Устройство персонального компьютера
I История развития персональнх компьютера
II Структура ПК
а) Основные устройства
б) Процессоры
в) Контролеры
в) Память ROM, RAM
г) Жесткий диск
III Периферийные устройства ПК
а) Мониторы
б) Устройства ввода
в) ВЗУ
г) Привод CD-ROM
IV Принтеры, сканеры
V Сети
VI Маркетинг
VII Заключение
VIII Библиография
I История развития персональных компьютеров
Как был изобретен компьютер. Слово «компьютер» означает «вычислитель», т.е. устройство для вычислений. Потребность в автоматизации обработки данных, в том числе вычислений, возникла очень давно. Многие тысячи лет назад для счета использовались счетные палочки, камешки и т.д. Более 1500 лет тому назад (а может быть и значительно раньше) для облегчения вычислений стали использоваться счеты.
В 1642 г. Блез Паскаль изобрел устройство, механически выполняющее сложение чисел, а в 1673 г. Готфрид Вильгельм Лейбниц сконструировал арифмометр, позволяющий механически выполнять четыре арифметических действия. Начиная с XIX в. арифмометры получили очень широкое применение. На них выполняли даже очень сложные расчеты, например расчеты баллистических таблиц для артиллерийских стрельб. Существовала и специальная профессия — счетчик — человек, работающий с арифмометром, быстро и точно соблюдающий определенную последовательность инструкций (такую последовательность инструкций впоследствии стали называть программой). Но многие расчеты производились очень медленно — даже десятки счетчиков должны были работать по нескольку недель и месяцев. Причина проста-— при таких расчетах выбор выполняемых действий и запись результатов производились человеком, а скорость его работы весьма ограничена.
В первой половине XIX в. английский математик Чарльз Бэббидж попытался построить универсальное вычислительное устройство — Аналитическую машину, которая должна была выполнять вычисления без участия человека. Для этого она должна была уметь исполнять программы, вводимые с помощью перфокарт (карт из плотной бумаги с информацией, наносимой с помощью отверстий, они в то время уже широко употреблялись в ткацких станках), и иметь «склад» для запоминания данных и промежуточных результатов (в современной терминологии — память). Бэббидж не смог довести до конца работу по созданию Аналитической машины — она оказалась слишком сложной для техники того времени. Однако он разработал все основные идеи, и в 1943 г. американец Говард Эйкен с помощью работ Бэббиджа на основе техники XX в. — электромеханических реле — смог построить на одном из предприятий фирмы IBM такую машину под названием «Марк—1». Бще раньше идеи Бэббиджа были переоткрыты немецким инженером Конрадом Цузе, который в 1941 г. построил аналогичную машину.
К этому времени потребность в автоматизации вычислений (в том числе для военных нужд — баллистики, криптографии и т.д.) стала настолько велика, что над созданием машин типа построенных Эйке-ном и Цузе одновременно работало несколько групп исследователей. Начиная с 1943 г. группа специалистов под руководством Джона Мочли и Преспера Экерта в США начала конструировать подобную машину уже на основе электронных ламп, а не реле. Их машина, названная ENIAC, работала в тысячу раз быстрее, чем Марк—1, однако для задания ее программы приходилось в течение нескольких часов или даже нескольких дней подсоединять нужным образом провода. Чтобы упростить процесс задания программ, Мочли и Экерт стали конструировать новую машину, которая могла бы хранить программу в своей, памяти. В 1945 г. к работе был привлечен знаменитый математик Джон фон Неймав, который подготовил доклад об этой машине. Доклад был разослан многим ученым и получил широкую известность, поскольку в нем фон Нейман ясно и просто сформулировал общие принципы функционирования универсальных вычислительных устройств, т.е. компьютеров.
Первый компьютер, в котором были воплощены принципы фон Неймана, был построен в 1949 г. английским исследователем Морисом Уилксом. С той поры компьютеры стали гораздо более мощными, но подавляющее большинство из них сделано в соответствии с теми принципами, которые изложил в своем докладе в 1945 г. Джон фон Нейман. Расскажем поэтому об этих принципах.
Как появились персональные компьютеры. Компьютеры 40-х и 50-х годов были очень большими устройствами — огромные залы были заставлены шкафами с электронным оборудованием. Все это стоило очень дорого, поэтому компьютеры были доступны только крупным компаниям и учреждениям. Однако в борьбе за покупателей фирмы, производившие компьютеры и электронное оборудование для них, стремились сделать свою продукцию быстрее, компактнее и дешевле. Благодаря достижениям современной технологии на этом пути были достигнуты поистине впечатляющие результаты.
Первый шаг к уменьшению размеров компьютеров стал возможен с изобретением в 1948 г. транзисторов — миниатюрных электронных приборов, которые смогли заменить в компьютерах электронные лампы. В середине 50-х годов были найдены очень дешевые способы производства транзисторов, и во второй половине 50-х годов появились компьютеры, основанные на транзисторах. Они были в сотни раз меньше ламповых компьютеров такой же производительности. Единственная часть компьютера, где транзисторы не смогли заменить электронные лампы, — это блоки памяти, но там вместо ламп стали использовать изобретенные к тому времени схемы памяти на магйит-ных сердечниках. К середине 60-х годов появились и значительно более компактные внешние устройства для компьютеров, что позволило фирме Digital Equipment выпустить в 1965 г. первый мини-компьютер PDP—8 размером с холодильник и стоимостью 20 тыс. дол. Но к тому времени был подготовлен еще один шаг к миниатюризации компьютеров — были изобретены интегральные схемы.
До появления интегральных схем транзисторы изготовлялись по отдельности, и при сборке схем их приходилось соединять и спаивать вручную. В 1958 г. Джек Килби придумал, как на одной пластине полупроводника получить несколько транзисторов. В 1959 г. Роберт Нойс (будущий основатель фирмы Intel) изобрел более совершенный метод, позволивший создавать на одной пластине и транзисторы, и все необходимые соединения между ними. Полученные электронные схемы стали называться интегральными схемами, или чипами. В ( дальнейшем количество транзисторов, которое удавалось разместить на единицу площади интегральной схемы, увеличивалось приблизительно вдвое каждый год. В 1968 г. фирма Burroughs выпустила первый компьютер на интегральных схемах, а в 1970 г. фирма Intel начала продавать интегральные схемы памяти.
