Поможем в ✍️ написании учебной работы

Имя

Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой

Выберите тип работыЧасть дипломаДипломная работаКурсовая работаКонтрольная работаРешение задачРефератНаучно - исследовательская работаОтчет по практикеОтветы на билетыТест/экзамен onlineМонографияЭссеДокладКомпьютерный набор текстаКомпьютерный чертежРецензияПереводРепетиторБизнес-планКонспектыПроверка качестваЭкзамен на сайтеАспирантский рефератМагистерская работаНаучная статьяНаучный трудТехническая редакция текстаЧертеж от рукиДиаграммы, таблицыПрезентация к защитеТезисный планРечь к дипломуДоработка заказа клиентаОтзыв на дипломПубликация статьи в ВАКПубликация статьи в ScopusДипломная работа MBAПовышение оригинальностиКопирайтингДругое

Нажимая кнопку "Продолжить", я принимаю политику конфиденциальности

Лекція № 2

Единицы измерения информации в ЭВМ

Как правило, команды компьютеров в процессе обмена или обработки данных работают не с отдельными битами, а сразу с восемью битами как единым целым. Такие восемь последовательных битов составляют 1 байт. Это общепринятая единица информации в СИ. С помощью 1 байта можно закодировать, т. е. представить в числовой форме, значения 256 символов (число различных восьмисимвольных последовательностей, состоящих из 0 и 1, равно 2⁸ = 256). Соответствие между набором символов и представляющими их числовыми значениями называется кодировкой символов. Таблица кодирования символов восьмибитовыми числами называется ASCII (American Standard Code for Information Interchange). Принятая во всем мире "нижняя" половина таблицы ASCII с кодами от 0 до 126 содержит знаки препинания, арабские цифры и символы английского алфавита. При этом в каждой стране используют свою "верхнюю" половину таблицы ASCII (коды от 127 до 255, или "расширенные" ASCII-коды), в которой находятся буквы национальных алфавитов и специальные символы. Для поддержки русского алфавита применяют два варианта таблицы кодировки символов — кодовую таблицу 866 для операционной системы MS-DOS и кодовую таблицу 1251 для графической операционной оболочки Windows. Русские буквы в этих кодировках расположены на различных позициях.

На практике для измерения объемов информации используют более крупные единицы:

• 1 Кбайт (килобайт) = 1024 байт;

• 1 Мбайт (мегабайт) = 1024 Кбайт;

• 1 Гбайт (гигабайт) = 1024 Мбайт.

Для сравнения cкажем, что объем информации на одной странице печатного текста приблизительно равен 2 Кбайт.

 

Огляд сучасних ЕОМ. Основне призначення, структура й програмне забезпечення ЕОМ.

Состав вычислительной системы называется конфигурацией. Аппаратные и программные средства вычислительной техники принято рассматривать раздельно. Соответственно, отдельно рассматривают аппаратную конфигурацию вычислительных систем и их программную конфигурацию. Такой принцип разделения имеет для информатики особое значение, поскольку очень часто решение одних и тех же задач может обеспечиваться как аппаратными, так и программными средствами. Критериями выбора аппаратного или программного решения являются производительность и эффективность.

Обычно принято считать, что аппаратные решения в среднем оказываются дороже, зато реализация программных решений требует более высокой квалификации персонала.

Программное обеспечение

Программы — это упорядоченные последовательности команд. Конечная цель любой компьютерной программы — управление аппаратными средствами. Даже если на первый взгляд программа никак не взаимодействует с оборудованием, не требует  никакого ввода данных с устройств ввода и не осуществляет вывод данных на устройства вывода, все равно ее работа основана на управлении аппаратными устройствами компьютера.

Программное и аппаратное обеспечение в компьютере работают в неразрывной связи и в непрерывном взаимодействии. Несмотря на то что мы рассматриваем две категории отдельно, нельзя забывать, что между ними существует диалектическая связь, и раздельное их рассмотрение является, по меньшей мере, условным. Состав программного обеспечения вычислительной системы называют программной конфигурацией. Между программами, как и между физическими узлами и бло­ками, существует взаимосвязь — многие программы работают, опираясь на другие программы более низкого уровня, то есть, мы можем говорить о межпрограммном интерфейсе. Возможность существования такого интерфейса тоже основана на существовании технических условий и протоколов взаимодействия, а на практике он обеспечивается распределением программного обеспечения на несколько взаимодействующих между собой уровней.

