Устройство персонального компьютера Бахвалова З. А.
Основные функциональные характеристики компьютера • • Быстродействие – скорость выполнения некоторых усредненных видов арифметических операций. Единицами измерения быстродействия служат: • • МИПС (MIPS — Mega Instruction Per Second) — миллион операций над числами с фиксированной запятой (точкой); • • МФЛОПС (MFLOPS — Mega FLoating Operations Per Second) — миллион операций над числами с плавающей запятой (точкой); • • КОПС (KOPS — Kilo Operations Per Second) для низкопроизводительных ЭВМ — тысяча неких усредненных операций над числами; • • ГФЛОПС (GFLOPS — Giga FLoating Operations Per Second) — миллиард операций в секунду над числами с плавающей запятой (точкой). Производительность – это объем работ, осуществляемый ЭВМ в единицу времени или количество задач, выполняемых за определенное время. Оценка производительности ЭВМ всегда приблизительная. Поэтому для характеристики ПК вместо производительности обычно указывают тактовую частоту, более объективно определяющую быстродействие машины, так каждая операция требует для своего выполнения вполне определенного количества тактов. Зная тактовую частоту, можно достаточно определить время выполнения любой машинной операции. Разрядность – это максимальное количество разрядов двоичного числа (битов), которое воспринимает процессор как единое целое (4, 8, 16, 32, 64 – целая степень числа 2). Чем больше разрядность, тем, при прочих равных условиях, будет больше производительность. Надежность – это способность ЭВМ при определенных условиях выполнять требуемые функции в течение заданного периода времени. 2
Базовая аппаратная конфигурация компьютера Персональный компьютер — универсальная техническая система. Его конфигурацию (состав оборудования) можно гибко изменять по мере необходимости. Тем не менее, существует понятие базовой конфигурации, которую считают типовой. В таком комплекте компьютер обычно поставляется. Понятие базовой конфигурации может меняться. В настоящее время в базовой конфигурации рассматривают четыре устройства : • системный блок; • монитор; • клавиатуру; • мышь. 3
Принцип открытой архитектуры В современный компьютер заложена возможность усовершенствования его отдельных частей и использования новых устройств. Компьютер не является единым неразъемным устройством, это дает возможность собрать его из независимо изготовленных частей. При этом подсоединить новое устройство к компьютеру может каждый желающий без специальной подготовки. Метод сборки компьютера из независимых частей получил название принцип открытой архитектуры, это одна из основных причин по которым персональный компьютер получил широкое распространение. 4
Системный блок представляет собой основной узел, внутри которого установлены наиболее важные компоненты. • Устройства, находящиеся внутри системного блока, называют внутренними, а устройства, подключаемые к нему снаружи, называют внешними. • Внешние дополнительные устройства, предназначенные для ввода, вывода и длительного хранения данных, также называют периферийными. 5
Системный блок • • • Системная (материнская) плата Системная шина Центральный процессор Память Порты Контроллеры 6
Системная (материнская) плата. Системная плата — основная плата персонального компьютера. На ней разме щаются : • системная шина — наборы проводников, по которым происходит обмен сигналами между внутренними устройствами компьютера; • процессор — основная микросхема, выполняющая большинство математиче ских и логических операций ; • микропроцессорный комплект (чипсет) — набор микросхем, управляющих работой внутренних устройств компьютера и определяющих основные функциональные возможности материнской платы; • память — набор микросхем, предназначенных для временного хранения данных, когда компьютер включен; • слоты - разъемы для подключения дополнительных устройств. Схемы, управляющие остальными устройствами (магнитными дисками, монитором, и т. д. ), реализованы на отдельных платах, которые и вставляются в специальные разъемы на системной плате – слоты. В последнее время появилась тенденция реализовывать контроллеры дисков, контроллеры параллельных и последовательных портов, иногда контроллеры видеоадаптеров непосредственно на системной плате. • • порты служат для обеспечения обмена информацией ПК с внешними, не очень быстрыми устройствами. контроллеры - – устройство, обеспечивающее сопряжение периферийных устройств с центральным процессором через системную магистраль, освобождая процессор от непосредственного управления 7 функционированием данного оборудования.
