Тема 2. Функциональная организация ЭВМ
2.1 Понятие «Архитектура ЭВМ»
2.2 Персональный компьютер (ПК)
2.1.1 Процессор
2.1.2 Оперативная память (ОЗУ)
2.1.3 Постоянная память
2.1.4 Внешняя память
2.1.5 Устройства Ввода/Вывода
2.1.6 Мультимедиа
2.3 BIOS – Базовая система ввода-вывода
2.3.1 ENTERING SETUP Вход в меню pежима SETUP
2.4 Командный цикл процессора
2.4.1 Система команд процессора
2.4.2 Форматы команд
2.4.3 Способы адресации
2.4.4 Обработка прерываний
2.4.5 Система операций
Тема 2. Функциональная организация ЭВМ
Понятие «Архитектура ЭВМ»
Термин «функциональная организация ЭВМ» часто используют в качестве синонима (в некотором смысле) более широкого термина «архитектура ЭВМ», который в свою очередь, трактуется разными авторами несколько в различных смыслах. Наиболее близким к рассматриваемому далее материалу может служить определение термина «Архитектура ЭВМ», данное в книжке Савельева Г.Н. Прикладная теория цифровых автоматов. Приведем это определение.
Архитектура ЭВМ – это абстрактное представление ЭВМ, которое отражает ее структурную, схемотехническую и логическую организацию. Понятие архитектуры ЭВМ является комплексным и включает в себя:
– Структурную схему ЭВМ;
– Средства и способы доступа к элементам структурной схемы;
– Организацию и разрядность интерфейсов ЭВМ;
– Набор и доступность регистров;
– Организацию и способы адресации памяти;
– Способы представления и форматы данных ЭВМ;
|
|
|
– Набор машинных команд ЭВМ;
– Форматы машинных команд;
– Обработку нештатных ситуаций (прерываний).
К числу общих архитектурных свойств и принципов можно отнести:
1) Принцип хранимой программы. Согласно ему, код программы и её данные находятся в одном адресном пространстве в оперативной памяти.
2) Принцип микропрограммирования. Суть этого принципа заключается в том, что машинный язык всё-таки ещё не является той конечной субстанцией, которая физически приводит в действие процессы в машине. В состав процессора входит блок микропрограммного управления. Этот блок для каждой машинной команды имеет набор действий-сигналов, которые нужно сгенерировать для физического выполнения требуемой машинной команды. Здесь уместно вспомнить характеристику ЭВМ 1-го поколения. В них для генерации нужных сигналов необходимо было осуществить ручное всех логических схем.
3) Линейное пространство памяти. – совокупность ячеек памяти, которым последовательно присваиваются номера (адреса) 0,1,2,….
4) Последовательное выполнение программ. Процессор выбирает из памяти команды строго последовательно. Для изменения прямолинейного хода выполнения программы или осуществления ветвления необходимо использовать специальные команды. Они называются командами условного и безусловного перехода.
|
|
|
5) С точки зрения процессора, нет принципиальной разницы между данными и командами. Данные и машинные команды находятся в одном пространстве памяти в виде последовательности нулей и единиц. Это свойство связано с предыдущим. Процессор, исполняя содержимое некоторых последовательных ячеек памяти, всегда пытается трактовать его как коды машинной команды, а если не так, то происходит аварийное завершение программы, содержащей некорректный фрагмент. Поэтому важно в программе всегда четко разделять пространство данных и команд
6) Безразличие к целевому назначению данных. Машине всё равно, какую логическую нагрузку несут обрабатываемые ею данные.
Персональный компьютер (ПК)
ПК представляет собой комплект устройств. Главным в этом комплекте является СИСТЕМНЫЙ БЛОК. В системном блоке находится мозг машины: МПр и ОЗУ.
Там же помещаются:
– блок электропитания;
– дисководы;
– контроллеры внешних устройств;
– внутренний вентилятор для охлаждения.
Весь системный блок помещен в металлический корпус, на поверхности которого имеются:
|
|
|
– клавиша включения электропитания;
– щели для установки дискет в дисковые устройства;
– разъемы для для подключения внешних устройств.
Кроме системного блока, в обязательный (минимальный) комплект ПК входят клавиатура, монитор. Дополнительно к этому минимальному комплекту к ПК могут быть подключены: принтер, манипуляторы, модем и др. устройства ввода/вывода. Все устройства ПК, кроме МПр и ОЗУ, называются ВНЕШНИМИ УСТРОЙСТВАМИ. Каждое внешнее устройство взаимодействует с МПр через специальный блок, который называется КОНТОЛЛЕРОМ. Задача контроллера – преобразование информации, поступающей от МПр, в соответствующие сигналы, управляющие работой
 |
устройства (см. рисунок 2.1).
