Устройство компьютера Содержание l l Магистрально модульный

Устройство компьютера

Содержание l l Магистрально модульный принцип построения компьютера Аппаратная реализация компьютера

Магистрально-модульный принцип устройства компьютера Процессор Оперативная память Шина данных (8, 16, 32, 64 бита) Шина адреса (16, 20, 24, 32, 36 битов) Магистраль Шина управления Устройства ввода Долговременная память Устройства вывода Сетевые устройства

Магистраль l l l Шина данных. По этой шине данные передаются между различными устройствами в любом направлении. Разрядность шины данных определяется разрядностью процессора. Шина адреса. По этой шине считываются и пересылаются данные. Адрес передается по адресной шине в одном направлении – от процессора к оперативной памяти и устройствам. Разрядность этой шины определяет объем адресуемой памяти Шина управления. По этой шине передаются сигналы, определяющие характер обмена информацией по магистрали. Сигналы управления показывают, какую операцию нужно производить, синхронизируют обмен информацией между устройствами.

Процессор аппаратно реализуется на большой интегральной схеме (БИС). Интегральная схема представляет собой маленькую плоскую полупроводниковую пластину размером примерно 20 х20 мм, заключенную в плоский корпус с рядами металлических штырьков. Использование современных высоких технологий позволяет разместить на БИС огромное количество функциональных элементов. Характеристики процессора

Характеристики процессора l l l Тактовая частота Производительность Разрядность

Тактовая частота Быстродействие компьютера определяет тактовая частота, то есть количество тактов в секунду. Такт это промежуток времени между началами подачи двух последовательных импульсов специальной микросхемой генератором тактовой частоты, синхронизирующим работу компьютера. На выполнение процессором каждой базовой операции отводится определенное количество тактов. Чем больше тактовая частота, тем больше операций в секунду выполняет процессор

Производительность процессора является его интегральной характеристикой, которая зависит от частоты процессора, его разрядности, а также особенностей архитектуры. Производительность процессора нельзя вычислить, она определяется в процессе тестирования, по скорости выполнения процессором определенных операций в какой либо программной среде.

Разрядность процессора На производительность процессора влияет его разрядность. Разрядность процессора определяется количеством двоичных разрядов, которые могут передаваться или обрабатываться процессором одновременно.

Оперативная память, предназначенная для хранения информации, изготавливается в виде модулей памяти. Модули памяти представляют собой пластины с рядами контактов, на которых размещаются БИС памяти. Модули памяти могут различаться между собой по размеру и количеству контактов, быстродействию, информационной емкости и так далее. Важнейшей характеристикой модулей оперативной памяти является быстродействие.

Аппаратная реализация компьютера l l Системный блок Внешняя память Устройства ввода информации Устройства вывода информации

Системный блок компьютера Ш Системная плата Ш Процессор Ш Оперативная память Ш Накопители на жестких и гибких дисках Ш CD ROM Ш Блок питания

Системная плата является основным аппаратным компонентом компьютера. На системной плате реализована магистраль обмена информацией, имеются разъемы для установки процессора и оперативной памяти, слоты для установки контроллеров внешних устройств. Логическая схема системной платы Контроллеры

Логическая схема системной платы Процессор Оперативная память Системная шина AGP Северный мост PCI Монитор Звуковая плата Сетевая плата Внутренний модем SCSI контроллер. Жесткие диски CD ROM DVD ROM Южный мост UDMA Мышь Внешний модем COM PS/2 Клавиатура USB LPT Сканер Плоттер Web камера Принтер

Контроллер оперативной памяти и периферийных устройств l l Контроллер оперативной памяти (северный мост) Контроллер периферийных устройств ( южный мост)

Северный мост К северному мосту подключается шина PCI (взаимодействия пери ферийных устройств), которая обеспечивает обмен информа цией с контроллерами периферийных устройств. Контрол леры периферийных устройств (звуковая плата, сетевая пла та, SCSI контроллер, внутренний модем) устанавливаются в слоты расширения системной платы. По мере увеличения разрешающей способности монитора и глубины цвета требования к быстродействию шины, связы вающей видеоплату с процессором и оперативной памятью, возрастают.