В том же году был сделан еще один важный шаг на пути к персональному компьютеру — Маршиан Эдвард Хофф из той же фирмы Intel сконструировал интегральную схему, аналогичную по своим функциям центральному процессору большой ЭВМ. Так появился первый микропроцессор Intel-4004, который был выпущен в продажу в конце 1970 г. Конечно, возможности Intel—4004 были куда скромнее, чем у центрального процессора большой ЭВМ, — он работал гораздо медленнее и мог обрабатывать одновременно только 4 бита информации (процессоры больших ЭВМ обрабатывали 16 или 32 бита одновременно). Но в 1973 г. фирма Intel выпустила 8-битовый микропроцессор Intel—8008, а в 1974 г. — его усовершенствованную версию Intel—8080, которая до конца 70-х годов стала стандартом для микрокомпьютерной индустрии.
Вначале эти микропроцессоры использовались только электронщиками-любителями и в различных специализированных устройствах. Но в 1974 г. несколько фирм объявили о создании на основе микропроцессора Intel—8008 компьютера, т.е. устройства, выполняющего те же функции, что и большая ЭВМ. В начале 1975 г. появился первый коммерчески распространяемый компьютер Альтаир-8800, построенный на основе микропроцессора Intel-8080. Этот компьютер, разработанный фирмой МГГ8, продавался по цене около 500 дол. Хотя возможности его были весьма ограничены (оперативная память составляла всего 256 байт, клавиатура и экран отсутствовали), его появление было встречено с большим энтузиазмом. В первые же месяцы было продано несколько тысяч комплектов машины. Покупатели этого компьютера снабжали его дополнительными устройствами: монитором для вывода информации, клавиатурой, блоками расширения памяти и т.д. Вскоре эти устройства стали выпускаться другими фирмами. В конце 1975 г. Пол Аллен и Билл Гейтс (будущие основатели фирмы Microsoft) создали для компьютера «Альтаир» интерпретатор языка Basic, что позволило пользователям достаточно просто общаться с компьютером и легко писать для него программы. Это также способствовало популярности компьютеров.
Успех фирмы MITS заставил многие фирмы также заняться производством персональных компьютеров. Появилось и несколько журналов, посвященных персональным компьютерам. Компьютеры стали продаваться уже в полной комплектации, с клавиатурой и монитором, спрос на них составил десятки, а затем и сотни тысяч штук в год. Росту объема продаж весьма способствовали многочисленные полезные программы, разработанные для деловых применений. Появились и коммерчески распространяемые программы, например программа для редактирования текстов WordStar и табличный процессор VisiCalc (соответственно 1978 и 1979 гг.). Эти (и многие другие) программы сделали для делового мира покупку компьютеров весьма выгодным вложением денег: с их помощью стало возможно значительно эффективнее выполнять бухгалтерские расчеты, составлять документы и т.д. В результате оказалось, что для многих организаций необходимые им расчеты стало возможно выполнять не на больших ЭВМ или мини-ЭВМ, а на персональных компьютерах, что значительно дешевле.
Появление IBM PC
Распространение персональных компьютеров к концу 70-х годов привело к некоторому снижению спроса на большие ЭВМ и мини-ЭВМ. Это стало предметом серьезного беспокойства фирмы IBM (International Business Machines Corporation) — ведущей компании по производству больших ЭВМ, и в 1979 г. фирма IBM решила попробовать свои силы на рынке персональных компьютеров.
Однако руководство фирмы недооценило будущую важность этого рынка и рассматривало создание компьютера всего лишь как мелкий эксперимент — что-то вроде одной из десятков проводившихся в фирме работ по созданию нового оборудования. Чтобы не тратить на этот эксперимент слишком много денег, руководство фирмы предоставило подразделению, ответственному за данный проект, невиданную в фирме свободу. В частности, ему было разрешено не констру-
ировать персональный компьютер «с нуля», а использовать блоки, изготовленные другими фирмами. И это подразделение сполна использовало предоставленный шанс.
Прежде всего в качестве основного микропроцессора компьютера был выбран новейший тогда 16-разрядный микропроцессор Intel—8088. Его использование позволило значительно увеличить потенциальные возможности компьютера, так как новый микропроцессор позволял работать с 1 Мбайтом памяти, а все имевшиеся тогда компьютеры были ограничены 64 Кбайтами. В компьютере были использованы и другие комплектующие различных фирм, а его программное обеспечение было поручено разработать небольшой фирме Microsoft.
В августе 1981 г. новый компьютер под названием IBM PC (читается — Ай-Би-Эм Пи-Си) был официально представлен публике и вскоре после этого он приобрел большую популярность у пользователей. Через один-два года компьютер IBM PC занял ведущее место на рынке, вытеснив модели 8-битовых компьютеров. Фактически IBM PC стал стандартом персонального компьютера. Сейчас такие компьютеры («совместимые с IBM PC») составляют около 90% всех производимых в мире персональных компьютеров.
II Структура ПК
а) Основные устройства
Из каких же основных элементов состоит современный ПК? Наиболее “весомой” частью любого компьютера является системный блок. Внутри него расположены блок питания, плата с центральным процессором (ЦП), видеоадаптер, жесткий диск, дисководы гибких дисков и другие устройства ввода/вывода информации. Зачастую видеоадаптер и контроллеры ввода/ вывода размещены прямо на плате ЦП. В системном блоке могут размещаться средства мультимедиа: звуковая плата и устройство чтения оптических дисков - CD-ROM. Кроме того, в понятие “компьютер” входит клавиатура, мышь и монитор.
б) Микропроцессоры и системные шины
В IBM РС-совместимых компьютерах используются только микропроцессоры Intel или их клоны, имеющие подобную архитектуру.
Шины. С основными устройствами компьютера микропроцессор связан через так называемую системную шину. По этой шине осуществляется не только передача информации, но и адресация устройств, а также обмен специальными служебными сигналами. Как правило, подключение дополнительных устройств к системной шине производится через разъемы расширения.
