, In Design, CorelDRAW и др.

Традиционно главными характеристиками процессора считаются разрядность и тактовая частота (в обиходе тактовую частоту иногда называют скоростью процессора и компьютера). Однако указанные параметры недостаточно полно характеризуют процессор с точки зрения производительности. Необходимо также учитывать частоту внешней (системной) шины процессора (FSB), тип исполь­зуемого разъема (сокета), объем кэш-памяти и поддержку новых эффективных технологий обработки информации (например, Hyper-Threading).

В середине 2003 года используемые в ПК микропроцессоры имели следующие характеристики:

• тип - Intel (Pentium 4, Р4 Celeron) и AMD (Athlon XP, Duran);
  
• разрядность — 64;
  
• тактовая частота — 1000-3200 МГц;
  
• эффективная частота внешней (системной) шины процессора — 400-800 МГц.
  

Разрядность процессора

Внутри процессора есть области, которые называются регистрами. Они выпол­няют функции внутренней памяти, в которой процессор хранит обрабатываемые данные и команды. Компьютер может оперировать одновременно ограниченным набором единиц информации. Этот набор зависит от разрядности внутренних регистров. Разряд — это единица информации, измеряемая в битах. Если компь­ютер за один раз может обработать 8 битов информации, то регистр и, следова­тельно, процессор 8-разрядный, если 32 бита, то процессор 32-разрядный и т. д. Микропроцессоры Pentium 4 и Athlon XP являются 64-разрядными (в отличие от шины данных их адресная шина является 36-разрядной).

Быстродействие процессора

Быстродействие процессора определяется его тактовой частотой. Тактовая частота — это количество тактов в секунду. В применении к процессору такто­вая частота означает количество операций, которые процессор может выполнить в секунду. Иными словами, чем больше тактов или операций в секунду может выполнять процессор, тем быстрее он работает. Например, процессор с такто­вой частотой 40 МГц выполняет 40 миллионов операций в секунду, с частотой 1 ГГц — соответственно 1 миллиард операций в секунду.

Быстродействие процессора (тактовая частота) измеряется в мегагерцах (МГц) или гигагерцах (ГГц). Чем выше тактовая частота, тем быстрее работает процес­сор. Созданные по новейшим технологиям процессоры Pentium 4 и К7 (Athlon XP) способны поддерживать частоту до 3000 МГц (до 3 ГГц).

Оперативная память

Для обозначения оперативной памяти в литературе используют аббревиатуру ОЗУ — оперативное запоминающее устройство (или по-английски RAM — Random Access Memory — память с произвольным доступом).

Память является своего рода конвейером, который поставляет данные процес­сору и принимает их от него. Какой бы графический редактор вы ни использо­вали, одно остается неизменным: цифровые изображения при их обработке на компьютере способны занять всю вашу память. Количество и быстродействие памяти значительно влияют на работоспособность и производительность совре­менных компьютеров.

Оперативная память (ОЗУ, RAM) служит для того, чтобы хранить всю информа­цию, поступающую в компьютер во время его работы. Любая программа, с кото­рой мы собираемся работать, сначала записывается или, как говорят, «загружа­ется» в оперативную память. В памяти также хранятся все данные и результаты вычислений, производимые процессором во время выполнения программы.

Качество ОЗУ оценивается с помощью трех основных параметров:

• тип памяти;
  
• время доступа;
  
• объем.
  

Тип памяти

Несмотря на то, что существует много различных типов оперативной памяти, с точки зрения физического принципа работы их можно разбить на две группы: динамическая память (DRAM) и статическая память (SRAM).

Динамическая память

DRAM (Dynamically RAM) — это динамическая память с произвольным доступом к ячейкам данных. Каждая из ячеек может принимать состояния «1» и «О». Этот тип памяти используется собственно для реализации ОЗУ. Данные в ней могут храниться лишь ничтожные доли секунды, после чего они утрачиваются. Чтобы данные не пропадали, система должна постоянно обновлять содержимое дина­мической памяти, из-за чего страдает производительность и снижается макси­мально возможная скорость системы.