КМ – контроллер монитора КК – контроллер клавиатуры КП – контроллер принтера.
Принцип, по которому организована связь между МПр, ОЗУ и внешними устройствами, похож на принцип телефонной связи. МПр через многопроводную линию, которая называется МАГИСТРАЛЬЮ (другое название – ШИНА), связывается с другими устройствами:
Подобно тому, как каждый абонент телефонной сети имеет свой номер, каждое подключаемое к ПК внешнее устройство также получает номер, который выполняет роль адреса этого устройства. Информация, передаваемая внешнему устройству, сопровождается ее адресом и подается на контроллер. Следовательно, в данной аналогии контроллер подобен телефонному аппарату, который преобразует электрический сигнал, идущий по проводам, в звук, когда вы слушаете телефон, и преобразует звук в электрический сигнал, когда вы говорите. Магистраль представляет собой кабель, состоящий из множества проводов. Характерная организация магистрали такая: по одной группе проводов (ШИНА ДАННЫХ) передается обрабатываемая информация, по другой (ШИНА АДРЕСА) – адреса памяти или внешних устройств, к которым обращается МПр. Есть еще 3-я часть магистрали – ШИНА УПРАВЛЕНИЯ; по ней передаются управляющие сигналы (например, проверка готовности устройства к работе, сигнал к началу работы устройства и др.) (см.рисунок 2.2).
|
|
|
Процессор
В ПК устройством, которое обрабатывает все виды информацию (числовую, текстовую, графическую, видео- и звуковую), является МИКРОПРОЦЕССОР или ПРОЦЕССОР.
Процессор – это сердце ПК. Он вызывает данные с диска в ОЗУ, забирает их к себе, обрабатывает, а потом опять отправляет в ОЗУ и сохраняет в виде файлов на жестком диске. Микропоцессор аппаратно реализуется в виде сверхбольшой интегральной схемы (СБИС) – плоской полупроводниковой пластины размером примерно 5х5 см. Есть ПК, где интеграция элементов на кристалле 0,78 мкм, 0,15 мкм, 0,13 мкм. Такая микросхема – один из самых сложных технических объектов, когда-либо созданных человеком. Современный микроПр проектируется несколько лет, составлен из миллионов элементов и может производиться тиражами десятки и млн. штук в год. Фирмы-производители Пр: Intel (лидер); AMD; VIA; Motorola; Transmeta.
Системы начального уровня – Intel Celeron, AMD duron, VIA Cyrix; высокопроизводительные Пк – Intel Pentium IV, AMD Athlou, Motorola. Так как процессор является электронным устройством, то различные виды информации должны обрабатываться в нем в форме последовательностей электрических импульсов. Такие последовательности электрических импульсов можно записать в виде последовательностей 0 и 1 (есть импульс – 1, нет импульса – 0), которые называются МАШИННЫМ ЯЗЫКОМ, состоящем из МАШИННЫХ КОМАНД ИНСТРУКЦИЙ процессора. Полный список инструкций процессора называется СИСТЕМОЙ КОМАНД ПРОЦЕССОРА (СКПр). Разные процессоры имеют разные системы команд. Если процессоры относятся к одному семейству, то более новые модели могут выполнять все инструкции своих предшественников. Это называется СОВМЕСТИМОСТЬЮ СВЕРХУ ВНИЗ.
Процессор обращается к ОЗУ с помощью ШИНЫ АДРЕСА, а данные получает по ШИНЕ ДАННЫХ. Внутри процессора данные содержатся в специальных ячейках – РЕГИСТРАХ. РАЗРЯДНОСТЬ – количество битов, воспринимаемое как единое целое. Процессор с регистром в 1 байт (8 бит) называют 8-разрядным, 2 байта – 16-разрядным, 4 байта – 32-разрядным, 8 байт – 64-разрядным, 16 байт – 128-разрядными, 32 байт – 256-разрядными и т.д. Чем выше разрядность процессора, тем больше байтов данных он обрабатывает за одну операцию. Разные регистры процессора имеют разное назначение.
РЕГИСТРЫ ОБЩЕГО НАЗНАЧЕНИЯ используются для операций с данными.
