и я 6 Л екц

и я 6 Л екц Основные устройства ПК

§ 1. Микропроцессор и его характеристики.

§ 2. Типы памяти Память – устройство, способное записывать данные и хранить их для последующего считывания. Типы памяти: • Регистровая память; • Основная память; • Кэш-память; • Видеопамять; • Внешняя память.

Регистровая память (регистры процессора) предназначена для кратковременного хранения небольшого объёма информации, участвующей в вычислениях в данный момент времени.

Основная память предназначена для оперативного хранения выполняемой программы и данных этой программы. Виды основной памяти: • ОЗУ (оперативное запоминающее устройство)- для чтения и записи; • ПЗУ (постоянное запоминающее устройство) - предназначено для чтения (например, CMOS, BIOS).

Кэш-память служит для хранения копий информации, используемой в текущих операциях обмена. Видеопамять предназначена для временного хранения выводимой на экран монитора видеоинформации. Внешняя память используется для долговременного хранения больших объёмов информации.

§ 3. ОЗУ или оперативная память - это массив ячеек, способных хранить данные. Каждая ячейка 8 -битная (8 бит = 1 байт). Каждая ячейка ОЗУ имеет свой номер (адрес). Для 32 -разрядной шины адреса всего адресов ОЗУ может быть 232 ≈ 4, 3 Гбайт. Битные ячейки являются микроконденсаторами (паразитные ёмкости планарных транзисторов) Конденсатор заряжен -1, не заряжен -0. Заряды конденсаторов рассеиваются в пространстве, поэтому их надо постоянно подзаряжать. Регенерация ячеек ОЗУ осуществляется несколько десятков раз в секунду.

Оперативная память размещается на стандартных панелях – модулях. В IBM -совместимых компьютерах в настоящее время используются модули типа DDR Основные характеристики модулей памяти: • объём памяти (128 Мбайт, 256 Мбайт и т. д. ); • время доступа показывает, сколько времени необходимо для чтения данных из ячейки памяти (7 -10 нс).

§ 4. Внешняя память. Магнитные диски. Внешняя память используется для долговременного хранения больших объёмов информации. Виды внешней памяти: • НЖМД (накопитель на жёстких магнитных дисках); • НГМД (накопитель на гибких магнитных дисках); • накопители на оптических дисках; • магнитооптические накопители; • Flash-память.

В накопителях на жёстких магнитных дисках НЖМД (винчестерах) и гибких магнитных дисках НГМД (дискетах) в основу записи информации положено намагничивание участков поверхности дисков магнитной головкой. Винчестер представляет собой несколько десятков дисков, расположенных на одной оси и вращающихся со скоростью ≈10000 об/мин. Основные характеристики винчестеров: ёмкость (сотни Гбайт), частота вращения, средняя скорость передачи данных (до 300 Мбит/с).

§ 5. Накопители на оптических дисках Запись и чтение информации производится с помощью лазерного луча 1) СD-ROM (компакт-диск только. Светоотража ющий слой Разделительная для чтения). призма Информация на диске пред- Фотодиод ставлена в виде последовательности впадин и ровных участков, располо- Полупроводниковый лазер женных на спиральной дорожке. Если участок ровный, то интенсивность отражённого луча большая – 1. Если участок со впадиной, то отраженный луч рассеивается– 0. 1 0 1

2) СD-R (компакт-диски однократной записи). В спиральной канавке находится светочувствительный слой органического материала, темнеющего при нагревании. При записи лазерный луч нагревает выбранные участки слоя, они темнеют и не пропускают свет к отражающему слою – 0. 3) СD-RW (компакт-диски многократной записи). Применяется специальный слой красителя, который при нагреве лазерным лучом способен многократно переходить из кристаллического состояния в аморфное, меняя при этом свою отражательную способность. Ёмкость CD-дисков 700 -800 Мбайт.

4) DVD-диски вмещают больший объём информации благодаря уменьшению размеров углублений и ровных участков, а также расстояний между канавками. Это возможно благодаря использованию лазера с меньшей длиной волны 650 нм и оптической системы с увеличенной числовой апертурой. DVD-диски могут иметь два слоя информации. Ёмкость этих дисков 4, 7 – 17 Гбайт.

5) Новое поколение оптических дисков: • Blue-ray, где используется лазер с ещё меньшей длиной волны 405 нм (синий лазер). Емкость однослойного Blue-ray диска – 27 Гбайт. • HD-DVD , где также используется синий лазер. Емкость одного слоя 15 -20 Гбайт.

§ 6. Магнитооптические накопители. Flash-память В магнитооптических накопителях для записи и стирания используется специальный магнитный слой, который реагирует как на оптическое, так и на магнитное воздействие. При записи информации лазер нагревает отдельные участки слоя до 1500 С, затем магнитная головка записывает данные. При чтении интенсивность отражённого лазерного луча зависит от намагниченности участка. Ёмкость магнитооптических дисков достигает 40 Гбайт.