В настоящее время распространены четыре основные типы динамической памяти: EDORAM, SDRAM, DDR SDRAM и DRDRAM, которые организованы в виде модулей SIMM, DIMM, RIMM:

□ EDORAM (Extended Data Output RAM — память с расширенным выводом дан­ных) реализована в виде модулей памяти SIMM (односторонний модуль па­мяти). Она впервые появились в компьютерах с процессором 80486 и продол­жала использоваться в компьютерах с процессором Pentium. Впоследствии
этот тип памяти был вытеснен памятью на основе DIMM.

□ SDRAM (или SDR SDRAM - Single Data Rate SDRAM - одинарная скорость передачи данных) выпускается в виде модулей памяти DIMM (односторон­ний модуль памяти). Этот тип памяти используется и сегодня, хотя постепен­но вытесняется более новыми системами.

□ DDR SDRAM (Double Data Rate SDRAM — удвоенная скорость передачи дан­ных) сегодня активно вытесняет старый стандарт. Эта память позволяет пе­редавать два бита данных за один такт, что эквивалентно удвоению эффек­тивной частоты работы памяти. Обычно это подчеркивается в ее названии:
РС266 (266-133*2) и РСЗЗЗ (333-166*2). Сегодня этот тип памяти поддер­живают практически все новые материнские платы. Наибольший выигрыш
при ее использовании дают процессоры Athlon. Однако эта память пока оста­ется более дорогой по сравнению с обычной SDRAM памятью.

□ DRDRAM (или просто RDRAM — Direct Rambus DRAM, прямая шина памя­ти) — другой тип современной памяти. Потенциально он должен обеспечи­вать четырех- или даже восьмикратное увеличение максимальной пропуск­
ной способности по сравнению с памятью типа SDRAM. На сегодняшний
день с этим типом памяти способны работать только процессоры Pentium 4,
но пока они не получили широкого распространения (объем ее продаж со­ставляет менее 3 % от общего объема продаж схем памяти).


Статическая память

SRAM (Statically RAM) — это статическая память с произвольным доступом к ячейкам данных. Ее быстродействие выше, чем у динамической памяти (по­рядка 4 не), но и стоит она дороже за счет использования в базовой ячейке памя­ти большего количества транзисторов. Обычно ее используют в качестве быстро­действующей кэш-памяти.


Время доступа

Время доступа показывает, сколько времени необходимо для обращения к ячей­кам памяти (чем меньше, тем лучше). Оно измеряется в миллиардных долях се­кунды (наносекундах). Для SIMM-модулей время доступа составляет 50-70 не, а для DIMM - 7-10 нс.

Для SDR SDRAM памяти в прайс-листах приводятся две разновидности: РС-100 и PC-133. Во втором случае память (и материнская плата) работает на час­тоте 133 МГц, что, конечно, предпочтительнее, чем 100 МГц. Микросхемы памя­ти DDR SDRAM в отличие от чипов SDR SDRAM маркируют в соответствии с их реальной пропускной способностью. Учитывая, что ширина шины дан­ных составляет 64 бит (8 байт), чип РС266 DDR SDRAM DIMM передает каждую секунду 8*266 млн. байт, что дает итоговую пропускную способность 2100 млн байт/с. Модуль с такими чипами будет называться РС2100, а модули с чипами РС333 - РС2700.


