Магистрально-модульный принцип построения компьютера Типы компьютеров

Магистрально-модульный принцип построения компьютера

Типы компьютеров

Устройство компьютера 3 Настольные компьютеры (desktop) звуковые монитор системный блок колонки для вывода информации для вывода звука на экран принтер для вывода информации на печать сканер для ввода рисунков мышь клавиатура для управления для ввода текста К. Поляков, 2007 -2011 http: //kpolyakov. narod. ru

Устройство компьютера 4 Ноутбуки (лэптопы) • меньшие размеры и вес • дорого стоят • работа от аккумуляторов • практически не модернизируются (до 3 -5 часов) или от сети (upgrade) • мобильность • меньшая производительность • чувствительность к ударам, вибрациям, … • сильно нагреваются К. Поляков, 2007 -2011 http: //kpolyakov. narod. ru

Устройство компьютера 5 Нетбуки Нетбук – небольшой ноутбук для доступа в Интернет и работы с простейшими офисными программами. Интернет + Ноутбук = Нетбук • экран 7 -11 дюймов • экономичный процессор (Intel Atom) • винчестер до 160 Гб или флэш-память • меньшая стоимость • нет DVD-дисковода • меньшие размеры и вес • низкая производительность • работа от аккумуляторов до 5 -12 часов К. Поляков, 2007 -2011 http: //kpolyakov. narod. ru

Устройство компьютера 6 Портативные компьютеры КПК = карманный ПК коммуникатор, смартфон (КПК + сотовая связь) Мобильный навигатор планшет (КПК + GPS) К. Поляков, 2007 -2011 http: //kpolyakov. narod. ru

Архитектура компьютера

8 Архитектура компьютера Архитектура – принципы действия и взаимосвязи основных устройств компьютера (процессора, ОЗУ, внешних устройств). Принстонская архитектура (фон Неймана): данные ОЗУ управление (программа прямой доступ и данные) прямой доступ к памяти устройства процессор ввода вывода Гарвардская архитектура – программы и данные хранятся в разных областях памяти. скорость (одновременно читаем команду и данные) нужно больше контактов у процессора

9 Принципы фон Неймана «Предварительный доклад о машине EDVAC» (1945) 1. Принцип двоичного кодирования: вся информация кодируется в двоичном виде. 2. Принцип программного управления: программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором автоматически друг за другом в определенной последовательности. 3. Принцип однородности памяти: программы и данные хранятся в одной и той же памяти. 4. Принцип адресности: память состоит из пронумерованных ячеек; процессору в любой момент времени доступна любая ячейка.

Процессор Оперативная память Шина данных (8, 16, 32, 64 бита) Информационная магистраль (шина) Шина адреса (16, 20, 24, 32, 36, 64 бита) Шина управления Контроллеры Контроллеры Устройства ввода Долговременная память Устройства вывода

11 Шина – многожильная линия связи, доступ к которой имеют несколько устройств. Контроллер – электронная схема, управляющая внешним устройством по сигналам процессора.

Шина данных. По этой шине данные передаются между различными устройствами. Разрядность шины данных определяется разрядностью процессора, т. е. количеством двоичных разрядов, которые процессор обрабатывает за один такт.

Шина адреса. Каждое устройство или ячейка оперативной памяти имеет свой адрес. Адрес передается по адресной шине от процессора к оперативной памяти и устройствам. Разрядность шины адреса определяется объемом адресуемой памяти. Количество адресуемых ячеек можно рассчитать по формуле: N = 2 I, где I – разрядность шины адреса. N = 264 ячеек.

Шина управления. По шине управления передаются сигналы, определяющие характер обмена информацией по магистрали. Сигналы управления определяют, какую операцию – считывание или запись информации из памяти нужно производить, синхронизируют обмен информацией между устройствами и т. д.

ЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА СИСТЕМНОЙ ПЛАТЫ Монитор Проектор Процессор AGP Видеоплата Северный Оперативная Шина памяти PCI Express мост память Сетевая карта Внутренний модем PATA PCI Сетевой адаптер Wi-Fi Жесткие диски Южный Звуковая плата CD-дисководы SATA мост DVD-дисководы USB Принтер Сканер PS/2 Цифровая камера Web-камера Клавиатура Модем Мышь Микрофон Звуковая Колонки Цифровые микросхема IEEE 1394 Наушники видеокамеры

Устройство компьютера 17 Процессор Pentium, Celeron, Xeon, Athlon, Duron, Sempron, Core 2 Duo, Core i 3, i 5, i 7 Athlon X 2, Phenom X 4 Процессор – микросхема, которая обрабатывает информацию и управляет всеми устройствами компьютера. АЛУ – арифметико-логическое устройство УУ – устройство управления К. Поляков, 2007 -2011 http: //kpolyakov. narod. ru

Устройство компьютера 18 Процессор: характеристики Тактовая частота (число тактов в секунду) – число простейших операций, выполняемых за 1 секунду такт – время выполнения простейшей операции измеряется в гигагерцах (ГГц) ГГц = гигагерц (миллиард герц), 1 герц = 1 такт в секунду тактовая частота 2 ГГц 1 такт = 0, 000005 с Разрядность (в битах) – число бит, которые процессор обрабатывает за 1 раз (8, 16, 32, 64). Частота системной шины – частота обмена данными с устройствами на материнской плате (в МГц, до 2000 МГц). Объем кэш-памяти – до 2 Мб на одно ядро. К. Поляков, 2007 -2011 http: //kpolyakov. narod. ru

Устройство компьютера 19 Память компьютера 1. Внешняя память жесткие диски (винчестеры) флэш-память лазерные диски (CD, DVD) дискеты магнитная лента 2. Внутренняя память К. Поляков, 2007 -2011 http: //kpolyakov. narod. ru

Устройство компьютера 20 Внутренняя память Оперативная память ОЗУ = оперативное запоминающее устройство RAM = random access memory (с произвольным доступом) более 256 Мб Постоянная память ПЗУ = постоянное запоминающее устройство ROM = read only memory (только для чтения) 64 Кб – микросхема BIOS (настройки данного компьютера) К. Поляков, 2007 -2011 http: //kpolyakov. narod. ru

Устройство компьютера 21 Внутренняя память Оперативная Постоянная память при информация отключении сбрасывается сохраняется питания можно ли чтение и запись только чтение изменять (RAM) (ROM) информацию? скорость передачи высокая низкая данных К. Поляков, 2007 -2011 http: //kpolyakov. narod. ru

Устройство компьютера 22 Характеристики памяти Объем (емкость) ПЗУ: 64 Кбайт ОЗУ: от 256 Мбайт до 16 Гбайт ЖМД: от 250 Гбайт до 4 Тбайт Быстродействие (время доступа) – время, необходимое для чтения минимальной порции данных ОЗУ: около 10 нс Flash: около 2 мс ЖМД: около 4 мс Доступ § произвольный – в любой момент могут быть переданы любые данные (ОЗУ, винчестер, flash- память) § последовательный – данные могут передаваться только в определенной последовательности (магнитная лента) К. Поляков, 2007 -2011 http: //kpolyakov. narod. ru

Устройство компьютера 23 Кэш-память (cache – тайник, запас) – быстродействующая память, расположенное между процессором и ОЗУ. Проблема – тактовая частота работы процессора значительно выше, чем тактовая частота ОЗУ, процессор «простаивает» , ожидая данные. быстро ОЗУ кэш-память медленно Чтение из ОЗУ – сначала в кэш. Если нужная ячейка уже есть в кэше, она берется из кэша (быстро). К. Поляков, 2007 -2011 http: //kpolyakov. narod. ru

Устройство компьютера 24 Кэш-память Многоступенчатое кэширование: процессор 128 Кб… 4 Мб 64 Кб ОЗУ ядро L 1 L 2 L 1 быстрее L 2! • увеличение скорости работы, если часто нужны одни и те же ячейки • неэффективно, если все время нужны разные ячейки К. Поляков, 2007 -2011 http: //kpolyakov. narod. ru