Уровни программного обеспечения представляют собой пирамидальную конструкцию. Каждый следующий уровень опирается на программное обеспечение предшествующих уровней. Такое деление удобно для всех этапов работы с вычислительной системой, начиная с установки программ до практической эксплуатации и технического обслуживания. Обратите внимание на то, что каждый вышележащий уровень повышает функциональность всей системы. Так, например, вычислительная система с программным обеспечением базового уровня не способна выполнять большинство функций, но зато позволяет установить системное программное обеспечение.

Базовый уровень. Самый низкий уровень программного обеспечения представляет базовое программное обеспечение. Оно отвечает за взаимодействие с базовыми аппаратными средствами. Базовые программные средства, как правило, непосредственно входят в состав базового оборудования и хранятся в специальных микросхемах, называемых постоянными запоминающими устройствами (ПЗУ - Read Only Memory, ROM). Программы и данные записываются («прошиваются») в микросхемы ПЗУ на этапе производства и не могут быть изменены в процессе эксплуатации.

В тех случаях, когда изменение базовых программных средств во время эксплуатации является технически целесообразным, вместо микросхем ПЗУ применяют перепрограммируемые постоянные запоминающие устройства (ППЗУ — Erasable Programmable Read Only Memory, EPROM). В этом случае изменение содержа ния ПЗУ можно выполнять как непосредственно в составе вычислительной системы (такая технология называется флэш-технологией), так и вне ее, на специальных устройствах, называемых программаторами.

Служебный уровень. Программное обеспечение этого уровня взаимодействует как с программами базового уровня, так и с программами системного уровня. Основное назначение служебных программ (их также называют утилитами) состоит в автоматизации работ по проверке, наладке и настройке компьютерной системы. Во многих случаях они используются для расширения или улучшения функции системных программ. Некоторые служебные программы (как правило, это программы обслуживания) изначально включают в состав операционной системы, но большинство служебных программ являются для операционной системы внешними и служат для расширения ее функций.

В разработке и эксплуатации служебных программ существует два альтернативных направления: интеграция с операционной системой и автономное функциони рование. В первом случае служебные программы могут изменять потребительские свойства системных программ, делая их более удобными для практической работы. Во втором случае они слабо связаны с системным программным обеспечением, но оставляют пользователю больше возможностей для персональной настройки взаимодействия с аппаратным и программным обеспечением.

Прикладной уровень. Программное обеспечение прикладного уровня представляет собой комплекс прикладных программ, с помощью которых на данном рабочем месте выполняются конкретные задания. Спектр этих заданий необычайно широк – от производственных до творческих и развлекательно-обучающих. Огромный функциональный диапазон возможных приложений средств вычислительной техники обусловлен наличием прикладных программ для разных видов деятельности.

Поскольку между прикладным программным обеспечением и системным суще­ствует непосредственная взаимосвязь (первое опирается на второе), то можно утверждать, что универсальность вычислительной системы, доступность прикладного программного обеспечения и широта функциональных возможностей компьютера напрямую зависят от типа используемой операционной системы, от того, какие системные средства содержит ее ядро, как она обеспечивает взаимодействие компонентов триединого комплекса человек — программы — оборудование.

Аппаратное обеспечение

К аппаратному обеспечению вычислительных систем относятся устройства и приборы, образующие аппаратную конфигурацию. Современные компьютеры и вычислительные комплексы имеют блочно-модульную конструкцию — аппаратную конфигурацию, необходимую для исполнения конкретных видов работ, можно собирать из готовых узлов и блоков.

Но способу расположения устройств относительно центрального процессорного устройства (ЦПУ — Central Processing Unit, CPU) различают внутренние и внешние устройства. Внешними, как правило, являются большинство устройств ввода-вьщода данных (их также называют периферийными устройствами) и некоторые устройства, предназначенные для длительного хранения данных.