Для подключения плат расширения на системной шине компьютеров на базе микропроцессора i8088 (IBM РС и IBM РС/ХТ) используются 62-контактные разъемы. В частности, эта системная шина включает 8 линий данных и 20 адресных линий, которые ограничивают адресное пространство компьютера пределом в
1 Мбайт. В компьютерах PC/AT286 впервые стала применяться новая системная шина ISA (Industry Standart Architecture), по которой можно было передавать параллельно уже 16 разрядов данных, а благодаря 24 адресным линиям напрямую обращаться к 16 Мбайтам системной памяти. Эта системная шина отличается от предыдущей наличием дополнительного З6-контактного разъема для соответствующих плат расширения. Компьютеры на базе микропроцессоров i80386/486 стали применять специальные шины для памяти, что позволило максимально использовать ее быстродействие. Тем не менее некоторые устройства, подключаемые через разъемы расширения системной шины, не могут достичь скорости обмена, сравнимой с микропроцессором. В основном это касается работы с контролерами накопителей и видеоадаптерами. Для решения этой проблемы, стали использовать так называемые локальные (local) шины, которые непосредственно связывают микропроцессор с контролерами этих периферийных устройств. В недалеком прошлом использовались две стандартные локальные шины: VL-bus (VESA Local-bus) и PCI (Peripheral Component Interconnect). Сейчас практически все новые выпускаемые шины – AGP(Advanced Graphic Port) Для подключения устройств к таким шинам на системной плате компьютера имеются специальные разъемы.
Процессор. Является основным компонентом любого ПК.Осуществляет выполнение программ, работающих на компьютере, и управляет работой остальных устройств компьютера. Скорость его работы во многом определяет быстродействие компьютера. В 1ВМ РС используются микропроцессоры, разработанные фирмой Intel, а иногда — совместимые с ними микропроцессоры других фирм.
Характеристики микропроцессоров. Микропроцессоры отличаются друг от друга двмя характеристиками: типом (моделью) и тактовой частотой. Наиболее распространены модели Intel—80486, Pentium, Pentium MMX и Pentium II, они приведены в порядке возрастания производительности и цены. Одинаковые модели микропроцессоров могут иметь разную тактовую частоту — чем выше тактовая частота, тем выше производительность и цена микропроцессора.
Тактовая частота указывает, сколько элементарных операций (тактов) микропроцессор выполняет в одну секунду. Тактовая частота измеряется в мегагерцах (МГц). Следует заметить, что разные модели микропроцессоров выполняют одни и те же операции (например, сложение или умножение) за разное число тактов. Чем выше модель микропроцессора, тем, как правило, меньше тактов требуется для выполнения одних и тех же операций. Поэтому, например, микропроцессор Intel-80386 работает раза в два быстрее Intel-80286 с такой же тактовой частотой.
В настоящее время наиболее распространены процессоры фирмы Intel, хотя ЦП других фирм (AMD, Cyrix) составляют им достойную конкуренцию. В настоящее время выпускаются процессоры серии Pentium II, Pentium III и Pentium Celeron. В то же время в России имеется огромный парк устапевших процессоров 486 и Pentium.
в) Контролеры
Все устройства на системной шине микропроцессор рассматривает либо как адресуемую память, либо как порты ввода-вывода. Вообще говоря, под портом понимают некую схему сопряжения, которая обычно включает в себя один или несколько регистров ввода-вывода (особых ячеек памяти).
О совершении некоего события микропроцессор может узнать по сигналу, называемому прерыванием. При этом исполнение текущей последовательности команд приостанавливается (прерывается), а вместо нее начинает выполняться другая последовательность, соответствующая данному прерыванию. Обычно прерывания подразделяются на аппаратные, логические и программные.
Аппаратные прерывания (IRQ) передаются по специальным линиям системной шины и связаны с запросами от внешних устройств (например, нажатие клавиши на клавиатуре). Логические прерывания возникают при работе самого микропроцессора (например, деление на ноль), а программные инициируются выполняемой программой и обычно используются для вызова специальных подпрограмм.
В первых компьютерах IBM PC использовалась микросхема контролера прерываний i8259 (Interrupt Controller), которая имеет восемь входов для сигналов прерываний (IRQ0-IRQ7). Как известно, в одно и то же время микропроцессор может обслуживать только одно событие и в выборе данного события ему помогает контролер прерываний, который устанавливает для каждого из своих входов определенный уровень важности - приоритет. Наивысший приоритет имеет линия запроса прерывания IRQ0, а наименьший - IRQ7, то есть приоритет убывает в порядке возрастания номера линии. В IBM PC/AT восьми линий прерывания стало уже недостаточно и их количество было увеличено до 15. В первых моделях для этого использовалось каскадное включение двух микросхем i8259. Оно осуществлялось путем подсоединения выхода второго контролера ко входу IRQ2 первого.
Важно для понимания здесь следующее. Линии прерывания IRQ8 - IRQ15 (то есть входы второго контролера) имеют приоритет ниже чем IRQ1, но выше IRQ3.
В режиме прямого доступа (DMA, Direct Memory Access) периферийное устройство связано с оперативной памятью непосредственно, а не через внутренние регистры микропроцессора. Наиболее эффективной такая передача данных бывает в ситуациях, когда требуется высокая скорость обмена для
большого количества информации. Для инициализации процесса прямого доступа на системной шине используются соответствующие сигналы.
В компьютерах, совместимых с IBM РС и PC/XT, для организации прямого доступа в память используется одна 4-канальная микросхема DMA i8237, канал 0 которой предназначен для регенерации динамической памяти. Каналы 2 и 3 служат для управления высокоскоростной передачей данных между дисководами гибких дисков, винчестером и оперативной памятью соответственно.
IBM PC/AT-совместимые компьютеры имеют 7 каналов прямого доступа к памяти. В первых компьютерах это достигалось каскадным включением двух микросхем i8237, как и в случае контролеров прерываний.