Устройство компьютера 25 Системный блок дисковод блок питания СD (DVD) дисковод видеокарта для дискет порты процессор слоты винчестер расширения оперативная материнская плата память К. Поляков, 2007 -2011 http: //kpolyakov. narod. ru

Устройство компьютера 26 Дисководы дисковод для гибких магнитных дисков • скорость вращения 300 об/мин • скорость передачи данных 63 Кб/сек 52 x дисковод CD-RW 52 32 52 • чтение CD-ROM до 52 (52 150 Кб/сек) • запись CD-RW до 32 • запись CD-R до 52 комбо-привод • чтение и запись CD-ROM, CD-RW • чтение DVD-ROM дисковод DVD-RW • чтение и запись CD до 52 • запись DVD-RW, DVD+RW до 8 (8 9 150 Кб/сек) • запись DVD-R, DVD+R до 18 К. Поляков, 2007 -2011 http: //kpolyakov. narod. ru

Устройство компьютера 27 Контроллеры Контроллер – это электронная схема, управляющая работой внешнего устройства: § видеокарта (монитор) § сетевая карта (сеть) § контроллер дисковода (дисковод) К. Поляков, 2007 -2011 http: //kpolyakov. narod. ru

Устройство компьютера 28 Встроенные устройства (на материнской плате) • Видеокарта • не надо покупать отдельно • приличное качество для простых задач • качество ниже, чем у отдельного устройства (скорость, цветопередача, четкость) • Звуковая карта • Сетевая карта К. Поляков, 2007 -2011 http: //kpolyakov. narod. ru

Устройство компьютера 29 Системный блок: порты питание порты PS/2 220 В вкл/выкл последовательный порт блок питания порт VGA параллельный порты USB линейный сеть RJ-45 вход К. Поляков, 2007 -2011 http: //kpolyakov. narod. ru

Устройство компьютера 30 Порты для видеосигналов Монитор Видеокарта Проектор Порт VGA (аналоговый) Порт DVI (цифровой) К. Поляков, 2007 -2011 http: //kpolyakov. narod. ru

Устройство компьютера 31 Последовательный, параллельный порты Последовательный порт (COM 1, COM 2, …) до 115 Кбит/с низкоскоростные устройства: модем, мышь 101101010010110 Параллельный порт (LPT 1, Centronics) до 2 Мбайт/с принтер 101101010010110 1 0 1 1 101 0 0 1 1 0 101101010010110 101101011110110 10 0 0 1010010110 101101010010110 К. Поляков, 2007 -2011 http: //kpolyakov. narod. ru

Устройство компьютера 32 Порты USB Порт USB (Universal Serial Bus) USB 1. 1 – до 12 Мбит/c, USB 2. 0 – до 480 Мбит/c принтер, сканер, мышь, … • высокая скорость • подключение «на ходу» • можно подключать несколько устройств к одному порту (через хабы) К. Поляков, 2007 -2011 http: //kpolyakov. narod. ru

Устройство компьютера 33 Другие типы портов Порт IEEE 1394 (Fire. Wire) до 1600 Мбит/c Инфракрасный порт Ir. DA (Infrared Data Association) до 4 Мб/с встроенный в ноутбук внешний адаптер (USB) К. Поляков, 2007 -2011 http: //kpolyakov. narod. ru

Внешняя память компьютера

Устройство компьютера: Внешняя память 37 37 Флэш-память Флэш-диски (до 64 Гб) Флэш-карты (до 32 Гб) • не требуют питания для хранения • высокая скорость • компактность • высокая цена за 1 Гбайт • изнашивание при стирании и записи (100000 циклов) ! • Фото: полностью заполнять, потом все стирать. • Не редактируйте файлы на флэш-диске! К. Поляков, 2007 -2011 http: //kpolyakov. narod. ru

Устройство компьютера: Внешняя память 38 Винчестеры ЖМД = жесткий магнитный диск внешние винчестеры HDD = hard disk drive Емкость: до 4 Тбайт Частота вращения: 7200 об/мин, 10000 об/мин Подключение: IDE, SATA К. Поляков, 2007 -2011 http: //kpolyakov. narod. ru

