11338

Технические средства обработки информации

Лекция

Информатика, кибернетика и программирование

Обработка информации и представление результатов обработки в виде удобном для человека производится с помощью вычислительной техники. Конкретный набор взаимодействующих между собой устройств и программ, предназначенный для обслуживания одного рабочего участка, называют вычислительной системой (ВС).

Русский

2016-09-07

228.5 KB

0 чел.

Тема 3: «Техниче ские средства обработки информации»

Обработка информации и представление результатов обработки в виде удобном для человека производится с помощью вычислительной техники. Конкретный набор взаимодействующих между собой устройств и программ, предназначенный для обслуживания одного рабочего участка, называют вычислительной системой (ВС). Центральным устройством большинства вычислительных систем является компьютер.

Компьютер – это электронный прибор, предназначенный для автоматизации создания, хранения, обработка и транспортировки данных.

Понятие архитектуры и принципы устройства вычислительных систем

Архитектура ВС – это описание ее устройства с точки зрения пользователя. Все свойства ВС определяются как аппаратными средствами, так и программным обеспечением. Современные ВС всегда рассматриваются как совокупность двух взаимодействующих компонентов: аппаратуры и программного обеспечения (ПО).

Аппаратные средства (hardware) – это все физические (механические, электронные и т. п.) элементы, из которых построена машина, а программное обеспечение (software) – это комплекс программ, установленных на данной ВС, кроме того, к программному обеспечению относятся программная документация, инструкции, руководства пользователю и т. п.

Архитектура определяет логическую схему организации ВС, описывающую состав и взаимодействие основных компонентов ВС в ходе вычислительного процесса.

3.1.1. Принципы фон Неймана

Принципы организации ВС с традиционной архитектурой были сформулированы американским ученым Джоном фон Нейманом. Эти принципы сводятся к следующему:

Принцип программного управления: процесс обработки информации в ЭВМ (вычислительный процесс) осуществляется в соответствии с заранее составленной программой. Команды, записанные в программе, выполняются друг за другом.

Наличие единого вычислительного устройства, которое включает в себя процессор, средства передачи информации (шину) и память.

Рис. 3.1. Структура ВС с традиционной архитектурой Фон Неймана

Процессор – устройство, которое автоматически выполняет действия, записанные в хранящейся в памяти программе. Т. е. процессор осуществляет непосредственную обработку данных, а память является хранилищем данных и программ. Эти устройства являются центральными устройствами. Кроме них, в состав ВС включаются внешние устройства, к которым относятся устройства ввода-вывода информации (УВВ), а также внешние запоминающие устройства (ВЗУ).

Принцип хранимой в памяти программы. Он является следствием из описанной выше организации вычислительного устройства. Программа на время выполнения записывается в оперативную (т. е. непосредственно доступную процессору) память, там же хранятся и данные, обрабатываемые этой программой.

Принцип использования двоичной системы для кодирования данных и команд программы.

Структура ЭВМ фон-неймановского типа

Команды, из которых состоит программа, имеют структуру:

Код ОПерации

Адрес Операнда 1

Адрес Операнда 2

Команды и данные, над которыми выполняются команды, хранятся в специальном запоминающем устройстве – оперативной памяти. В ЭВМ с фон-неймановской архитектурой реализуется линейная последовательная организация памяти, т.е. всю память можно представить в виде линейного массива ячеек определенного размера. Ячейки последовательно пронумерованы, их номера называются адресами. Минимально адресуемой единицей памяти в большинстве современных ЭВМ является байт. Память характеризуется:

емкостью – максимальным количеством информации, которое хранится в памяти;

быстродействием – временем обращения к памяти, которое определяется временем считывания (записи) информации. Время считывания – это время, отсчитываемое от момента появления адреса ячейки до момента получения информации.

Память подразделяется на внутреннюю и внешнюю. Внутренняя память имеет относительно небольшую емкость и большое быстродействие. Внешняя память имеет более низкое быстродействие, но позволяет хранить очень большой объем информации. Во внешнюю память также записываются данные и результаты работы программ, но для выполнения операций над этой информацией, ее надо сначала записать во внутреннюю память, т. к. процессор имеет доступ только к ней. После окончания работы с этой информацией, ее снова надо записать во внешнюю память.

Внутренняя память подразделяется на оперативную память(ОП) и постоянную память (ПЗУ).

Процессор – это центральное устройство ЭВМ. Он состоит из устройства управления и арифметико-логического устройства. УУ управляет работой всех блоков ЭВМ. АЛУ выполняет арифметические и логические операции. Работа процессора сводится к выполнению следующего цикла:

УУ интерпретирует выбранную команду и формирует набор команд более низкого уровня для АЛУ и других устройств. Эти команды задают последовательность низкоуровневых операций, таких как сдвиг, пересылка и анализ признаков результата. Такие операции называются микрокомандами, а последовательность микроопераций, соответствующих одной команде называется микропрограммой. В простейшем случае УУ имеет в своем составе три устройства:

регистр команды, который содержит код команды во время ее выполнения,

программный счетчик, в котором содержится адрес очередной команды,

регистр адреса, в котором вычисляются адреса операндов, находящихся в памяти.

Содержимое считанной ячейки памяти помещается в регистр команды. После чего УУ по полю кода операции команды определяет ее длину. Вычисленная длина добавляется к программному счетчику и тем самым формируется адрес следующей команды.

По адресным полям определятся, есть ли операнды и, если да, то они считываются из ОП.

УУ и АЛУ выполняют операцию, указанную в КОП.

УУ выполняет операцию записи результата выполнения команды в ОП.

Связь между устройствами ЭВМ осуществляется через системный интерфейс, который называется шиной. Шина представляет собой совокупность линий, предназначенных для передачи единицы информации (команды, данных или управляющих сигналов). Соответственно, в шине можно выделить:

шину адреса (ША) – используется для передачи адресов (номеров ячеек памяти или устройств ввода-вывода, к которым производится обращение);

шину данных (ШД) – по ней осуществляется обмен данными;

шину управления (ШУ) – по ней передаются управляющие сигналы.

Таким образом, можно сформулировать следующий алгоритм работы ЭВМ фон-неймановской структуры:

Процессор посылает на ША адрес очередной команды.

Команда считывается из памяти по указанному адресу и по ШД поступает в процессор.

УУ вычисляет адрес следующей команды.

АЛУ выполняет текущую команду.

Возврат на п. 1.

Сигналы, передаваемые по ШУ, синхронизируют работу всех устройств ЭВМ.

Порядок выбора адресов из памяти определяет программа, которая располагается во внутренней памяти (ПЗУ или ОП). В линейных программах команды выбираются из памяти последовательно, в разветвляющихся программах может происходить переход к ячейке памяти, расположенной в любом месте ОП. Такие команды называются командами передачи управления.

Выполнение основной программы может прерываться для выполнения какого-то другого срочного задания, например, передачи данных на устройство ввода-вывода. Такой режим работы называется прерыванием. После обслуживания прерывания процессор возвращается к выполнению отложенной программы. Запросы на прерывание могут возникать из-за сбоев в работе аппаратуры, деления на 0, требования внешним устройством выполнения операций ввода и т. д.

Устройство персонального компьютера

Одним из революционных достижений в области вычислительной техники явилось создание персональных компьютеров. Большие ЭВМ были отделены от массового пользователя, с ними работали только специалисты.

Согласно легенде современный ПК появился в 1975 в гараже долины Санта Клер (США). Именно там Стив Джобс и Стив Возняк построили свой первый ПК Apple. В качестве начального капитала они использовали выручку от продажи автомобиля. На рынке первые ПК Apple появились в 1977 году. В 1981 году фирма IBM выпустила более удачную модель, которая за короткое время стала эталоном для ПК. Особенности ПК:

низкая стоимость;

малые габариты;

возможность использования непрофессиональным пользователем;

большое количество программного обеспечения для непрофессиональных пользователей.