г) Память Rom, Ram
Все персональные компьютеры используют три вида памяти: оперативную, постоянную и внешнюю (различные накопители). Оперативная память предназначена для хранения переменной информации, так как она допускает изменение своего содержимого в ходе выполнения микропроцессором
соответствующих операций. Поскольку в любой момент времени доступ может осуществляться к произвольно выбранной ячейке, то этот вид памяти называют также памятью с произвольной выборкой - RAM (Random Access Memory).
Все программы, в том числе и игровые, выполняются именно в оперативной памяти. Постоянная память обычно содержит такую информацию, которая не должна меняться в течение длительного времени. Постоянная память имеет собственное название - ROM (Read Only Memory), которое указывает на то, что ею обеспечиваются только режимы считывания и хранения.
Логическая организация памяти. Как известно, используемый в IBM РС, PC/XT микропроцессор i8088 через свои 20 адресных шин предоставляет доступ всего к 1-Мбайтному пространству памяти. Первые 640 Кбайт адресуемого пространства в IBM РС-совместимых компьютерах называют обычно стандартной памятью (conventional memory). Оставшиеся 384 Кбайта зарезервированы для системного использования и носят название памяти в верхних адресах (UMB, Upper Memory Blocks, High DOS Memory или UM Area - UMA).Эта область памяти резервируется под размещение системной ROM BIOS (Read Only Memory Basic Input Output System), под видеопамять и ROM-память дополнительных адаптеров.
Дополнительная (expanded) память. Почти на всех персональных компьютерах область памяти UMB редко оказывается заполненной полностью. Пустует, как правило, область расширения системного ROM BIOS или часть видеопамяти и области под дополнительные
модули ROM. На этом и базируется спецификация дополнительной памяти EMS (Ехpanded Memory Specification), впервые разработанная фирмами Lotus Development, Intel и Microsoft (поэтому называемая иногда LIM-cпeцификацией). Эта спецификация позволяет использовать оперативную память свыше стандартных 640 Кбайт для прикладных программ. Принцип использования дополнительной памяти основан на переключении блоков (страниц) памяти. В области UMB, между видеобуфером и системным RGM BIOS, выделяется незанятое 64-Кбайтное "окно", которое разбито на страницы. Программные и аппаратные средства позволяют отображать любой сегмент дополнительной памяти в любую из выделенных страниц "окна(TM). Хотя микропроцессор всегда обращается к данным, хранимым в "окне" (адрес ниже 1 Мбайта), адреса этих данных могут быть смещены в дополнительной памяти относительно "окна" на несколько мегабайт В компьютерах на процессоре i8088 для реализации дополнительной памяти должны применяться специальные платы с аппаратной поддержкой "подкачки" блоков (страниц) памяти и соответствующий программный драйвер. Разумеется, платы дополнительной памяти могут устанавливаться и в компьютер на базе процессоров i80286 и выше модули ROM. На этом и базируется спецификация дополнительной памяти EMS (Ехpanded Memory Specification), впервые разработанная фирмами Lotus Development, Intel и Microsoft (поэтому называемая иногда LIM-cпeцификацией). Эта спецификация позволяет использовать оперативную память свыше стандартных 640 Кбайт для прикладных программ. Принцип использования дополнительной памяти основан на переключении блоков (страниц) памяти. В области UMB, между видеобуфером и системным RGM BIOS, выделяется незанятое 64-Кбайтное "окно", которое разбито на страницы. Программные и аппаратные средства позволяют отображать любой сегмент дополнительной памяти в любую из выделенных страниц "окна”. Хотя микропроцессор всегда обращается к данным, хранимым в "окне" (адрес ниже 1 Мбайта), адреса этих данных могут быть смещены в дополнительной памяти относительно "окна" на несколько
В компьютерах на процессоре i8088 для реализации дополнительной памяти должны применяться специальные платы с аппаратной поддержкой "подкачки" блоков (страниц) памяти и соответствующий программный драйвер. Разумеется, платы дополнительной памяти могут устанавливаться и в компьютер на базе процессоров i80286 и выше.
Расширенная (extended) память. Компьютеры, использующие процессор l80286 с 24-разрядными адресными шинами, физически могут адресовать 16 Мбайт, а в случае процессоров i80386/486 - 4 Гбайта памяти. Такая возможность имеется только для защищенного режима работы процессора, который операционная система MS-DOS не поддерживает. Расширенная память (extended) располагается выше области адресов 1 Мбайт (не надо путать 1 Мбайт ОЗУ и 1 Мбайт адресного пространства). Для работы с расширенной памятью микропроцессор должен переходить из реального в защищенный режим и обратно. В отличие от l80286 микропроцессоры i80386/486 выполняют эту операцию достаточно просто, именно поэтому для них в составе MS-DOS имеется специальный драйвер - менеджер памяти ЕММ386.
Кстати, при наличии соответствующего драйвера расширенную память можно эмулировать как дополнительную. Аппаратную поддержку в этом случае должен обеспечивать микропроцессор не ниже i80386 или вспомогательный набор специальных микросхем (например, наборы NEAT фирмы Chips and Technologies). Следует заметить, что многие платы памяти, поддерживающие стандарт LIM/EMS, могут использоваться также и в качестве расширенной памяти.
Кэш-память. Кэш-память предназначена для согласования скорости работы сравнительно медленных устройств, таких, например как динамическая память с быстрым микропроцессором. Использование кэш-памяти позволяет избежать циклов ожидания в его работе, которые снижают производительность всей системы.
С помощью кэш-памяти обычно делается попытка согласовать также работу внешних устройств, например, различных накопителей, и микропроцессора. Соответствующий контролер кэш-памяти должен заботиться о том, чтобы команды и данные, которые будут необходимы микропроцессору в определенный момент времени, именно к этому моменту оказывались в кэш-памяти.
д) Жесткий диск
Накопители на жёстком диске (винчестеры) предназначены для постоянного хранения информации, используемой при работе с компьютером: программ операционной системы, часто используемых пакетов программ, редакторов документов, трансляторов с языков программирования и т.д.
