АППАРАТНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ КОМПЬЮТЕРА. ХАРАКТЕРИСТИКА ОСНОВНЫХ БЛОКОВ ПК. ВНЕШНИЕ УСТРОЙСТВА ПК.
ТЕМА: АППАРАТНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ КОМПЬЮТЕРА. ХАРАКТЕРИСТИКА ОСНОВНЫХ БЛОКОВ ПК. ВНЕШНИЕ УСТРОЙСТВА ПК.
План:
1. История развития персонального компьютера.
2. Внешний вид персонального компьютера.
3. Основные компоненты ПК.
4. Устройства ввода информации.
5. Устройства вывода информации.
1. История развития персонального компьютера.
На разных этапах развития техники и технологии были приняты следующие названия для компьютеров: арифметико-логическое устройство (АЛУ), программируемое электронно-вычислительное устройство (ПЭВМ или ЭВМ), компьютер.
Создание электронно-вычислительных машин (ЭВМ) в середине XX в. можно отнести к числу самых выдающихся достижений в истории человечества. ЭВМ в значительной степени расширили интеллектуальные возможности человека и за сравнительно короткий срок (немногим более 50 лет) превратились в один из определяющих факторов научно-технического прогресса. Первая половина XX в. ознаменовалась последовательным развитием и внедрением многих вычислительных устройств. Значительный вклад в эту область внес английский математик Алан Матисон Тьюринг (1912-1954). Машина Тьюринга была лишь теоретическим построением и никогда серьезно не рассматривалась как экономически приемлемая машина (которая работала бы недопустимо медленно), но она привлекла внимание исследователей к вопросу о возможности создания универсальной вычислительной машины.
В 1943 г. американец Говард Эйкен с помощью работ Бэббиджа на основе уже созданных к этому времени электромеханических реле смог построить на одном из предприятий фирмы IBM такую машину, названную «Марк-1». Еще раньше идеи Бэббиджа были переоткрыты немецким инженером Конрадом Цузе, который построил вычислительную машину в 1941 г.
Один из выдающихся математиков нашего столетия Джон фон Нейман (1903-1957) разработал принципы построения логической схемы вычислительной машины, способной использовать гибкую запоминаемую программу, которую можно было бы изменять, не перестраивая всей схемы машины. Предложенные им принципы легли в основу построения универсальных по своему применению электронных машин. Первый компьютер, в котором были воплощены принципы фон Неймана, был построен в 1949 г. английским исследователем Морисом Уилксом.
Компьютеры 40-х и 50-х годов были очень большими - огромные залы были заставлены шкафами с электронным оборудованием. Все это стоило очень дорого, поэтому компьютеры были доступны только крупным компаниям и учреждениям. Первый шаг к уменьшению размеров компьютеров стал возможен с изобретением в 1948 г. транзисторов - миниатюрных электронных приборов, которые смогли заменить в компьютерах электронные лампы. В середине 50-х годов были найдены очень дешевые способы производства транзисторов, и во второй половине 50-х годов появились компьютеры, основанные на транзисторах. Они были в сотни раз меньше ламповых такой же производительности. Единственная часть компьютера, где транзисторы не смогли заменить электронные лампы, - это блоки памяти, но там вместо ламп стали использовать изобретенные к тому времени схемы памяти на магнитных сердечниках.
середине 60-х годов появились и значительно более компактные внешние устройства для компьютеров, что позволило фирме Digital Equipment выпустить в 1965 г. первый мини-компьютер PDP-8 размером с холодильник.
В том же году был сделан еще один важный шаг на пути к персональному компьютеру - Маршиан Эдвард Хофф из фирмы Intel сконструировал интегральную схему, аналогичную по своим функциям центральному процессору большой ЭВМ. Так появился первый микропроцессор.
В качестве основного микропроцессора компьютера был выбран новейший тогда 16-разрядный микропроцессор Intel-8088. Его использование помогло значительно увеличить потенциальные возможности компьютера, так как новый микропроцессор позволял работать с 1 Мб памяти, а все имевшиеся тогда компьютеры были ограничены 64 Кб. В компьютере были использованы и другие комплектующие различных фирм, а его программное обеспечение было поручено разработать небольшой фирме Microsoft.
В августе 1981 г. новый компьютер под названием IBM PC (читается - Ай-Би-Эм Пи-Си) был официально представлен, и вскоре после этого он приобрел большую популярность у пользователей.
2. Внешний вид персонального компьютера.
Лицевая сторона
а фронтальной, стороне системного блока находятся две (или три) главные кнопки:
- кнопка «Power» предназначена для запуска персонального компьютера.
- кнопка «Reset» предназначена для перезапуска (перезагрузки) компьютера. Она потребуется вам в том случае, если компьютер в результате какой-нибудь ошибки в его работе (например, конфликта программ или оборудования) отказывается выполнять любые ваши команды. Специалисты говорят в таких случаях — «компьютер завис».
- кнопка «Turbo». Своеобразный анахронизм, утративший свой функциональный смысл несколько лет назад. На компьютерах старых поколений (с процессором 236, 386 и 486) нажатие этой кнопки позволяло ускорить или, наоборот, несколько замедлить работу компьютера. На новых компьютерах необходимость в кнопке «Turbo» отпала, поэтому на многих современных корпусах ее нет.
