Накопители на оптических дисках (CD-ROM). Дисководы оптических дисков считывают информацию в 10-15 раз быстрее, чем гибкие, но все же медленнее, чем жесткие. Устройство накопителя на компакт-дисках (CD-ROM - Compact Disk - Read Only Memory) изображено на Рисунок 6. В направляющем лотке компакт-диск 2 подается внутрь устройства и крепится на вращающемся шпинделе 1 (закрыт прижимной крышкой). При вращении диск освещается лазерной головкой 3, луч которой либо отражается от поверхности (соответствует 1), либо рассеивается (соответствуют 0). Лазерная головка перемещается вдоль поверхности диска с помощью позиционера. Отраженный луч вырабатывается сигнал, передающийся в конечном итоге через оперативную память в центральный процессор для обработки.

Поверхность компакт-диска представляет собой одну спиральную дорожку, на которой располагаются микроскопические впадины, рассеивающие попадающий на них лазерный луч. Набор нулей и единиц на диске располагается по правилам, которые называются форматом. Музыкальные компакт- диски - это один из форматов. Устройства характеризуются скоростью, с которой считывается информация с диска. Одинарная скорость соответствует скорости вращения музыкального диска и составляет 150 Кбит в секунду.

Рисунок 6 Устройство CD-ROM

Иерархия памяти. Все виды компьютерной памяти связаны между собой, образуя иерархическую структуру, представленную на схеме (Рисунок 7).

Рисунок 7 Схема организации памяти компьютера

Схема показывает, что чем ближе то или иное устройство памяти к процессору, тем меньше её объем, но зато больше скорость её работы. Иерархия памяти специально спроектирована так, что информация, необходимая для решения задачи, распределяется по уровням памяти в соответствии с потребностью в ней, например, файлы, в которых хранятся требуемые для решения задачи данные, считываются в ОЗУ, а наиболее часто используемые данные из них попадают в кэш-память.

Особого рассмотрения заслуживает взаимодействие ОЗУ и внешней памяти. Дело в том, что объем ОЗУ ограничен, а размер исполняемых файлов современных прикладных программ достигает нескольких десятков мегабайт. Следует учесть, что одновременно могут выполняться несколько приложений, которые должны быть загружены в ОЗУ. К этому добавляется объем обрабатываемых данных, который также постоянно растет. Кроме того, для обеспечения работы компьютера в оперативной памяти должны находиться и файлы операционной системы.

Решением данного противоречия является использование виртуальной памяти. Современные операционные системы работают в предположении, что компьютер обладает настолько большим объемом внутренней памяти, что реально установленная ОЗУ составляет лишь часть её. Вся оставшаяся часть внутренней памяти, необходимой для решения задач, располагается в специальном системном файле на жестком диске. Эта область жесткого диска называется файлом подкачки. Теперь, если объем ОЗУ по какой-то причине оказывается недостаточным, система копирует менее востребованную в данный момент область оперативной памяти в этот файл, освобождая тем самым необходимый объем ОЗУ. Когда, наоборот, потребуются данные с диска, то они будут возвращены в оперативную память на место, подготовленное там тем же самым способом.

Очевидно, что скорость обмена данными между ОЗУ и файлом подкачки невелика. Поэтому, если объем ОЗУ в компьютере недостаточен, то программы будут выполняться медленно из-за постоянного обмена данными между ОЗУ и жестким диском. В подобной ситуации для повышения скорости работы компьютера необходимо увеличить объем установленного на плате ОЗУ.

Системная (материнская) плата

Основным конструктивным элементом персонального компьютера является системная (материнская) плата. Обычно на ней монтируются основной процессор, устройства внутренней памяти (ОЗУ, ПЗУ и СЗУ) и несколько групп устройств:

· разъемы для подключения отдельных устройств;

· шина - информационная магистраль, связывающая их воедино;

· базовый набор микросхем, чипсет, с помощью которого материнская плата осуществляет контроль над всем происходящим внутри системного блока;

· встроенные (или интегрированные) дополнительные устройства.