Устройство компьютера: Внешняя память 39 39 Лазерные CD-диски Звуковые CD (compact disk) диаметр 12 см 74 -80 минут звука CD-ROM, CD-RW: 650 -700 Мбайт CD-ROM – только чтение CD-R (болванка) – однократная запись CD-RW – многократная запись мини-CD (-R, -RW) диаметр 8 см 24 минуты звука, 210 Мбайт • надежность, долговечность • низкая стоимость • скорость чтения и записи ниже, чем у винчестеров К. Поляков, 2007 -2011 http: //kpolyakov. narod. ru

Устройство компьютера: Внешняя память 40 DVD-диски DVD = Digital Versatile Disk или Digital Video Disk лазер с меньшей длиной волны однослойные двухслойные односторонние 4, 7 Гбайт односторонние 8, 5 Гбайт двухсторонние 9, 4 Гбайт двухсторонние 17, 1 Гбайт DVD-ROM – только чтение DVD-R, DVD+R – однократная запись DVD-RW, DVD+RW – многократная запись (1000 циклов) DVD-RAM – многократная запись (100000 циклов) К. Поляков, 2007 -2011 http: //kpolyakov. narod. ru

Устройство компьютера: Внешняя память 42 Blu-ray диски высокой плотности Blu-ray Disc = Blue ray Disc, BD (blue ray – синий луч лазера) BD-ROM, BD-RE (перезаписываемые) слоев емкость, Гбайт 1 23, 3 – 33 2 46, 6 – 66 3 100 4 128 16 400 20 500 К. Поляков, 2007 -2011 http: //kpolyakov. narod. ru

Устройство компьютера: Внешняя память 43 43 Стримеры Стример (streamer) – устройство для резервного копирования данных c винчестера на магнитную ленту. • емкость до 4 Тбайт • дешевая магнитная лента • надежность • высокая скорость (до 160 Мб/с) • последовательный доступ к данным ( «перематывать» в нужное место) • низкая скорость поиска • только для потока данных (весь винчестер или папка), крайне сложно работать с отдельными файлами Производители: Hewlett Packard, Sony, IBM К. Поляков, 2007 -2011 http: //kpolyakov. narod. ru

Устройство компьютера: Внешняя память 44 44 Сравнение типов внешней памяти По максимальной емкости: CD-диски 650 -700 Мбайт флэш-память до 64 Гбайт DVD-диски до 500 Гбайт винчестеры До 4 Тбайт стримеры (магнитная лента) до 4 Тбайт По максимальной скорости (чтения): CD-диски до 8 Мбайт/с DVD-диски до 24 Мбайт/с флэш-память до 60 Мбайт/с винчестеры до 125 Мбайт/с стримеры (магнитная лента) до 160 Мбайт/с К. Поляков, 2007 -2011 http: //kpolyakov. narod. ru

Устройство компьютера: Внешняя память 45 Опасные воздействия Дискеты (ГМД = гибкие магнитные диски): магнитные поля, грязь, температура Винчестеры (ЖМД = жесткие магнитные диски): магнитные поля, удары, вибрация CD, DVD-диски: царапины, грязь Flash-диски: сбои питания, отсоединение во время записи К. Поляков, 2007 -2011 http: //kpolyakov. narod. ru

Устройства ввода

47 Устройство ввода: клавиатуры Эргономическая Мультимедийная MIDI-клавиатуры • громкость звука • извлечь/принять CD-диск; • аудиопроигрыватель • Интернет: почтовая программа, браузер, поиск • калькулятор, Проводник • действия с окнами • ждущий/ спящий режим, выключить компьютер