Южный мост обеспечивает обмен информацией между северным мостом и портами для подключения периферийного оборудования. Устройства хранения информации (жесткие диски, CD ROM, DVD ROM) подключаются к южному мосту по шине UDMA. Мышь и внешний модем подключаются к южному мосту с помощью последовательных портов, которые передают электрические импульсы, несущие информацию в машинном коде, последовательно один за другим. Обозначаются последовательные порты как СОМ 1 и COM 2, а аппаратно реализуются с помощью 25 контактного и 9 контактного разъемов, которые выведены на заднюю панель системного блока.

Внешняя память компьютера l l l Магнитный принцип записи и считывания информации Оптический принцип записи и считывания информации Гибкие магнитные диски Жесткие магнитные диски Лазерные дисководы и диски Flash память

Flash - память Энергонезависимый тип памяти, позволяющий записывать и хранить данные в микросхемах. Flash – память представляет собой микросхему, помещенную в миниатюрный корпус. Для считывания или записи информации карта памяти вставляется в специальные накопители, встроенные в мобильные устройства или подключаемые к компьютеру через USB – порт.

Лазерные дисководы и диски Лазерные дисководы используют оптический принцип чтения информации. На лазерных CD – ROM и DVD – ROM дисках хранится информация, которая была записана на них в процессе изготовления. Запись на них новой информации невозможна. Информационная емкость CD – ROM диска может достигать 650 Мбайт, DVD диски имеют гораздо большую информационная емкость ( до 17 Гбайт) Существуют CD – R и DVD – R диски, на них информация может быть записана, но только 1 раз. Для записи и перезаписи на диски используются CD – RW и DVD – RW дисководы. CD ROM DVD ROM

Жесткие магнитные диски Жесткий магнитный диск представляет собой несколько десятков дисков, размещенных на одной оси, заключенных в металлический корпус и вращающихся с большой угловой скоростью. За счет гораздо большего количества дорожек на каждой стороне дисков и большого количества дисков информационная емкость жесткого диска может в сотни тысяч раз превышать информационную емкость дискеты и достигать 150 Гбайт. Скорость записи и считывания информации с жестких дисков достаточно велика (может достигать 133 Мбайт/с) за счет быстрого вращения дисков.

Гибкие магнитные диски помещаются в пластмассовый корпус. Такой носитель информации называется дискетой. В центре дискеты имеется приспособление для захвата и обеспечения вращения диска внутри пластмассового корпуса. Дискета вставляется в дисковод, который вращает диск с постоянной угловой скоростью. дискеты невелика и составляет всего 1, 44 Мбайт. Скорость записи и считывания информации также мала (составляет всего око ло 50 Кбайт/с). В целях сохранения информации гибкие магнитные диски необходимо предохранять от воздействия сильных магнитных полей и нагревания, так как такие физические воздействия могут привести к размагничиванию носителя и потере информации.

Магнитный принцип записи и считывания информации В накопителях на гибких магнитных дисках (НГМД) и накопителях на жестких магнитных дисках (НЖМД), или винчестерах, в основу записи информации положено намагничивание ферромагнетиков в магнитном поле, хранение информации основывается на сохранении намагниченности, а считывание информации базируется на явлении электро магнитной индукции.

Оптический принцип записи В лазерных дисководах CD ROM и DVD ROM используется оптический принцип записи и считывания информации. В процессе записи информации на лазерные диски для создания участков поверхности с различными коэффициентами отражения применяются различные технологии: от простой штамповки до изменения отражающей способности участков поверхности диска с помощью мощного лазера. Информация на лазерном диске записывается на одну спиралевидную дорожку, содержащую чередующиеся участки с различной отражающей способностью.

Устройства ввода информации l l l Клавиатура Координатные устройства ввода Сканер Цифровые камеры и ТВ тюнеры Звуковая карта

Клавиатура Универсальным устройством ввода информации является клавиатура. Она позволяет вводить числовую и текстовую информацию. Стандартная клавиатура имеет 104 клавиши и 3 информирующих о режимах работы световых индикатора в правом верхнем углу.