АДРЕСНЫЕ РЕГИСТРЫ служат для хранения в них адресов, по которым процессор находит данные в памяти. Данные, участвующие в операции называются ОПЕРАНДАМИ. Операнды могут находиться в регистрах процессора, храниться в ОЗУ или поступать от внешних устройств по шине данных. Операция состоит в том, что к операндам применяется ИНСТРУКЦИЯ, с помощью которой происходит обмен данными между регистрами, между регистрами и ОЗУ, а также преобразование данных в регистрах. Для выполнения основных арифметических и логических операций, предусмотренных в СКПр, процессор имеет арифметико-логическое устройство (АЛУ). АЛУ – основной блок процессора. Координацию работы ПК осуществляет устройство управления (УУ), которое является составной частью процессора. Именно УУ контролирует все процессы обработки информации, выполняемые в ПК, на него возложена ответственная задача координировать работу всех устройств, подключенных к ПК. Инструкции для работы с данными Пр получает от программ. Программы, как и данные, представлены байтами и хранятся на жестком диске в виде файлов. Во время работы программы она размещается в ОЗУ. Выполнение одной инструкции происходит в несколько приемов (этапов). Отдельные этапы работы процессора называются ТАКТАМИ. Количество тактов инструкций, выполняемых процессором в единицу времени, называется ТАКТОВОЙ ЧАСТОТОЙ. Тактовая частота измеряется в МЕГАГЕРЦАХ (МГц). 1 МГц соответствует 1 млн. тактов в сек. Чем выше тактовая частота процессора, тем выше его производительность. Для старых ПК типичной была частота 8-12 МГц, до сих пор многие машины работают в диапазоне 25-66 МГц. Однако современные ПК имеют частоты 133, 166, 200, 233, 333 МГц, 1 Ггц, 1,3 Ггц, 1,5 Ггц, 2 Ггц ... Обычно процессор работает с целыми положительными числами. Для арифметических операций, требующих учета знака числа, он применяет специальные инструкции ДОПОЛНИТЕЛЬНОЙ ДВОИЧНОЙ АРИФМЕТИКИ. Действительные числа в ПК хранятся в 10 байтной (80-разрядной) форме.
Для работы с действительными числами используется МАТЕМАТИЧЕСКИЙ СОПРОЦЕССОР. Процессор быстро производит операции внутри себя, но медленно работает с внешними устройствами, например ОЗУ. Для ускорения работы данные КЭШИРУЮТ, т.е., запоминают на время работы во внутренней КЭШ-ПАМЯТИ процессора. Разрядность процессора и его тактовая частота – основные характеристики процессора, от которых зависит его ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ.
7 ПОКОЛЕНИЙ ПРОЦЕССОРОВ INTEL
I поколение (1971-1979гг..) – 16-разрядные процессоры типа XT 8086, 8088 и математический сопроцессор 8087. Тактовая частота – 4.77, 8, 10 МГц. Производительность – 330, 660, 750 тыс. операций в сек. Адресуемое пространство – 1 Мбайт. 29000 транзисторов.
II поколение (1982-1984 гг..) – 16-разрядные процессоры типа AT 80286 и сопроцессор 80287. Тактовая частота – 6, 8, 12 МГц. Производительность – 900 тыс., 1.5 млн. операций в сек. Адресуемое пространство – 16 Мбайт. 134000 транзисторов.
III поколение (1985 г.) – 32-разрядные процессоры типа DX 80386 и сопроцессор 80387. Тактовая частота – 4, 25, 33 и 40МГц. Адресуемое пространство –4 Гбайт. 275000 транзисторов.
IV поколение (1989 г.) –32-разрядные процессоры типа DX 80486 (процессор 80386 и сопроцессор 80387 в одном корпусе и добавлена кэш-память). Тактовая частота – 25 и 40 МГц. Производительность – до 20 млн. операций в сек. 1.2 млн. транзисторов.
V поколение (1993 г.) – 32-разрядные процессоры типа PENTIUM 60, 66. Производительность – 100, 112 млн. операций в сек. Адресуемое пространство – 4 Гбайт. 3.1 млн. транзисторов.
VI поколение (1994-1996 гг..) –Pentium 75, 90, 100, 120, 133, 150, 166, 200. Рабочее напряжение снижено с 5 В до 3.3 В. Введено внутренне умножение частоты. Тактовая частота – 150, 166, 180 и 200 МГц. Производительность – 220 млн. операций в сек. 5.5 млн. транзисторов.
VII поколение (1997- ... гг..) – Pentium MMX, Pentium Pro, Pentium II,III,IV Тактовая частота – 166, 200, 233, 266, 300, 350, 400, 500 МГц., 2000Мгц и т.д. Имеют дополнительные инструкции в системе команд и несколько новых 64-разрядных регистра. Контрольные вопросы. 1. Откуда процессор получает инструкции по обработке данных? 2. Где хранятся программы, управляющие работой процессора? Где хранятся данные в то время, когда процессор с ними работает? 3. Что такое система команд процессора? 4. Перечислите все виды операций, которые выполняет АЛУ. 5. В чем достоинство совместимости сверху вниз? 6. От чего зависит производительность процессора? 7. Какие приемы повышения производительности процессора применяют инженеры и ученые? 8. С какими числами может работать процессор? С какими числами работает математический сопроцессор?