Ёмкость диска.Для пользователя накопители не жёстком диске отличаются друг от друга прежде всего своей ёмкостью, т.е. тем, сколько информации помещается на диске. Сейчас компьютеры в основном оснащаются винчестерами от 520 Мбайт и более. Компьютеры работающие как файл серверы могут оснащаться винчестером 4 - 8 Мбайт и не одним.
Скорость работы диска. Скорость работы диска характеризуется двумя показателями:
1) Временем доступа к данным на диске.
2) Скоростью чтения и записи данных на диск.
Эти характеристики соотносятся друг с другом приблизительно так же, как время разгона и максимальная скорость автомобиля. При чтении или записи коротких блоков данных, расположенных в разных участках диска,
скорость работы определяется временем доступа к данным - подобно тому, как при движении автомобиля по городу в час пик с постоянными разгонами и торможениями не так уж важна максимальная скорость, развиваемая автомобилем. Зато при чтении или записи данных (в десятки и сотни килобайт) файлов гораздо важнее пропускная способность тракта обмена с диском - точно также, как при движении автомобиля по скоростному шоссе важнее скорость автомобиля, чем время разгона.
Следует заметить, что время доступа и скорость чтения - записи зависят не только от самого дисковода, но от параметров всего тракта обмена с диском: от быстродействия контроллера диска, системной шины и основного микропроцессора компьютера.
III Периферийные устройства ПК
а) Мониторы
Монитор ( дисплей ) компьютера IBM PC предназначен для вывода на экран текстовой и графической информации. Мониторы бывают цветными и монохромными. Они могут работать в одном из двух режимов: текстовом или графическом.
Текстовый режим. В текстовом режиме экран монитора условно разбивается на отдельные участки - знакоместа, чаще всего на 25 строк по 80 символов ( знакомест ). В каждое знакоместо может быть введён один из 256 заранее символов. В число этих символов входят большие и малые латинские буквы, цифры, определённые символы, а также псевдографические символы, используемые для вывода на экран таблиц и диаграмм, построения рамок вокруг участков экрана и так далее.
В число символов, изображаемых на экране в текстовом режиме,
могут входить и символы кириллицы. На цветных мониторах каждому знакоместу может соответствовать свой цвет символа и фона, что позволяет выводить красивые цветные надписи на экран.
На монохромных мониторах для выделения отдельных частей текста и участков экрана используется повышенная яркость символов, подчёркивание и т. д.
Графический режим. Графический режим предназначен для вывода на экран графиков, рисунков и так далее. Разумеется в этом режиме можно выводить и текстовую информацию в виде различных надписей, причём эти надписи могут иметь произвольный шрифт, размер и др.
В графическом режиме экран состоит из точек, каждая из которых может быть тёмной или светлой на монохромных мониторах и одного или нескольких цветов - на цветном. Количество точек на экране называется разрешающей способностью монитора в данном режиме. Следует заметить что разрешающая способность не зависит от размеров экрана монитора.
Часто используемые мониторы. Наиболее широкое распространение на компьютерах IBM PC получили мониторы типа MDA, CGA, Herkules, EGA и VGA.
В настоящее время мониторы MDA и CGA практически не используются, так как они не обладают надлежащей разрешающей способностью, что приводит к быстрому утомлению глаз. Кроме того, они не имеют программной загрузки шрифтов символов, поэтому для изображения букв кириллицы приходится заменять микросхемы, хранящие шрифты символов.
В основном на компьютерах используют мониторы SVGA, что позволяет добиться нужного качества изображения.
б) Устройства ввода
Клавиатура. Как известно, клавиатура является пока основным устройством ввода информации в компьютер. В техническом аспекте это устройство представляет собой совокупность механических датчиков, воспринимающих давление на клавиши и замыкающих тем или иным способом определённую электрическую цепь.
Надо сказать, что эволюция клавиатур для IBM PC не была недолгой. Сначала использовались 83-х клавишные клавиатуры затем вместе с АТ появилась 84-х клавишная. Подовляющее большинство современных IBM PC совместимых используют расширенную клавиатуру. Основные улучшения по сравнению с АТ-клавиатурой касается общего числа (101 и выше ) и расположения клавиш. Наиболее стандартным является расположение QWERTY: порядка 60 клавиш с буквами, цифрами, знаками пунктуации и другими символами и ещё около 40 функциональных клавиш.
Устройство клавиатур. В настоящее время наиболее распространены два вида клавиатур: с механическим и мембранным переключателями. В первом случае датчик представляет из себя традиционный механизм с контактами из специального сплава. Несмотря на то что эта технология используется уже несколько десятилетий, фирмы- производители постоянно работают над её модификацией и улучшением. Стоит отметить, что в клавиатурах известных фирм контакты переключателей позолоченные, что значительно улучшает электрическую проводимость.
Технология, основанная на мембранных переключателях, считается более прогрессивной, хотя особых преимуществ не даёт.
Мыши и трекболы. Мыши и трекболы являются координаторными устройствами ввода информации в компьютер. Разумеется полностью заменить клавиатуру они не могут. В основном эти устройства имеют две три кнопки управления. Не секрет что своей популярностью мышь обязана распространению графического интерфейса и в основном компании «Microsoft».
Устройство мыши. Как известно, первая мышь каталась на двух колесиках, которые были связаны с осями переменных резисторов. Перемещение такой мыши было прямо пропорционально изменению сопротивления переменных рези- сторов. В дальнейшем конструкция перетерпела значительные изменения. Ролики были перенесены внутрь корпуса, а с поверхностью стал соприкасаться твёрдый резиновый шарик.
Можно выделить 3 способа подключения мыши. Самыми распространёнными являются подключения через последователь- ный порт. Менее распространены мыши с шинным интерфейсом, для подключения которых требуется специальный интерфейс или,
«мышиный» порт.
Третьей разновидностью можно считать мыши в стиле PS/2,
которые использовались в компьютерах аналогичной серии, а в настоящее время являются стандартом де-факто для портативных компьютеров. Для их подключения используется разъём miniDIN 6.
Физически каждая мышь имеет на хвосте разъём типа DB-9. В некоторых случаях в комплекте есть переходник на DB-25.