Системная шина Основная функция- передача информации между процессором и остальными устройствами ЭВМ. Основные характеристики • количество обслуживаемых устройств • пропускная способность зависит от разрядности шины (8 , 16 , 32 , 64 и 128 разрядные) и тактовой частоты, на которой шина работает. Все порты ввода вывода, через соответствующие разъемы подключаются к шине непосредственно или через контроллеры (адаптеры). Обмен информацией между ВУ и системной шиной выполняется с использованием ASCII кодов. Системная шина состоит из трех шин: • шины управления, • шины данных, • и адресной шины. 8
Шины • Адресная шина. У процессоров Intel Pentium адресная шина 32 разрядная, то есть состоит из 32 параллельных линий. Комби нация из 32 нулей и единиц образует 32 разрядный адрес, указывающий на одну из ячеек оперативной памяти. К ней и подключается процессор для копирования данных из ячейки в один из своих регистров. • Шина данных. По этой шине происходит копирование данных из оперативной памяти в регистры процессора и обратно. В компьютерах, собранных на базе про цессоров ntel Pentium, I шина данных 64 разрядная, то есть состоит из 64 линий, по которым за один раз на обработку поступают сразу 8 байтов. • Шина команд. Для того чтобы процессор мог обрабатывать данные, ему нужны команды. Эти команды поступают в процессор тоже из оперативной памяти, из тех областей, где хранятся программы. Команды тоже представлены в виде байтов. Шина команд 32 , 64 или 128 разрядная 9
Процессор. • выполняет логические и арифметические операции, • определяет порядок выполнения операций, • указывает источники данных и приемники результатов. Работа процессора происходит под управлением программы. Конструктивно процессор состоит из ячеек, похожих на ячейки опе ративной памяти, но в этих ячейках данные могут не только храниться, но и изме няться. Внутренние ячейки процессора называют регистрами. Регистры — быстродействующие ячейки памяти различной длины (в отличие от ячеек ОП, имею щих стандартную длину 1 байт и более низкое быстродействие); 10
Процессор включает • • • устройство управления (УУ)- формирует и подает во все блоки машины сигналы управления, т. е. отвечает за порядок выполнения команд, из которых состоит программа. арифметико-логическое устройство (АЛУ) предназначено для вы полнения всех арифметических и логических операций над числовой и символьной информацией. Промежуточные результаты сохраняются в РОН. Регистры- быстродействующие ячейки памяти кэш-память служит для повышения быстродействия процессора, путем уменьшения времени его непроизводительного простоя. Она применяется для кратковременного хра нения, записи и выдачи информации, непосредственно используемой в вычислениях в ближайшие такты работы машины генератор тактовых частот Он генерирует последовательность электрических импульсов; частота генерируемых импульсов определяет тактовую частоту машины. 11
Порты бывают входными и выходными, универсальными (ввод вывод), они служат для обеспечения обмена информацией ПК с внешними, не очень быстрыми устройствами. Информация, поступающая через порт, направляется в МП, а потом в ОП. Выделяют два вида портов: • последовательный — обеспечивает побитный обмен информацией, обычно к такому порту подключают модем; • параллельный — обеспечивает побайтный обмен информацией, к такому порту подключают принтер. Современные ПК обычно оборудованы 1 параллельным и 2 последовательными портами. 12
Память предназначена для записи, хранения, выдачи команд и обрабатываемых данных. 13
Внутренняя память ОЗУ (Оперативно – запоминающее устройство) по английские RAM (Random Access Memory – память с произвольным доступом, т. е. возможны чтение и запись) – устройство предназначенное для оперативной записи, хранения и считывания информации участвующей в вычислительном процессе в текущее время. Достоинством оперативной памяти является ее относительно высокое быстродействие, по отношению к внешней памяти, и возможность обращения к каждой ячейке памяти отдельно 14
Особенности ОЗУ: • ОЗУ является энергозависимым запоминающим устройством и при выключении компьютера вся информация в ОЗУ пропадет. • В ОЗУ помещаются все запускаемые программы и данные, обрабатываемые данными программами • После загрузки новой программы содержимое ОЗУ замещается новым (однородность памяти) • Каждая ячейка памяти имеет свой адрес, который выражается числом (адресность) 15
Оперативная память Размещается на стандартных панельках, назы ваемых одулями. Модули м оперативной памяти вставляют в соответствующие разъемы на материнской плате, называемые слотами. Конструктивно модули памяти имеют два исполнения • — однорядные (SIMM-модули) можно применять только парами (количество разъемов для их установки на материнской плате всегда четное), • двухрядные (DIMM-модули) можно устанав ливать по одному. Основные характеристики модулей: • объем памяти SIMM модули поставляются объемами 4, 8, 16, 32 Мбайт, а DIMM модули — 16, 32, 64, 128 Мбайт и более. • время доступа. 16
Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) • ПЗУ по английски ROM (Read Only Memory) – это устройство предназначенное для хранения неизменяемой информации. Информация из ПЗУ может только считываться. • ПЗУ это энергонезависимая память. При выключении питания содержимое ПЗУ сохраняется. • Емкость ПЗУ несколько сот килобайт. • Программы, находящиеся в ПЗУ, называют «заши тыми» — их записывают туда на этапе изготовления микросхемы. Комплект программ, находящихся в ПЗУ, образует базовую систему ввода-вывода (BIOS — Basic Input Output System) 17
(ПЗУ) BIOS — Basic Input Output System • Его задача – опознать устройства (процессор, память, видео, диски и т. д. ), проверить их исправность, инициировать, то есть запустить, с определенными параметрами и затем передать управление загрузчику операционной системы. • Программы, входящие в BIOS, позволяют нам наблюдать на экране диагностические сообщения, сопровождающие запуск компьютера, а также вмешиваться в ход запуска с помощью клавиатуры. • Работа стандартных устройств может обслуживаться программами, входящими в BIOS, но такими средствами нельзя обеспечить работу со всеми возможными устройствами. 18
CMOS • BIOS содержит набор программ, который остается неизменным, а данные для этих программ хранятся не в микросхеме BIOS а в BIOS Setup • BIOS Setup хранит параметры, которые задаются аппаратуре при запуске системы. • Эти параметры хранятся в энергозависимой памяти CMOS (для сохранения этих настроек на матплате имеется батарейка). • Программы, записанные в BIOS, считывают данные о составе обо рудования компьютера из микросхемы MOS, после чего C они могут выполнить обращение к жесткому диску, а в случае необходимости и к гибкому, и передать управление тем программам, которые там записаны. 19
CMOS • От оперативной памяти она отличается тем, что ее содержимое не стирается во время выключения ком пьютера, • От ПЗУ она отличается тем, что данные в нее можно заносить и изме нять самостоятельно, в соответствии с тем, какое оборудование входит в состав системы. 20
Кеш – память • Кеш – память (Cache – тайник) – высокоскоростная ( и более дорогая) память большой емкости, позволяющая увеличить скорость выполнения операций. • Регистры кеш – памяти недоступны пользователю. • В кеш – памяти хранится информация, которую микропроцессор получил, и будет использовать в ближайшие такты своей работы. • Кеш – память предназначена для согласования скорости работы более медленных устройств, типа оперативной памяти, с более скоростными, например – процессором. • Использование кеш – памяти увеличивает быстродействие процессора в целом. 21
Внешняя память (ВЗУ). • Предназначена для долговременного хранения информации. ВЗУ по сравнению с ОЗУ имеют, в основном, больший объем памяти, но существенно меньшее быстродействие 22
Стример • Стример (англ. tape streamer) — устройство для резервного копирования больших объёмов информации. • • В качестве носителя здесь применяются кассеты с магнитной лентой ёмкостью 1 — 2 Гбайта и больше. • Стримеры позволяют записать на небольшую кассету с магнитной лентой огромное количество информации. Встроенные в стример средства аппаратного сжатия позволяют автоматически уплотнять информацию перед её записью и восстанавливать после считывания, что увеличивает объём сохраняемой информации. • Недостатком стримеров является их сравнительно низкая скорость записи, поиска и считывания информации. 23
Накопители на магнитных дисках. В персональном компьютере применяются два вида магнитных дисков: • сменные гибкие диски (дискеты) • жесткий несъемный диск (винчестер). Винчестер – жаргонное название жесткого диска, так как первая модель жесткого диска емкостью 16 Kb имела 30 дорожек по 30 секторов, что случайно совпадало с калибром “ 30/30” винтовки фирмы Winchester. Отсюда и название. 24
Накопители на гибких магнитных дисках Устройства хранения, позволяющие переносить информацию с одного компьютера на другой, хранить информацию Основными параметрами гибких дисков являются: • технологический размер (изме ряется в юймах 8 , 5 , 3 дюйма ), д • плотность записи (измеряется в кратных единицах) • полная емкость (измеряется в Kbyte 5” 720 Kbyte, 3” – 1. 44 Kbyte). Для обращения к гибким дискам используют латинские обозначения A: и B: . Дисковод – устройство, предназначенное для записи и чтения информации с гибкого диска. 25
Накопители на жестких магнитных дисках • устройства, предназначенные для постоянного хранения информации, которая более или менее часто используется при работе с компьютером. • Управление работой жесткого диска выполняет специальное аппаратно логическое устройство — контроллер жесткого диска. • В прошлом оно представляло собой отдельную дочернюю плату, которую подключали к одному из свободных слотов материнской платы. • В настоящее время функции контроллеров дисков выполняют микросхемы, размещенные на системной плате 26