48 Клавиатура Num Lock Caps Lock Scroll Lock

49 Клавиатура Esc – выход Tab – табуляция F 1 -F 12 – функциональные клавиши (F 1 – помощь) Caps. Lock – заглавные буквы Shift, Ctrl, Alt – меняют значения клавиш Shift + ‘a’ = ‘A’ кнопка Пуск контекстное меню Enter – ввод – Backspace (шаг назад) Insert (Ins) – вставка Delete (Del) – удаление Home – в начало строки End – в конец строки Page. Up (Pg. Up) – на страницу вверх Page. Down (Pg. Dn) – на страницу вниз Prt. Sc – «снимок» экрана Scroll. Lock – почти не используется Pause (Break) – почти не используется

50 Устройства ввода: оптические мыши Светодиодные мыши Лазерные (точность в 20 раз выше)

51 Беспроводные устройства ввода приемное устройство подзарядка (ресивер, USB) аккумуляторов Беспроводной комплект • клавиатура • мышь • ресивер

52 Трекбол • если мало места или есть вибрация • не устает рука (запястье на месте) • сложно привыкнуть

53 Тачпэд и трек-пойнт Тачпэд (touch-pad) Трэкпоинт (trackpoint)

54 Мышь с чувствительно поверхностью Magic Mouse (фирма Apple) щелчок ЛКМ и + Ctrl = масштаб ПКМ только Mac, Mac. Book, листание страниц прокрутка i. Tunes, Safari, i. Phone и фотографий

55 Графический планшет Планшет = дигитайзер Wacom • ввод векторных рисунков • рисование «кистью» в графическом редакторе • мышь – особый вид пера

56 Игровые манипуляторы Джойстик Игровой пульт (геймпад) Руль Педали для авиасимулятора

57 Сканеры Сканер – устройство для ввода изображений. ручные планшетные барабанные со слайд-модулем рулонные

58 Сканеры Качество сканирования ppi = pixels per inch, пиксели на дюйм 150 -300 ppi – низкое разрешение 300 ppi – сканирование любительских фото до 5400 ppi – сканирование фотопленки планшетные – до 5400 ppi барабанные – до 14400 ppi рулонные – до 800 ppi Ввод текста ! Сканер вводит текст как изображение! OCR = Optical Character Recognition, оптическое распознавание символов ABBY FIne. Reader

59 Микрофоны Проводные Беспроводные

60 Работа с телесигналом и видео TV-тюнер плата видеозахвата устройство видеозахвата Web-камера

Устройства вывода

62 Мониторы электронно-лучевые жидкокристаллические (ЖК) • дешево стоят • практически нет • малое время отклика излучения • лучшая цветопередача • малые размеры и вес • потребляют мало • вредное электромагнитное электроэнергии (40 Вт) излучение • вес до 25 кг • стоят дороже • потребляют до 110 Вт • смазывание изображения • искажают цвета

63 Характеристики ЖК-мониторов ль она аг ди Диагональ: 15’’, 17’’, 19’’, … 30’’ Яркость 300… 500 кд/м² Контрастность от 300: 1 до 2000: 1 Углы обзора 160° … 178° Рабочее разрешение 1280 x 1024 pix Время отклика 2… 20 мс Соотношение сторон 4: 3, 5: 4, 16: 9

64 Видеосистема компьютера видеокарта (видеоадаптер) процессор выход VGA выход DVI Видеокарта – это электронная плата, которая обрабатывает видеоданные и управляет работой монитора. • графический процессор • вспомогательные микросхемы (чипсет) • оперативная память 128 Мб… 1 Гб • кулер

65 Принтеры Принтер – устройство для вывода информации на бумагу или пленку. Качество печати dpi = dots per inch, точки на дюйм обычно 300 – 600 dpi 1200 dpi (типографское качество) Виды принтеров • матричные (красящая лента) • струйные (чернила) • лазерные (порошок) • сублимационные (красящая лента)

66 Матричные принтеры (9 или 24) Качество печати: • дешевые принтеры и ленты 72… 300 dpi • печать под копирку до 5 копий • нетребовательны к бумаге текст: до 337 символов в минуту • невысокое качество до 300 dpi • низкая скорость печати графика: до 5 мин на • шумят страницу!!! • черно-белые (почти все)