Индикаторы — две (или три) светящиеся лампочки, отражающие определенные параметры в работе компьютера. Один из индикаторов отображает состояние кнопки «Turbo» — включена или выключена — и поэтому может отсутствовать на системном блоке вместе с этой кнопкой. Два других индикатора присутствуют обязательно:
Символом горящей лампочки обозначен индикатор питания, показывающий состояние компьютера: включен он в сеть или нет. Этот индикатор горит на протяжении всей работы компьютера.
Символом, обозначающим стопку дисков, отмечен индикатор работы жесткого диска — винчестера. Этот индикатор зажигается тогда, когда компьютер производит запись или, наоборот, чтение данных с жесткого диска.
Задняя сторона
При взгляде на системный блок сзади легко запутаться в многочисленных гнездах и разъемах, предназначенных для подключения внешних устройств Однако подключить какое-либо устройство «не туда» практически невозможно: каждый разъем уникален и имеет свое, строго определенное место проживания.
Два самых крупных разъема черного цвета (3 контакта) предназначены для подключения сетевого шнура. Подключить шнур питания к системному блоку придется в любом случае. Другие разъемы, которые находятся на задней панели, можно разделить на три группы: «гнезда», разъемы с рядом тоненьких ножек штырьков и разъемы с дырочками-гнездами под эти штырьки. Разъемы со штырьками называются «папами», а разъемы с «гнездами» под эти штырьки — «мамами».
Разъемы как бы сгруппированы на металлических полосках. Группировка эта не случайна — каждая «полоска» соответствует определенному устройству -плате, расположенной внутри компьютера. Полоска с большим числом «гнезд» и 16-штырьковым разъемом - «мамой» относится к звуковой карте. В гнезда втыкаются штекеры микрофона, колонок и внешнего источника звука, например, магнитофона. Точное число «гнезд» и их порядок обычно подробно описаны в документации к звуковой карте. Кроме того, каждое «гнездо» обычно бывает помечено соответствующим значком или надписью. А 16-штырьковый разъем — это так называемый «игровой порт», предназначенный для подключения специального игрового манипулятора — джойстика.
Обычно рядом со звуковой картой находится полоска с одним-единственным разъемом-«мамой» с тремя рядами штырьков. Это — разъем видеокарты, предназначенный для подключения специального шнура от монитора.
Дальше мы видим группу из трех разъемов: 25-штырькового «папы», предназначенного для подключения принтера (так называемый LPT-порт) и два разъема-«мамы» (25- и 9-штырьковый). Первый из них нужен для подключения внешнего модема, а второй для мыши. Раньше СОМ-порт являлся для мышки единственным пристанищем, то со временем разработчики компьютерного «железа» выделили ей новое, специальное гнездо-разъем. На вашем системном блоке находится парочка круглых разъемов неподалеку от блока питания. Это - гнезда PS/2, первое из которых как раз и служит для подключения мыши, а второе предназначено для клавиатуры.
И мыши, и клавиатуры сегодня выпускаются в двух вариантах: под новый разъем PS/2 или, в «старом варианте» — СОМ-порт для мышки и большой круглый разъем AT — для клавиатуры.
Также на задней панели ПК есть парочка небольших щелевидных гнезд в нижней части панели, ближе к блоку питания. Это USB — универсальные разъемы, (их начали устанавливать после 1998 года), к которым можно подключить практически все внешние устройства — от модема до сканера! USB – устройство , которое можно спокойно соединять в цепочки, подключая одно к другому.
3. Основные компоненты ПК.
Материнская плата.
Материнская плата (Mother board) является основной платой компьютера, т.к. именно на ней крепятся все компьютерные устройства, например, процессор, звуковая карта и т.д.
Материнская плата — это комплекс различных устройств, поддерживающий работу системы в целом. Обязательными атрибутами материнской платы являются базовый процессор, оперативная память, системный BIOS, контролер клавиатуры, разъемы расширения.
По размерам материнские платы в общем случае можно разделить на три группы. Раньше все материнские платы имели размеры 8,5/11 дюймов. В XT размеры увеличились на 1 дюйм в AT размеры возросли еще больше.
Часто речь может идти о “зеленых” платах (green mothrboard). Сейчас выпускаются только такие платы. Данные системные платы позволяют реализовать несколько экономичных режимов энергопотребления (в том числе, так называемый “sleep”, при котором отключается питание от компонентов компьютера, которые в данный момент не работают). Американское агентство защиты окружающей среды сосредоточила свое внимание на уменьшении потребления энергии компьютерными системами. Оборудование, удовлетворяющее ее требованиям должно в среднем (в режиме холостого хода) потреблять не более 30Вт, не использовать токсичные материалы и допускать 100% утилизацию. Поскольку современные микропроцессоры используют напряжение питания 3,3-4В, а на плату подается 5В, на системных платах монтируют преобразователи напряжения.
Процессор.