Flash-память относится к типу памяти ПЗУ Битовыми ячейками памяти здесь являются специальные МОП-транзисторы с изолированным затвором. После изготовления все транзисторы закрыты, т. е. не проводят ток (0). Подачей большого импульса напряжения транзистор переводится в проводящее состояние (1), которое он может сохранять годы. Для записи 0 нужно подать на транзистор большой отрицательный импульс напряжения. Flash-память допускает порядка 105 перезаписей.

§ 7. Устройства ввода информации • клавиатура; • манипуляторы; • сканеры; • дигитайзеры; • цифровые фотокамеры; • микрофон.

Клавиатура - универсальное устройство ввода, позволяющее вводить текстовую и числовую информацию. Манипуляторы служат для работы с графическим интерфейсом программ. Виды манипуляторов: • мышь; • Трекбол (шарик); • тачпад (сенсорная панель).

Цифровые фотокамеры Воспринимают графические данные с помощью ПЗС, объединённых в прямоугольную матрицу. Основной параметр – разрешающая способность, связанная с количеством ячеек ПЗС в матрице.

§ 8. Сканеры вводят текстовую и графическую информацию с листа бумаги. Типы сканеров: • планшетные; • ручные; • барабанные; • штрих-сканеры; • сканеры форм.

Планшетные сканеры Принцип действия: луч света, отражённый от бумаги, попадает на специальные элементы – приборы с зарядовой связью (ПЗС). Через ПЗС идёт ток, зависящий от интенсивности падающего на ПЗС луча света. Элементы ПЗС оформляют в виде линейки. В зависимости от конструкции сканера протягивают либо линейку при неподвижном листе, либо лист при неподвижной линейке.

Параметры планшетных сканеров: • Разрешающая способность, измеряемая в dpi (точек на дюйм). Типичное значение для офисного применения 600 -1200 dpi. • Производительность (продолжительность сканирования листа бумаги). • Динамический диапазон (натуральный логарифм отношения яркости самых светлых участков изображения к яркости самых тёмных участков). • Максимальный размер сканируемого материала.

Ручные сканеры Принцип действия как у планшетных сканеров, но протягивание линейки ПЗС производится вручную. Разрешающая способность 150 -300 dpi.

Барабанные сканеры Исходный материал закрепляется на поверхности вращающегося барабана. Применяются не ПЗС, а фотоэлектронные умножители. Разрешение 2400 -5000 dpi. Используют для сканирования фотонегативов, слайдов.

Сканеры форм Предназначены для ввода данных со стандартных форм (перепись населения, анкетирование, выборы). Требуется большое быстродействие.

§ 9. Устройства вывода информации. Мониторы. • Мониторы • Принтеры • Колонки • Наушники

Виды мониторов: • ЭЛТ-мониторы (на основе электронно- лучевой трубки); • ЖК-мониторы (жидкокристаллические); • Плазменные мониторы.

ЭЛТ-мониторы Пучок электронов, выбрасываемый электронной пушкой, падает на поверхность кинескопа, покрытую особым веществом — люминофором. Под действием этих лучей каждая точка экрана светится одним из трех цветов — красным, зеленым и синим. Красная, зелёная и синяя близко расположенные точки образуют пиксел.

Параметры ЭЛТ-мониторов: • размер по диагонали в дюймах; • величина экранного зерна (расстояние между соседними пикселами) ≈ 0, 24 мм; • разрешающая способность, показывающая, сколько пикселей может уместиться на экране монитора по вертикали и диагонали (например, 1024 х768); • частота регенерации изображения показывает, сколько раз за 1 сек монитор может сменить изображение (минимальное значение – 75 Гц, комфортное – 100 Гц).

ЖК-мониторы Матрица ЖК-монитора состоит из ЖК- ячеек. Кристаллы в ячейках работают как оптический затвор, пропуская или закрывая свет от лампы за матрицей. Управление ячейкой осуществляется посредством внешнего напряжения отдельно для каждой ячейки.

Параметры ЖК-мониторов: • размер по диагонали, величина экранного зерна, разрешающая способность; • время отклика (время переключения пиксела с чёрного на белый цвет или наоборот); • угол обзора (по вертикали и горизонтали) – максимальный угол просмотра, при котором нет существенных цветовых искажений.

Достоинства ЖК-мониторов: • Компактны, легки, малая толщина; • Безопасны в медицинском отношении; • Малое энергопотребление и тепловыделение; • Отсутствие эффекта мерцания изображения. Недостатки ЖК-мониторов: • Недостаток углов обзора; • Большое время отклика, как следствие «хвосты» на экране.

Плазменные мониторы В плазме под действием внешнего напряжения возникает газовый разряд. Цвет свечения зависит от напряжения. Качество изображения не уступает ЭЛТ и ЖК-мониторам. Экраны большого размера (от 40 дюймов), малой толщины (8 -10 см), высокая цена.