Согласование между отдельными узлами и блоками выполняют с помощью переходных аппаратно-логических устройств, называемых аппаратными интерфей сами. Стандарты на аппаратные интерфейсы в вычислительной технике называвают протоколами. Таким образом, протокол — это совокупность технических условий, которые должны быть обеспечены разработчиками устройств для успешного согласования их работы с другими устройствами.

Многочисленные интерфейсы, присутствующие в архитектуре любой вычислительной системы, можно условно разделить на две большие группы: последователь ные и параллельные. Через последовательный интерфейс данные передаются последовательно, бит за битом, а через параллельный — одновременно группами битов Количество битов, участвующих в одной посылке, определяется разрядность интерфейса, например, восьмиразрядные параллельные интерфейсы передают один байт (8 бит) за один цикл.

Параллельные интерфейсы обычно имеют более сложное устройство, чем последовательные, но обеспечивают более высокую производительность. Их применяют там, где важна скорость передачи данных: для подключения печатающих устройств, устройств ввода графической информации, устройств записи данных на внешний носитель и т. п. Производительность параллельных интерфейсов измеряют байтами в секунду (байт/с; Кбайт/с; Мбайт/с).

Устройство последовательных интерфейсов проще; как правило, для них не надо синхронизировать работу передающего и принимающего устройства (поэтому их часто называют асинхронными интерфейсами), но пропускная способность их меньше, и коэффициент полезного действия ниже, так как из-за отсутствия синхронизации посылок полезные данные предваряют и завершают посылками служебных данных, то есть на один байт полезных данных могут приходиться 1-3 служебных бита (состав и структуру посылки определяет конкретный протокол).

Поскольку обмен данными через последовательные устройства производится не байтами, а битами, их производительность измеряют битами в секунду (бит/с, Кбит/с, Мбит/с). Несмотря на кажущуюся простоту перевода единиц измерения скорости последовательной передачи в единицы измерения скорости параллельной передачи данных путем механического деления на 8, такой пересчет не выполняют, поскольку он не корректен из-за наличия служебных данных. В крайнем случае, с поправкой на служебные данные, иногда скорость последовательных устройств выражают в знаках в секунду или, что то же самое, в символах в секунду (с/с), но эта величина имеет не технический, а справочный, потребительский характер.

Последовательные интерфейсы применяют для подключения «медленных» устройств (простейших устройств печати низкого качества, устройств ввода и вывода знаковой и сигнальной информации, контрольных датчиков, малопроизводительных устройств связи и т. п.), а также в тех случаях, когда нет существенных ограничений по продолжительности обмена данными. Материнская плата — основная плата персонального компьютера. На ней размещаются:

• процессор — основная микросхема, выполняющая большинство математических и логических операций;

• микропроцессорный комплект (чипсет) — набор микросхем, управляющих работой внутренних устройств компьютера и определяющих основные функциональные возможности материнской платы;

• шины — наборы проводников, по которым происходит обмен сигналами между внутренними устройствами компьютера;

• оперативная память (оперативное запоминающее устройство, ОЗУ) — набор микросхем, предназначенных для временного хранения данных, когда компьютер включен;

• ПЗУ (постоянное запоминающее устройство) — микросхема, предназначена для длительного хранения данных, в том числе и когда компьютер выключен

• разъемы для подключения дополнительных устройств (слоты).

Жесткий диск – основное устройство для долговременного хранения больших объемов данных и программ. На самом деле это не один диск, а группа соосных дисков, имеющих магнитное покрытие и вращающихся с высокой скоростью.

Процессор

Важнейшим элементом любого ПК является процессор, точнее — центральный процессор (Central Processing Unit, CPU) — мозговой центр компьютера (рис. 2.6), обрабатывающий информацию.

Рис. 2.6. Процессоры CPU

 

Процессор представляет собой интегральную схему — чип (англ. chip), базовыми элементами которого являются транзисторные переключатели. На их основе строятся регистры — устройства, предназначенные для хранения информации и обеспечения быстрого доступа к ней.