Первый микропроцессор Intel 4004 был создан в 1971 году командой во главе с талантливым изобретателем, доктором Тедом Хоффом. Сегодня его имя стоит в ряду с именами величайших изобретателей всех времен и народов. Но вряд ли мудрый доктор знал в то время, во что выльется созданный им «компьютер на одном кристалле». Изначально процессор 4004 предназначался для микрокалькуляторов и был изготовлен по заказу одной японской фирмы. К счастью для всех нас, фирма эта обанкротилась, так и не дождавшись обещанного микропроцессора — и в результате разработка перешла в собственность Intel. С этого момента и началась эпоха персональных компьютеров, «звездный час» которых настал в начале 80-х. Именно тогда фирмой IBM был выпущен уже ставший легендарным компьютер IBM PC на основе нового микропроцессора фирмы Intel...
Сегодняшние процессоры от Intel быстрее своего прародителя более чем в десять тысяч раз! А любой домашний компьютер обладает мощностью и «сообразительностью» во много раз большей, чем компьютер, управлявший полетом космического корабля «Аполлон» к Луне.
Процессоров в компьютере много. Помимо центрального процессора, который во всем мире принято обозначать аббревиатурой CPU (Central Processor Unit), схожими микросхемами оборудовано практически каждая компьютерная плата.
Главный, центральный процессор называют «королем» системного блока, единовластно повелевающим всеми его ресурсами. Но уследить абсолютно за всем, что происходит в компьютере, даже быстрый процессор не в состоянии. И тогда в помощь приходят специализированные микропроцессоры-чипы по обработке, например, обычной и трехмерной графики, 3D звука, компрессии и декомпрессии... Их в компьютере много и размещаются они на специализированных, дополнительных платах. И называются они уже не «процессорами», а просто «чипами».
Сегодняшний процессор - это не просто скопище транзисторов, а целая система множества важных устройств. На любом процессорном кристалле находятся:
1. Процессор - главное вычислительное устройство, состоящее из миллионов логических элементов — транзисторов.
2. Сопроцессор - специальный блок для операций с «плавающей точкой» (или запятой). Применяется для особо точных и сложных расчетов, а также для работы с рядом графических программ.
3. Кэш-память первого уровня — небольшая (несколько десятков килобайт) сверхбыстрая память, предназначенная для хранения промежуточных результатов вычислений.
4. Кэш-память второго уровня — эта память чуть помедленнее, зато больше - от 128 до 512 кбайт.
Все эти устройства размещаются на кристалле площадью не более 4—6 квадратных сантиметров. Только под микроскопом можно разглядеть крохотные элементы, из которых состоит микропроцессор, и соединяющие их металлические «дорожки» (для их изготовления сегодня используется алюминий, однако уже через год на смену ему должна прийти медь). Их размер составляет десятые доли микрона. Например, в 1999 году большая часть процессоров производилась по 0,25-микронной технологии, в 2000 году ей на смену пришла 0,18- и даже 0,13-микронная. При этом ожидается, что в течение ближайших двух лет плотность расположения элементов на кристалле увеличится еще в 2 раза.
Скорость работы МП измеряется в миллионах операций в секунду — MIPS, скорость работы с трехмерной графикой, скорость работы в офисных приложениях и так далее...
Тактовая частота - величина, измеряемая в мегагерцах (МГц), показывает, сколько инструкций способен выполнить процессор в течение секунды. Тактовая частота обозначается цифрой в названии процессора (например, Pentium 4-1200, то есть процессор поколения Pentium 4 с тактовой частотой 1200 МГц или 1,2 ГГц).
Тактовая частота — бесспорно, самый важный показатель скорости работы процессора.
Оперативная память.
Оперативная память представляет собой множество ячеек, причем каждая ячейка имеет свой уникальный двоичный адрес (нумерация ячеек начинается с нуля).
Каждая ячейка памяти имеет объем 1 байт, следовательно, максимальный объем адресуемой памяти для процессоров Pentium равен: 4294967296 байт - 4194304 Кбайт - 4096 Мбайт = 4 Гбайт.
В персональных компьютерах величина адресного пространства процессора и величина фактически установленной оперативной памяти практически всегда различаются. Хотя объем адресуемой памяти может достигать 4 Гбайт, величина фактически установленной оперативной памяти может быть значительно меньше, например, всего 64 Мбайт.
Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) предназначено для хранения программы и рабочих данных. Оперативная память состоит из множества ячеек памяти, в которых, как в ящиках, можно что-то хранить. Оперативная память характеризуется тремя величинами — типом, объемом и быстродействием.
Достоинства оперативной памяти:
- возможность многократной записи и чтения информации в ОЗУ.
- более высокое быстродействие (на несколько порядков) по сравнению с другими устройствами памяти - флоппи дисководами, винчестером, CD ROM.
- намного более дешевая цена по сравнению с более быстрым устройством - кэш памятью.
Основной недостаток:
- при выключении компьютера вся информация теряется.
В 1998-1999 гг. на персональных компьютерах используется память типа EDO и SDRAM. Для EDO памяти необходимы модули типа SIMM, а для SDRAM памяти - модули DIMM. Память SDRAM более совершенная и быстрая, по сравнению с EDO. Вид памяти, с которым может работать компьютер, зависит от используемой материнской платы. На некоторых моделях (устаревших), можно использовать только модули SIMM, на новых материнских платах для Pentium-II ставятся только модули DIMM.
