Функциональная организация ПК Центральный процессор Центральный процессор

Функциональная организация ПК Центральный процессор , Центральный процессор (CPU, ЦМП) — это основной рабочий компонент компьютера, который выполняет арифметические и логические операции, заданные программой, управляет вычислительным процессом и координирует работу всех устройств компьютера.

Центральный процессор в общем случае содержит в себе: • арифметико-логическое устройство; • устройство управления; • Схемы управления магистралью ввода-вывода; • кэш — очень быструю память малого объема (от 8 до 512 Кбайт).

Современные процессоры выполняются в виде микропроцессоров. Физически микропроцессор представляет собой интегральную схему — тонкую пластинку кристаллического кремния прямоугольной формы площадью всего несколько квадратных миллиметров, на которой размещены схемы, реализующие все функции процессора.

Память компьютера построена из двоичных запоминающих элементов — битов, объединенных в , группы по 8 битов, которые называются байтами. (Единицы измерения памяти совпадают с единицами измерения информации). Все байты пронумерованы. Номер байта называется его адресом. Байты могут объединяться в ячейки, которые называются также словами. Для каждого компьютера характерна определенная длина слова — два, четыре или восемь байтов. Это не исключает использования ячеек памяти другой длины (например, полуслово, двойное слово).

Современные компьютеры имеют много разнообразных запоминающих устройств, которые сильно отличаются между собой по назначению, временным характеристикам, объёму хранимой информации и стоимости хранения одинакового объёма информации. Различают два основных вида памяти — внутреннюю и внешнюю.

Внутренняя память К внутренней памяти относится: • ОЗУ (RAM) - памятью с произвольным доступом. До последних лет из микросхем памяти использовали два основных типа: статическую (SRAM - Static RAM) и динамическую (DRAM - Dynamic RAM).

Любые микросхемы памяти имеют пять основных параметров: 1. Тип памяти. Обозначает статическая (SRAM) она или динамическая (DRAM). В статической памяти элементы (ячейки) построены на триггерах. Ячейки статической памяти имеют малое время срабатывания (единицы-десятки наносекунд), однако они имеют низкую удельную плотность данных (порядка единиц Мбит на корпус) и высокое энергопотребление. Используется в основном в качестве буферной (кэш-память). В динамической памяти ячейки построены на основе областей с накоплением зарядов. При записи бита электрический заряд, который сохраняется в течение нескольких миллисекунд; необходима регенерация. Ячейки динамической памяти имеют большее время срабатывания (десятки -сотни наносекунд), но большую удельную плотность (десятков Мбит на корпус) и меньшее энерго-потребление. Динамическая память используется в качестве основной.

2. Объем памяти. Показывает общую емкость микросхемы. Измеряется в Мб. 256 Mb, 512 Mb; 1 Гб модули. Максимум одного модуля постоянно растет и сейчас составляет 4 Гб 3. Структура памяти. Обозначает количество ячеек памяти и разрядность каждой ячейки. Разрядность памяти - это количество байт (или бит), с которыми операция чтения или записи может быть выполнена одновременно. Разрядность основной памяти обычно согласуется с разрядностью внешней шины процессора. 4 байта - для 386 DX, 486; 8 байт - для Pentium и т. д. 4. Время доступа. Характеризует скорость работы микросхемы и обычно указывается в наносекундах (нс) 5. Корпуса и форм-факторы микросхем памяти. Бывают 5 VSIMM, 3 V-DIMM, DDR

Внутренняя память • ПЗУ ( ROM) - постоянная память, информацию из которой можно только считывать. Это одна или несколько микросхем, расположенных на системной плате и содержащих набор подпрограмм. На такую память, например, помещена Bios. • Cashe-память - сверхоперативная память (СОЗУ), является буфером между ОЗУ и процессором (несколькими процессорами) и другими абонентами системной шины. • Flash-память (флэш-память). Предназначенного для хранения информации и/или переноса между мобильными устройствами и ПК

Внешняя память К ней относится HDD, FDD, CD, DVD. Вся внешняя память энегорнезависима. Основные параметры характеризующие ее – это объем, время доступа, скорость обмена. Схема обмена информацией между устройствами

Накопитель на жестком магнитном диске (НЖМД, HDD, винчестер ) Носителями информации являются круглые алюминиевые пластины — платтеры, обе поверхности которых покрыты слоем магнитного материала. Способ записи двоичной информации на магнитной среде называется магнитным кодированием. Он заключается в том, что магнитные домены в среде выстраиваются вдоль дорожек в направлении приложенного магнитного поля своими северными и южными полюсами. Обычно устанавливается однозначное соответствие между двоичной информацией и ориентацией магнитных доменов.