В соответствии с заданной программой CPU выполняет арифметические и логические операции, получает и посылает управляющие сигналы, данные и адреса памяти, при необходимости переключается с выполнения одной программы на другую и т.. д. Процессор CPU постоянно взаимодействует с другими компонентами материнской платы. С внешними устройствами процессор связывается через соответствующие адресные шины, шины данных и управления. Разрядность его внутренних регистров может не совпадать с количеством внешних линий данных.

Скорость работы процессора в значительной степени определяет быстродействие компьютера. В IBM-совместимых ПК используются микропроцессоры — полупроводниковые схемы высокой степени интеграции, разработанные фирмами Intel, AMD, Cyrix.

Микропроцессоры, как и другие электронные схемы, имеют обозначение тип. Для ПК это обозначение начинается с 80, затем следуют две или три цифры, которые при необходимости дополняются буквами или цифрами, указывающими тактовую частоту процессора. Началь­ные цифры 80 в обозначении процессора могут опускаться.

Производительность CPU характеризуется следующими основны­ми параметрами:

• тактовой частотой;

• внутренней и внешней разрядностью обрабатываемых данных;

• памятью, к которой может обращаться процессор.

Тактовая частота

Тип используемого микропроцессора связан с такой характеристи­кой компьютера, как быстродействие, косвенным показателем кото­рого является тактовая частота электрических импульсов, задающих ритм работы электронных схем. Тактовая частота — это количество элементарных операций (тактов), выполняемых микропроцессором за одну секунду. Чем больше тактовая частота процессора в модели, тем быстрее обрабатывается информация. Для разных моделей микропроцессоров (например, классов 80386 и 80486) с одной и той же тактовой частотой одинаковые операции выполняются за разное количество тактов. Для моделей с более высоким номером требуется меньшее количество тактов, поэтому они производительнее моделей микропроыцессоров с той же тактовой частотой, но с меньшим номером.

Разрядность данных

Существенной характеристикой процессора является количество битов, которые он может обрабатывать одновременно: 16, 32 или 64. Эта величина называется внутренней разрядностью данных.

Для повышения производительности системы за счет увеличения ко­личества битов, обрабатываемых внутри CPU, необходимо, чтобы и другие элементы материнской платы обеспечивали такой обмен данными с микропроцессором. Количество битов, которые могут обрабатывать эти элементы, называется внешней разрядностью данных.

Адресация данных

Процессор CPU непосредственно контактирует с оперативной па­мятью компьютера. Данные, которые обрабатывает процессор, могут временно располагаться в памяти и быть востребованы из нее для дальнейшей обработки. Все ячейки памяти имеют адреса, которые их однозначно идентифицируют. Объем памяти, который может адресовать микропроцессор, определяется разрядностью используемой им внешней адресной шины и равен 2^,v, где N — количество адресных линий. Например, CPU 8086/88 может обращаться к объему памяти, не превышающему 1 Мбайт, так как использует 20-проводную адресную шину (2²⁰ = 1 Мбайт).

Сопроцессор

Арифметико-логический блок микропроцессоров 8086/8088,80286, 80386 выполняет операции только над целыми числами. Обработка вещественных чисел реализуется относительно медленно по специальным программам. Поэтому в состав материнской платы включается специальная микросхема — сопроцессор математики (Numeric Proce sing Unit, NPU), повышающий быстродействие ПК в десятки раз при выполнении арифметических операций. С микропроцессором 8086/8088 используется сопроцессор 8087, а с микропроцессорами 80286, 80386 — сопроцессоры 80287,80387. Микропроцессоры 80486DX, Pentium имеют встроенный сопроцессор. Сопроцессоры могут работать с числами любых форматов и любой допустимой длины, вычислять математические функции, а также ускорять обработку графической информации. Повышение эффективности обработки данных при использовании сопроцессора обеспечивается еще и тем, что при выполнении им сложных арифметических операций основной микропроцессор может быть занят другой работой.

При работе с текстовыми редакторами использование сопроцессора обычно не дает ощутимого преимущества.