Например на 486 компьютерах применялась оперативная память типа FPM. По сравнению с EDO памятью она обладала одинаковым быстродействием при записи данных, но была более медленной при их чтении. Разница составляла 2-3% .
Чем больше объем оперативной памяти на компьютере, тем лучше.
До победы операционной системы Windows 95 над MS DOS стандартным объемом оперативной памяти для 386 машин считался диапазон 1-4 Мбайта, для 486 машин 4-8 Мбайта и для Pentium от 8 до 16 Мбайт.
Сейчас практически на всех IBM совместимых компьютерах стоит или операционная система Windows 95/98 или Windows NT. У данных операционных систем очень большие требования к объему оперативной памяти. При ее недостатке сильно падает быстродействие ПК. На компьютерах может одновременно выполняться несколько программ, поэтому на ПК с Windows 95 желательно иметь ОЗУ размером не менее 32 Мбайта, а с Windows NT - не менее 64 Мбайта.
Быстродействие оперативной памяти является ее второстепенной характеристикой, в отличие от типа памяти и ее объема.
Правила расчета быстродействия памяти являются различными для типов EDO (FPM) и SDRAM. Для первых указывается время доступа к случайно расположенным данным. Для EDO памяти типичным было значение 60-70 наносекунд. Для второго типа использовали время доступа к последовательно расположенным данным. Т.к. микросхемы ОЗУ специально оптимизированы для работы с последовательно расположенными ячейками памяти, формально быстродействие SDRAM памяти равно 8-12 наносекундам.
Винчестер (жесткий диск).
Винчестер (жесткий диск) — это устройство для хранения информации на компьютере. Основные параметры винчестеров - емкость (объем), время доступа, скорость передачи и интерфейс. Свое название они получили по имени города Винчестер, где были впервые собраны.
Достоинства винчестера:
-позволяют записывать и прочитывать информацию много раз;
-при выключении компьютера информация, оставленная на винчестере, сохраняется;
- большой объем хранимой информации;
- высокая надежность хранения данных. Среднее время наработки на отказ составляет около 300000 часов, т.е. порядка 30 лет;
Недостатки винчестера:
- невозможность его переноски, так как он стационарно крепится к системному блоку;
- относительно маленькое быстродействие, особенно по сравнению с оперативной памятью;
Объем современных винчестеров измеряется в Гбайтах и находится в пределах от 1 до 1000 Гбайт. Жесткие диски меньшего объема (от первых 20 Мбайт до 850 Мбайт) сняты с производства. Чем больше объем винчестера, тем лучше.
Среднее время доступа - время, которое в среднем затрачивает головка дисковода на перемещение к тому участку винчестера, на котором расположена необходимая информация. Обычно время доступа от 7 до 12 мс.
Скорость передачи данных - скорость, с которой данные могут передаваться с диска в оперативную память компьютера после того, как необходимая информация найдена и головка позиционирована в нужном месте. Данная скорость зависит от многих факторов и обычно лежит в пределах от 10 до 70 Мбайт в секунду.
В настоящее время для НЖМД (сокращенное название жестких дисков) применяются 2 основных типа интерфейса: IDE и SCSI. В персональных компьютерах обычно используется IDE, в серверах SCSI. Диски с интерфейсом SCSI работают быстрее и являются более дорогими, для их установки требуется наличие SCSI контроллера.
Блок питания.
Блок питания - устройство для распределения электрической энергии между другими компьютерными устройствами.
Блок питания подводит электрическую энергию к каждому компьютерному устройству.
Стандартная мощность блока питания в персональном компьютере равна 200 Вт. Если к компьютеру подключены дополнительные устройства - несколько винчестеров, CD-ROM, модем и т.д., то рекомендуется использовать блоки питания с повышенной мощностью 230 Вт, 250 Вт и 300 Вт.
Независимо от входной мощности блок питания выдает напряжение +5В, -5В, +12В и -12В. Это связано с тем, что различные блоки компьютера требуют напряжение разных величин.
5. Видеоадаптер (видеокарта).
Устройство, которое называется видеоадаптером (или видео платой, видеокартой), есть в каждом компьютере. В виде устройства, интегрированного в системную плату, либо в качестве самостоятельного компонента – платы расширения.
Главная функция, выполняемая видеокартой, это преобразование полученной от центрального процессора информации и команд в формат, который воспринимается электроникой монитора, для создания изображения на экране.
Прежде чем стать изображением на мониторе, двоичные цифровые данные обрабатываются центральным процессором, затем через шину данных направляются в видеоадаптер, где они обрабатываются и преобразуются в аналоговые данные и уже после этого направляются в монитор и формируют изображение. Сначала данные в цифровом виде из шины попадают в видеопроцессор, где они начинают обрабатываться. После этого обработанные цифровые данные направляются в видеопамять, где создается образ изображения, которое должно быть выведено на дисплее. Затем, все еще в цифровом формате, данные, образующие образ, передаются в RAMDAC, где они конвертируются в аналоговый вид, после чего передаются в монитор, на котором выводится требуемое изображение
Таким образом, почти на всем пути следования цифровых данных над ними производятся различные операции преобразования, сжатия и хранения. Оптимизируя эти операции, можно добиться повышения производительности всей видеоподсистемы. Лишь последний отрезок пути, от RAMDAC до монитора, когда данные имеют аналоговый вид, нельзя оптимизировать.