Оперативная память (ОЗУ)
Используется для хранения текущих данных и программ во время вычислений. ОЗУ реализуется с помощью набора микросхем, установленных на материнской плате. ОЗУ – совокупность специальных электронных ячеек, каждая из которых может хранить конкретную комбинацию из 0 и 1 – один байт. Эти ячейки нумеруются порядковыми номерами: 0, 1, 2, ..., 32000, 32001,... Номер ячейки называется АДРЕСОМ того байта, который записан в ней в данный момент. Когда ПК отправляет данные на хранение в оперативную память, он запоминает адреса, в которые эти данные помещены. Содержимое ячейки – значение байта данных. Адресная ячейка ОЗУ хранит 1 байт, а поскольку байт состоит из 8 битов, то в ней есть 8 БИТОВЫХ ЯЧЕЕК, в каждой из которых в данный момент может только одно из 2-х значений: 0 или 1:
 |
Двумя байтами (от 0 до 255) можно записать адрес для 65536 ячеек памяти (от 0 до 65535). Для большего количества ячеек адрес должен иметь больше байтов. ОЗУ обеспечивает режимы записи, считывания и хранения информации, причем в любой момент времени возможен доступ к любой произвольно выбранной ячейки памяти. Принципиальной особенностью ОЗУ является его способность хранить информацию только во время работы ПК. После загрузки новой программы, прежнее содержимое ОЗУ замещается новым, после выключения ПК пропадает вовсе.
Постоянная память
Когда вы включаете ПК, в ОЗУ заносятся (ЗАГРУЖАЮТСЯ) цепочки байтов, в которых хранится операционная система. Для этого предназначена специальная микросхема – ПЗУ (постоянное запоминающее устройство). В отличие от оперативной она не стирается при выключении. Программы микросхемы записывают на заводе. Этот комплекс программ называется BIOS – базовая система ввода/вывода. Микросхему устанавливают так, чтобы ее память заняла нужные адреса. Поэтому, когда процессор начинает работу, он попадает в ПОСТОЯННУЮ память, заготовленную для него заранее. После загрузки BIOS далее, по нашим указаниям, в ОЗУ с магнитного диска помещаются прикладные программы и данные, обрабатываемые этими программами. Содержимое многих ячеек памяти (байтов) постоянно изменяется в процессе работы программ (пересылка байтов, арифметические операции, запись результатов в ОЗУ и многое другое). Количество байтов, которые можно сохранить в ОЗУ, зависит от ее объема. Объем ОЗУ измеряют Кбайт или Мбайт. Для современных ПК диапазон емкости памяти составляет 8-256 Мбайт. ОЗУ характеризуется также высоким быстродействием – до 220 млн. операций в секунду. Для увеличения производительности ПК, согласования устройств с различным быстродействием используют КЭШ-ПАМЯТЬ – промежуточное ЗУ или буфер. Существует 2 типа кэш-памяти: внутренняя (от 8 до 64 Кбайт) – размещается внутри процессора и внешняя (от 256 Кбайт до 1 Мбайт) устанавливается на системной плате. Каждая битовая ячейка микросхемы ОЗУ хранит электрический заряд. Заряды не могут храниться в ячейках долго – они "стекают". Всего за несколько десятых долей секунды заряд в ячейке уменьшается настолько, что данные утрачиваются. Десятки раз в секунду ПК проверяет, что содержится в ячейках памяти и "подзаряжает" каждую ячейку. Это называется РЕГЕНЕРАЦИЕЙ оперативной памяти. ФЛЭШ–ПАМЯТЬ – энергонезависимая память, сохраняющая свое содержимое при отсутствии питания, допускающая выполнение миллионы циклов перезаписи. Память этого типа используют сотовые телефоны для хранения телефонных номеров, учета времени и т.д., цифровые диктофоны, МР3–плейеры, пейджеры, модемы, цифровые фото и видео камеры. В РС флэш-память впервые была использована в материнских платах для 486-х компьютерах. В них модули флэш-памяти заменили ПЗУ. Новые технологии позволяют сделать такие устройства памяти более миниатюрными, легкими, быстродействующими и дешевыми. Типы флэш-памяти
| ФОРМАТ | РАЗМЕР (ММ) | ЕМКОСТЬ (МБ) |
| CompactFlash | 36x43x3.3 | 4-64 |
| DataFlash | 54x86x5.0 | 8-160 |
| Memory Stick | 22x50x2.8 | 4-32 |
| SmartMedia | 37x45x0.77 | 2-128 |
Внешняя память
Основной функцией внешней памяти ПК является способность долговременно хранить большой объем информации. Устройство, которое обеспечивает запись/считывание информации, называется НАКОПИТЕЛЕМ или ДИСКОВОДОМ, а хранится информация на НОСИТЕЛЯХ (например, дискетах). В накопителях на жестких магнитных дисках (НЖМД) или "винчестерах" в основу записи, хранения и считывания информации положен магнитный принцип, а в лазерных дисководах CD-ROM (компакт-диск) и DVD-ROM (цифровой видео-диск) – оптический принцип.