67 Струйные принтеры Типы • ч/б • цвет: CMYK Cyan Magenta Yellow blac. K Качество печати: 300… 4800 dpi • относительно дешевые • качественная печать ч/б: до 30 стр/мин • мало шумят цвет: до 30 стр/мин • большинство – цветные • требовательны к бумаге фото 10 15: • дорогие катриджи от 10 сек • чернила расплываются от воды

68 Лазерные принтеры Качество печати: • становятся все дешевле • очень качественная печать 600… 1200 dpi • мало шумят ч/б: до 50 стр/мин • есть цветные • требовательны к бумаге цвет: до 25 стр/мин • дорогие катриджи • потребляют много электроэнергии • цветные дорогие

69 Сублимационные принтеры Сублимация – быстрый переход вещества из твердого состояния в газообразное. • твердые красители: Cyan Magenta Yellow • 256 оттенков каждого цвета, всего 16, 7 млн. цветов • печать при нагреве • верхний защитный слой качество печати: • очень качественная печать фото 300 dpi • не выцветает 100 лет (= 4800 dpi) • печать прямо с фотоаппарата фото 10 15: • специальная бумага и пленки с около 1 мин красками

70 Много. Функциональные Устройства (МФУ) МФУ = принтер + копир + сканер + факс струйные лазерные • «все в одном» • занимают меньше места • качество хуже, чем у отдельных устройств • неисправность одной части может привести к поломке всего аппарата

71 Плоттер – устройство для печати больших изображений. перьевые струйные (графопостроители) (широкоформатные принтеры) лазерные режущие

72 Наушники и звуковые колонки до 30 м

Специальные устройства

74 Модемы аналоговые сигналы цифровые цифровые коды коды 101001101 101001101 модем Модем – устройство для связи двух компьютеров с помощью телефонной линии. Модем (модулятор/демодулятор) – устройство для преобразования аналогового сигнала в цифровой код и наоборот. Скорость обмена (биты в секунду): прием до 56 Кбит/c передача до 33 Кбит/c

75 Модемы Внешние Внутренние аппаратные (процессор, память) программные (обработку информации выполняет драйвер) • качество связи линия • надежность • индикаторы • дорого стоят

76 Модемы Программные модемы • дешево стоят • большая нагрузка на основной процессор • сложное программное обеспечение (драйвер) • ПО зависит от операционной системы Факс-модемы позволяют принимать и передавать факсы на другой факс-модем или факс-машину. Голосовые модемы – обмен голосовыми сообщениями, автоответчик.

77 ADSL-модемы ADSL = Asymmetric Digital Subscriber. Line, асимметричная цифровая абонентская линия высокочастотный сигнал (> 24 к. Гц) ADSL-модем сплиттер голос (до 3, 4 к. Гц) низкочастотный сигнал • нужна только телефонная линия • не надо «дозваниваться» , все время «на линии» • телефон свободен • высокая скорость (прием до 24 Мбит/с, передача до 3, 5 Мбит/с) • специальное оборудование: ADSL-модем на станции • не для всех АТС

78 USB-модемы оператор мобильной связи спутниковый или оптоволоконный канал связи с сервером роутер Интернета USB-модем 3 G (3 rd generation) – 3 -е поколение мобильной связи: до 10 Мбит/с (Скай. Линк, Мегафон, МТС, Билайн) 4 G (4 rd generation) – 4 -е поколение до 1 Гбит/с (Yota)

79 Защита от помех питания Сетевые фильтры Защищают от: • скачков напряжения • высокочастотных помех • повышенного напряжения ИБП = источник бесперебойного питания UPS = Uninterruptable Power Supply, Защищают от: • скачков напряжения • нестабильной частоты • снижения напряжения • исчезновения питания Переключение на аккумуляторы (до 5 мин) • off-line (резервные) – только при некачественном питании, для рабочих станций и ПК • on-line (активный) – всегда, двойное преобразование AC-DC-AC, для жизненно-важных серверов

80 Сетевое оборудование коммутатор маршрутизатор сетевая карта (свич) (роутер) 10/1000 Мбит/сек кабель «витая пара» точка доступа патч-корд беспроводной сети (Wi. Fi) вилка RJ-45