Все это и привело к тому, что за очень короткое время ПК стали основным инструментом для обработки информации.

Конфигурация ПК

При построении ПК основным принципом является принцип модульности. Модулями называются отдельные устройства компьютера, рассчитанные на выполнение отдельных функций и имеющие стандартные средства сопряжения (подключения). Таким образом, ПК складываются из модулей как из кубиков. Его конфигурацию легко наращивать и изменять добавляя новые модули или заменяя ранее установленные .

Конфигурация ПК – это конкретный набор модулей, из которых состоит данный компьютер.

Минимальная конфигурация ПК включает в себя три элемента:

системный блок;

дисплей;

клавиатуру.

Они соединены между собой кабелями. В системном блоке располагаются основные аппаратные компоненты ПК: микропроцессор, память, контроллеры (адаптеры) для подключения различных устройств.

Рис. 3.2. Структурная схема ПК

5.2.1.1. Устройства, расположенные на материнской плате

Микропроцессор – это сверхбольшая интегральная схема, созданная в едином полупроводниковом кристалле с применением полупроводниковой технологии. Микропроцессор характеризуется тактовой частотой, разрядностью, архитектурой.

Тактовая частота – определяется максимальным временем выполнения элементарного действия микропроцессора.

Разрядность – это количество разрядов двоичного кода, которые могут обрабатываться или передаваться одновременно.

Под архитектурой понимают принципы действия МП, состав и взаимное содержание его узлов.

Наиболее легкодоступные характеристики процессора – это его марка и тактовая частота. Теоретически марка определяет фирму, которая разработала и изготовила МП, а тактовая частота дает оценку его производительности. Если процессор маркирован как Pentium-4 1,6ГГц, то Pentium-4 – это марка процессора, модель Pentium выпускается фирмой Intel. Значение 1,6ГГц – это тактовая частота. Такты – это интервалы времени работы процессора, любая выполняемая операция занимает целое число тактов. При тактовой частоте 1ГГц процессор может менять свое состояние миллиард раз в секунду. Говоря о тактовой частоте процессора, часто употребляется термин внутренняя частота. Процессор устанавливается на материнскую плату, поэтому частота его работы задается извне. Стандартные частоты материнской платы – 66, 100 и 133МГц. Это меньше тактовой частоты МП. Но процессор устроен таким образом, что каждый внешний такт преобразуется в несколько внутренних, в соответствии с заданным коэффициентом умножения. Рост производительности процессоров обеспечивается ростом этого коэффициента.

Наибольшее распространение в России получили ПК платформы IBM PC. Первый ПК эта компания выпустила в 1981 году на базе процессора Intel 8086.

Процессоры разных поколений сначала нумеровались:

Intel 8086 – первый процессор семейства (16-разрядная архитектура, т. е. работал с данными, которые занимают 16 бит),

Intel 80286 - процессор второго поколения (24- разрядная архитектура, в нем был реализован режим защищенной работы, аппаратная поддержка виртуальной памяти, мультизадачность),

Intel 80386 – процессор третьего поколения (первый 32 разрядный процессор),

Intel 80486 – процессор четвертого поколения (первый процессор со встроенным математическим сопроцессором и конвейеризацией вычислений).

Процессор пятого поколения получил собственное имя – Pentium 5 (P5). Это связано с тем, что по американскому законодательству цифровой код или обозначение продукции (как 80486) не может рассматриваться как торговая марка. С появлением этого процессора закончилось прямое копирование процессорных технологий. Сегодня каждый изготовитель процессоров представляет на рынок собственные технологии. Процессоры, которые называются Pentium или Celeron выпускаются фирмой Intel. Модели Celeron имеют более низкую стоимость, и более низкую производительность. Процессоры Athlon и Duron выпускаются компанией AMD. Duron имеют более низкую производительность. Процессоры других марок, кто бы их не выпускал, имеют недостаточную производительность. Они рассматриваются как дешевые решения и рассчитаны на использование в переносных ПК, где основное значение имеет низкое энергопотребление.

Внутренняя память ПК состоит из нескольких разновидностей памяти. Они отличаются друг от друга по объему, быстродействию, стоимости, назначению, энергозависимости. Существование нескольких видов памяти позволяет снять противоречие между высокой стоимостью памяти одного вида и низким быстродействием памяти другого вида.

Оперативная память – служит для хранения программ и данных для их работ. Она является энергозависимой. Процессор выбирает из ОП данные или команду, обрабатывает их, результаты снова помещает в ОП. На свойства Оп влияют ее объем, ее тип и конструктивный способ ее исполнения.

Объем ОП обычно измеряют в мегабайтах. Чем больше объем ОП, тем лучше, т.к. при нехватке ОП реализуется механизм виртуальной памяти, т. е. данные для которых не хватило места в ОП записываются на жесткий диск в, так называемый, файл подкачки. Когда они понадобятся программе, их надо буде поменять с теми данными, которые находятся непосредственно в ОП, а это занимает время.

Тип ОП важен, т. к. технология ее изготовления и принципы работы влияют на быстродействие. Чем выше быстродействие ОП, тем меньше время доступа к ней. Быстродействие ОП измеряется в наносекундах (нс). Наносекунда – это одна миллиардная часть секунды. В настоящее время на рынке наиболее широко представлены микросхемы памяти SDRAM. Они обеспечивают время доступа 4-10нс.

Конструктивный способ исполнения. Первоначально микросхемы памяти невозможно было заменить, т. е. компьютер отслуживал свой срок с неизменной конфигурацией ОП. Затем был разработан формат, который предусматривал компоновку микросхем памяти в виде модулей, которые легко устанавливались в специальные разъемы материнской платы. Первые такие модули назывались SIMM (Single Inline Memory Module – односторонний модуль памяти). Такие модули появились на ПК с процессором 80486 и продолжали использоваться с процессором Pentium. Затем они были вытеснены модулями DIMM (Dual Inline Memory Module – двусторонний модуль памяти). Они могут поддерживать больший объем более скоростной памяти. Этот тип памяти используется и в настоящее время, хотя он вытесняется модулями памяти DDR SDRAM (Double Data Rate SDRAM – двойная скорость передачи данных). Стоимость модулей этого типа ненамного выше, чем DIMM. Памятью такого типа также оснащены практически все видеоадаптеры. Существует еще один стандарт памяти DRDRAM (Direct Rambus DRAM – прямая шина памяти) которая обеспечивает обращение к памяти в 4 раза больше, чем частота материнской платы. Но эти микросхемы дороже, поэтому используются в основном модули памяти DDR SDRAM.

ПЗУ – хранит тестирующие и загрузочные программы, которые начинают работать сразу же после включения ПК. Кроме них в ПЗУ хранятся драйверы стандартных внешних устройств, которые образуют BIOS. Драйвер – это программа, которая управляет ВУ. У каждого ВУ – свой драйвер. ПЗУ – энергонезависимая память. До недавнего времени она реализовывалась как микросхема, которую нельзя изменить программно (ROM – Read Only Memory). В настоящее время появилась FLASH память. Это память с электрическим способом стирания и записи информации. Такую память можно перепрограммировать, используя специальное программное обеспечение.