ЖЕСТКИЕ МАГНИТНЫЕ ДИСКИ (НЖМД) предназначены для постоянного хранения той информации, которая более или менее часто используется в работе: программ ОС, компиляторов с ЯП, сервисных (обслуживающих) программ, прикладных программ пользователя, текстовых документов, файлов БД и т.д. НЖМД представляют собой несколько десятков дисков, размещенных на одной оси, заключенных в металлический корпус и вращающихся с большой угловой скоростью несколько тысяч об/мин), за счет которой создается воздушная подушка (приблизительно 20 мкр) и исключается возможность повреждения магнитной поверхности.
Характеристики «винчестера»:
а) диаметр – 5.25'', 3.5'', 2.5''…;
б) плотность записи – от 20 Мбайт, 8 Гбайт…;
в) операции – чтение/запись;
г) скорость обмена – от 3-8 Мбайт/с…;
д) время доступа – от 10 мс…;
е) имеются ПК со съемными НЖМД.
СТРИМЕРЫ (накопители на магнитных лентах) используются для хранения больших объемов данных. Картриджи стримера похожи на магнитофонные кассеты, но сделаны надежнее. Запись информации на ленту происходит намного медленнее, чем на НЖМД, но ее выполняют не слишком часто.
ЛАЗЕРНЫЕ ДИСКОВОДЫ CD-ROM и DVD-ROM используют оптический принцип чтения информации. Информация на лазерном диске записана на одну спиралевидную дорожку, содержащую чередующиеся участки с различной отражающей способностью. Лазерный луч падает на поверхность вращающегося диска, а интенсивность отраженного луча зависит от отражающей способности участка дорожки и приобретает значения 0 или 1. Характеристики лазерных дисководов: 1) диаметр – 5''; 2) плотность записи – 640 Мбайт; 3) скорость обмена – до 3.6 Мбайт/с; 4) время доступа– 200-250мс. Производятся CD-ROM и DVD-ROM либо путем штамповки (диски белого цвета), либо записываются (диски золотистого цвета) на специальных устройствах CD-recorder. Существуют также CD-RW и DVD-RW – перезаписываемые, платинового оттенка. Перед перезаписью записанную информацию "стирают" путем нагревания участков поверхности диска с помощью лазера. Запись на диски такого типа отличается от «*-R» тем, что при записи информации на данный диск, дорожки прогибаются, а не прожигаются как на дисках R-типа
Устройства Ввода/Вывода
Человек не воспринимает электрические импульсы и очень плохо понимает информацию, представленную в форме последовательностей 0 и 1, следовательно в состав ПК должны входить специальные устройств ввода и вывода информации. Устройства ввода "переводят" информацию с языка человека на язык ПК, а устройства вывода, наоборот, "переводят" информацию с машинного языка в формы, доступные для человеческого восприятия.
УСТРОЙСТВА ВВОДА
Устройства ввода подключаются к ПК физически с помощью РАЗЪЕМОВ и логически с помощью ПОРТОВ. ПОРТ – логическое устройство (микросхемы и пр.). Он выполняет 2 функции:
– выступает "посредником" при передаче данных между ПК и устройствами ввода/вывода информации;
– выдает процессору сигнал прерывания, по которому тот временно прекращает текущую работу и приступает к исполнению программы по обслуживанию устройства ввода (программы обработки прерывания).
Порты бывают стандартными и универсальными (рассчитаны на любое устройство, соблюдающее протокол работы с данным портом).
КЛАВИАТУРА (Кл) – универсальное устройство ввода числовой и текстовой информации. У нее есть свой аппаратный порт. Ей выделено свое "персональное" прерывание процессора. Поэтому Кл очень просто подключить – достаточно лишь присоединить разъем. При нажатии какой-либо клавиши в порт Кл передается СКАН-КОД, соответствующий этой клавише. Одновременно с этим порт выдает процессору прерывание. По номеру прерывания процессор узнает, где взять программы для обработки поступивших данных. Стандартная клавиатура имеет 101 клавишу. У каждой клавиши свое назначение. В зависимости от того, с какой программой работает ПК, действие клавиш может меняться. Обычно вводимая с клавиатуры информация отображается на экране монитора. Место ввода информации на экране помечается специальным значком, который называется КУРСОР. Вид курсора может быть различным, чаще всего это черточка или прямоугольник, возможно, мигающие.
КООРДИНАТНЫЕ УСТРОЙСТВА ВВОДА – МЫШЬ, ТРЕКБОЛ, ТАЧПАД для ввода графической информации.