Информация записывается по концентрическим дорожкам (трекам), которые делятся на секторы. Количество дорожек и секторов зависит от типа и формата дискеты. Сектор хранит минимальную порцию информации, которая может быть записана на диск или считана. Ёмкость сектора постоянна и составляет 512 байтов.

Головки с их несущей конструкцией и дисками заключены в герметически закрытый корпус, называемый модулем данных. При установке модуля данных на дисковод он автоматически соединяется с системой, подкачивающей очищенный охлажденный воздух. Поверхность платтера имеет магнитное покрытие толщиной всего лишь в 1, 1 мкм, а также слой смазки для предохранения головки от повреждения при опускании и подъёме на ходу. При вращении платтера над ним образуется воздушный слой, который обеспечивает воздушную подушку для зависания головки на высоте 0, 5 мкм над поверхностью диска.

Систематизации жестких дисков

Развитие HDD-технологий можно разбить на пять этапов: • Первый (до 1979 года) - использование "классических" индуктивных головок записи/воспроизведения; • Второй этап (1979 -1991 гг. ) - применение тонкопленочных головок; • Третий (1991 -1995 гг. ) - применение магниторезисторных (MR, Magneto-Resistive) головок; • Четвертый (1995 -2000 гг. ) - применение супермагниторезистивных головок (GMR, Giant Magneto. Resistive): уменьшение магнитного зазора в записывающей головке и повышение чувствительности головки чтения за счет использования материалов с аномально высоким коэфициэнтом магниточувствительности; • Пятый (с 2000 года) - появление моделей с новым типом магнитного покрытия — с антиферромагнитной связью (AFC) при сохранении параметров магнитных головок;

Жесткий диск характеризуется основными параметрами: • Протокол передачи данных. IDЕ / SCSI / FC-AL / IEEE / USB. . • Среднее время доступа - процесс позиционирования головки записи/чтения на нужное место, сегодня составляет 3, 6 -11, 5 мс. • Скорость вращения 3600 - 15000 об/мин; Она влияет: на скорость чтения с поверхности диска (до 100 Мв/сек). на время доступа к нужной информации. • Объём. Измеряется в гигабайтах (Gb) до 1000. • Плотность записи. Она влияет на скорость: чем больше плотность записи, тем больше информации помещается на одну дорожку, и, соответственно, больше скорость считывания этой информации при одинаковой скорости вращения диска • Объем кэша. мегабайты

Накопители на компакт-дисках CD-ROM (Сompact Disk Read-Only Memory - компакт диск, из которого можно только читать). CD-ROM представляет собой прозрачный полимерный диск диаметром 12 см и толщиной 1, 2 мм, на одну сторону которого напылен светоотражающий слой алюминия, защищенный от повреждений слоем прозрачного лака. Толщина напыления составляет несколько десятитысячных долей миллиметра.

Информация на диске представляется в виде последовательности впадин (углублений в диске) и выступов (их уровень соответствует поверхности диска. На каждом дюйме (2, 54 см) по радиусу диска размещается 16 тысяч витков спиральной дорожки. Информация наносится на диск при его изготовлении и не может быть изменена. Глубина впадин на поверхности диска равна четверти длины волны лазерного света. Если в двух последовательных тактах считывания информации луч света лазерной головки переходит с выступа на дно впадины или обратно, разность длин путей света в этих тактах меняется на полуволну, что вызывает усиление или ослабление совместно попадающих на светодиод прямого и отраженного от диска света.

CD-ROM обладают высокой удельной информационной емкостью, что позволяет создавать на их основе справочные системы и учебные комплексы с большой иллюстративной базой. Один CD по информационной емкости равен почти 500 дискетам. Cчитывание информации с CD-ROM происходит с достаточно высокой скоростью, хотя и заметно меньшей, чем скорость работы накопителей на жестком диске. CD-ROM просты и удобны в работе, имеют низкую удельную стоимость хранения данных, практически не изнашиваются, не могут быть поражены вирусами, c них невозможно случайно стереть информацию. В отличие от магнитных дисков, компакт-диски имеют не множество кольцевых дорожек, а одну — спиральную, как у грампластинок. В связи с этим, угловая скорость вращения диска не постоянна. Она линейно уменьшается в процессе продвижения читающей лазерной головки к краю диска.