Накопители на жестких магнитных дисках К основным параметрам жестких дисков относятся Емкость -зависит от технологии их изготовления Производительность показатель скорости внутренней передачи данных (до 30 60 Мбайт/с). Среднее время доступа -нтервал времени, необходимый для поиска нужных данных, и зависит от скорости вращения диска (9 10 мкс или 5 6 мкс). 27
Накопители на оптических дисках СD-ROM (Compact Disk Read – Only – Memory) – компакт диск с информацией только для чтения. • Главное достоинство компакт диска: сочетание небольшой стоимости с большим объемом информации, • высокой скорости считывания и высокой степенью надежности. 28
Накопители на оптических дисках • CD-R (CD Recoder записывающий CD) – устройство для однократной записи компакт дисков. • CD-RW (CD Rewritable – перезаписываемый CD) – устройство, которое позволяет многократно записывать и стирать информацию с компакт – диска. • DVD (Digital Versatile Disc, цифровой многоцелевой, или универсальный, диск) – это оптические диски большой емкости, которые применяются для хранения полнометражных фильмов, музыки высокого качества, компьютерных программ. 29
Магнитооптические диски (ZIP) • запись на такой диск производится под высокой температурой намагничиванием активного слоя, а считывание — лучом лазера. Эти диски удобны для хранения информации, но оборудование стоит дорого. Емкость такого диска до 20, 8 Мб, время доступа от 15 до 150 мс, скорость считывания информации до 2000 Кб/сек. 30
Flash память • — разновидность полупроводниковой энергонезависимой перезаписываемой памяти • Она может быть прочитана сколько угодно раз, но писать в такую память можно лишь ограниченное число раз (максимально — около миллиона циклов). Причина в том, что для записи в память необходимо сначала стереть участок памяти, а участок может выдержать лишь ограниченное число стираний. • Преимуществом флэш памяти над оперативной является её энергонезависимость – при выключении энергии содержимое памяти сохраняется. • Преимуществом флэш памяти над жёсткими дисками, CD и DVD дисками является отсутствие движущихся частей. Поэтому флэш память более компактна, дешева (с учётом стоимости устройств чтения записи) и обеспечивает более быстрый доступ. 31
Flash память Недостатки • высокое соотношение цена/объём, превышающее этот параметр у жестких дисков в 2‑ 3 раза. . Многие фирмы уже заявили о выпуске накопителей объёмом 256 ГБ и более. Например, в ноябре 2009 года компания OCZ предложила SSD накопитель ёмкостью 1 Тб и 1, 5 млн. циклов перезаписи. • меньшая скорость по сравнению с жёсткими дисками Справедливости ради следует отметить, что последние модели флэш накопителей и по этому параметру уже вплотную приблизились к винчестерам. Однако, эти модели пока слишком дороги 32
Архитектура ЭВМ Архитектурой ЭВМ называется ее логическая организация, структура и ресурсы, которые может использовать программист Архитектура определяет принципы действия, информационные связи и взаимное соединение основных логических узлов ЭВМ: центрального процессора, ОЗУ, внешних ЗУ и периферийных устройств. Наиболее распространены компьютеры с классической архитектурой (архитектура фон Неймана) – одно арифметико – логическое устройство (АЛУ), через которое проходит поток данных, и одно устройство управления (УУ), через которое проходит поток команд. Это однопроцессорная ЭВМ. 33
Общая структура ПК Общая структура персонального компьютера с подсоединенными периферийными устройствами 34
Шины • К фон Неймановскому типу архитектуры относится и архитектура персонального компьютера с общей шиной. Все функциональные блоки здесь связаны между собой общей шиной, называемой также системной магистралью. • Физически магистраль представляет собой многопроводную линию с гнездами для подключения электронных схем. • Совокупность проводов магистрали разделяется на отдельные группы: шину адреса, шину данных и шину управления. 35
Контроллеры Для работы компьютера необходим обмен информацией между оперативной памятью и внешними устройствами. Но этот обмен не происходит непосредственно между любым внешним устройством и оперативной памятью, в компьютере имеются целых два промежуточных звена: Для каждого внешнего устройства в компьютере имеется электронная схема, которая им управляет. Эта схема называется контроллером или адаптером. Некоторые контроллеры (например, контроллер дисков) могут управлять сразу несколькими устройствами. Все контроллеры и адаптеры взаимодействуют с процессором через системную магистраль передачи данных. Контроллер (адаптер) – устройство, обеспечивающее сопряжение периферийных устройств с центральным процессором через системную магистраль, освобождая процессор от непосредственного управления функционированием данного оборудования. Конструктивно контроллеры представляют собой печатные платы, которые имеют стандартный разъем для сопряжения с системной шиной с одной стороны, а с другой стороны – специфический разъем для связи с соответствующим устройство 36