Рассмотрим подробнее этапы следования данных от центрального процессора системы до монитора.
1. Скорость обмен данными между CPU и графическим процессором напрямую зависит от частоты, на которой работает шина, через которую передаются данные. Рабочая частота шины зависит от чипсета материнской платы. Для видеоадаптеров оптимальными по скорости являются шина PCI и AGP. При существующих версиях чипсетов шина PCI может иметь рабочие частоты от 25Mhz до 66MHz, иногда до 83Mhz (обычно 33MHz), а шина AGP работает на частотах 66MHz и 133MHz.Чем выше рабочая частота шины, тем быстрее данные от центрального процессора системы дойдут до графического процессора видеоадаптера.
2. Ключевой момент, влияющий на производительность видеоподсистемы, вне зависимости от специфических функций различных графических процессоров, это передача цифровых данных, обработанных графическим процессором, в видеопамять, а оттуда в RAMDAC. Самое узкое место любой видеокарты - это видеопамять, которая непрерывно обслуживает два главных устройства видеоадаптера, графический процессор и RAMDAC, которые вечно перегружены работой. В любой момент, когда на экране монитора происходят изменения (иногда они происходят в непрерывном режиме, например движение указателя мыши, мигание курсора в редакторе и т.д.), графический процессор обращается к видеопамяти. В то же время, RAMDAC должен непрерывно считывать данные из видеопамяти, чтобы изображение не пропадало с экрана монитора. Поэтому, чтобы увеличить производительность видеопамяти, производители применяют различные технические решения.
Чем более высокое разрешение экрана используется и чем больше глубина представления цвета, тем больше данных требуется передать из графического процессора в видеопамять и тем быстрее данные должны считываться RAMDAC для передачи аналогового сигнала в монитор. Для нормальной работы видеопамять должна быть постоянно доступна для графического процессора и RAMDAC, которые должны постоянно осуществлять чтение и запись.
В нормальных условиях доступ RAMDAC к видеопамяти на максимальной частоте возможен лишь после того, как графический процессор завершит обращение к памяти (операцию чтения или записи), т.е. RAMDAC вынужден дожидаться, когда наступит его очередь обратиться с запросом к видеопамяти для чтения и наоборот.
И так, видеокарта - устройство, обеспечивающее вывод информации на монитор. Его необходимость вытекает из факта, что SVGA мониторы управляются аналоговыми сигналами, а компьютер работает с числами.
Основными характеристиками видеокарты является: модель, производитель, объем видеопамяти, тип видеопамяти, частота регенерации.
Звуковая карта.
Звуковая карта является устройством для работы со звуковой информацией. Помимо самой звуковой карты, у компьютера должны быть специальные колонки для воспроизведения звука. Если требуется запись звука на компьютер, то необходимо иметь и микрофон.
При выпуске первых моделей IBM - совместимых компьютеров никто и не думал об его музыкальных возможностях. В состав IBM PC входит динамик, но его назначение - производить гудки в случае обнаружения неисправностей при включении компьютера. Данный встроенный динамик имеет два существенных недостатка: одновременно он может воспроизводить только один тон и для него затруднена регулировка уровня звука.
Первая звуковая карта была создана в 1988 г. фирмой Creative Labs и называлась Game Blaster . Чуть позже фирма Adlib выпустила звуковую карту, основанную на частотном синтезе (FM - синтез). Частотный синтез основан на воспроизведении звуковых волн различной частоты и длительности.
Данные две фирмы стали основными производителями звуковых карт. Конкуренция между ними привела к быстрому развитию возможностей работы со звуком. В результате были разработаны два стандарта звуковых карт - Sound Blaster и Adlib. После этого фирма Adlib разорилась и сейчас почти все звуковые карты являются Sound Blaster - совместимыми. У частотного синтеза есть два недостатка: относительно плохое качество и необходимость большого объема информации для хранения речи и музыки высокого качества. Поэтому поиск новых технологий в области звуковых технологии продолжался.
Пионером в реализации волнового синтеза (Wave table) стала в 1984 г. фирма Ensoniq. Суть волнового синтеза состоит в следующем: используя соответствующие алгоритмы, даже только по одному тону музыкального инструмента можно восстановить все остальные, т.е. воспроизвести его полное звучание. Выборки таких сигналов (таблицы) сохраняются в ПЗУ звуковых карт. Специальный волновой процессор выполняет операции над выборками сигнала, изменяя их амплитуду, частоту и длительность. Выходной сигнал, полученный подобным способом, более похож на звучание реальных инструментов, чем полученный при частотном синтезе.
Внешняя память ПК
Внешняя память (ВЗУ) предназначена для размещения больших объемов информации и обмена ею с оперативной памятью. Для построения внешней памяти используют энергонезависимые носители информации (диски и ленты), которые к тому же являются переносными.