КЭШ память – это высокоскоростная память, в которой хранятся копии недавно используемых данных из основной памяти. Если программ повторно выполняет эти же инструкции или модифицирует те же числа, а в большинстве случаев так и бывает, КЭШ повышает быстродействие. Современные ПК могут иметь несколько уровней КЭШ. Один находится внутри процессора, а 2 других на материнской плате. КЭШ первого и второго уровня работает на частоте процессора, КЭШ третьего уровня работает на частоте материнской платы. Современный процессор, как правило, содержит 256-512 Кбайт КЭШ памяти.

Энергозависимая память CMOS - КМОП (Complementary Metal Oxide Semiconductor) – служит для запоминания конфигурации компьютера (текущего времени, даты, выбранного текущего диска и т. д.). Это маленькая память (64К), которая не может терять свою информацию. Для непрерывной работы этой памяти на материнской плате устанавливается специальная батарея питания или аккумулятор.

Контроллеры - служат для управления внешними устройствами. Каждому ВУ соответствует свой контроллер. После получения команды от МП каждый контроллер функционирует автономно и освобождает процессор от выполнения функций, характерных для управления соответствующим ВУ. Контроллеры используются для устройств быстрого обмена данными. Для ускорения обмена информацией между ОП и ВУ используется прямой доступ к памяти, когда контроллер, получив сигнал запроса о ВУ принимает управление обменом данными на себя, минуя процессор. Процессор в это время продолжает выполнять текущую программу.

Порты ввода-вывода – служат для обмена информацией с не очень быстрыми устройствами: мышь, принтер, модем. Порты бывают параллельными и последовательными. Последовательный порт ведет побитный обмен информацией, параллельный побайтный. Принтер подключается к параллельному, а модем к последовательному порту. Информация, поступающая через порт сначала направляется в МП, а потом в ОП. Так как клавиатура и монитор имеют в ОП выделенные участки памяти, то они подключаются через контроллеры, хотя клавиатура достаточно медленное устройство.

Другие устройства системного блока

Жесткий диск – основное устройство для долговременного хранения больших объемов данных и программ. На самом деле это не один диск, а несколько МД, имеющих магнитное покрытие и вращающихся с высокой скоростью. Над каждой поверхностью располагается головка, предназначенная для чтения-записи данных.

К основным параметрам жестких дисков относятся емкость, производительность и среднее время доступа.

Емкость зависит от технологии их изготовления. В настоящее время достигнут технологический уровень 6,4 Гб на пластину, но развитие продолжается. Теоретический предел емкости составляет порядка 20 Гб.

Производительность диска – это скорость внутренней передачи данных (от МД в ОП). Она в большей степени зависит от характеристик интерфейса, с помощью которого ЖД связан с материнской платой.

Среднее время доступа – это интервал времени, требуемый для поиска нужных данных. Оно зависит от скорости вращения диска.

Непосредственно чтением и записью данных на жесткий диск занимается контроллер ЖД. Первоначально он выполнялся как отдельное устройство, но в настоящее время основные функции контроллера интегрированы в сам ЖД. Доступ к нему обеспечивает специальный интерфейс IDE, который интегрируется в материнскую плату, или SCSI, который реализуется как отдельный адаптер. Диск с интерфейсом SCSI более производительный, чем диск с интерфейсом IDE, но стоит он дороже.

В современных ЖД реализована технология SMART – технология самоконтроля, анализа и оповещения. Она позволяет предупреждать о возможных физических дефектах поверхности диска до того, как они станут опасными для хранимых данных. Механизм контроля регистрирует статистику работы ЖД: срок службы, обнаруженные ошибки. Эти данные сохраняются в течение всего срока службы ЖД. Накопленная информация может быть выдана по специальному запросу. По ним можно судить о механическом состоянии диска и прогнозировать срок его дальнейшей службы. Технология SMART ориентирована в первую очередь на SCSI диски.

Гибкие диски – используются для оперативного переноса информации с одного ПК на другой, а также для резервного хранения информации. Основными параметрами ГД являются технологический размер (измеряется в дюймах), плотность записи и полная емкость.

В настоящее время используются дискеты размером 3,5 дюйма. До недавнего времени также достаточно широко были распространены дискеты размером 5,25 дюйма. (После 1994 г дисководы для таких дисков в базовой конфигурации ПК не поставляются.) Дискеты емкостью 3,5 дюйма имеют емкость 1,4Мб (высокая плотность).

ГД являются малонадежными носителями информации. Пыль, грязь электромагнитные поля, влага, температурные перепады, механические повреждения могут привести к полной или частичной утрате данных на диске.

Дисковод компакт-дисков CD-ROM (Compact Disc Read Only Memory) – принцип действия этого устройства состоит в считывании цифровых данных с помощью лазерного луча, отражающегося от поверхности диска. Цифровая запись на компакт–диске отличается высокой плотностью записи, стандартный КД может хранить около 650 Мб. Недостатком КД является невозможность записи данных, но в то же время существуют устройства однократной записи данных на КД – CD-R, и устройства многократной записи – CD-RW. Дисководы CD-R в настоящее время практически не используются. Дисководы CD-RW могут использоваться для записи дисков и как обычные CD-ROM, т. е. для чтения. Надежность у пишущих дисководов ниже, чем у обычных.

Основным параметром дисководов CD-ROM является скорость чтения данных. Она измеряется в кратных долях. За основу принята скорость чтения в первых серийных образцах, составлявшая 150 Кб/с. Т. е. чтобы узнать скорость считывания данных надо характеристику CD-ROM умножить на 150.

Пример: Скорость считывания данных CD-ROM 48х=150х48=7200Кб/с. Номинальная скорость современных дисководов CD-ROM имеет кратность 48-56х.

Маркировка дисководов CD-RW включает три параметра скорости. Например, 16х10х40х. Первое число – это скорость записи, второе – перезаписи, третье – чтения.

Видеокарта (видеоадаптер). Вместе с монитором видеокарта образует видеосистему ПК. Физически видеоадаптер выполнен в виде отдельной платы, которая называется видеокартой. Видеопамять и графический процессор, который преобразует содержимое видеопамяти в изображение на экране, — это два основных компонента видеокарты

В настоящее время применяются видеоадаптеры SVGA, которые обеспечивают воспроизведение до 16,7 миллиона цветов с возможностью произвольного выбора разрешения экрана из стандартного ряда значений: 640х480, 800х600, 1024х768, 1280х1024 и т. д.

Разрешение экрана – это одна из важнейших характеристик видеосистемы. Чем оно выше, тем больше информации можно отобразить на экране.

Другой важной характеристикой является цветовое расширение, которое определяет количество оттенков, которые может принимать точка экрана. Максимально возможное цветовое расширение зависит от количества установленной видеопамяти и от установленного расширения. При высоком разрешении экрана на каждую точку изображения отводится меньше места, т. е. информация о цветах ограничивается. Необходимый объем видеопамяти можно определить по формуле:

, где

P –необходимый объем видеопамяти,

m – горизонтальное расширение экрана (точек),

n - вертикальное расширение экрана (точек),

b – разрядность кодирования цвета (бит).

Минимальное требование на сегодня по глубине цвета 256 цветов, хотя большинство программ требуют не менее 65 тыс. цветов (режим High Color).

Еще одно из свойств видеоадаптера – это видеоускорение, которое заключается в том, что часть операций по построению изображения может происходить без математических вычислений в основном процессоре ПК, а чисто аппаратным путем - преобразованием данных в микросхемах видеоускорителя. Видеоускоритель может входить в состав видеоадаптера, а могут подключаться к нему в виде отдельной платы.

Различают 2 типа видеоускорителей ускорители плоской (2D) и трехмерной (3D) графики. Первые наиболее эффективны для работы с прикладными программами, а вторые ориентированы на работу мультимедийных, в основном, игровых приложений, а также профессиональных программ обработки трехмерной графики. Существуют ускорители, которые обладают функциями и двухмерного и трехмерного ускорения.