Объем

Объем памяти измеряется в мегабайтах — Мбайт (современный стандарт: 256-1024 Мбайт). Этот параметр определяет количество и скорость одновременно выполняемых компьютером команд. Для понимания принципа работы ОЗУ ее можно представить себе как временный склад, где хранится изображение, над которым вы работаете. Без достаточного объема оперативной памяти вы точ­но не сможете загрузить или создать цифровое изображение желаемого размера и с желаемым количеством цветов. Так, рекомендуемый минимальный объем оперативной памяти для работы в последних версиях таких популярных про­грамм, как Photoshop 7 и CorelDRAW 11, составляет 128 Мбайт. Для более ран­них версий этих программ рекомендуемый минимум составляет 64 Мбайт. Чем больший объем ОЗУ на вашем компьютере, тем быстрее работает большинство графических программ. Если ПК не хватает ОЗУ, то он начинает использовать в качестве ОЗУ более медленное устройство — жесткий диск.

ОЗУ не ускоряет работу самого компьютера. Оно просто позволяет большей части ПО избегать постоянного обращения к более медленному жесткому диску, скорости считывания и записи информации которого примерно в тысячу раз ниже по сравнению с ОЗУ. По этой причине производители некоторых про­грамм для работы с цифровыми изображениями (например, Adobe Photoshop) рекомендуют иметь по меньшей мере в 3-5 раз больше свободной памяти, чем занимает графический файл.

Нехватка памяти может свести на нет все ваши капиталовложения в новый процес­сор или графическую карту. Определить это достаточно просто — если при загрузке в ваш любимый редактор большого графического файла периодически возникают паузы, при которых загорается лампочка жесткого диска (HDD), то, очевидно, вам не хватает оперативной памяти. В этом случае вместо ОЗУ используется более мед­ленный HDD.

Так сколько же необходимо оперативной памяти? Чем большее количество при­кладных программ вы планируете выполнять одновременно или чем большее ко­личество файлов должно будет одновременно находиться в работе, тем большее количество оперативной памяти необходимо установить на вашем компьютере. Для работы с современным графическим программным обеспечением компьютеры должны иметь объем оперативной памяти 256-1024 Мбайт. Объем оперативной памяти в 512 Мбайт является оптимальным, а 1024 Мбайт и более — идеальным.


Накопители на гибких дисках

Дисководы гибких дисков (Floppy Disk Drive — FDD) — самые старые внешние устройства персональных компьютеров. В них реализован способ записи на дис­кеты, в основе которого лежит намагничивание отдельных участков. В дисководе имеются четыре основных элемента: рабочий двигатель, головки, шаговые двига­тели и управляющая электроника. Двигатель обеспечивает постоянную скорость вращения дискеты — 300 об/мин для варианта 3,5". Время запуска двигателя — около 400 мс. Для чтения и записи информации с верхней и нижней поверхностей дискеты предназначены две рабочие головки. Движение и позиционирование го­ловок происходит с помощью двух шаговых двигателей. Электронные схемы дис­ковода обмениваются информацией с контроллером дисковода, установленным на системной плате. Скорость обмена данными для дисковода двойной плотно­сти составляет 250 Кбайт/с, для дисковода высокой плотности — 500 Кбайт/с.

В настоящее время существует еще один стандарт дискет 3,5" емкостью 2,88 Мбайт (ED-дискеты, Extra High Density), которые требуют установки специального дис­ковода.


Жесткий диск

Жесткий диск (винчестер) представляет собой внешнюю память большого объе­ма. Она предназначена для долговременного хранения информации, объединяя в одном корпусе сам носитель информации и устройство записи/чтения. По сравнению с дисководами для гибких дисков, винчестеры имеют ряд очень цен­ных преимуществ: объем хранимых данных неизмеримо больше, время доступа на порядок меньше. Современные жесткие диски имеют емкость от нескольких десятков до нескольких сотен гигабайт.

Винчестер состоит из нескольких жестких дисков с нанесенным на поверхность магнитным слоем, расположенных друг под другом. Каждому диску соответству­ет пара головок записи/чтения. Зазор между головками и поверхностью дисков составляет 0,00005-0,00001 мм. Скорость вращения дисков в зависимости от мо­дели находится в пределах 5200-10 000 об/мин. При включенном компьютере диски винчестера постоянно крутятся, даже когда нет обращения к винчестеру. Таким образом, экономится время, затрачиваемое на его разгон. К настоящему времени наибольшее распространение получили два типа винчестеров: IDE и SCSI.