Современные мыши имеют обычно оптимальное аппаратное разрешение 400 cpi. Когда фирмы декларируют разрешение на уровне 1800 cpi, то речь, видимо идёт о программном разрешении.
Устройство трекболов. Трекбол, вообще говоря, представляет из себя «перевёрнутую» мышь, у трекбола приводится в движение не корпус, а только его шар. Это позволяет существенно повысить точность управления курсором.
в) Внешние записывающие устроиства
Дискеты. Любой компьютер (предназначенный для серьезной работы) оснащен так называемыми устройствами внешней памяти. К этим устройствам относятся в первую очередь накопители на гибких магнитных дисках (НГМД) и накопители на жестких магнитных дисках (НМД).
Устройства внешней памятипредназначены для долговременного хранения информации. НГМД и НМД относятся к дисковым магнитным устройствам памяти, так как информация в этих устройствах записывается на вращающихся дисках, покрытых магнитным материалом, напоминающем покрытие лент обычных аудио- и видеокассет. И хотя по своему составу магнитное покрытие, используемое в дисковых накопителях, отличается от покрытия обычных бытовых магнитных лент, в них используется аналогичный принцип записи информации.
В обычных бытовых магнитофонах на магнитную ленту записывается аналоговый сигнал непосредственно с микрофона, проигрывателя пластинок, компакт-дисков или другого источника. Компьютер записывает на магнитные диски биты информации. Если надо записать несколько байт данных, все биты этих байтов записываются последовательно на одну дорожку.
Дорожки образуют на магнитных дисках концентрические круги. Блок специальных магнитных головок перемещается по радиальной оси к центру или от центра диска, прочерчивая по поверхности диска воображаемые круги. Компьютер может произвольно устанавливать блок магнитных головок на любую дорожку диска, однако сами данные на дорожке просматриваются компьютером последовательно по мере вращения диска. Конструктивно НГМД выполнен таким образом, что вы можете менять установленные в нем магнитные диски. Такие сменные магнитные диски называются гибкими магнитными дисками или флоппи-дисками (их также называют дискетами) и расположены в специальном картонном конверте, защищающем их от повреждения.
Флоппи-диски нельзя подвергать нагреву, располагать вблизи сильных электромагнитных полей (понятно почему - информация будет стерта). Для лучшей сохранности данных старайтесь держать дискеты подальше от сильных магнитов и видеомонитора. Нельзя также касаться пальцами поверхности диска, так как вы можете загрязнить ее жиром, который всегда есть на коже.
В настоящее время используются флоппи-диски двух типов - диаметром 5,25" (рис. 1.14) и 3,5" (рис. 1.15). В зависимости от конструкции диска и материала магнитного покрытия вы можете записать на флоппи-диск от 360 Кбайт до 2,88 Мбайт данных. Больше всего распространены флоппи-диски диаметром 3,5" и емкостью 1,44 Мбайт, диаметром 5,25" и емкостью 1,2 Мбайт, а также диаметром 5,25" и емкостью 360 Кбайт.
Емкость флоппи-дисков можно определить из обозначения на коробке. Приведем обозначение для встречающихся чаще всего дискет:
Обозначение
Диаметр флоппи-диска, дюймы
Емкость флоппи-диска, Кбайт
5.25" 2S/2D
5,25
360
5.25" 2S/HD
5,25
1200
3.5" 2S/2D
3,5
720
3.5" 2S/HD
3,5
1440
Дискеты диаметром 5,25" и разной плотностью внешне практически ничем не отличаются друг от друга, за исключением того что у дискет емкостью 360 Кбайт отверстие для вращающегося вала имеет окантовку по краям. У дискет емкостью 1200 Кбайт (или как принято говорить, емкостью 1,2 Мбайт) такой окантовки нет.
Емкость дискет диаметром 3,5" легко определить по внешнему виду, так как у дискет емкостью 1,44 Мбайт (1440 Кбайт) есть специальное отверстие для обозначения емкости. Дискеты емкостью 720 Кбайт такого отверстия не имеют. Данные, записанные на дискете, можно защитить от случайного стирания или перезаписи. В дискете диаметром 5,25" для этого надо заклеить отверстие защиты от записи при помощи специальной полоски. Набор таких полосок продается вместе с дискетами. В дискете диаметром 3,5" для защиты от записи есть специальная крышечка. с ее помощью закрыть можно отверстие, защитив таким образом записанные на дискете данные.
Стримеры. Нельзя обойти вниманием и такой тип внешних устройств памяти, как накопители на магнитной ленте или стримеры. По своему принципу действия эти устройства напоминают бытовые кассетные магнитофоны. Чаще всего стримеры используют для резервного копирования содержимого НМД, что позволяет избежать потери данных при выходе НМД из строя. Самые хорошие стримеры позволяют записать на одну кассету с магнитной лентой до 2 Гбайт информации, однако из-за высокой стоимости таких стримеров больше распространены стримеры с кассетами, рассчитанными на запись 150 или 250 Мбайт данных.
в) CD-ROM
CD-ROM. Принцип работы дисковода напоминает принцип работы обычных дисководов для гибких дисков. Поверхность оптического диска (CD-ROM) перемещается относительно лазерной головки постоянной линейной скоростью, а угловая скорость меняется в зависимости от радиального положения головки. Луч лазера направляется на дорожку, фокусируясь при этом с помощью катушки. Луч проникает сквозь защитный слой пластика и попадает на отражающий слой алюминия на поверхности диска. При попадании его на выступ, он отражается на детектор и проходит через призму, отклоняющую его на светочувствительный диод. Если луч попадает в ямку он рассеивается и лишь малая часть излучения отражается обратно и доходит до светочувствительного диода. На диоде световые импульсы преобразуются в электрические, яркое излучение преобразуется в нули слабое - в единицы. Таким образом ямки воспринимаются дисководом как логические нули, а гладкая поверхность как логические единицы
Производительность дисководов CD-ROM. Производительность CD-ROM обычно определяется его скоростными характеристиками при непрерывной передаче данных в течение некоторого промежутка времени и средним временем доступа к данным, измеряемыми соответственно в Кбайт/с и мс. Существуют одно-, двух-, трех-, четырех-, пяти, шести и восьмискоростные дисководы, обеспечивающие считывание данных со скоростью 150, 300, 450, 600, 750, 900, 1200 Кбайт/с соответственно. В настоящий момент распространены двух- и четырехскоростные дисководы. В общем случае дисководы с четырехкратной скоростью обладают более высокой производительностью, однако оценить чистое преимущество дисковода с четырехкратной скоростью по сравнению с дисководом с удвоенной скоростью бывает не так просто. Прежде всего это зависит от того с какой операционной системой и с каким типом приложения ведется работа. При высокой интенсивности повторяющегося доступа к CD-ROM и считывании небольшого количества данных (например при работе с базами данных) “импульсная” скорость считывания информации приобретает важное значение. Например, по данным журнала InfoWorld, производительность дисководов с четырехкратной скоростью, по сравнению с дисководами с удвоенной скоростью, в случае операции доступа к базе данных в среднем повышается вдвое. В случае простого копирования данных выигрыш составляет от 10 до 30%. Однако наибольшее преимущество получится при работе с полноформатным видео.