Первые видеоускорители» обеспечивали быстрое построение двумерных рисунков, лежащих в плоскости экрана. При этом снижалась нагрузка на основной процессор и ускорялись такие операции, как открытие, закрытие, перемещение и масштабирование окон, изображение простых геометрических фигур, отрисовка растровых изображений (в том числе прозрачных и полупрозрачных), рисование символов (текста). Все современные видеокарты способны бездефектно формировать двумерные картинки при любых разрешениях и частотах кадров. Формирование изображения трехмерной сцены — гораздо более сложная задача, чем воспроизведение плоского изображения. Идея ускорителя трехмерной графики состоит в том, чтобы снять с центрального процессора часть нагрузки, связанной с расчетом трехмерных картин. В результате удается значительно увеличить частоту кадров в трехмерной сцене и улучшить качество изображения.

Первый трехмерный ускоритель представлял собой самостоятельную карту расширения, работающую совместно с основным видеоадаптером. Наличие 3D-ускорителя для компьютерных игр очень быстро превратилось в необходимость, и вскоре после этого произошла интеграция ускорителей трехмерной графики и видеоадаптеров.

В состав системы Windows включен стандартный графическом интерфейс DirectX, который обеспечивает активацию функций графического ускорителя из программы.

Первый этап развития ускорителей трехмерной графики для персональных компьютеров прошел под знаком конкуренции компаний 3dfx и п Vidia. Фирма п Vidia вышла в лидеры рынка с появлением графического процессора GeForce2 GTS. после GeForce2 появились и GeForce3 и GeForce4.

На сегодняшний день главным конкурентом компании nVidia в области наиболее производительных адаптеров с ускорителем трехмерной графики является фирма ATI. Компания ATI пользовалась заслуженным уважением во времена двумерных видеоускорителей, а на рынок трехмерных ускорителей вступила с запозданием. Последняя серия графических процессоров Radeon конкурентоспособна с современными ей продуктами nVidia.

Звуковая карта. Подключается к одному из слотов материнской платы и выполняет вычислительные операции, связанные с обработкой речи, музыки, звука. Звук воспроизводится с помощью звуковых колонок, которые подключаются к выходу звуковой карты. Основным параметром звуковой карты является разрядность - количество битов, используемое при преобразовании сигналов из аналоговой в цифровую форму и наоборот. Чем выше разрядность, тем выше качество звучания. Минимальное требование – 16 разрядов (лучше 32 или 64).

Шинные интерфейсы материнской платы

Связь между собственными и подключаемыми устройствами материнской платы выполняют ее шины. Существуют следующие шинные интерфейсы:

ISA (Industry Standard Architecture) – разработана почти 20 лет назад. Позволила связать между собой все устройства и обеспечила подключение новых устройств через стандартные разъемы (слоты). Пропускная способность до 5,5 Мб/с, может использоваться для подключения сравнительно медленных устройств (звуковых карт, модемов).

EISA (Extended ISA) – расширение ISA. Отличается увеличенным разъемом и увеличенной производительностью (до 32Мб/с). И ISA, и EISA считаются устаревшими и в настоящее время материнские платы с такими разъемами не выпускаются.

VLB (VESA Local Bus) – локальная шина стандарта VESA. Понятие локальной шины связано с тем, что частоты основной шины (ISA/EISA) стало недостаточно для обмена между ЦП и ОП. Поэтому появилась локальная шина, которая связала между собой ЦП и ОП в обход основной, она имеет повышенную частоту. Потом в эту же шину добавили интерфейс для подключения видеоадаптера. Стандарт VLB позволил поднять тактовую частоту локальной шины до 50МГц, а производительность до130 Мб/с . Недостаток VLB заключается в том, что ее пропускная способность зависит от количества подключенных устройств.

PCI (Peripheral Component Interconnect – стандарт подключения внешних компонентов) был введен в стандарт процессоров выполненных на базе процессора Intel Pentium. Для связи с основной шиной компьютера (ISA/EISA) используются специальные преобразователи – мосты PCI (PCI Bridge). Последние версии поддерживают частоту до 66Мгц и обеспечивают производительность 264Мб/с для 32-разрядных данных и 528 для 64-разрядных данных. Важным нововведением, реализованным этим стандартом, стала поддержка так называемого стандарта plug and play, т. е. стандарта на самоустанавливающиеся устройства. Его суть состоит в том, что после физического подключения внешнего устройства к разъему шины PCI происходит обмен данными между устройством и материнской платой, в результате чего устройство автоматически получает номер используемого прерывания, адрес порта подключения и номер канала прямого доступа к памяти. В настоящее время эта шина используется только как шина для подключения внешних устройств.

FSB (Front Side Bus) – используется для связи процессора с ОП, начиная с Pentium Pro. Она работает на очень высокой частоте (до 200МГц). Частота шины FSB является одним из основных потребительских параметров, именно он указывается в спецификации материнской платы. Пропускная способность шины FSB при частоте 100МГц – 800Мб/с.

Для передачи данных между ОП и видеоадаптером используется шина AGP (Advanced Graphic Port – усовершенствованный графический порт). Частота этой шины соответствует частоте шины PCI, но она имеет более высокую пропускную способность – до 1066 Мб/с.

USB (Universal Serial Bus – универсальная последовательная магистраль). Этот стандарт определяет способ взаимодействия ПК с внешними устройствами. Он позволяет подключить до 256 ВУ с последовательным интерфейсом. Удобство шины состоит в том, что она практически исключает конфликты между различным оборудованием и позволяет подключать и отключать устройства в «горячем режиме» (не отключая ПК), она также позволяет объединять несколько ПК в простейшую сеть без применения специального оборудования и программного обеспечения.

Набор микросхем материнской платы называется чипсетом.

Современные чипсеты состоят из двух основных микросхем, которые исторически получили названия «северного» и «южного» мостов. Северный мост управляет взаимосвязью процессора, ОП, порта AGP. В чипсетах предыдущих поколений он также содержал контроллер шины PCI. Южный мост содержит контроллеры жестких дисков, порты ввода-вывода и другие необходимые контроллеры.

Первоначально южный мост соединялся с северным при помощи шины PCI. У современных чипсетов архитектура несколько иная. Контроллер PCI перенесен из северного моста в южный. Мосты соединены между собой новой шиной повышенной производительности Такая архитектура, первоначально предложенная фирмой Intel, получила название «хабовой» {hub).

Микросхемы материнской платы крепятся на ней методом пайки. Заменить материнскую плату можно только целиком.

Основные характеристики микропроцессоров

Технические характеристики аппаратных компонентов определяют пределы возможностей компьютера. Сердцем любого компьютера является процессор. Наиболее легкодоступные характеристики процессора — это его марка и тактовая частота.

Теоретически, марка определяет фирму, которая разработала и изготовила процессор, а тактовая частота дает оценку его производительности. Например, при тактовой частоте в 1 ГГц процессор способен изменить свое состояние миллиард раз за одну секунду. Такты — это кванты времени процессора. Любая выполняемая операция занимает целое число тактов, и в каждом такте процессор может начать выполнение только одной операции. Если два процессора различаются только тактовой частотой, то их производительность в отсутствие внешних задержек пропорциональна частоте.

Марка и тактовая частота — это рыночные характеристики процессоров и компьютеров сегодняшнего дня. Когда-то знать тактовую частоту было необязательно. Первые персональные компьютеры IBM PC и IBM PC/XT комплектовались процессором 8086 с частотой 4,77 МГц. Аппаратная конфигурация всех компьютеров была практически идентичной, а отдельно процессор вообще не представлял ни для кого интереса. Затем появился компьютер IBM PC/AT. Его процессор 80286 (с частотой 6 МГц) выполнял операции с целыми числами быстрее предшественника. Производительность выросла больше, чем тактовая частота. Но тип процессора все еще определялся моделью компьютера.