Внешне жесткий диск представляет собой герметичную металлическую коробку, внутри которой расположен сам диск, магнитные головки чтения-записи, меха­низмы вращения диска и перемещения головок. Хотя говорят «один диск», на самом деле жесткий диск состоит из нескольких дисков, нанизанных на общую ось. Запись информации производится на обе стороны каждого диска. Соответ­ственно, имеется необходимое количество магнитных головок. Для пользователя важной характеристикой жестких дисков является их емкость, но наряду с ней важны также такие характеристики, как надежность и быстродействие.

Перечислим основные параметры жестких дисков:

• протокол передачи данных (IDE, SCSI);
  
• время доступа (8—10 мс);
  
• скорость вращения (IDE - 5200-7200 об/мин, SCSI - 5200-10 000 об/мин);
  
• объем (современный стандарт — 60-200 Гбайт).
  

Ни один жесткий диск не сравнится по скорости передачи данных с оперативной памятью. И все же дисковую систему приходится использовать довольно часто. Работа с диском необходима при запуске программ, при работе с виртуальной памятью, при воспроизведении мультимедийных данных. Кроме того, графиче­ские пакеты обращаются к винчестеру в случае недостатка оперативной памяти (ОЗУ). Поэтому быстродействие и емкость жесткого диска могут оказаться ре­шающими факторами для обеспечения наивысшей производительности вашей системы. Для работы с графикой желательно иметь компьютер с высокопроизво­дительным быстродействующим винчестером.


Блок питания

Блок питания представляет собой металлическую коробку, прикрепленную к зад­ней панели системного блока. В ней располагается трансформатор, выпрямитель и охлаждающий вентилятор. Из блока питания выходит несколько комплектов проводов для подключения к электрическому питанию системной платы, жест­кого диска, дисководов. Для подключения дополнительных устройств, например устройства для чтения компакт-дисков или второго винчестера, в блоке питания предусмотрены свободные комплекты проводов.

В современных компьютерах используются малогабаритные импульсные блоки питания, помещенные в коробку, снабженную вентилятором. Вентиляторы бы­вают двух типов: с постоянной скоростью вращения и терморегулируемые. Пыль, которая постепенно скапливается в вентиляторе, необходимо удалять с помощью пылесоса. Блоки питания компьютеров не рассчитаны на ремонт. Для обеспечения работы персонального компьютера в аварийной ситуации (при полном от­ключении электропитания) используются источники бесперебойного питания.


Источники бесперебойного питания (UPS)

Источники бесперебойного питания предназначены для защиты компьютера от сетевых помех, основными из которых являются высоковольтные импульсные скачки напряжения (до 3 кВ), долговременное падение напряжения до 150-170 В, периодические спады напряжения при подключении мощного оборудования, нестабильность частоты, аварийное отключение питания и т. п. Необходимость в источниках бесперебойного питания возникает в тех случаях, когда проблема работоспособности персонального компьютера и сохранения данных стоит наи­более остро. В зависимости от принципа действия различают три типа UPS:

• Архитектура off-line. Сетевое напряжение, пройдя через сетевой фильтр, попа­дает на вход компьютера и одновременно заряжает аккумулятор, который под­ключается ко входу компьютера в случае отключения сетевого напряжения.
  
• Архитектура on-line. В них входное переменное напряжение преобразуется в постоянное и поступает на высокочастотный преобразователь, далее на ин­вертор и с него на вход компьютера. Зарядное устройство и аккумулятор под­ключены непосредственно к выходу UPS. Такая конструкция обеспечивает
  гальваническую развязку между промышленной сетью и блоком питания
  компьютера и наиболее качественную защиту питания компьютера.
  