Для повышения производительности дисководов их снабжают буферной памятью (стандартные объемы КЭШа: 64, 128, 256, 512, 1024 Кбайт). Буфер дисковода представляет собой память для кратковременного хранения данных, после считывания их с CD-ROM, но до пересылки в плату контролера, а затем в ЦП. Такая буферизация дает возможность дисковому устройству передавать данные в процессор небольшими порциями, а не занимать его время медленной пересылкой постоянного потока данных. Например, согласно требованиям стандарта MPC уровня 2 накопитель CD-ROM удвоенной скоростью должен занимать не более 60% ресурсов ЦП.
Важной характеристикой дисковода является степень заполнения буфера, которая влияет на качество воспроизведения анимационных изображений и видеофильмов. Эта величина определяется как отношение числа блоков данных, переданных в буфер из накопителя и хранящихся в нем до момента начала их выдачи на системную шину, к общему числу блоков, которые способен вмещать буфер. Слишком большая степень заполнения может привести к задержкам при выдаче из буфера на шину; с дугой стороны, буфер со слишком малой степенью заполнения будет требовать больше внимания со стороны процессора. Обе эти ситуации приводят к скачкам и срывам изображения во время воспроизведения.
IV Принтеры и сканеры
Принтеры. Принтеры используют для вывода результатов работы (печати). В настоящее время используется четыре принципиальных схемы нанесения изображения на бумагу: матричный, струйный, лазерный, термопереноса. При матричной печати печатающая головка ударяет иглами по бумаге через красящую ленту, изображение формируется в виде точек. При струйной печати печатающая головка выбрасывает через тонкие сопла краску на бумагу. При лазерной печати лазер поляризует поверхность печатающего барабана, к которой прилипают мелкие частицы красящего порошка. Краска наносится на бумагу и при нагреве впаивается в ее поверхность. При термопереносе нагревается поверхность специальной бумаги, и в точках нагрева изменяется цвет с белого на черный. Для точного начертания схем, чертежей используется графопостроитель. Различаются планшетные и барабанные графопостроители. Компьютер управляет специальным карандашом, который чертит линии по поверхности бумаги. В планшетном карандаш передвигается по поверхности в двух направлениях; в рулонном только поперек рулона бумаги, а бумага перемещается вперед-назад.
Классификация существующих типов печатных устройств:
Матричные печатающие устройства.
Когда говорят о матричных принтерах, обычно имеют в виду устройства ударного действия, например всем известные модели Epson, Star и Microlin.
У последовательных матричных печатающих устройств вертикальный ряд игл ( или 2 ряда ), или молоточков, вколачивает краситель с ленты прямо в бумагу, формируя последовательно символ за символом. Игольчатые имеют приемлемое качество печати, невысокую цену расходных материалов и бумаги, да и самих устройств. Для этих принтеров обычно возможно использование как форматной, так и рулонной бумаги. Головка принтера может быть оснащена 9, 18 или 24 иголками.
Существуют модели принтеров как с широкой ( А3 ), так и с узкой ( А4 ) кареткой. Высокое качество печати достигается в режимах NLQ для 9-игольчатых ( почти машинописное ) и LQ - для 24-игольчатых принтеров. Скорость печати для высокопроизводи-
тельных моделей может составлять до 380 знаков в секунду. Более высокую производительность обеспечивают построчные (постраничные) матричные принтеры. Вместо маленьких точечно-матричных головок они используют длинные массивы с большим количеством игл при этом достигается скорость порядка 1500 строк в минуту. Матричные ударные печатающие устройства создают много шума, а это, согласитесь, немаловажный фактор при выборе принтера.
Струйные принтеры.
Относятся к безударным печатающим устройствам. Данные устройства работают практически бесшумно. Струйные чернильные принтеры относятся к классу последовательных матричных безударных печатающих устройств. Они же в свою очередь подразделяются на устройства непрерывного и дискретного действия. Последние же могут использовать либо пузырьковую технологию, либо пьезоэффект. Почти все современные устройства этого класса используют две последних технологии. При печати высокого качества скорость вывода не превосходит обычно 2-3 ( около 200 знаков в секунду ), хотя максимальные значения могут достигать даже 7 страниц в минуту. Как правило струйные принтеры позволяют эмулировать работу наиболее популярных моделей ударных устройств и поддерживать соответствующее программное обеспечение.
Лазерные и LED - принтеры.
В лазерных принтерах используется электрографический способ создания изображения - примерно такой же, как и в ксероксах.
Кроме лазерных существуют LED - принтеры, которые получили своё название из-за того, что полупроводниковый лазер в них был заменён «гребёнкой» мельчайших светодиодов.
Плоттеры.
Устройство, позволяющее представлять выводимые из компьютера данные в виде рисунка или графика на бумаге, называют обычно графопостроителем, или плоттером.
Сканеры. Сканером называется устройство, позволяющее вводить ком- пьютер образы изображений, представленных в виде текста, рисунков, слайдов, фотографий и другой графической информации. Несмотря на обилие различных моделей сканеров в первом приближении их классификацию можно провести всего по нескольким признакам. Например, по кинематическому механизму сканера и по типу вводимого изображения.