Позже появились «ускоренные» варианты процессора 80286 с частотами 8, 10 и 12 МГц. Для повышения частоты процессора применялась кнопка Turbo на передней панели компьютера. Если она была отжата, включался «номинальный» режим (частота б МГц), а после нажатия на нее — ускоренный режим. Быстродействие возрастало пропорционально тактовой частоте, хотя официально работоспособность компьютера на повышенных частотах не гарантировалась. С тех пор этот параметр и стал одним из главных критериев производительности.

Говоря о тактовой частоте процессора, часто употребляют термин внутренняя частота. Процессор устанавливается на материнскую плату, поэтому частота его работы задается извне. Стандартные частоты материнской платы — 66, 100 и 133 МГц — намного меньше, чем тактовые частоты современных процессоров. Но процессор устроен таким образом, что каждый внешний такт преобразуется в несколько внутренних в соответствии с заданным коэффициентом умножения. Сегодня рост производительности процессоров обеспечивается как раз увеличением этого коэффициента. Впервые коэффициент внутреннего умножения частоты появился в процессорах 80486, где он имел значение 2-3 при внешней частоте 33-40 МГц.

У современных процессоров коэффициент умножения намного выше (до 24 у Pentium 4). Но предельная производительность работы достигается только в том случае, когда процессор выполняет все операции «внутри себя». Даже обмен данными с оперативной памятью в этом случае превращается в тормозящий фактор, не говоря уже о взаимодействии с другими устройствами.

Торговые марки

Персональные компьютеры типа IBM PC недолго выпускались только фирмой IBM. По мере расширения рынка производство процессоров 8086 и 80286, а позднее — 80386 и 80486 наладили разные фирмы. Процессоры одного класса совпадали по системе команд, были близки по производительности и даже по маркировке.

По американскому законодательству цифровой код или обозначение продукции (как 80486) не может находиться под юридической защитой как торговая марка. По этой причине новому процессору, для которого первоначально предполагалась маркировка 80586, компания Intel дала имя — Pentium.

С появлением процессора Pentium закончилась эпоха прямого копирования процессорных технологий. Сегодня каждый изготовитель процессоров представляет на рынок собственные разработки. Название фирмы-изготовителя процессора всегда указано на микросхеме и обычно крупными буквами. Альтернативные процессоры класса Pentium часто характеризуются более низкой ценой и меньшей производительностью, чем продукты корпорации Intel.

К сожалению, появление у процессоров собственных имен несколько запутало ситуацию на рынке. Процессоры Pentium, по крайней мере, имеют последовательные номера, хотя каждому из названий Pentium II, Pentium III и Pentium 4 соответствует не меньше двух принципиально разных моделей. А под именем Celeron фирма Intel уже не менее 5 разных типов процессоров.

И все же торговая марка — это хороший первоначальный ориентир. Вот какова современная ситуация на рынке.

Все, что называется Pentium или Celeron, выпускается компанией Intel Модели Celeron, более доступные и менее производительные, предназначены для экономного покупателя.

Все, что называется Athlon или Duron, выпускается компанией AMD. Менее производительные процессоры Duron относятся к нижней ценовой категории.

Процессоры иных марок, кто бы их ни выпускал, имеют недостаточную производительность. Они рассматриваются как дешевые решения или рассчитаны на использование в переносных компьютерах, где главную роль играет низкое энергопотребление.

Торговая марка и тактовая частота не позволяют однозначно оценить производительность процессора. На нее влияет ряд дополнительных факторов.

Особенности системы команд

Все процессоры для персональных компьютеров могут выполнять команды самого первого процессора 8086. Но у каждого нового поколения процессоров система команд шире, чем у предыдущих марок. Сохранение старых команд дает обратную совместимость — существующие программы сохраняют полную работоспособность.

Но уже для процессора 8086 был предусмотрен механизм использования дополнительных команд. Компьютер мог иметь арифметический сопроцессор (отдельную микросхему с маркировкой 8087). Она выполняла операции с действительными числами и была полезна в компьютерах, занимающихся научными расчетами.

В компьютеры домашнего или офисного применения сопроцессор часто не устанавливали. Большинство программ работало как при наличии сопроцессора, так и при его отсутствии. Программный код сначала опрашивал сопроцессор. При получении положительного отклика использовались дополнительные команды. Если ответа не было, операции с действительными числами моделировались целочисленной арифметикой и программа работала медленнее.

Сегодня отдельной микросхемы арифметического сопроцессора не существует, хотя арифметика действительных чисел используется во всех программах вплоть до компьютерных игр. Начиная с процессора 80486 (модели с индексом DX) модуль действительной арифметики интегрирован в кристалл процессора. Понятие арифметический сопроцессор сохранено ради обратной совместимости, но все виды операций выполняет единый процессор.

Набор команд ММХ

Идея дополнительных инструкций, повышающих производительность, в ходу и сегодня. Новые команды процессора вводят для борьбы с «узкими местами». Они ориентированы на актуальные задачи, для которых прежняя система команд малоэффективна. Уже после появления процессора Pentium фирма Intel добавила в него ряд команд для обработки мультимедийных данных. Набор новых команд получил название ММХ (MultiMedia extension — мультимедийное расширение). Первоначально поддержка команд ММХ помечалась прямо на микросхеме процессора.

Работоспособность программ не зависит от наличия поддержки команд ММХ — старые процессоры моделируют команды ММХ с помощью стандартных инструкций.

Набор команд 3DNow!

Команды ММХ недолго оставались единственным дополнительным набором. Фирма AMD добавила в свои Pentium совместимые процессоры (К6-2) набор из 21 команды, который получил название 3DNow! Эти команды ускоряют обсчет трехмерной графики, позволяя одновременно выполнить несколько одинаковых операций над действительными числами.

Модуль действительной арифметики был тогда слабым местом процессоров фирмы AMD, которые заметно уступали современному им поколению процессоров Intel. При использовании команд 3DNow! расчеты могли идти в восемь раз быстрее. На практике достигалось удвоение или утроение скорости специфических действий, но и это с лихвой перекрывало отставание процессоров AMD от продукции компании Intel. Новые команды эффективны только при массовом выполнении однотипных операций, почему их и предназначили для расчета трехмерной графики.

Эффект от дополнительных команд процессора особенно высок при их использовании в служебных модулях операционной системы (драйверах и динамических библиотеках). Операционная система Windows поддерживает команды 3DNow! в библиотеке DirectX начиная с версии 6.1. Повышение производительности сказывается на всех программах, даже тех, которые не используют новые возможности процессоров напрямую.

В процессорах Athlon в набор 3DNow! добавлено пять дополнительных инструкций.

Кэш-память

Скорость процессора во многом зависит от того, насколько быстро происходит обмен данными с оперативной памятью. Многие команды включают чтение данных из оперативной памяти или запись в нее. Выполнение операции чтения или записи заканчивается в момент завершения передачи данных. Если процессору приходится ждать, скорость работы падает. Частота работы обычной памяти меньше, чем внутренняя частота процессора, поэтому задержки неизбежны. Эксперименты показывают, что производительность процессора при этом снижается в десять и более раз. Ускорить работу позволяет дополнительная кэш память, отданная в полное распоряжение процессора.