Видеоадаптер (адаптер монитора) устройство, предназначенное для преобразования данных компьютера, подлежащих отображению на экране в видеосигнал, посылаемый монитору по кабелю. Физически видеоадаптер выполнен в виде отдельной дочерней платы, которая вставляется в один из слотов материнской платы и называется видео картой. Видеоадаптер взял на себя функции видеопроцессора и видеопамяти. Видеопамять – служит для хранения видеоинформации – двоичного кода изображения, выводимого на экран дисплея (информации о состоянии каждого пикселя графической сетки экрана). Видеопроцессор (дисплейный процессор) читает содержимое видеопамяти и в соответствии с ним управляет видеомонитором (выводит информацию на экран дисплея) За время существования персональных компьютеров сменилось несколько стандартов видеоадаптеров: • CRT-мониторы (электронно– лучевая трубка). • MDA(монохромный); • CGA (4 цвета); • EGA (16 цветов); • VGA (256 цветов). • LCD мониторы (жидкокристаллические) 37
Многопроцессорная архитектура Наличие в компьютере нескольких процессоров означает, что параллельно может быть организовано много потоков данных и много потоков команд. Таким образом, параллельно могут выполняться несколько фрагментов одной задачи. Структура такой машины, имеющей общую оперативную память и несколько процессоров, представлена на рисунке. Архитектура многопроцессорного компьютера 38
Архитектура с параллельными процессорами Здесь несколько АЛУ работают под управлением одного УУ. Это означает, что множество данных может обрабатываться по одной программе — то есть по одному потоку команд. Высокое быстродействие такой архитектуры можно получить только на задачах, в которых одинаковые вычислительные операции выполняются одновременно на различных однотипных наборах данных. 39
Многомашинная вычислительная система Здесь несколько процессоров, входящих в вычислительную систему, не имеют общей оперативной памяти, а имеют каждый свою (локальную). Каждый компьютер в многомашинной системе имеет классическую архитектуру, и такая система применяется достаточно широко. Эффект от применения такой вычислительной системы может быть получен только при решении задач, имеющих очень специальную структуру: она должна разбиваться на столько слабо связанных подзадач, сколько компьютеров в системе. Преимущество в быстродействии многопроцессорных и многомашинных вычислительных систем перед однопроцессорными очевидно. 40
Монитор • Монитор (видеомонитор, дисплей) — устройство отображения текстовой и графической информации на экране. • Монитор работает под управлением специального аппаратного устройства – видеоадаптера, который позволяет работать монитору в двух режимах – текстовом и графическом. 41
Характеристики монитора • размер монитора измеряется между противоположными углами трубки кинескопа по диагонали. Единица измерения — дюймы. Стандартные размеры: 14"; 15"; 17"; 19"; 20"; 21". • частота кадровой развертки (частота регенерации (обновления)) изображения показывает, сколько раз в тече ние секунды монитор может полностью сменить изображение. Частоту кадровой развертки измеряют в герцах (Гц), чем она выше, тем четче и устойчивее изображение, тем меньше утомление глаз (70 80 Гц). • видеопамять. Монитор показывает изображение формируемое процессором компьютера. Но процессор должен заниматься многими другими задачами, а не только передавать картинку на монитор. Поэтому монитор, а точнее его адаптер, должен иметь специальную память (видеопамять), в которую процессор записывает картинку. А уже затем видеоадаптер, не зависимо от процессора, может выводить содержимое этой видеопамяти на экран, позволяя процессору заниматься другими задачами. В графическом режиме монитора в видеопамяти для каждой точки экрана должен быть записан тот цвет, которым эта точка будет изображаться. Так что, чем больше разрешающая способность экрана, тем больше размер должна иметь видеопамять. 42
Характеристики монитора • разрешающая способность мониторов. Измеряется разрешающая способность максимальным количеством пикселей, разме щающихся по горизонтали и по вертикали на экране монитора Видеомониторы обычно могут работать в двух режимах: текстовом и графическом. В текстовом режиме экран разбивается на 25 строк по 80 позиций в каждой строке. В каждую позицию (знакоместо) может быть выведен символ рас ширенного набора SCII. A В графическом режиме на экран выводятся изображения формируемые из отдельных мозаичных элементов — пикселей (pixel — picture element). Разница в том, что в текстовом режиме для каждого символа создается «матрица» из пикселей и эта «матрица» как целое печатается на экране. Поэтому скорость вывода изображения в текстовом режиме гораздо выше, чем в графическом. Чем разрешающая способность выше, тем больше информации можно отобразить на экране, но тем меньше размер каждой отдельной точки и, тем самым, тем меньше видимый размер элементов изображения. Использование завышенного разрешения на мониторе малого размера приводит к тому, что элементы изображения становятся неразборчивыми и работа с документами и программами вызывает утомление органов зрения. Использование заниженного разрешения приводит к тому, что элементы изображения становятся крупными, но на экране их располагается очень мало Размер монитора, дюйм Оптимальное разрешение экрана, пиксел 14 640 x 480 15 800 x 600 17 1024 x 768 19 1280 х 1024 43