Основным рабочим органом манипулятора типа ТРЕКБОЛ является массивный шар (металлический, покрытый резиной), который вращается непосредственно рукой. Вращение шара манипулятора превращается в движение указателя по экрану монитора. Манипуляторы имеют 1, 2 или 3 кнопки управления, которые используются при работе с графическим интерфейсом программ. Манипуляторы обычно подключаются к ПК через 1 из последовательных портов.
Манипулятор типа МЫШЬ по принципу устройства делятся на механические и оптические (лазерные). Механические мыши – более старый вариант, у которых основный рабочий орган является массивный шар (металлический, покрытый резиной) и он вращается при перемещении ее корпуса по горизонтальной поверхности. Недостаток механических мышей в том, что они быстро загрязняются, что ухудшает их работу. Оптические (лазерные) мыши намного функциональнее механических. Они снащены светодиодом и встроенным сканером, которые чутко реагируют на положение мыши. Основной принцип работы таких мышей состоит в следующем. С помощью светодиода под мышью подсвечивается участок поверхности. В свою очередь, миниатюрная цифровая камера делает снимки этой поверхности с высокой частотой. Информация с полученных снимков поступает на встроенный в мышь процессор, который после её обработки делает выводы о направлении перемещения мыши. Затем в компьютер направляются данные об имевших место передвижениях девайса, на основании которых по экрану ПК уже перемещается курсор. Преимущество лазерной мыши – её высокая чувствительность и способность работать на любой поверхности, кроме отражающей. Недостаток – повышенное энергопотребление. По способу подключения мыши имеют два основных вида портов: PS/2-порт и USB-порт. Выбирая мышь первого типа, потребуется установка драйверов, мышь с USB-портом устанавливается автоматически. Мыши также делятся на проводные и беспроводные. Беспроводные мыши работают на батарейках или аккумуляторах. Сигнал мыши передаётся с помощью радиоволн или инфракрасного порта. Если вы любите играть на компьютере, самый приемлемый выбор мыши – проводная. Качество и скорость передачи её сигнала не зависят от того, как долго мышь находится в покое. Сигнал беспроводной мыши ослабевает в состоянии покоя, в целях экономии энергии. Для программирования и рисования отлично подходит беспроводная мышь. С ней можно работать на расстоянии двух-трёх метров от компьютера. Минус беспроводной мыши в том, что она всегда должна находится в «поле зрения» компьютерного передатчика, то есть быть на прямой линии с компьютером, не загороженной посторонними предметами.
ТАЧПАД ("сенсорная панель") представляет собой панель прямоугольной формы, чувствительную к нажатию пальцев. Он является более компактным, не требующим пространственного перемещения устройством ввода и идеально подходит для портативных ПК. Иногда, тачпад встраивают непосредственно в Кл для настольного ПК. Нажатие на поверхность тачпада эквивалентно нажатию на кнопку мыши. ДЖОЙСТИКИ предназначены для более удобного управления ходом компьютерных игр. Обычно они представляют собой рукоятку с кнопками на подставке.
СВЕТОВОЕ ПЕРО похоже на обычный карандаш, на кончике которого имеется специальное устройство. Если перемещать по экрану такое перо, можно рисовать или писать на экране, как на листе бумаги. Световое перо используется в карманных микрокомпьютерах.
ГРАФИЧЕСКИЙ ПЛАНШЕТ позволяет создавать рисунки так же, как на листе бумаги. С помощью специального пера на поверхности планшета создается рисунок. Одновременно копия рисунка воспроизводится на экране.
СКАНЕР используется для оптического ввода в ПК изображений, представленных в виде фотографий, рисунков, слайдов, а также текстовых документов и их преобразования в цифровую форму. 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). Сканируемое изображение освещается белым светом (черно-белые сканеры) или 3 цветами (красным, зеленым и синим). Отраженный свет проецируется на линейку фотоэлементов, которая движется, последовательно считывает изображение и преобразует его в компьютерный формат. Существуют планшетные и ручные сканеры. Разрешающая способность сканеров составляет 600 dpi (dot per inch – точек на дюйм) и выше, т.е. на полоске изображения длиной 1 дюйм сканер может распознать 600 и более точек. Сканеры подключаются к ПК с помощью специальных плат или непосредственно к параллельному порту ПК.
ЦИФРОВЫЕ ВИДЕОКАМЕРЫ и ФОТОАППАРАТЫ позволяют получать видеоизображение и фотоснимки непосредственно в цифровом (компьютерном) формате. Цифровые видеокамеры могут быть постоянно подключены к ПК и обеспечивать запись видеоизображения на жесткий диск или его передачу по компьютерным сетям. Цифровые фотоаппараты способны хранить в своей памяти десятки изображений, которые могут быть сохранены на гибком диске, а затем скопированы на винчестер.