Аудиоадаптер (звуковая карта) предназначена записывать и воспроизводить звук, создавать его программными средствами. Аудиоадаптер содержит в себе два преобразователя информации: • аналого-цифровой, который преобразует непрерывные (то есть, аналоговые) звуковые сигналы в цифровой двоичный код; • цифро-аналоговый, выполняющий обратное преобразование в звука в цифровом виде в аналоговый сигнал, который затем воспроизводится с помощью акустической системы, синтезатора звука или наушников.

Профессиональные звуковые платы позволяют выполнять сложную обработку звука, обеспечивают стереозвучание, имеют собственное ПЗУ с хранящимися в нём сотнями тембров звучаний различных музыкальных инструментов. Звуковые файлы обычно имеют очень большие размеры. Так, трёхминутный звуковой файл со стереозвучанием занимает примерно 30 Мбайт памяти. Поэтому платы Sound Blaster, помимо своих основных функций, обеспечивают автоматическое сжатие файлов.

Видеосистема компьютера состоит из трех компонент: • монитор (называемый также дисплеем); • видеоадаптер; • программное обеспечение (драйверы видеосистемы). Видеоадаптер посылает в монитор сигналы управления яркостью лучей и синхросигналы строчной и кадровой развёрток. Монитор преобразует эти сигналы в зрительные образы. Программные средства обрабатывают видеоизображения — выполняют кодирование и декодирование сигналов, координатные преобразования, сжатие изображений и др.

Видеоадаптер - обрабатывает видеоданные (текст и графику) и управляет работой дисплея. Содержит видеопамять, регистры ввода вывода и модуль BIOS. Посылает в дисплей сигналы управления яркостью лучей и сигналы развертки изображения.

За эти годы использовались следующие типы адаптеров: • MDA (Monochrome Display Adapter) - монохромный адаптер, применяемый в первых PC. Режим - только текстовой, . . . монохромный, 4 цвета реализуются атрибутами знакоместа: обычный, подсвеченный, подчеркнутый, инверсный. MGA (Monochrome Graphics Adapter) - монохромный графический адаптер, графическое расширение MDA, обеспечивается режим 720 x 350 с двумя битами на пиксел. Иногда называют Hercules Graphics Adapter (HGC, Hercules Graphic Controller). CGA (Color Graphics Adapter), цветной графический адаптер. Первая графическая система PC. Режимы - текстовой и графический, разрешение низкое, особенно по вертикали. EGA (Enhanced Graphics Adapter), улучшенный (расширенный) графический адаптер. Режимы - текстовой и графический, кроме собственных видео-режимов поддерживает режимы MDA и CGA.

• VGA (Video Graphics Array), видеографическая матрица. Появился как блок видеосистемы на системной плате PS/2, затем стал самостоятельным стандартным адаптером. Режимы: текстовой и графический. Поддерживает режимы MDA, CGA, EGA и дополнительные. . . Обеспечивает 256 цветов на экране из палитры 262144 цветов или 64 градации серого. Адаптеры различных производителей могут различаться на аппаратном уровне, совместимость обеспечивается на уровне BIOS-а. • SVGA (Super Video Graphics Array), видеографическая матрица высокого класса, превосходят VGA по разрешению (от 800*600 и выше) и/или количеству цветов (True Color 16 -32 млн цветов). Является стандартом среди видео-карт с 1992 года.

Основными составляющими видеокарты являются: 1. Видеопамять. В ней хранится изображение. Ее объем определяет максимально возможное разрешение по горизонтали, по вертикали и количество возможных цветов. 2. Контроллер видеоизображения. Выхватывает изображение из памяти, обрабатывает запросы центрального процессора, формирует видеосигналы. 3. Цифpоаналоговый пpеобpазователь. Преобразует поток данных, поступающих от контроллера, в цветовые уровни, подаваемые на монитор. 4. Video R 0 M (ПЗУ). Служит для хранения видео-BIOS-а, экранных шрифтов и прочей, необходимой для первоначального запуска адаптера, информации. Все видеокарты выпускаются для одной из трех слотов (шин): · IDE (устарев. ) · PCI (Peripheral Component Interconnect) · AGP (Accelerated Graphic Port)

· Графические акселераторы (ускорители) — специализированные графические сопроцессоры, увеличивающие эффективность видеосистемы. Их применение освобождает центральный процессор от большого объёма операций с видеоданными, так как акселераторы самостоятельно вычисляют, какие пиксели отображать на экране и каковы их цвета. · Фрейм-грабберы позволяют захватить нужный кадр видеоряда в память и впоследствии сохранить его в виде файла. · TV-тюнеры — видеоплаты, превращающие компьютер в телевизор. TV-тюнер позволяет выбрать любую нужную телевизионную программу и отображать ее на экране в масштабируемом окне.