Назначение кэш-памяти

Объем кэш-памяти меньше объема основной памяти, но запись и чтение данных в ней выполняется намного быстрее. Данные в кэш-памяти дублируют данные, имеющиеся в основной памяти. В ходе работы процессору часто нужны одни и те же данные. Если эти данные есть в кэш-памяти, «медленные» операции чтения и записи в основную память не нужны. При чтении из основной памяти данные одновременно заносятся в кэш. Повторное обращение к ним процессор выполнит намного быстрее.

Если рассыпать коробок спичек и собирать их, наклоняясь за каждой спичкой отдельно, это тяжелый труд. Если поднимать по несколько спичек за один раз, работа намного упрощается. Кулак, в который можно зажать десяток спичек, — это неплохая модель кэш-памяти.

Уровни кэш-памяти

Кэш-память впервые появилась в компьютерах с процессором 80486. Тогда она устанавливалась на материнской плате. Сегодня процессоры имеют несколько уровней кэш-памяти. Чем меньше номер уровня, тем легче доступ процессора к кэшу и выше быстродействие. По историческим и техническим причинам наиболее распространено двухуровневое кэширование. Быстрее всего работает кэш-память первого уровня, интегрированная в процессор. Она имеет небольшой объем, причем команды и данные кэшируются по отдельности. Кэш первого уровня всегда работает на той же частоте, что и процессор.

У семейств процессоров 80486 и Pentium кэш второго уровня состоял из «быстрых» микросхем памяти, установленных на материнской плате. Но, пусть и быстрая, эта память работала на частоте материнской платы, и поэтому ее эффективность была невелика.

Приблизить кэш-память второго уровня к процессору впервые удалось фирме Intel. Первые модели процессора Pentium // выпускались в виде конструктива, включающего процессор и кэш-память второго уровня, работающую на повышенной частоте.

На тот момент интегрировать кэш второго уровня в процессор не удалось из-за проблем с его охлаждением. С тех пор технология продвинулась дальше, и у современных процессоров кэш второго уровня также располагается в кристалле и работает на частоте процессора.

Если объем обрабатываемых данных меньше размера кэш-памяти, производительность процессора существенно повышается. Например, процессор Athlon обеспечивает пятикратный рост производительности, если данные целиком помещаются в кэш-память первого уровня, и четырехкратный — если загружена кэш-память второго уровня.

Современный процессор обычно содержит 256-512 Кбайт кэш-памяти второго уровня. Некоторые процессоры работают и с кэш-памятью третьего уровня (располагается на материнской плате).

В процессоре Pentium III объем кэш-памяти первого уровня составляет 32 Кбайт. Половина служит для кэширования инструкций, вторая половина — для данных. В процессоре Pentium 4 система кэширования первого уровня изменена. Вместо команд процессора кэшируются уже декодированные микроинструкции (объем около 90 Кбайт). Кэш данных ради быстродействия сокращен вдвое и составляет всего 8 Кбайт. Кэш второго уровня в разных моделях процессоров составляет от 128 до 512 Кбайт.

У процессоров фирмы AMD кэш работает эффективнее. Кэш-память первого уровня у процессоров Athlon и Duron — 128 Кбайт. Она также распределяется пополам между командами и данными. У процессоров Athlon кэш второго уровня — 256 Кбайт, у процессоров Duron — 64 Кбайт. Кэш у процессоров фирмы AMD — эксклюзивный; полный объем кэш-памяти является суммой объемов первого и второго уровней (384/192 Кбайт). У процессоров Intel кэш инклюзивный, кэш второго уровня поглощает кэш первого уровня.

Конвейерная архитектура

Как правило, рост производительности процессора происходит при сокращении среднего числа тактов, нужных на выполнение команды. Но есть и другие методы повышения производительности. В частности, все современные процессоры имеют конвейерную архитектуру.

Первоначально процессор семейства х86 выполнял команды поочередно: закончил одну — перешел к следующей. Но многие команды требуют для своего выполнения несколько тактов. Современные процессоры способны выполнять операции параллельно — подобно тому, как при сборке автомобилей на конвейере в работе находится сразу несколько машин.

Разбиение команды на конвейерные операции увеличивает время ее выполнения (в тактах) по сравнению с предыдущими моделями процессоров, но общая производительность повышается. Увидеть это можно на следующем примере.

Пусть в процессоре без конвейера каждая из команд А, Б и С занимает два такта. Временная диаграмма выполнения этих команд приведена на рис. 2.3.

Для выполнения всех трех команд нужно шесть тактов. Процессор конвейерной архитектуры может начинать выполнение новой команды на каждом такте. Команды переходят с одной стадии конвейера на другую, так что их выполнение разворачивается одновременно.

Рис. 2.3. Последовательное выполнение команд в отсутствие конвейера

Если в таком процессоре те же команды А, В и С требуют по три такта, диаграмма выполнения может выглядеть так (рис. 2.4).

Рис. 2.4. Параллельное выполнение команд на конвейере

Все закончено за пять тактов. Хотя каждая команда выполняется медленнее, чем в предыдущем примере, общая производительность выше. Это произошло потому, что последующие команды добавляют к затратам времени всего один такт, хотя сама команда выполняется существенно дольше. Чем длиннее команды, тем больший выигрыш дает конвейеризация.

У современных процессоров конвейер состоит из 10-20 стадий. Удлинение конвейера повышает его эффективность и ведет к росту тактовой частоты. Но эффективное использование конвейера требует бесперебойной подачи команд. Например, если данные для команды В получаются в результате выполнения команды А, то выполнить эти команды в параллельном режиме не удастся. Современным процессорам приходится «хитрить» — они начинают выполнять очередное действие до того, как стало точно известно, что оно понадобится. Если удается «угадать» (а так происходит более чем в 90% случаев), все срабатывает эффективно. Если операция оказалась ненужной, конвейер сбрасывается, что ведет к значительной потере времени. Производители процессоров ищут тонкий баланс, учитывающий длину конвейера и качество предсказания нужных операций.

Таблица 2.1. Основные поколения процессоров

Семейство

Номинальные тактовые частоты

Дополнения

к системе команд

Нововведения

и особенности

Устаревшие процессоры

8086

4,77 МГц

Первый процессор, открывший линейку компьютеров IBM PC

80286

6-12 МГц

IBM PC/AT

80386

8-40 МГц

Новый режим работы процессора (protected mode)

80486

20-120 МГц

Интегрированный арифметический сопроцессор. Внутреннее умножение частоты. Кэш-память второго уровня. Массовый выпуск совместимых процессоров разными фирмами

Pentium и аналоги

66-550 МГц

MMX,3DNow! (не во всех моделях)

Оригинальный процессор фирмы Intel достиг частоты 233 МГц, другие фирмы выпускали совместимые процессоры и с более высокими частотами. Появление «рейтингов производительности»

Pentium II, Celeron

266-533 МГц

ММХ

Две аналогичные линии процессоров отличаются внешней частотой и объемом кэш-памяти второго уровня. Кэш-память перенесена в конструктив процессора (у процессоров Celeron — в кристалл)

Современные процессоры

Pentium III, Celeron

450-1400 МГц

ММХ, SSE

Кэш-память в кристалле и работает на частоте ядра процессора. Под

этим названием объединены два семейства процессоров

Athlon, Duron

500-? МГц

ММХ, Extended 3DNow

Первая независимая линейка, конкурентоспособная с процессорами фирмы Intel

Pentium 4, Celeron

1400-? МГц

ММХ, SSE, SSE 2

Эта серия процессоров оптимизирована для

производительных систем. Команды SSE 2 вводят еще один режим работы процессора

3.2.3. Внешние устройства ПК

По назначению ВУ можно разделить на:

устройства ввода данных;

устройства вывода данных;

устройства хранения данных;

устройства обменом данными.