Координатные устройства ввода Манипуляторы l l Мышь Трекбол Сенсорные панели l l Тачпад Графический планшет Другие устройства

Мышь l l Как устроена мышь? Какие бывают мыши? Как действует мышь? Как ухаживать за мышью?

Устройство мыши В мыши основным рабочим органом является массивный шар. Он вращается при перемещении ее корпуса по горизонтальной поверхности. Вращение шара передается 2 пластмассовым валам, положением которых считываются инфракрасными оптопарами и затем преобразуется в электрический сигнал, управляющий движением указателя мыши на экране монитора.

Разновидности мышей В настоящие время широко используются оптические мыши, в которых нет механических частей. Источник света, размещенный внутри мыши, освещает поверхность, а отраженный свет фиксируется фотоприемником и преобразуется в перемещение курсора на экране. Современные модели мышей являются беспроводными.

Уход за мышью Главным «врагом» мыши является загрязнение, а способом борьбы с ним – использование специального «мышиного» коврика.

Действие мыши Мышь имеет обычно две кнопки управления, которые используются при работе с графическим интерфейсом программ. В настоящие время появились мыши с дополнительным колесиком, которое располагается между кнопками. Оно предназначено для прокрутки вверх или вниз не имеющихся целиком на экране изображений, текстов или Web страниц.

Трекбол Главной частью трекбола является массивный шар. Он вращается непосредственно рукой. Вращение шара передается 2 пластмассовым валам, положением которых считываются инфракрасными оптопарами и затем преобразуется в электрический сигнал, управляющий движением указателя трекбола на экране монитора.

Тачпад В портативных компьютерах вместо манипуляторов используется сенсорная панель Тачпад, которая представляет собой панель чувствительную к перемещению пальца и нажатию пальцем. Перемещение пальца по поверхности сенсорной панели преобразуется в перемещение курсора на экране монитора. Нажатие на поверхность сенсорной панели эквивалентно нажатию на кнопку мыши

Графические планшеты Используются для рисования и ввода рукописного текста. С помощью специальной ручки можно чертить, рисовать схемы, добавлять заметки и подписки к электронным документам. Качество графических планшетов характеризуется разрешающей способностью, которая измеряется в lpi и способностью реагировать на силу нажатия пера.

Сканер Для оптического ввода в компьютер и преобразования в компьютерную форму изображений (фотографий, рисунков, слайдов), а также текстовых документов используется сканер. • Действие сканера • Система распознавания

Система распознавания Системы распознавания текстовой информации позволяют преобразовать отсканированный текст из графического формата в текстовый. Такие системы способны распознавать текстовые документы на различных языках, представленные в различных формах (например, таблицах) и с различным качеством печати (начиная от машинописных документов).

Действие сканера Сканируемое изображение освещается белым светом (черно белые сканеры) или тремя цветами (красным, зеленым и синим). Отраженный свет проецируется на линейку фотоэлементов, которая движется, последовательно считывает изображение и преобразует его в компьютерный формат. В отсканированном изображении количество различаемых цветов может достигать десятков миллиардов. Разрешающая способность сканеров составляет 600 dpi и выше, то есть на полоске изображения длиной 1 дюйм ска нер может распознать 600 и более точек.

Цифровые камеры и ТВ- тюнеры Последние годы все большее распространение получают цифровые камеры (видеокамеры и фотоаппараты). Цифровые камеры позволяют получать видеоизображение и фотоснимки непосредственно в цифровом (компьютерном) формате. • цифровые фотоаппараты • цифровые видеокамеры и Web камеры • ТВ тюнеры

Цифровые фотоаппараты позволяют получать высококачественные фотографии с разрешением до 2272 x 1704 точек (всего до 3, 9 млн пикселей). Для хранения фотографий используются модули flash памяти или жесткие диски очень маленького размера. Запись изображений на жесткий диск компьютера может осуществляться путем подключения камеры к компьютеру.

Цифровые видеокамеры и Webкамеры Цифровые видеокамеры могут быть подключены к компьютеру, что позволяет сохранять видеозаписи в компьютерном формате. Для передачи «живого» видео по компьютерным сетям используются недорогие Web камеры, разрешающая способность которых обычно не превышает 640 x 480 точек.