Память

Важнейшей характеристикой ПК, во многом определяющей его возможности, является емкость памяти. В электронных схемах памяти хранятся программы и обрабатываемые данные. Функционально память ПК делится на постоянную и оперативную.

Постоянная память (ПЗУ — постоянное запоминающее устройство, англ. ROM – Read Only Memory – память только для чтения) обычно имеет объем до 64 Кбайт. Данные в микросхемы ПЗУ обычно заносятся при изготовлении компьютера и хранятся в них неизменными. Поэтому из него можно только считывать информацию. Таким образом, постоянная память обеспечивает режимы считывания и хранения и обычно содержит информацию, которая не должна меняться в процессе выполнения микропроцессором программ. Постоянная память является энергонезависимой, поскольку может сохранять информацию ипри отключенном питании.

Постоянное запоминающее устройство служит для хранения вспомогательных программ, используемых микропроцессором для управления компьютером, а также программ тестирования устройств, инициализации системы, начальной загрузки, управления стандартными устройствами ввода-вывода. Наличие этих программ, позволяет загружать операционную систему при включении ПК в сеть автоматически.

Оперативная память (ОЗУ – оперативное запоминающее устройство, англ. RAM – Random Access Memory – память с произвольным доступом) позволяет не только считывать хранящиеся в ней данные, но и записывать их. От внешних запоминающих устройств на магнитных дисках оперативная память отличается высокой скоростью обработки данных благодаря незначительному времени доступа к ним (70 нс и менее). Недостаток оперативной памяти состоит в том, что она представляет собой временную, разрушаемую память. При отключении питания она полностью очищается, и все хранившиеся в ней данные уничтожаются.

Объем оперативной памяти измеряется в килобайтах и мегабайтах и определяется количеством и емкостью схем ОЗУ, смонтированных на системной плате и плате дополнительного модуля памяти. Суммарный объем постоянной и оперативной памяти ограничен количеством ячеек (байтов) памяти, которые может адресовать микропроцессор. Микропроцессор 8088 может адресовать 2²⁰ байтов (т. е. иметь только 1 Мбайт памяти), так как использует 20-проводную адресную шину, 80286 — 2²⁴ байтов и работать с оперативной памятью объемом до 16 Мбайт. Теоретически 80386DX может работать с объемом памяти 4 Гбайт, 80486DX — с 64 Гбайт

В современных ПК с процессорами 80486 и Pentium в качестве эле­ментов памяти используются микросхемы, называемые SIMM- моду­лями ( Single In - line Memory Module ) или PS/2-модулями объемом памяти 4, 8, 16, 32 и 64 Мбайт с разъемами на 72 контакта. Оперативная память ПК делится на несколько частей: . стандартная (или базовая) — Conventional (или Base) Memory;

• верхняя — UMA (Upper Memory Area);

• expanded-память — EMS (Expanded Memory Specification);

• высшая зона памяти — HMA (High Memory Area);

• extended-память — XMS (extended Memory Specification).

Такое деление памяти объясняется во многом историческими причинами. Компьютеры IBM PC с процессорами Intel 8086/8088 могли работать с объемом памяти до 640 Кбайт. Для обеспечения совместимости – чтобы новые программы могли выполняться на старых моделях ПК – эти программы используют прежде всего первые 640 Кбайт объема памяти.

Стандартная оперативная память является наиболее важной. В младшие ее адреса загружаются операционная система и вспомогательные программы, управляющие работой различных устройств компьютера, – драйверы устройств. В оставшейся свободной части памяти располагаются программы пользователя и данные, необходимые для работы ПК.

Память, расположенная по адресам от 640 Кбайт до 1 Мбайт, называется верхней. Используют ее для служебных целей: в ней размещается видеопамять, в нее переписывается из ПЗУ базовая система ввода-вывода, обеспечивающая тестирование ПК и начальную загрузку операционной системы. Специальные программы позволяют загружать в эту область памяти резидентные программы и драйверы устройств. Рассматриваемая область памяти неоднородна. В ней могут находиться модули оперативной и постоянной памяти, конструктивно расположенные на платах расширения, подключенных к ПК. Поэтому некоторые участки UMA зарезервированы, а другие, наоборот, свободны.