3.2.3.1. Устройства ввода данных

Клавиатура – служит для ввода алфавитно-цифровых данных, а также команд управления. Она относится к стандартным средствам ПК. Ее основные функции не нуждаются в поддержке специальными системными программами – драйверами, т. к. необходимое программное обеспечение есть в ПЗУ в составе BIOS. Принцип действия клавиатуры состоит в следующем.

При нажатии на клавишу специальная микросхема, встроенная в клавиатуру, выдает код клавиши (скан-код).

Скан-код поступает в микросхему, выполняющую роль порта клавиатуры (порт находится на материнской плате).

Порт клавиатуры выдает процессору номер прерывания (9).

Получив прерывание, процессор обращается в специальную память ОП, в которой находится вектор прерываний (список адресов программ, обслуживающих конкретное прерывание).

Процессор выполняет программу, которая находится по адресу взятому из вектора прерываний. Простейшая программа обработки клавиатурного прерывания находится в ПЗУ, но можно поставить вместо нее свою программу, если изменить данные в векторе прерываний.

Программа-обработчик прерывания находит скан-код, записывает его в регистры процессора и определяет символ, соответствующий данному коду.

Программа –обработчик записывает символ в специальную область ОП, которая называется буфером клавиатуры и прекращает свою работу.

Процессор заканчивает обработку прерывания и возвращается к отложенной работе.

Введенный символ хранится в буфере до тех пор, пока его не заберет оттуда та программа, для которой он предназначался. Если символы поступают чаще, чем забираются, то возникает эффект переполнения буфера.

2. Мышь – это устройство управления манипуляторного типа. Перемещение мыши по плоской поверхности синхронизировано с перемещением указателя мыши на экране монитора. Принцип действия заключается в следующем.

В отличие от клавиатуры, мышь не является стандартным устройством и ПК не имеет для нее выделенного порта. Для нее нет и постоянного выделенного прерывания, а BIOS не содержит программных средств для обработки прерываний мыши. Следовательно, мышь нуждается в специальной управляющей программе – драйвере мыши. Драйвер устанавливается либо при первом подключении мыши, либо при установке ОС. Хотя мышь и не имеет выделенного порта на материнской плате, для работы с ней используют один из стандартных портов средства для работы с которым имеются в составе BIOS. Драйвер мыши нужен для интерпретации сигналов поступающих через порт. Компьютером управляют с помощью перемещения мыши по плоскости и нажатия на левую и правую кнопки. Принцип управления является событийным, т. е. перемещения мыши и нажатия на кнопки – это события с точки зрения ее программы-драйвера. Анализируя события, драйвер устанавливает, где это событие произошло, т. е. в каком месте экрана находился указатель. Эти данные передаются в программу, с которой работает пользователь. По ним программа определяет команду пользователя, которую она должна выполнить.

3. Специальные манипуляторы:

Трекбол – в отличие от мыши, устанавливается стационарно, его шарик приводится в движение ладонью руки, он не нуждается в гладкой поверхности, поэтому широко используется в портативных ПК.

Джойстик – манипулятор, используемый в игровых программах и тренажерах.

Инфракрасная мышь – отличается от обычной наличием устройства беспроводной связи с системным блоком.

4. Устройства ввода графических данных: сканеры, графические планшеты (дигитайзеры), цифровые видеокамеры.

Сканеры. С помощью сканера можно вводить любую информацию, в том числе и знаковую. В этом случае исходные данные вводятся в графическом виде, после чего обрабатываются с помощью программ распознавания образов. Наиболее распространены планшетные сканеры. Они предназначены для ввода графической информации с листа. Принцип действия сканера состоит в том, что луч света отраженный от поверхности листа фиксируется специальными элементами (ПЗС – приборы с зарядовой связью). Обычно эти элементы конструктивно оформляются в виде линейки, располагаемой по ширине листа. Затем либо лист перемещается при неподвижной установке линейки, либо наоборот – линейка перемещается при неподвижной установке листа. Основные характеристики планшетных сканеров:

Разрешающая способность – зависит от плотности расположения элементов ПЗС на линейке. Типичный показатель 600-1200 dpi (количество точек на дюйм).

Производительность – продолжительность сканирования одного листа бумаги.

Динамический диапазон – отношение яркости наиболее светлых участков изображения к яркости наиболее темных участков.

Графические планшеты – предназначены для ввода художественной графической информации . Существует несколько различных принципов их действия, но в основе всех их лежит фиксация специального пера относительно планшета. Такие устройства могут использоваться художниками, т. к. позволяют им создавать экранные изображения привычными способами.

Цифровые фотокамеры – эти устройства воспринимают графические данные с помощью ПЗС, объединенных в прямоугольную матрицу. Основным параметром является разрешающая способность, которая связана с количеством ПЗС в матрице. Лучшие потребительские модели имеют до 1млн ячеек ПЗС и обеспечивают разрешение изображения до 800х1200 точек. У профессиональных моделей эти параметры еще выше.

3.2.3.2. Устройства вывода данных

1. Монитор – это устройство визуального представления данных. Это основное устройство вывода информации. Его основными потребительскими параметрами являются:

размер;

шаг маски экрана;

максимальная частота регенерации изображения;

Размер монитора – измеряется между противоположными углами трубки кинескопа по диагонали. Единица измерения - дюймы. Стандартные размеры: 14”, 15”, 17”, 19”, 20”, 21”. В настоящее время самыми универсальными являются мониторы 15” и 17”, а для операций с графикой лучше использовать мониторы 19”- 21”.

Изображение на экране монитора получается в результате облучения люминофорного покрытия остронаправленным лучом электронов, разогнанных в вакуумной колбе. Для получения цветного изображения люминофорное покрытие имеет точки трех типов, светящиеся красным, синим и зеленым цветом. Чтобы на экране все три луча сходились в одну точку, перед экраном ставят маску – панель с отверстиями. Часть мониторов оснащена маской из вертикальных проволочек, что усиливает яркость и насыщенность изображения. Чем меньше шаг между отверстиями маски, тем четче полученное изображение. Шаг маски измеряют в долях миллиметра. В настоящее время наиболее распространены мониторы с шагом маски 0,25 –0, 27 мм.

Частота регенерации (обновления) изображения показывает сколько раз в течение секунды монитор может полностью сменить изображение. Этот параметр зависит не только от свойств монитора, но и от настроек видеоадаптера. Частоту регенерации измеряют в Гц. Чем она выше, тем устойчивее изображение, тем меньше утомление глаз. Минимальным считается значение 75Гц, нормативным – 85 Гц, комфортным – 10Гц и более.

2. Принтеры – печатающие устройства, с помощью которых получают копии документов на бумаге. По принципу действия различают матричные, лазерные, светодиодные, струйные принтеры.

Матричные принтеры – это простейшие печатающие устройства. Данные выводятся на бумагу в виде оттиска, образующегося при ударе специальных «иголок» через красящую ленту. Качество печати зависит от количества иголок в печатающей головке принтера. Наибольшее распространение имеют 9-игольчатые и 24-игольчатые матричные принтеры. Производительность принтеров оценивают по количеству печатаемых знаков в секунду. Для матричных принтеров существуют следующие режимы работы: draft –режим черновой печати, normal – обычная печать и NLQ (Near Letter Quality) – обеспечивает качество печати близкое к качеству пишущей машинки.

Лазерные принтеры - обеспечивают высокое качество печати, не уступающее полиграфическому. Они также отличаются высокой скоростью печати, которая измеряется в страницах в минуту. Как и матричных принтерах итоговое изображение формируется из точек. Принцип действия следующий.