В настоящее время все известные модели можно разбить на два типа: ручной и настольный. Существуют и комбинированные устройства, которые сочетают в себе возможности и тех и других.
Для того чтобы ввести в компьютер какой-либо документ при помощи ручного сканера, надо без резких движений провести сканирующей головкой по изображению. Равномерность перемещения handheld существенно сказывается на качестве вводимого изображения. Ширина вводимого изображения обычно не превышает 4дюйма ( 10см ).
Настольные же сканеры позволяют вводить изображения размером 8,5 на 11 дюймов или 8,5 на 14 дюймов. Существует три разновидности настольных сканеров: планшетные, рулонные и проекционные.
Принцип работы ч/б сканера заключается в следующем. Сканируемое изображение освещается белым светом. Отражённый свет через уменьшающую линзу попадает не фоточувствительный полупроводниковый элемент, называемый Прибором с Зарядовой Связью ( ПЗС ). Каждая строка сканирования соответствует определённым значениям напряжения на ПЗС. Эти значения напряжения преобразуются в цифровую форму либо через аналогово-цифровой преобразователь АЦП (для полутоновых сканеров ), либо через компаратор ( для двухуровневых сканеров ). Разрядность АЦП для полутоновых сканеров зависит от количества поддерживаемых уровней серого цвета.. Блок-схема чёрно-белого сканера приведена ниже:
Источник белого Изображение Уменьшающая
цвета линза
АЦП или ПЗС
компаратор
В настоящее время существует несколько технологий для получения серых и цветных сканируемых изображений. Один из принципов работы цветного сканера заключается в следующем. Сканируемое изображение освещается через вращающийся RGB-светофильтр или тремя лампами различного цвета.
Для связи с компьютером сканеры могут использовать 8-и или 16-и разрядную интерфейсную плату. Кроме того в настоящее время достаточно широко используются стандартные интерфейсы ( последовательный и параллельный порты, а также интерфейс SCSI ).
V Сети
Под сетью подразумевается два и более компьютеров объединенных в сеть в целях обмены информации и совместного управления ресурсами . Различают локальные и глобальные сети. Локальные сети – или LAN (Local Area Network) – как следует из названия, объединяют компьютеры в определленом месте (например, офисе в отдельно взятом офисе). Глобальные сети объединяют компьютеры по всему миру. Самой обширной и быстроразвивающейся сетью в мире является интернет.
На сегодняшний день в мире существует более 130 миллионов компьютеров и более 80 % из них объединены в различные информационно-вычислительные сети от малых локальных сетей в офисах до глобальных сетей типа Internet. Всемирная тенденция к объединению компьютеров в сети обусловлена рядом важных причин, таких как ускорение передачи информационных сообщений, возможность быстрого обмена информацией между пользователями, получение и передача сообщений ( факсов, E - Mail писем и прочего ) не отходя от рабочего места, возможность мгновенного получения любой информации из любой точки земного шара, а так же обмен информацией между компьютерами разных фирм производителей работающих под разным программным обеспечением.
VI Маркетинг,
или как правильно выбрать компьютер. Одна из функций маркетинга, как известно, это анализ и изучение рынка, в данном случае рынка пк в целях приобретения компьютера. Принципиальным отличием пк от другой оргтехники является возможность модернизации (upgrade’a). Соответсвенно, пк надо покупать с расчетом на будущее. Прежде всего, следует обратить внимание на корпус: лучше всего преобрести ATX Midi Tower или Big Tower. Данные системные блоки достаточно велики для того, чтобы вместить все необходимые и в настоящем и в будущем компоненты, и имеют наибольшее количество разъёмов (таких, как LPT, COM 1,2 и т. д., а также таких как USB, которые отсутсвуют во многих системных блоках.) Следующее, на что надо обратить внимание – материнская карта. Выбирая мат. карту, надо учитывать диапазон тактовых частот и тип поддерживаемых ей процессоров. Процессор лучшего всего выбирать из последней серии, но не с самой высокой тактовой частотой (из-за большого разброса цен). В данный момент, когда появились в продаже процессоры Intel Pentium III 600 Mhz, рекомендуется покупать Pentium III с частотой не ниже 400 Mhz. При сегодняшнем росте цен можно надеятся, что компьетер не «потребует» модернизации через 2-2,5 года.
Еще одна важная деталь: необходимо определить для себя, какие основные задачи будут поставленны перед вашим компьютором (например, оффисные приложения, 2D граффик, 3D граффика, игры). От этого зависит выбор винчестера, объема оперативной памяти видео и звуковой карт.
Вероятно, будут полезны также следующие советы:
- стандартная монитора для пк – 17”. Зерно – 0,25.
- Если вам действительно нужна скорость, выбтрайте устройства с интерфейсом SCSI.
- Покупая brand name вы переплачивете за компаненты, покупая пк сделанный неизвестной фирмы с теми же компанентами - недоплачиваете за общую слаженность работы, протестированность.
Можно превести еще много прекрасных советов, но ГЛАВНОЕ помните, что вам все равно предется заменит ваш пк через 2-3 года.
VI Заключение
Итак, в данном реферате рассмотрено устройство ПК, оборудование, позволяющее расширить его функциональные возможноси; а также некторые его функции.
Число персональных компьютеров как в мире, так и, в частности, в России стремительно растет; рынок ПК – самый перспективный и доходный среди остальных рынков вычислительной техники. В северной Америке и Западной Европе процент семей, имеющих ПК, приближается к 30. Без сомнения, в наши дни каждый должен изучить и понять компьютер не только теоретически, но,что наиболее важно, и практически.
VIII Библиография
1) Фигурнов В. Э. «IBM PC для пользователя», 4-е издание, переработанное и дополненое, M., 1993 г.
2) Уинн Л. Рош. Библия по модернизации персонального компьютера. - Мн.: ИПП "Тивали-Стиль", 1995г.
3) А.Борзенко «IBM PC: устройство, ремонт, модернизация»
4) Журналы "HARD'n'SOFT" 1996-97гг.
5) Документация из сети Интернет