Мониторы Монитор — устройство визуального отображения информации (в виде текста, таблиц, рисунков, чертежей и др. ). Монитор может быть сконструированы на базе электроннолучевой трубки (ЭЛТ), жидкокристаллический, сенсорный ЭЛТ Люминофор наносится в виде наборов точек трёх основных цветов — красного, зелёного и синего. Эти цвета называют основными, потому что их сочетаниями (в различных пропорциях) можно представить любой цвет спектра.

Расстояние между центрами пикселов называется точечным шагом монитора. Чем меньше шаг, тем выше чёткость. Обычно в цветных мониторах шаг составляет 0, 24 мм. При таком шаге глаз человека воспринимает точки триады как одну точку "сложного" цвета. Три электронные пушки "нацелены" на один и тот же пиксель. Перед экраном на пути электронов ставится маска Количество отображённых строк в секунду называется строчной частотой развертки. Частота смены кадров называется кадровой частотой развёртки. Она не должна быть ниже 85 Гц, иначе изображение будет мерцать

Разрешение - это количество точек по горизонтали и по вертикали на экране монитора. Например, разрешение 800 х600 означает, что изображение на экране состоит из 800 точек горизонтали и 600 точек по вертикали. Частота кадровой развертки - это количество раз, которое сменится изображение на экране ЭЛТмонитора за 1 сек. Она измеряется в герцах (Гц, Hz). Этот параметр непосредственно влияет на зрение, т. к. при слишком малой частоте кадровой развертки (меньше 75 Гц) человек визуально ощущает мерцание экрана. Рекомендую частоту не менее 85 Гц. Шаг точки (зерно, пиксель, Pixel Pitch). Измеряется в сотых долях мм (от 0, 5 до 0, 18). Для ЭЛТ шаг - это расстояние между смежными RGB-группами точек фосфора ("триадами"). Чем меньше зерно, тем больше точек приходится на единицу площади, тем выше разрешение.

Жидкокристаллические мониторы Жидкие кристаллы — это особое состояние некоторых органических веществ, в котором они обладают текучестью и свойством образовывать пространственные структуры, подобные кристаллическим. Жидкие кристаллы могут изменять свою структуру и светооптические свойства под действием электрического напряжения. Введённые в жидкокристаллический раствор вещества, способны излучать свет под воздействием электрического поля, можно создать высококачественные изображения, передающие более 15 миллионов цветовых оттенков.

Различают типы LCD-дисплеев: · LCD-мониторы с пассивной матрицей (Passive Matrix). В пассивной матрице на жидкие кристаллы воздействуют поля самих координатных проводников. Устаревшие. · LCD-мониторы c активной матрицей (Active Matrix). В активной матрице каждая ячейка управляется транзистором, которым, в свою очередь, управляют через координатные шины. В активной матрице используются отдельные усилительные элементы для каждой ячейки экрана, компенсирующие влияние емкости ячеек и позволяющие значительно уменьшить время изменения их прозрачности. Active Matrix расширяет угол обзора до 170 градусов. Панели требуют подсветки - либо задней (Back Light), либо боковой (Side Light).

Параметры LCD мониторов: ·Яркость определяется яркостью заднего освещения и пропускной способностью панели. Чем выше яркость, тем насыщеннее будет изображение. Измеряется в кд/кв. м (от 170 до 250 cd/m 2). ·· Контрастность показывает соотношение уровней яркости между самым ярким белым и самым темным черным цветами, которые отображает монитор. Чем выше уровень контрастности, тем богаче отображаемая цветовая палитра монитора. От 250: 1 до 800: 1. · Угол обзора. Угол, при котором контрастность изображения уменьшается в 10 раз. · Время рекции пикселя (Response Time, время отклика пикселя матрицы). Самый важный параметр - время, требуемое пикселю для смены цвета. Измеряется в милисекундах (25 -40 ms).

Время отклика напрямую связано с частотой обновления изображения на экране. Справедлива формула: максимальное число FPS = 1 с / время отклика Пример: время отклика 25 мс - получается, что частота обновления изображения на данном мониторе ограничена 40 кадрами в секунду (1 / 0. 025 = 40). По компактности такие мониторы не знают себе равных. Они занимают в 2 — 3 раза меньше места, чем мониторы с ЭЛТ и во столько же раз легче; потребляют гораздо меньше электроэнергии и не излучают электромагнитных волн, воздействующих на здоровье людей.