МИКРОФОН используется для ввода звуковой информации и подключается к входу звуковой карты. Обычно звуковая карта имеет также дополнительную возможность синтезировать звук (в памяти звуковой карты хранятся звуки различных музыкальных инструментов, которые она может воспроизводить).
МОНИТОР предназначен для вывода на экран текстовой и графической информации и подключается к видеокарте (видеоадаптеру), которая устанавливается в системном блоке. Изображение в компьютерном формате хранится в видеопамяти, размещенной на видеокарте. Изображение формируется путем считывания содержимого видеопамяти ПК и отображения его на экране. Изображение на экране монитора на ЭЛТ создается пучком электронов, выпускаемых электронной пушкой. Этот луч разгоняется высоким электрическим напряжением и падает на внутреннюю поверхность экрана, покрытию люминофором.
Видеоадаптер предусматривает 2 возможных режима работы монитора – текстовой и графический. В ТЕКСТОВОМ режиме экран разбивается на 25 строк по 80 позиций в каждой строке. В каждую позицию (знакоместо) может быть выведен любой символ кодовой таблицы– прописная или строчная буква латинского или русского алфавитов, служебный знак, символ псевдографики, а также графический образ почти каждого управляющего символа. Каждой позиции на экране соответствует один из 16 цветов символа, выведенного в данную позицию.
В ГРАФИЧЕСКОМ режиме изображение формируется так же, как и на экране телевизора – мозаикой, совокупностью точек, каждая из которых окрашена в тот или иной цвет. Основные характеристики изображения в графическом режиме:
– разрешающая способность видеоадаптера, т.е. количество точек, выводимых по горизонтали и вертикали;
– число возможных цветов каждой точки.
Минимальный элемент изображения на экране (точка) называется ПИКСЕЛЕМ. В зависимости от разрешения, пиксель может быть прямоугольным или квадратным. Изображение символов в текстовом режиме формируется теми же пикселями, которые образуют и графическую картинку. Разница в том, что в текстовом режиме программно-аппаратными средствами 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.
Физические характеристики монитора:
– размер зерна люминофора – 0.39, 0.31, 0.28 мм;
– размер экрана по диагонали – 14, 15, 17, 20'' (1 дюйм = 2.54 см).
Стандарты монитора:
– EGA – разрешение 640х350 точек;
– VGA – разрешение 640х480 точек;
– SVGA – разрешение 640х480, 800х600, 1024х768 точек; -
– LCD – плоские мониторы на жидких кристаллах для портативных и карманных ПК.
Гигиенические требования зафиксированы в стандартах безопасности ТСО'99 и MPR II. В портативных и карманных ПК применяют плоские мониторы на жидких кристаллах (ЖК). Преимущество ЖК мониторов состоит в отсутствии вредных для человека электромагнитных излучений.
ПРИНТЕР предназначен для вывода информации на бумагу. Наибольшее распространение получили принтеры 3 типов:
1) МАТРИЧНЫЕ – обеспечивающие удовлетворительное качество печати. В нем много механических деталей, которые при интенсивной эксплуатации быстро ломаются. Матричные принтеры – принтеры ударного действия. Печатающая головка состоит из вертикального столбца маленьких стержней (9 или 24), которые под воздействием магнитного поля "выталкиваются" из головки, ударяют по бумаге (через красящую ленту). Перемещаясь, печатающая головка оставляет на бумаге строку символов.
2) В черно-белых и цветных СТРУЙНЫХ принтерах используется чернильная печатающая головка, которая под давлением выбрасывает чернила из ряда мельчайших отверстий на бумагу. Перемещаясь вдоль бумаги, печатающая головка оставляет строку символов или полоску изображения. Качество печати определяется разрешающей способностью, которая составляет 600 dpi (точек на дюйм) и более.
3) Высокую скорость печати (до 20 страниц в мин.) ЛАЗЕРНЫЕ принтеры достигают за счет постраничной печати, при которой страница печатается сразу целиком. Разрешающая способность – 1200 dpi и более.
Принцип работы
Важнейшим, конструктивным элементом лазерного принтера является вращающийся печатающий барабан, с помощью которого производится перенос изображения на бумагу. Барабан представляет собой металлический цилиндр, покрытый тонким фотопроводящим полупроводником (оксид цинка). По поверхности барабана равномерно распределяется статический заряд. Для этого служит тонкая проволока или сетка – коронирующий провод. На этот провод подается высокое напряжение, вызывающее возникновение вокруг него светящейся ионизированной области – короны. Лазер, управляемый микроконтроллером, генерирует тонкий световой луч, отражающийся от вращающегося зеркала. Этот луч, приходя на барабан, изменяет его статический заряд в точке прикосновения. Таким образом, на барабане возникает скрытая копия изображения. На следующем рабочем шаге на фотонаборный барабан наносится тонер с мельчайшей красящей пылью. Под действием статического заряда эти мелкие частицы легко притягиваются к поверхности барабана в точках, подвергшихся экспозиции, и формируют изображение. Бумага втягивается из подающего лотка и с помощью системы валиков перемещается к барабану. Затем бумага соприкасается с барабаном и притягивает, благодаря своему заряду, частички тонера от барабана.