• Гибридная архитектура (line interactive UPS). У таких источников отсутст­вует высокочастотный преобразователь, а инвертор постоянно подключен
  к выходу, благодаря чему обеспечивается гальваническая развязка.
  

Манипуляторы

Первые персональные компьютеры располагали для ввода информации и управ­ления работой компьютера единственным устройством — клавиатурой. Для реа­лизации более простого управления необходимо было создать дополнительную, параллельную клавиатуре, систему. Эту задачу решил Дуглас Энджелбарт из Стенфордского исследовательского института (США). В 1970 году им был полу­чен патент на манипулятор. Вначале такой манипулятор назывался - «индикатор позиции X-Y». Он явился прообразом современной мыши. Позже были созданы и другие типы манипуляторов — трекболы и джойстики.


Мышь

Мышь является важнейшим средством ввода графической информации в компь­ютер. В современных программных продуктах, имеющих сложную графическую оболочку, мышь (рис. 1.1) является основным инструментом управления про­граммой.

В наиболее распространенных конструкциях мышки в качестве элемента, следяще­го за ее движением, используется шарик, сделанный из плотного резинопластика. В процессе перемещения мышки по поверхности шарик вращается и передает вращение двум металлическим валикам, которые также вращаются: один вдоль направления движения мышки, а другой — поперек. Вращение валиков регист­рируется специальными устройствами, позволяющими выделять направления вдоль оси X и вдоль оси Y. Таким образом, в каждый момент времени положение мышки фиксируется с помощью координат X и Y в условной координатной плос­кости. Эти координаты передаются в компьютер, после чего электроника компью­тера устанавливает курсор на экране в соответствии с этими координатами.

Для обеспечения оптимального функционирования мышь необходимо переме­щать по ровной поверхности — специальному коврику (mouse pad). При этом указатель мыши передвигается по экрану синхронно с движением мыши по ков­рику. Устройством ввода мыши являются кнопки (клавиши). Большинство ма­нипуляторов этого типа имеют две кнопки (рис. 1.1). Существуют также 3-кно-почные мыши и мыши, имеющие большее количество кнопок.

Одной из важных характеристик мыши является ее разрешение, измеряемое в dpi¹. Эта характеристика определяет минимальное перемещение, которое способен почувствовать контроллер мыши. Чем больше разрешение, тем точнее позицио­нируется мышь, тем с более мелкими объектами можно работать. Нормальное разрешение мыши лежит в диапазоне от 300 до 900 dpi. В усовершенствованных мышах используют переменный баллистический эффект скорости, заключаю­щийся в том, что при небольших перемещениях скорость смещения курсора — небольшая, а при значительных перемещениях существенно увеличивается. Это позволяет эффективнее работать в графических пакетах, когда приходится обра­батывать мелкие детали.



Рис. 1.1. Манипулятор мышь; 1 — типичный двухкнопочный вариант; 2 — мышь «с колесиком» Mouse Genius NetScroll PS/2 (очень удобна для пролистывания страниц в Интернете)

В настоящее время разработано несколько разновидностей «бесхвостых* мышей, то есть не связанных кабелем с компьютером. Бесконтактные мыши используют инфракрасную связь, аналогично пультам дистанционного управления (необхо­дим визуальный контакт с приемником), либо радиоканал.

Художнику-дизайнеру удобнее работать с профессиональным вариантом мыши, называемой 4D-MOUSE (например, А4ТЕСН 4-Way Scroll). Ее вертикальное и горизонтальное колесики удобны для перемещений по осям X, Y, боковая кнопка воспроизводит режим экранной лупы, верхняя третья кнопка позволяет задавать режим выхода из приложения, закреплять за кнопкой комбинацию аль­тернативных клавиш любой команды и т. д. Более подробную информацию об А4ТЕСН можно получить по адресу www.a4tech.com.tw.