Внешние запоминающие устройства конструктивно отделены от центральных устройств компьютера (процессора и внутренней памяти), имеют собственное управление и выполняют запросы процессора без его непосредственного вмешательства.
ВЗУ по принципам функционирования разделяются на устройства прямого доступа (накопители на магнитных и оптических дисках) и устройства последовательного доступа (накопители на магнитных лентах). Устройства прямого доступа обладают большим быстродействием, поэтому они являются основными внешними запоминающими устройствами, постоянно используемыми в процессе функционирования компьютера. Устройства последовательного доступа используются в основном для резервирования информации.
CD – R/CD – RW/DVD-R/DVD-ROM дисководы.
Принцип работы дисковода напоминает принцип работы обычных дисководов для гибких дисков. Поверхность оптического диска (CD-ROM) перемещается относительно лазерной головки постоянной линейной скоростью, а угловая скорость меняется в зависимости от радиального положения головки. Луч лазера направляется на дорожку, фокусируясь при этом с помощью катушки. Луч проникает сквозь защитный слой пластика и попадает на отражающий слой алюминия на поверхности диска. При попадании его на выступ, он отражается на детектор и проходит через призму, отклоняющую его на светочувствительный диод. Если луч попадает в ямку он рассеивается и лишь малая часть излучения отражается обратно и доходит до светочувствительного диода. На диоде световые импульсы преобразуются в электрические, яркое излучение преобразуется в нули слабое - в единицы. Таким образом ямки воспринимаются дисководом как логические нули, а гладкая поверхность как логические единицы.
Производительность CD-ROM обычно определяется его скоростными характеристиками при непрерывной передаче данных в течение некоторого промежутка времени и средним временем доступа к данным, измеряемыми соответственно в Кбайт/с и мс
Для повышения производительности дисководов их снабжают буферной памятью. Буфер дисковода представляет собой память для кратковременного хранения данных, после считывания их с CD-ROM, но до пересылки в плату контролера, а затем в ЦП. Такая буферизация дает возможность дисковому устройству передавать данные в процессор небольшими порциями, а не занимать его время медленной пересылкой постоянного потока данных.
Floppy (дисковод).
Гибкие диски (дискеты) позволяют переносить документы и программы с одного компьютера на другой, хранить информацию, не используемую постоянно на компьютере, делать архивные копии информации, содержащейся на жёстком диске.
Существуют два типа дисководов: дисководов рассчитанный на дискеты размером 3,5 дюйма и устаревшая модель рассчитанная на дискеты 5,25 дюйма.
Сейчас в компьютерах используются накопители для дискет размером 3,5 дюйма (89 мм) и ёмкостью 0,7 и 1,44 Мбайта. Эти дискеты заключены в жёсткий пластмассовый конверт, что значительно повышает их надёжность и долговечность. Поэтому дискеты 5,25 дюйма практически вытеснены.
На дискетах 3,5 дюйма имеется специальный переключатель - защёлка, разрешающая или запрещающая запись на дискету. Запись разрешена, если отверстие закрыто, а запрещена если оно открыто.
4. Устройства ввода информации.
Устройства ввода служат соответственно для ввода информации в машину, а также для обеспечения общения пользователя с машиной. Процессы ввода протекают с использованием внутренней памяти. Иногда устройства ввода называют периферийными или внешними устройствами.
К ним относятся: клавиатура, мышь, сканер.
Клавиатура.
Клавиатура — это устройство для ввода текстовой и числовой информации в компьютер. На клавиатуре обычно расположена сто одна клавиша. Подключается к специальному разъему на системном блоке.
Назначение основных клавиш клавиатуры:
Enter - выполнить команду.
Esc - отменить команду.
BackSpace - удалить символ слева от курсора, используется для исправления ошибок.
Delete - удалить символ справа от курсора, используется для исправления ошибок.
Pause - временная остановка работы программы. Работает не для всех программ.
Ctrl + Break - прерывание работы программы. Также работает не для всех программ.
Shift - для ввода прописных букв и символов верхнего регистра. Действие временное - только при удержании данной клавиши нажатой.
Caps Lock - для ввода прописных букв. Действие постоянное - до следующего нажатия данной клавиши.
Нажатие клавиши Shift при работе клавиши Caps Lock переводит компьютер в режим набора строчных символов.
На сегодняшний день существует большое разнообразие видов клавиатур.
Мышь, трекбол, тачпад.
Координатное устройство ввода информации мышь, трекбол, тачпад предназначены для ввода графической информации и работы с графическим интерфейсом программ. Наиболее распространенным видом является манипуляторы мышь и трекбол.
Мышь представляет собой коробочку с двумя и более кнопками, а также роликом. Мышь соединена с компьютером через специальный провод. При подключении мыши к компьютеру на экране монитора появляется ее курсор. Обычно он имеет вид стрелки или квадратика (в MS DOS). При перемещении мыши по столу курсор передвигается по экрану. Требуется указать курсором нужное место на экране и нажать на левую или правую кнопку мыши. В результате компьютер выполнит требуемую команду. Существуют беспроводные мыши, которые используют передачу информации в инфракрасном диапазоне волн.