ТВ- тюнеры Если установить в компьютер специальную плату (ТВ тюнер) и подключить к ее входу телевизионную антенну, то по является возможность просматривать телевизионные передачи непосредственно на компьютере.

Звуковая карта производит преобразование звука из аналоговой формы в цифровую. Для ввода звуковой информации используется микрофон, который подключается к входу звуковой карты. Звуковая карта имеет также возможность синтезировать звук (в ее памяти хранятся звуки различных музыкальных инструментов, которые она может воспроизводить). Многие звуковые платы имеют специальный игровой порт (GAME порт), к которому подключаются игровые манипуляторы (джойстики), которые предназначены для более удобного управления ходом компьютерных игр.

Устройства вывода информации l l Монитор Принтер Плоттер Акустические колонки и наушники

Монитор l l l Устройство монитора Виды мониторов Вред монитора для организма

Устройство монитора Монитор является универсальным устройством вывода информации и подключается к видеокарте, установленной в компьютере. Изображение на экране монитора формируется путем считывания содержимого видеопамяти и отображения его на экран. Частота считывания изображения влияет на стабильность изображения на экране. В современных мониторах обновление изображения происходит обычно с частотой 75 и более раз в секунду, что обеспечивает комфортность восприятия изображения пользователем компьютера.

Виды мониторов l l LCD Мониторы на ЭЛТ

LCD мониторы сделаны из вещества, которое находится в жидком состоянии, но при этом обладает некоторыми свойствами, присущими кристаллическим телам. Фактически это жидкости, обладающие анизотропией свойств связанных с упорядоченностью в ориентации молекул. Молекулы жидких кристаллов под воздействием электрического напряжения могут изменять свою ориентацию и вследствие этого изменять свойства светового луча, проходящего сквозь них.

Мониторы на ЭЛТ В настольных компьютерах обычно используются мониторы на электронно лучевой трубке (ЭЛТ). Изображение на экране монитора создается пучком электронов, испускаемых электронной пушкой. Этот пучок разгоняется высоким электрическим напряжением и падает на внутреннюю поверхность экрана, покрытую люминофором. Пользователь видит изображение на экране монитора, так как люминофор излучает световые лучи в видимой части спектра. Качество изображения тем выше, чем меньше размер точки изображения в высококачественных мониторах размер точки составляет 0, 22 мм.

Вред монитора на организм Монитор является источником высокого статического электрического потенциала, электромагнитного и рентгеновского излучений, которые могут оказывать неблагоприятное воздействие на здоровье человека. Современные ЖК мониторы практически безопасны. Преимущество ЖК мониторов перед мониторами на ЭЛТ состоит в отсутствии вредных для человека электромагнитных излучений и компактности.

Плоттер Для вывода сложных и широкоформатных графических объектов (плакатов, чертежей, электрических и электронных схем и пр. ) используются специальные устройства вывода — плоттеры. Принцип действия плоттера такой же, как и струйного принтера.

Акустические колонки и наушники Для прослушивания звука используются акустические колонки или наушники, которые подключаются к выходу звуковой платы.

Принтеры l l l Матричные Струйные Лазерные

Матричные принтеры Это принтеры ударного действия. Печатающая головка матричного принтера состоит из вертикального столбца маленьких стержней (обычно 9 или 24), которые под воздействием магнитного поля «выталкиваются» из головки и ударяют по бумаге (через красящую ленту). Перемещаясь, печатающая головка оставляет на бумаге строку символов.

Лазерные принтеры Обеспечивают практически бесшумную печать. Высокую скорость печати (до 30 страниц в минуту) лазерные принтеры достигают за счет постраничной печати, при которой страница печатается сразу целиком. Высокое типографское качество печати лазерных принтеров обеспечивается за счет высокой разрешающей способности, которая может достигать 1200 dpi и более.

Струйные принтеры Могут печатать достаточно быстро (до нескольких страниц в минуту) и производят мало шума. Качество печати (в том числе и цветной) определяется разрешающей способностью струйных принтеров, которая может достигать фотографического качества 2400 dpi. Это означает, что полоска изображения по горизонтали длиной в 1 дюйм формируется из 2400 точек (чернильных капель).