Характеристики монитора • размер зерна люминофора (расстояние между минимальными точками выводимыми на экран), определяет четкость изображения на экране. Чем меньше зерно, тем, естественно, выше четкость и тем меньше устает глаз. Величина зерна мониторов имеет значения от 0, 41 до 0, 18 мм. Следует иметь в виду, что у мониторов с большим зерном не может быть достигнута высокая разрешающая способность (например, экран с диагональю 14 дюймов имеет шири ну 265 мм, для получения разрешающей способности 1024 точки по горизонтали размер зерна не должен превышать 265/1024 = 0, 22 мм, в противном случае пиксели сливаются и изображение не будет четким). 44
Виды мониторов Мониторы на электронно-лучевой трубке Изображение на экране монитора создается пучком электронов, испускаемых электронной пушкой. Этот пучок электронов разгоняется высоким электрическим напряжением (десятки киловольт) и падает на внутреннюю поверхность экрана, покрытую люминофором (веществом, светящимся под воздействием пучка электронов). Система управления пучком заставляет пробегать его построчно весь экран (создает растр), а также регулирует его интенсивность (соответственно яркость свечения точки люминофора). 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 (точки люминофора), в высококачественных мониторах размер точки составляет 0, 22 мм. 45
Жидкокристаллические мониторы (LCD мониторы) • • • Экран LCD-монитора представляет собой массив маленьких сегментов (называемых пикселями), которые могут манипулироваться для отображения информации. LCD-монитор имеет несколько слоев, где ключевую роль играют две панели сделанные из очень чистого стеклянного материала, которые собственно и содержат тонкий слой жидких кристаллов между собой. Большинство ЖК мониторов использует тонкую плёнку из жидких кристаллов, помещённую между двумя стеклянными пластинами. Заряды передаются через так называемую пассивную матрицу — сетку невидимых нитей, горизонтальных и вертикальных, создавая в месте пересечения нитей точку изображения (несколько размытого из за того, что заряды проникают в соседние области жидкости). Активные матрицы вместо нитей используют прозрачный экран из транзисторов и обеспечивают яркое, практически не имеющее искажений изображение. Экран при этом разделен на независимые ячейки, каждая из которых состоит из четырех частей (для трёх основных цветов и одна резервная). Количество таких ячеек по широте и высоте экрана называют разрешением экрана. 46
Клавиатура • Служит для ввода алфавитно-цифровых (знаковых) данных, а также команд управле ния. • Комбинация монитора и клавиатуры обеспечивает простейший интерфейс пользователя. 47
Принцип действия • • • При нажатии на клавишу (или комбинацию клавиш) специальная микросхема, встроенная в клавиатуру, выдает так называемый скан-код. Скан код поступает в микросхему, выполняющую функции порта клавиатуры Порт клавиатуры выдает процессору прерывание Получив прерывание, процессор откладывает текущую работу и по номеру пре рывания обращается в специальную область оперативной памяти, в которой находится так называемый вектор прерываний. Вектор прерываний — это список адресных данных с фиксированной длиной записи. Каждая запись содержит адрес программы, которая должна обслужить прерывание с номером, совпадаю щим с номером записи. Определив адрес начала программы, обрабатывающей возникшее прерывание, процессор переходит к ее исполнению. Простейшая программа обработки кла виатурного прерывания «зашита» в микросхему ПЗУ, Программа-обработчик прерывания направляет процессор к порту клавиатуры, где он находит скан код, загружает его в свои регистры, потом под управле нием обработчика определяет, какой код символа соответствует данному скан коду. Далее обработчик прерываний отправляет полученный код символа в небольшую область памяти, известную как буфер клавиатуры, и прекращает свою работу, известив об этом процессор. Процессор прекращает обработку прерывания и возвращается к отложенной задаче. Введенный символ хранится в буфере клавиатуры до тех пор, пока его не заберет оттуда та программа, для которой он и предназначался 48
Принтеры Устройство печати цифровой информации на твёрдый носитель, обычно на бумагу. Процесс печати называется вывод на печать, а получившийся документ — распечатка или твёрдая копия. Принтер является растровым устройством. Принтер выводит растровое изображение, представляющее собой сетку дискретных пикселов, каждый из которых имеет определенные горизонтальные и вертикальные координаты внутри сетки. 49