В соответствии с поступающими данными лазерная головка испускает световые импульсы, которые отражаются от зеркала и попадают на поверхность светочувствительного барабана. В результате этого участки барабана, на которые попал световой импульс приобретают светочувствительный заряд. Затем барабан проходит через контейнер с красящим порошком (тонером) и порошок закрепляется на участках, имеющих статический заряд. При дальнейшем вращении барабан соприкасается с бумажным листом и порошок переносится на бумагу, нагревательный элемент нагревает порошок, в результате чего частицы порошка спекаются и закрепляются на бумаге.

К основным параметрам лазерных принтеров относятся:

разрешающая способность (измеряется в количестве точек на дюйм) – модели среднего класса обеспечивают разрешение печати до 600dpi, профессиональные модели до 1200dpi;

производительность (количество страниц в минуту):

формат используемой бумаги;

объем собственной ОП;

стоимость оттиска, т.е. стоимость расходных материалов для получения одного печатного листа формата А4 (от 2 до 6 центов).

Светодиодные принтеры – принцип их действия похож на принцип действия лазерных принтеров. Разница заключается в том, что источником света является не лазерная головка, а линейка светодиодов. Разрешение печати для светодиодных принтеров составляет порядка 600dpi.

Струйные принтеры – изображение формируется микрокаплями специальных чернил. Качество печати зависит от формы капли и ее размера, а также от свойств красителя и бумаги. К положительным свойствам струйных принтеров следует отнести простоту и надежность механических частей принтера и его относительно низкую стоимость. Но притом, что цена струйных принтеров гораздо ниже, чем лазерных, стоимость печати одного оттиска на них может быть в несколько раз выше. Качество цветных изображений очень высокое, но возможность применения в черно-белой полутоновой печати ограничена из-за нестабильного разрешения.

Устройства хранения данных

Необходимость во внешних устройствах хранения данных возникает в двух случаях:

вычислительная система обрабатывает больше данных, чем можно разместить на ЖД;

данные имеют повышенную ценность и необходимо выполнять регулярное резервное копирование на внешнее устройство (копирование данных на ЖД не является резервным).

В настоящее время для хранения данных используют следующие типы устройств:

Стримеры – накопители на магнитной ленте. Это устройство последовательного доступа к данным, следовательно, имеет маленькую производительность. Кроме того, магнитная лента недостаточно надежна, т. к. может физически выходить из строя. Емкость магнитных кассет для стримеров составляет до нескольких сот Мб. Повышение емкости за счет повышения плотности записи снижает надежность хранения, а повышение емкости за счет увеличения длины ленты повышает время доступа к данным.

ZIP-накопители (выпускаются компанией Iomega)– имеют емкость 100-250МБ, могут быть внешними и внутренними. Внешние – подключаются к стандартному параллельному порту, а внутренние – к контроллеру жестких дисков материнской платы.

Накопители HiFD (выпускаются компанией Sony)- совместимы с обычными 3,5 дюймовыми дисками, т. е. могут использовать как обычные диски, так и специальные емкостью 200Мб. Недостаток – высокая цена.

Накопители JAZ (выпускаются компанией Iomega)- емкость 1 или 2 Гб.

Магнитооптические устройства – созданы на основе магнитной и оптической технологий. Они сохраняют все преимущества гибких магнитных дисков (переносимость, возможность отдельного хранения) с большой емкостью и высокой надежностью. С их помощью решаются задачи резервного копирования и обмена данными. Существуют 5,25 и 3,5 дюймовые накопители. Емкость 5,25 дюймовых носителей составляет 5,2Гб, 3,5 дюймовых – 640Мб.

3.2.3.4. Устройства обмена данными

Модем – устройство предназначенной для обмена информацией между удаленными компьютерами (МОдулятор+ДЕМодулятор). Каналы связи – это физические линии связи (проводные, оптоволоконные, кабельные, радиочастотные), способ их использования (коммутируемые или выделенные) и способ передачи (цифровые или аналоговые сигналы). В зависимости от типа канала связи модемы подразделяют на радиомодемы, кабельные модемы и прочие. Наиболее широко распространены модемы, подключаемые к телефонным каналам связи. Модем может быть внешним

Цифровые данные поступают в модем из компьютера, преобразуются в нем путем модуляции в соответствии с избранным протоколом (стандартом) и направляются в телефонную линию. Модем-приемник осуществляет обратное преобразование (демодуляцию) и пересылает восстановленные цифровые данные в свой компьютер. Главная характеристика модема – скорость передачи данных. Она зависит от качества телефонной связи и от стандартов передачи данных, поддерживаемых модемами. Все модемы подключаются к последовательным портам. Модемы могут быть как внешними, т.е. подключаться через разъем в корпусе, так и внутренними, т. е. устанавливаться в виде платы в компьютер.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

44345. СОЦИАЛЬНАЯ РЕАБИЛИТАЦИЯ ЛИЦ С ОГРАНИЧЕННЫМИ ФИЗИЧЕСКИМИ ВОЗМОЖНОСТЯМИ 421.5 KB
  Социальная реабилитация инвалидов – актуальная проблема современности. Принцип комплексного подхода в социальной реабилитации инвалидов. Социально медицинские услуги как один из факторов социальной реабилитации инвалидов. Роль социального работника в реабилитации инвалидов.
44347. Изучение теоретических основ компенсационного менеджмента и разработка практических рекомендаций по его совершенствованию в АНО «Цент Развития Современного Дизайна» 853 KB
  Теория краткосрочных и долгосрочных стимулов Анализ компенсационной политики в АНО Центр Развития Современного Дизайна Краткая характеристика АНО Центр Развития Современного Дизайна Анализ организации и регулирования оплаты труда в АНО Центр Развития Современного Дизайна Анализ формирования поощрительного фонда в АНО Центр Развития Современного Дизайна Совершенствование организации компенсационной системы в АНО Центр Развития Современного Дизайна Рекомендации по формированию компенсационного пакета АНО Центр...
44348. Разработка мер по совершенствованию системы обязательного социального страхования в Российской Федерации 1.36 MB
  Обязательное социальное страхование появилось в Росси несколько позже, чем в западных странах. В 1889 году в Государственный совет был предложении проект закона, в котором предлагалось нести ответственность владельцам промышленных предприятий за причиненное увечье вплоть до случаев со смертельным исходом
44350. УПРАВЛЕНИЕ КОНКУРЕНТОСПОСОБНОСТЬЮ ПРЕДПРИЯТИЯ 671 KB
  Конкуренция является неотъемлемой компонентой рыночной экономики. Она побуждает предпринимателей и коммерсантов в наиболее сжатые сроки внедрять всё то новое, что является в результате научных исследований и достижений научно-технического прогресса
44351. Правовое регулирование материального обеспечения военнослужащих 405.5 KB
  Правовые основы материального обеспечения военнослужащих.1 Исторический аспект формирования нормативноправовой базы регулирующей материальное обеспечение военнослужащих.2 Понятие и виды материального обеспечения военнослужащих. Особенности медицинского и санаторнокурортного обеспечения военнослужащих.
44352. Оценка экономической эффективности инвестиций в систему защиты персональных данных в информационной системе персональных данных ООО «Информбюро» 1.46 MB
  Система должна обеспечивать безопасность всей информации подлежащей защите. Выявлены возможные угрозы безопасности информации и разработаны требования к системе защиты. ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ ПДн − персональные данные ИСПДн – информационная система персональных данных АС – автоматизированная система АРМ – автоматизированное рабочее место ЛВС – локально-вычислительная сеть НСД − несанкционированный доступ СЗИ − средство защиты информации МЭ – межсетевой экран ПО – программное обеспечение ООО – общество с ограниченной ответственностью КоАП –...