Самые важные характеристики материнской платы - скорость передачи данных, число поддерживаемых моделей процессоров, базовый тип оперативной памяти, параметры работы с ней и некоторые другие напрямую зависят от типа чипсета. Главные составляющие любого чипсета называются «мостами». Каждый из двух имеющихся в любом чипсете «мостов» - это специальная микросхема, выполняющая определённые функции. Так, «северный» мост соединяет между собой процессор, оперативную память и видеошину AGP, т.е. фактически он обеспечивает работу центральных устройств компьютера. В свою очередь второй, «южный» мост обеспечивает работу всех периферийных устройств, подключенных к компьютеру. Всегда находится на материнской плате контроллер клавиатуры и накопителей на магнитных дисках. Такие контроллеры называются встроенными или интегрированными (в материнскую плату). Поскольку разным пользователям в компьютере нужен разный набор контроллеров, постольку в большинстве компьютеров материнская плата всегда содержит несколько разъемов (слотов), в которые могут вставляться электронные платы, содержащие контроллеры для подключения дополнительных устройств (платы контроллеров). При вставке в разъем материнской платы контроллер подключается к шине - магистрали передачи данных между оперативной памятью и устройствами. Именно таким способом реализуется принцип открытой архитектуры.

Периферийные устройства персонального компьютера

Устройства ввода

Обязательным устройством ввода информации является клавиатура. С её помощью можно не только вводить числовую и текстовую информацию, но и управлять работой компьютера.

Ввод информации осуществляется с помощью клавиш. Нажатие на клавишу вызывает генерирование последовательности электрических импульсов (8-биные коды клавиш). Клавиатура подключатся к магистрали через контроллер, который расположен на системной плате, а его разъем выведен на заднюю панель системного блока. Технически клавиатура реализуется различными способами, внутренние клавишные переключатели могут быть механическими (с различными типами контактов) или мембранными («замыкание» - «размыкание» контакта осуществляется за счет изменения электростатической ёмкости конденсатора).

Совершенствование способов диалога человека и ЭВМ привело к созданию других устройств обеспечивающих ввод информации. Так, переход от текстового способа общения (набор команды с помощью клавиатуры) к графическому (выбор пиктограммы или пункта меню) вызвал появление координатных устройств ввода. К их числу относятся манипуляторы мыши, трекбол, сенсорная панель.

В манипуляторах типа мышь и трекбол используется оптико-механический принцип действия. Особым рабочим органом манипуляторов является массивный шар (металлический, покрытый резиной). При использовании мыши этот шар вращается при перемещении корпуса манипулятора по горизонтальной поверхности. У трекбола этот шар вращается рукой пользователя, а корпус манипулятора остается неподвижным.

Вращение шара передается роликам, которые фиксируют перемещение по координатной плоскости и с помощью фоточувствительных элементов передают информацию о величине этого перемещения в компьютер. Таким образом, вращение шара - манипулятора превращается в движение курсора или какого-либо другого объекта на экране монитора. Манипуляторы обычно подключаются к одному из последовательных портов компьютера.

Еще одним координатным устройство ввода является сенсорная панель (TouchPad). Она представляет собой панель прямоугольной формы, чувствительную к нажатию пальцев. Это устройство обеспечивает выполнение тех же функций, что и манипуляторы, но является более компактным и не требует перемещения в пространстве. Эти качества обеспечивают успешное использование сенсорной панели в портативных компьютерах. Прикосновение пальца к поверхности панели и его перемещение управляет курсором так же, как и соответствующие воздействия манипулятора.

Физически сенсорная панель представляет собой сетку из металлических проводников, разделенных тонкой изолирующей прокладкой. Такая конструкция эквивалентна набору большого количества миниатюрных конденсаторов. По изменению емкости того или иного конденсатора в сетке можно точно определить координаты пальца на поверхности панели.

В качестве устройств ввода иногда используются игровые манипуляторы - джойстики. Они применяются в различного рода тренажерах и для управления ходом компьютерных игр. Конструктивно обычно они выполняются в виде рукоятки или рулевого колеса, подобного автомобильного, кнопки на подставке. Джойстики подключаются к специальному разъему (игровой порт) на звуковой плате.