§ 10. Принтеры – устройства вывода информации на бумагу. Типы принтеров: • Матричные; • Струйные; • Термосублимационные; • Лазерные; • Светодиодные.

1) Матричные принтеры Данные выводятся на бумагу в виде оттиска, образующегося при ударе иголок через красящую ленту. Производительность работы оценивают по количеству печатаемых знаков в сек. Низкое качество печати.

2) Принтеры струйные Изображение на бумаге формируется в виде пятен, образующихся при попадании капель красителя на бумагу. Выброс капель происходит, в зависимости от конструкции принтера: • под давлением пара, образующегося при очень быстром нагреве чернил в печатающей головке; • под давлением пъезоэлемента, выдавливающего чернила из трубочки.

Низкая стоимость принтеров, высокое качество, но стоимость оттиска > чем на лазерном принтере. Нашли широкое применение в цветной печати (превосходят цветные лазерные принтеры по показателю качество/цена).

3) Принтеры термосублимационные Печатающая головка нагревается до 4000 С, порция красителя сублимирует с головки (т. е. переходит из твёрдого состояния в газообразное) и осаждается на бумаге. Очень высокое качество изображения (фотографическое), но высокая стоимость оттиска, малая производительность.

4) Лазерные принтеры Принцип действия: • Лазерная головка посылает световые импульсы на светочувствительный барабан; • Соответствующие участки барабана заряжаются; • Вращающийся барабан соприкасается с красящим составом (тонером), тонер закрепляется на заряженных участках;

• Барабан контактирует с листом бумаги, тонер переносится на бумагу; • Лист бумаги нагревается, в результате тонер спекается и закрепляется на бумаге. Основные параметры лазерных принтеров: • разрешающая способность dpi (точек на дюйм): 600 -1200 dpi; • производительность (страниц в минуту); • формат используемой бумаги; • объём собственной оперативной памяти. Обеспечивают высокое качество и высокую скорость печати.

4) Светодиодные принтеры Принцип действия как у лазерных принтеров, только источником света является не лазерная головка, а линейка светодиодов. В результате конструкция получается проще, надёжнее и дешевле.

§ 11. Модемы. Модем - устройство для обмена информацией между удалёнными компьютерами по каналам связи. Обычный аналоговый модем передающего компьютера преобразует цифровые данные в аналоговые (модуляция) и направляет их по телефонной линии. Модем принимающего компьютера преобразует аналоговые данные в цифровые (демодуляция).

Модем =Модулятор + Демодулятор Кроме модуляции-демодуляции модемы выполняют сжатие и декомпрессию данных, а также поиск и исправление ошибок в передаваемых данных. Параметры модемов: • Скорость передачи данных (бит/с); • Пропускная способность (доля полезной информации, передаваемой по каналу); • Протоколы связи (т. е. перечень команд управления и обмена); • Шинный интерфейс (если модем внутренний).

Типы модемов (в зависимости от среды передачи): • Обычные аналоговые модемы и факс- модемы ; • ADSL-модемы (ассиметричная цифровая линия) для телефонной сети; • GPRS-модемы для сетей операторов мобильной связи; • Кабельные модемы для сетей кабельного телевидения.

§ 12. Классификация компьютеров по их производительности Компьютеры Микро- Супер- компьютеры Мэйнфреймы компьютеры (до сотен MIPS) (>100 MFLOPS) Вычислительные сети

Часто для оценки производительности компьютера используют единицы: • MIPS (миллион усредненных команд в сек); • MFLOPS (миллион операций над действительными числами в сек). Для персональных компьютеров обычно вместо производительности указывают тактовую частоту.

А) Микрокомпьютеры Это компактные компьютеры, имеющие производительность до сотен MIPS. Типы микрокомпьютеров: • микропроцессор (специализированное устройство, встраиваемое в систему управления или технологическую линию); • персональные компьютеры (универсального назначения, рассчитанные на одного пользователя). Широкое распространение получили переносные персональные компьютеры: laptop (наколенник), notebook (записная книжка), palmtop (наладонник).

Б) Суперкомпьютеры Это очень мощные компьютеры с производительностью свыше 100 MFLOPS Пример - суперкомпьютеры корпорации Cray. Суперкомпьютеры создаются в виде многопроцессорных вычислительных систем (несколько десятков процессоров). Требуют специального помещения, особого температурного режима, часто водяного охлаждения (или охлаждения жидким азотом), высококвалифицированного обслуживания.

В) Мэйнфреймы (большие ЭВМ) Используются для производства сложных научно-технических расчётов, математического моделирования, в качестве центральных машин АСУ. Пример – отечественные ЕС ЭВМ, мэйнфреймы фирмы IBM. Требуют специального помещения, специального обслуживания, поддержания температурного режима.