Существуют лазерные и шариковые мыши. Тачпад представляет собой панель прямоугольной формы чувствительную к нажатью пальцем. Он является более компактным, не требующий пространственного перемещения и идеально подходит к портативному компьютеру.
Сканер.
Сканером называется устройство, позволяющее вводить в компьютер образы изображений, представленных в виде текста, рисунков, слайдов, фотографий и другой графической информации.
Несмотря на обилие различных моделей сканеров в первом приближении их классификацию можно провести всего по нескольким признакам:
-по кинематическому механизму сканера
-по типу вводимого изображения.
В настоящее время все известные модели можно разбить на два типа: ручной и настольный. Существуют и комбинированные устройства, которые сочетают в себе возможности и тех и других.
Для того чтобы ввести в компьютер какой-либо документ при помощи ручного сканера, надо без резких движений провести сканирующей головкой по изображению. Равномерность перемещения handheld существенно сказывается на качестве вводимого изображения. Ширина вводимого изображения обычно не превышает 4 дюйма (10см ).
Настольные же сканеры позволяют вводить изображения размером 8,5 на 11 дюймов или 8,5 на 14 дюймов. Существует три разновидности настольных сканеров: планшетные, рулонные и проекционные.
В настоящее время существует несколько технологий для получения серых и цветных сканируемых изображений. Один из принципов работы цветного сканера заключается в следующем.
Сканируемое изображение освещается через вращающийся RGB-светофильтр или тремя лампами различного цвета.
Для связи с компьютером сканеры могут использовать 8-и или 16-и разрядную интерфейсную плату. Кроме того, в настоящее время достаточно широко используются стандартные интерфейсы (последовательный и параллельный порты, а также интерфейс SCSI).
Устройства вывода информации.
Монитор.
Монитор - это устройство для вывода текстовой и графической информации. Мониторы бывают монохронными (т.е. двухцветными) и цветными.
Могут работать в двух режимах: текстовом и графическом. В текстовом режиме экран монитора условно делится на отдельные участки - знакоместа, чаще всего на двадцать пять строк по восемьдесят позиций. В каждое знакоместо может быть выведен один из двухсот пятидесяти шести заранее заданных символов - прописные и строчные латинские буквы или кириллица, цифры, специальные символы и псевдографика. Если монитор цветной, то каждому знакоместу можно задать определенный цвет фона и символа. На монохромных мониторах надписи выделялись повышенной яркостью символов, подчеркиванием и инверсией.
Графический режим - предназначен для вывода на экран графиков, рисунков и т.д. Кроме того, можно выводить и любые надписи с произвольным шрифтом и размером букв. В графическом режиме экран состоит из точек (называются пикселями), каждая из которых может иметь свой цвет.
Максимальное количество точек по вертикали и по горизонтали называется разрешающей способностью монитора в данном режиме.
Также важным является количество цветов, с которыми можно одновременно работать.
В зависимости от монитора и видеокарты в настоящее время существует три основных графических режима:
EGA (640´350 при 16 цветах).
VGA (640´480 при 16 цветах).
SVGA (640´480, 800´600, 1024´768 использованием от 16 до 16.7 цветов).
Чтобы монитор мог работать в заданном режиме, на компьютере необходимо иметь видеокарту с достаточным объемом видеопамяти. Кроме того, в современном режиме SVGA могут работать не все программы, и то только при наличии специальных драйверов.
Мониторы различаются между собой размерами экрана. Существуют 14-дюймовые, 17-дюймовые, 19 и 21-дюймовые мониторы. Данная цифра указывает размер экрана по диагонали. В настоящее время для дома рекомендуется приобретать мониторы размером 15 дюймов. Более большие мониторы используются в основном в офисах для графических и демонстрационных приложений, т.к. их цена практически удваивается при переходе к последующему типоразмеру.
Второй важной характеристикой мониторов является размер пикселя (зерна): 0.25, 0.26, 0.28 и 0.31 мм. Чем меньше размер, тем лучше. Оптимальный по критерию цена/качество является размер 0.26 - 0.28 мм. Мониторы с более крупными размерами зерна лучше не использовать, т.к. при работе сильно устают глаза.
Наиболее известные фирмы - производители мониторов - Samsung, LG, ViewSonic, Sony, Panasonic.
При работе монитора возникают различные виды излучений и полей, которые могут оказывать вредное воздействие на пользователя. Это и мягкое рентгеновское излучение, и инфракрасное, и радиоизлучение, а также электростатические и магнитные поля.
В настоящее время все большое распространение получили мониторы с пониженным уровнем излучения - так называемые LR - мониторы (Low Radiation). Для работы рекомендуется использовать мониторы, удовлетворяющие шведскому стандарту MPR-II. Также рекомендуется при работе с мониторами задавать режим NI (Non Interlaced - нечерезстрочная разверстка), в котором вся картинка на экране рисуется за один проход луча сверху вниз. В противном случае, кадр формируется за два прохода луча - сначала изображаются все нечетные строки, затем четные.