Плазменные дисплеи (Plasma Display Panel, PDP). Эффект плазмы был открыт в лабораториях Иллинойсского университета в 1966 году. Это свечение газов под воздействием электрического тока. Формирование изображения в плазменном дисплее происходит в пространстве шириной примерно 0, 1 мм между двумя стеклянными пластинами, заполненном смесью газов (ксенона, неона). На переднюю, прозрачную пластину нанесены тончайшие прозрачные проводники (электроды), а на заднюю – ответные проводники. Задняя стенка имеет микроскопические ячейки, заполненные люминофорами трех основных цветов – красного, синего и зеленого, по три ячейки на каждый пиксель. При разряде смесь газов излучает ультрафиолетовый свет, который воздействует на люминофор, заставляя его светиться в видимом спектре.

Плазменные панели очень "прожорливы" (потребляемой мощностью), но не создают магнитных полей (что служит гарантией их безвредности для здоровья), не страдают от вибрации (как ЭЛТ-мониторы), имеют небольшое время отклика (время между посылкой сигнала на изменение яркости пикселя и фактическим изменением), у них отсутствуют напряжение выше 200 вольт (экран практически ничего не излучает), имеют абсолютно плоский экран. угол обзора яркость "картинки" контрастность долговечность ЭЛТ и/или телевизор max 120 градусов max 200 кд/м 2 около 150: 1 7 -10 тысяч часов плазменные панели min 160 градусов min 300 кд/м 2 min 400: 1 30 тысяч часов

Сенсорный экран Сенсорные мониторы складываются из монитора, сенсорного экрана и контроллера. Работать на сенсорном мониторе просто - нужно прикоснуться к выбранной точке на экране. Сфера применения: справочные системы, киоски, терминалы.

Принтеры Принтер — печатающее устройство. Осуществляет вывод из компьютера закодированной информации в виде печатных копий текста или графики. Существуют тысячи наименований принтеров. Но основных видов принтеров три: матричные, лазерные и струйные.

Матричные принтеры используют комбинации маленьких штырьков, которые бьют по красящей ленте, благодаря чему на бумаге остаётся отпечаток символа. Каждый символ, печатаемый на принтере, формируется из набора 9, 18 или 24 игл, сформированных в виде вертикальной колонки. Недостатками этих недорогих принтеров являются их шумная работа и невысокое качество печати.

Струйные принтеры генерируют символы в виде последовательности чернильных точек. Печатающая головка принтера имеет крошечные сопла, через которые на страницу выбрызгиваются быстросохнущие чернила. Эти принтеры требовательны к качеству бумаги. Цветные струйные принтеры создают цвета, комбинируя чернила четырех основных цветов — яркоголубого, пурпурного, желтого и черного. ПЭ ТЭ

Лазеные принтеры Лазерные принтеры работают примерно так же, как ксероксы. Компьютер формирует в своей памяти "образ" страницы текста и передает его принтеру. Информация о странице проецируется с помощью лазерного луча на вращающийся барабан со светочувствительным покрытием, меняющим электрические свойства в зависимости от освещённости. После засветки на барабан, находящийся под электрическим напряжением, наносится красящий порошок — тонер, частицы которого налипают на засвеченные участки поверхности барабана. Принтер с помощью специального горячего валика протягивает бумагу под барабаном; тонер переносится на бумагу и "вплавляется" в неё, оставляя стойкое высококачественное изображение.

Клавиатура— устройство для ввода информации в компьютер и подачи управляющих сигналов. Содержит стандартный набор клавиш печатной машинки и некоторые дополнительные клавиши — управляющие и функциональные клавиши, клавиши управления курсором и малую цифровую клавиатуру.

Клавиатура содержит встроенный микроконтроллер, который выполняет следующие функции: • последовательно опрашивает клавиши, считывая введенный сигнал и вырабатывая двоичный скан-код клавиши; • управляет световыми индикаторами клавиатуры; • осуществляет взаимодействие с центральным процессором через порт ввода-вывода клавиатуры. Клавиатура имеет встроенный буфер — промежуточную память малого размера, куда помещаются введённые символы. В случае переполнения буфера нажатие клавиши будет сопровождаться звуковым сигналом. Работу клавиатуры поддерживают специальные программы, "зашитые" в BIOS, а также драйвер клавиатуры, который обеспечивает возможность ввода русских букв, управление скоростью работы клавиатуры и др.