Классификация принтеров По способу печати: Строчные Последовательные Страничные Принадлежность принтера к той или иной из перечисленных групп зависит от того, формирует он на бумаге символ за символом или сразу всю строку, а то и целую страницу. По механическому принципу: Ударные (inpact) Безударные (non inpact) 50
Классификация принтеров По используемой технологии печати: Матричные Струйные Лазерные По цвету печати чёрно белые (монохромные) цветные (монохромные) и цветные 51
Матричные принтеры Первые устройства, обеспечившие графический вывод твёрдой копии. Изображение формируется печатающей головкой, которая состоит из набора иголок (игольчатая матрица), приводимых в действие электромагнитами. Головка передвигается построчно вдоль листа, при этом иголки ударяют по бумаге через красящую ленту, формируя последовательно символ за символом. Этот тип принтеров называется— последовательные ударноматричные принтеры. Выпускались принтеры с 9, 12, 14, 18 и 24 иголками в головке. Качество печати и скорость графической печати зависит от числа иголок: больше иголок — больше точек. Недостатки матричных принтеров являются: монохромность, низкая скорость работы и высокий уровень шума, 52
Струйные принтеры • Струйные принтеры относятся к классу последовательных матричных безударных печатающих устройств. • Носитель печатаемой информации не касается бумаги • Печатающая головка движется только в горизонтальной плоскости, а бумага подается вертикально. Сопла (канальные отверстия) на печатающей головке, через которые разбрызгиваются чернила, соответствуют „ударным" иглам. Количество сопел у разных моделей принтеров, как правило, может варьироваться от 12 до 64. • Размер каждого сопла существенно меньше диаметра иглы (тоньше человеческого волоса), а количество сопел больше, то получаемое изображение в этом случае четче. • Максимальная разрешающая способность 720 точек на дюйм. • Сами струйные принтеры относительно дешевы, но велика стоимость расходных материалов (чернил). 53
Лазерные принтеры • используют принцип сухой ксерографии, в основе которого лежит напыление порошка на материал с последующим запеканием. • Технология — прародитель современной лазерной печати появилась в 1938 году — Честер Карлсон изобрёл способ печати, названный электрография, а затем переименованный в ксерографию. Принцип технологии заключался в следующем: • По поверхности фотобарабана равномерно распределяется статический заряд, после этого светодиодным лазером на фотобарабане снимается заряд, — тем самым на поверхность барабана помещается скрытое изображение. • Далее на фотобарабан наносится тонер. Тонер притягивается к разряженным участкам поверхности фотобарабана, сохранившей скрытое изображение. • После этого фотобарабан прокатывается по бумаге, и тонер переносится на бумагу. • После этого бумага проходит через блок термозакрепления для фиксации тонера, а фотобарабан очищается от остатков тонера и разряжается в узле очистки. 54
Плоттер Используется для вывода преимущественно графической информации. Является векторным устройством и предпочтителен для вывода изображений, вырисовываемых линиями. Первыми появились и традиционно широко используются перьевые плоттеры. Печатающим устройством в перьевых плоттерах являются вставленные во вращающийся барабан сменные фломастеры. 55
Классификация плоттеров Перьевые плоттеры условно можно разделить на три группы: плоттеры, использующие фрикционный прижим для перемещения бумаги в направлении одной оси и движения пера по другой; барабанные (или рулонные плоттеры), работающие примерно так же, как и фрикционные, но использующие для перемещения непрерывной перфорированной ленты бумаги специальный трактор (tractor feed); планшетные плоттеры, в которых бумага неподвижна, а перо перемещается по обеим осям. 56
Перьевые плоттеры Наиболее часто с персональными компьютерами используются первый и третий типы графопостроителей, которые рассчитаны на форматы бумаги A 3 или А 4. Тем не менее существуют планшетные графопостроители даже для формата А 0. Барабанные плоттеры обычно применяются для вывода длинных непрерывных графиков, диаграмм и больших чертежей, что характерно обычно для задач, связанных, например, с САПР. 57
Типы перьев: Фитильные (заправляемые чернилами) Шариковые (аналог шариковой ручки) Перья с трубчатым пишущим узлом (инкографы), заправляемые специальной тушью. Специализированные (режущее острие и т. д. ) 58
Классификация компьютеров по этапам развития (по поколениям); по архитектуре; по производительности; по условиям эксплуатации; по количеству процессоров; по потребительским свойствам и т. д. Идея делить машины на поколения вызвана к жизни тем, что за время короткой истории своего развития компьютерная техника проделала большую эволюцию как в смысле элементной базы (лампы, транзисторы, микросхемы и др. ), так и в смысле изменения её структуры, появления новых возможностей, расширения областей применения и характера использования. 59