Ранее для защиты от вредных излучений монитора повсеместно применялись специальные защитные экраны. В настоящее время, данные экраны являются встроенными в монитор, и покупать их отдельно нет необходимости. Желательно только следить, чтобы пользователь находился от монитора на расстоянии не менее 30 см. Монитор следует располагать так, чтобы за его “спиной” на расстоянии до 1 м. не было других рабочих мест. Кроме того, рекомендуется пользователю компьютера каждые 45 минут делать 15 минутный перерыв для отдыха глаз.
Возможные виды искажений на экране монитора: проблемы с цветами изображений, дрожание изображения, мерцание, плохая четкость, нарушение пропорций фигур. В этом случае рекомендуется проверить настройку параметров монитора (ручки на корпусе дисплея), сменить используемый графический режим или заменить монитор.
Принтер.
Принтер предназначен для вывода текстовой и графической информации на бумагу.
Существует три типа принтеров: матричные, струйные и лазерные.
Матричный принтер - устаревший тип принтеров. Данный тип принтеров является продолжением развития пишущих машин с подключением их к компьютеру. Печатающая головка матричных принтеров содержит набор иголок. Головка движется вдоль печатающей строки и в нужный момент иголки ударяют по бумаге через красящую ленту.
Основные недостатки:
-медленная скорость. Одна страница текста печаталась в течение минуты, а страница с графическим рисунком до 4 минут.
-сильный шум при печати.
Достоинством матричных принтеров была более дешевая цена по сравнению с другими типами принтеров, которые ранее были практически недоступны. Но сейчас матричные принтеры используются редко.
Струйные принтеры.
Наиболее привлекательный тип по критерию цена/качество. В этих принтерах изображение получается при нанесении на бумагу чернил, выдуваемых из специальных сопел. В результате повышается качество печати. Для вывода текста можно использовать разнообразный набор шрифтов. Лучший выбор, если необходим цветной принтер.
Достоинства струйных принтеров:
- повышенное качество печати по сравнению с матричными принтерами.
- доступная цена одного отпечатка.
Скорость печати возросла по сравнению с матричными принтерами - до 6 страниц в минуту. Различается для разных моделей.
Практически все струйные принтеры являются цветными.
Недостатки струйных принтеров:
- при попадании влаги на бумагу чернила легко смазываются.
- для многих принтеров рекомендуется использовать специальную бумагу.
Лидером в производстве струйных принтеров является фирма SeikoEpson. Практически все струйные принтеры хорошо печатают цветные рисунки, но для печати цветных фотографий они не подходят. В 1998 г. были разработаны специальные принтеры для печати фотографий без потери качества.
Лазерный принтер.
В лазерном принтере для работы используется принцип ксерографии: изображение переносится на бумагу со специального барабана, к которому электрически притягиваются частички краски. Данный тип принтера является наиболее распространенным типом для черно-белой печати. Самый известный производитель - фирма Hewlett-Packard (HP).
Достоинства лазерных принтеров:
-самая высокая скорость печати по сравнению с другими типами принтеров. - в течение минуты в зависимости от модели может быть напечатано от 4 до 12 страниц.
-повышенное качество печати, сравнимое с типографским исполнением.
-время печати страниц с текстовой и графической информацией практически совпадает.
Недостатки лазерных принтеров:
-стоимость лазерного принтера выше стоимости принтеров других типов в 2 - 5 раз.
-количество страниц, которое может быть напечатано на принтере в течение определенного времени (например, месяца), ограничено.
-высокая стоимость порошка и бумаги
Устройство вывода звуковой информации(колонки).
Колонки - внешние устройства для воспроизведения звуков. По внешнему виду колонки могут практически не отличаться друг от друга. Но «начинка» у них будет совершенно разная.
Колонки бывают двух видов: активные и пассивные.
Активные колонки – устройства, имеющие собственный внутренний усилитель, блок питания и ручки регулировки.
Пассивные колонки – это крохотные «пищалки», полагающиеся только на энергию, мощность и милость звуковой системы компьютера.
Существуют совершенно плоские колонки толщиной не более 2-3 сантиметров. Такие колонки весьма стильно смотрятся на столе или даже на стене… Качество звука у них чуть похуже, чем у традиционных «коробочек».
Последний плод технической мысли колонкостроителей – колонки, подключаемые не к звуковой карте а к порту USB. В этом случае звук поступает на колонки в цифровом виде, а его декодированием занимается небольшой чип, установленный в самих колонках.
Основная характеристика колонок – мощность, измеряемая в ваттах. Обычно в характеристиках указывается суммарная мощность обеих колонок, но иногда она описывается, например, так: 2x20 Вт.
Частотные характеристики – главный показатель, свидетельствующий о качестве колонок. Человеческое ухо способно воспринимать сигналы в диапазоне от 20 до 20 000 Гц, а диапазон звучания большинства музыкальных инструментов простирается от 27 до 17 000 Гц.
Некоторые колонки, помимо стандартных регуляторов высоких/низких частот, громкости и баланса, имеют кнопки для включения специальных «эффектов» - 3D-звука, Dolby Surround, специального режима обработки звуков DSP и т.д.