Для обеспечения оптического ввода изображений, представленных в виде фотографий, рисунков, слайдов, а также текстовых документов, и их преобразование в цифровую форму используются сканеры. В процессе сканирования изображение, которое необходимо ввести в ЭВМ, освещается. В черно-белых сканерах для этого используется белый цвет, а в цветных - три цвета (красный, зеленый и синий). Отраженный свет проецируется на линейную матрицу фотоэлементов, которая движется. При этом происходит последовательные считывания изображения и его преобразование в двоичный код. В результате исходное изображение преобразуется в графический файл. Сканеры подключаются к магистрали с помощью специальных контроллеров или через параллельный порт компьютера. Для преобразования отсканированного текста из графического формата в текстовой служат системы распознавания текстовой информации.

Для получения видеоизображений и фотоснимков непосредственно в цифровом (компьютерном) формате служат цифровые камеры (видеокамеры и фотоаппараты). Они могут быть постоянно подключены к компьютеру и тем самым обеспечивают запись изображений на жесткий диск или его передачу по компьютерным сетям. Цифровые камеры способны хранить в своей памяти десятки изображений, которые после подключения к компьютеру могут быть переписаны на жесткий диск.

Звуковая информация вводится в компьютер с помощью микрофона, который подключается к специальному контроллеру - звуковой карте. Это устройство обеспечивает 16-битное двоичное кодирование звука. Обычно звуковая карта имеет дополнительную возможность синтезировать звук (в памяти звуковой карты хранятся звуки 128 различных музыкальных инструментов) и воспроизводить одновременно 32 и более инструмента. Звуковая карта устанавливается в один из слотов расширения на системной плате.

Устройства вывода

Основным устройством вывода информации, обеспечивающим постоянное взаимодействие пользователя с компьютером, служит монитор. Принцип вывода информации на экран монитора состоит в следующем: видеопамяти компьютера содержится битовая карта изображения и периодически происходит считывания содержимого в видеопамяти и отображение его на экран. Частота считывания (регенерации изображения) определяет стабильность изображения на экране, которая в современных мониторах обычно составляет более 75 Гц.

Монитор подключается к специальному контроллеру - видеокарте (видеоадаптеру). Этот контроллер может быть как встроенным, так и установленным в слот расширения системной платы. Именно на видеокарте располагается видеопамять, с помощью которой осуществляется управление возможными режимами вывода изображения на экран монитора (количество точек по горизонтали и вертикали, количество цветов).

В настольных компьютерах могут использоваться мониторы на электронно-лучевой трубке или дисплейные на жидких кристаллах.

Для вывода числовой, текстовой или графической информации на бумагу - создания «твердой копии» - служат принтеры. По принципу действия принтеры делятся на матричные, струйные и лазерные. Печатающая головка матричного принтера состоит из вертикального столбца маленьких стержней (обычно 9 или 24), которые под воздействием магнитного поля «выталкиваются» из головки, ударяют по бумаге (через красящую ленту) и оставляют строку символов. Скорость печати этих принтеров не велика. Поэтому сейчас они имеют ограниченное применение.

Широкое распространение получили черно-белые и цветные струйные принтеры. В них используются термическая или пьезоэлектрическая чернильная печатающая головка, которая под давлением выбрасывает чернила из ряда сопел на бумагу. Струйные принтеры обеспечивают достаточно высокое качество и скорость печати.

Лазерные принтеры обеспечивают наиболее высокое качество печати. В основе действия лазерного принтера лежит электрографический принцип печати, принятый в ксерографии. Фоточувствительный барабан облучается модулированным лазерным лучом (на барабане возникают положительно заряженные точки), затем на барабан наносится электрографический проявитель (тонер), который осаждается на положительно заряженных участках. Предварительно отрицательно заряженная бумага прижимается к барабану, и тонер прилипает к ней. Последний этап состоит в термической фиксации порошка на бумаге. Этот процесс проходит при температуре около 200 єС. Принтер подключается к магистрали компьютера через параллельный порт.