Для фиксации тонера бумага вновь заряжается и пропускается между двумя роликами с температурой около 180 С°. После процесса печати барабан полностью разряжается, очищается от прилипших лишних частиц, и готов для нового процесса печати. Принтеры подключаются к параллельному порту ПК.
ПЛОТТЕРЫ используются для вывода сложных и широкоформатных графических объектов (плакатов, чертежей, электрических и электронных схем и т.д.). Принцип действия у плоттера такой же, как и у струйных принтеров.
ДИНАМИК, АКУСТИЧЕСКИЕ КОЛОНКИ и НАУШНИКИ используются для вывода звука и подключаются к выходу звуковой платы.
УСТРОЙСТВА ДЛЯ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ
Очень часто данные с одного ПК требуется передать на другой. С этой целью ПК объединяют в компьютерные сети. Устройства передачи данных преобразуют выходную информацию ПК таким образом, чтобы ее можно было передавать по различным каналам связи. Обычно в качестве канала связи для передачи данных используют телефонную сеть, что требует преобразования выходной информации ПК в сигнал, который может передаваться по телефонным линиям связи. Это преобразование осуществляет специальное устройство, называемое МОДЕМОМ. При получении информации из сети модем выполняет обратное преобразование информации, облекая ее в форму, понятную ПК. Модем является неотъемлемым компонентом современного ПК. Модем может быть расположен внутри или вне системного блока. В зависимости от этого он называется внутренним или внешним.
Мультимедиа
Термин «мультимедиа» можно перевести на русский язык как «много сред».
МУЛЬТИМЕДИА – это специальная технология, позволяющая с помощью программного обеспечения и технических средств объединить на ПК обычную информацию (текст и графику) со звуком и движущимися изображениями (вплоть до показа видеофильмов).
В представлении пользователя технологию мультимедиа образуют:
– аппаратные средства ПК, обеспечивающие доступ к данным и воспроизведение мультимедийной информации;
– программные средства, обслуживающие доступ и воспроизведение;
– носители информации и мультимедиа.
Существует определенный минимум аппаратных средств, которыми должен располагать ваш ПК, чтобы его можно было считать мультимедийным. Согласно спецификации, разработанной Международным советом по маркетингу продуктов мультимедиа, для нормальной эксплуатации современных приложений, рекомендуется ПК со следующими характеристиками:
– микропроцессор не ниже 486SX с тактовой частотой от 25 МГц;
– ОЗУ не менее 4 Мбайт и емкость НЖМД от 160 Мбайт;
– видеосистема с разрешением не менее 640х480 и количеством воспроизводимых цветов 65536;
– звуковая плата и акустические колонки;
– привод (дисковод) CD-ROM.
Для воспроизведения видеозаписи не требуется специальной аппаратуры: прикладные программы могут показать кино и на обычном ПК.
Иначе обстоит дело со звуком. Музыка/звуки обладают 4 основными свойствами: 1). высотой; 2). громкостью; 3). длительностью; 4). тембром (окраской).
Высота звука пропорциональна частоте основного тона, а тембр определяется гармоническим спектром других частот, входящих в состав естественного звука. У любого ПК имеется встроенный динамик, который может по командам программы генерировать чистый звук различной частоты и длительности (недостаток – отсутствие обертонов и низкое качество звука).
Основа мультимедийной аппаратуры – специальные звуковые платы вместе с акустическими системами (колонками, громкоговорителями, динамиками).
Звуковые карты функционируют совместно со специальными программами и файлами, обеспечивая запись, воспроизведение и синтез звука. Одна из функций звуковой карты – преобразовать «оцифрованный» звук в непрерывный (аналоговый) электрический сигнал, который поступает на вход динамика. При записи звука, наоборот, аналоговый сигнал от микрофона (или др. источника звука) преобразуется в дискретную фонограмму.
В составе W’95, 98, 2000, XP имеются специальные приложения:
– лазерный проигрыватель для CD-ROM;
– универсальный проигрыватель для цифровых аудио- и видеофайлов.
Файлы мультимедиа могут храниться на обычном НЖМД, но это затруднит создать мультимедийную библиотеку. В качестве носителей информации в мультимедийных ПК используются компакт-диски.
Дата добавления: 2020-11-15; просмотров: 354; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!