Первое поколение • • • Машины, созданные на рубеже 50 х годов. Отечественные машины первого поколения: МЭСМ (малая электронная счётная машина), БЭСМ, «Стрела» , «Минск» , «Урал» . В их схемах использовались электронные лампы. Единой ОС нет Набор команд был небольшой, схема арифметико логического устройства и устройства управления достаточно проста, программное обеспечение практически отсутствовало. Показатели объема оперативной памяти были низкими. Для ввода-вывода использовалась перфолента. В качестве устройства управления использовался инженерный пульт, Устройство вывода ТБПМ (Типовой Быстропечатающий Механизм), который позволял печатать на узком рулончике бумаги только неформатированные числа. Быстродействие порядка 10 -20 тысяч операций в секунду. Программы для этих машин писались на языке конкретной машины. 60
Второе поколение • Машины, созданные на рубеже 50 60 года • Отечественные машины ( «Минск 2» , » Минск 22» , «Минск 32) • Работали на полупроводниковых схемах. • появились АЦПУ (алфавитно – цифровое печатающее устройство). • Оперативная память была построена на магнитных сердечниках. • Для ввода информации стали применяться наряду с перфолентой и бумажные перфокарты, а для запоминания информации магнитные ленты. • Быстродействие — до сотен тысяч операций в секунду, • Ёмкость памяти — до нескольких десятков тысяч слов. • Появились языки высокого уровня, средства которых допускают описание всей необходимой последовательности вычислительных действий в наглядном, легко воспринимаемом виде. • Программа, написанная на алгоритмическом языке, непонятна компьютеру, воспринимающему только язык своих собственных команд. Поэтому специальные программы, которые называются трансляторами, переводят программу с языка высокого уровня на машинный язык. • Для некоторых машин второго поколения ( «Минск 32» ) были созданы операционные системы с ограниченными возможностями. • Машинам второго поколения была свойственна программная несовместимость, которая затрудняла организацию крупных информационных систем. • Поэтому в середине 60 х годов наметился переход к созданию компьютеров, программно совместимых и построенных на микроэлектронной технологической базе. 61
Третье поколение • • • Семейство машин с единой архитектурой, т. е. программно совместимых В качестве элементной базы используются интегральные схемы, которые также называются микросхемами. Имеют развитые операционные системы. Обладают возможностями мультипрограммирования, т. е. одновременного выполнения нескольких программ. Многие задачи управления памятью, устройствами и ресурсами стала брать на себя операционная система или же непосредственно сама машина. В качестве средств общения с ЭВМ стали использоваться видеотерминальные устройства – дисплеи. Прямой доступ к машине получили непосредственные пользователи – студенты, ученые, инженеры и т. д. Примеры машин третьего поколения — семейства IBM— 360, IBM— 370, в нашей стране созданы аналоги этих машин ЕС ЭВМ (Единая система ЭВМ), СМ ЭВМ (Семейство малых ЭВМ) и др. Быстродействие машин внутри семейства изменяется от нескольких десятков тысяч до миллионов операций в секунду. Ёмкость оперативной памяти достигает нескольких сотен тысяч слов. 62
Четвертое поколение • это теперешнее поколение компьютерной техники, разработанное после 1970 года. • Машины четвёртого поколения проектировались в расчете на эффективное использование современных высокоуровневых языков и упрощение процесса программирования для конечного пользователя. • Создание персональных ЭВМ, которые можно отнести к отдельному классу машин четвертого поколения, явилось достижением в области вычислительной техники. Именно с этого момента мы вместо «ЭВМ» стали говорить «персональный компьютер» • в качестве элементной базы используются интегральные схемы • Наличие быстродействующих запоминающих устройств с произвольной выборкой ёмкостью в сотни мегабайт. 63
Пятое поколение • • В качестве элементной базы используются большие интегральные схемы повышенной степени интеграции, сиспользованием оптоэлектронных принципов (лазеры, голография). Развитие идет по пути "интеллектуализации" компьютеров, устранения барьера между человеком и компьютером. Компьютеры будут способны воспринимать информацию с рукописного или печатного текста, с бланков, с человеческого голоса, узнавать пользователя по голосу, осуществлять перевод с одного языка на другой. В компьютерах пятого поколения произойдёт качественный переход от обработки данных к обработке знаний. Архитектура компьютеров будущего поколения, возможно, будет содержать два основных блока. Один из них — это традиционный компьютер. Но теперь он лишён связи с пользователем. Эту связь осуществляет блок, называемый термином "интеллектуальный интерфейс". Его задача — понять текст, написанный на естественном языке и содержащий условие задачи, и перевести его в работающую программу для компьютера. 64
Скачать презентацию Устройство персонального компьютера Бахвалова З А Основные
Устройство персонального компьютера1.pptx