Для вывода сложных и широкоформатных графических объектов (плакатов, чертежей, электрических и электронных схем и т.д.) используются специальные устройства вывода - графопостроители или плоттеры. В основу работы плоттера положен тот же принцип действия, как и у струйных принтеров.

Для вывода звука в ЭВМ используются акустические колонки или наушники, которые подключаются к выходу звуковой платы.

Устройства хранения данных

Необходимость во внешних устройствах хранения данных возникает в двух случаях:

· когда на вычислительной системе обрабатывается больше данных, чем можно разместить на её основном жестком диске;

· если данные имеют повышенную ценность и необходимо выполнять регулярное резервное копирование на внешние устройства (копирование данных на жестком диске не является резервным и только создает иллюзию безопасности).

В настоящее время для внешнего хранения данных используют несколько типов устройств, использующих магнитные или магнитооптические носители.

Стримеры - это накопители на магнитной ленте. Их отличает сравнительно низкая цена. К недостаткам стримеров относят малую производительность, что связано с тем, что магнитная лента - это устройство последовательного доступа, и недостаточную надежность (кроме электромагнитных наводок, ленты стримеров испытывают повышенные механические нагрузки и могут физически выходить из строя).

Емкость магнитных кассет (картриджей) для стримеров составляет до нескольких сот мегабайт. Дальнейшее повышение ёмкости за счет повышения плотности записи снижает надежность хранения, а повышение емкости за счет увеличения длины ленты сдерживается низким временем доступа к данным.

Рисунок 8 Компоновка компьютера

ZIP-накопители выпускаются компанией Iomega, специализирующейся на создании внешних устройств для хранения данных. Устройство работает с дисковыми носителями, по размеру незначительно превышающими стандартные гибкие диски и имеющими ёмкость 100/250 Мбайт. Они подключаются к стандартному параллельному порту. Поэтому скорость обмена данными существенно снижается.

Накопители JAZ также выпускаются компанией Iomega. По своим характеристикам JAZ-носитель приближается к жестким дискам, но в отличие от них является сменным. В зависимости от модели накопителя на одном диске можно разместить 1 или 2 Гбайт данных.

Базовая конфигурация компьютера

На основе изложенного ранее можно сделать вывод, что современный персональный компьютер представляет собой универсальную, техническую систему. Благодаря реализации магистрально-модульного принципа построения ПК его конфигурацию можно изменять в зависимости от тех задач, для решения которых предназначен конкретный ПК, т.е. в зависимости от функциональных обязанностей пользователя, для оснащения рабочего места которого и будет использована данная машина. В соответствии [8] Термин «конфигурация» означает состав оборудования ПК.

На практике существует понятие базовой конфигурации, включающей минимально комплект устройств, необходимых для нормальной работы. В настоящее время принято считать [3], что в базовой конфигурации компьютер включает системный блок, монитор, клавиатуру и мышь (Рисунок 8). Системный блок представляет собой основной узел, внутри которого установлены наиболее важные компоненты. Устройства, подключаемые к системному блоку, называют внешними. Внешние дополнительные устройства, предназначенные для ввода, вывода и длительного хранения данных, также называют периферийными. Корпуса персональных компьютеров выпускают в горизонтальном (desktop) и вертикальном (tower) исполнении. Корпуса, имеющие вертикальное исполнение, различают по габаритам: полноразмерный (big tower), среднеразмерный (midi tower) и малоразмерный (mini tower). Корпуса персональных компьютеров поставляются вместе с блоком питания и, таким образом, мощность блока питания также является одним из параметров корпуса. Для массовых моделей достаточной является мощность блока питания 200-250Вт.

Внутри системного блока размещаются системная плата, жесткий диск и дисковод для гибких магнитных дисков. В последнее время в базовую комплектацию включают и устройство для чтения компакт-дисков.

В свою очередь, системная плата является основой, на которой монтируются все внутренние устройства ПК.

Страницы: 1, 2, 3