Для использования памяти за пределами 640 Кбайт фирмы Lotus, Intel и Microsoft разработали стандарт LIM EMS, который позволяет адресовать до 32 Мбайт дополнительной памяти, конструктивно расположенной на отдельной карте расширения. Этот стандарт называется expanded-памятью. Согласно стандарту оперативная память разбивается на страницы, которым ставится в соответствие определенный адрес в верхней памяти. При обращении к нему специальная програм­ма — диспетчер управления expanded-памятью EMM (Expanded Memory Manager) — позволяет считывать информацию с соответствующей страницы памяти (рис. 2.7). На ПК с процессором 80386 и выше такая отдельная карта не нужна. Expanded-память здесь может эмулироваться с помощью соответствующих драйверов.

Первые 64 Кбайт оперативной памяти выше границы 1 Мбайт называются высшей зоной памяти. Операционная система MS-DOS 6.22 позволяет загружать в эту зону часть резидентной DOS, что освобождает значительную часть базовой памяти для работы прикладных программ. С помощью специальных средств на ПК с процессором 80386 и выше в НМА-память могут загружаться также некоторые резидентные программы.

Вся память выше границы 1 Мбайт, включая НМА, называется ехtended-памятью. К ней могут адресоваться только процессоры 80286 и выше при работе в защищенном режиме. Долгое время эту память с помощью специальных программ использовали лишь для создания временного логического диска или кэш-буфера для ускорения обмена данными с жестким диском. С разработкой драйверов ехtended-памяти (типа HIMEM.SYS) и XMS поработе с ней (рис. 2.8.) стало возможным использование этой памяти программам, работающим в реальном режиме процессора, и как extended-памяти, и как expanded-памяти, обеспечивая необходимый прикладным программам тип взаимодействия с памятью.

Кэш-память

Для ПК с микропроцессором 80386 и выше для обеспечения быстрого доступа процессора к оперативной и внешней памяти используется так называемая кэш-память — сверхоперативная память небольшого объема (обычно 256-512 Кбайт), в которой хранятся наиболее часто используемые участки оперативной памяти. Поиск необходимых данных осуществляется микропроцессором сначала в кэш-памяти и, так как время доступа к ней (15-20 не) в несколько раз меньше, чем к обычной памяти, среднее время доступа к памяти и время вынужден­ного простоя процессора уменьшается, за счет чего возрастает быстродействие ПК. Современные компьютеры с процессором 80486 и выше имеют двухуровневую кэш-память: внутреннюю и внешнюю (рис. 2.9).

Схема устройства кэш-памяти

Внутренняя кэш-память интегрирована в процессор и называется кэш-памятью первого уровня, или L1-cache. Для ПК с 486-м процессором фирмы Intel ее объем составляет 8 Кбайт, а для Pentium-процессоров — 16 Кбайт. Внешняя кэш-память располагается на материнской плате и называется кэш-памятью второго уровня, или L2-cache. Для ПК с 486-м либо Pentium-процессором оптимальный объем кэш-памяти второго уровня составляет 256-512 Кбайт.

Системная шина

Связь процессора с внешними устройствами в ПК реализуется с по­мощью системной шины (совокупности проводов для передачи электрических сигналов) через специальные устройства управления ими – адаптеры, или контроллеры. Все контроллеры подсоединяют­ся к системной шине через типовые разъемы. По функциональному назначению шины делятся на три категории: шины данных, адресные шины, шины управления, различающиеся разрядностью, т. е. количеством проходящих через них данных. Во многом тип используемой шины определяет быстродействие компьютера.

Основные стандарты системной шины следующие: ISA (Industry Standard Architecture), MCA (MicroChannel Architecture), EISA (Exten ded Industry Standard Architecture), VESA (Video Electronics Standard Architecture), PCI (Peripheral Component Interconnect).

Шина ISA долгое время считалась стандартом в области ПК. Она была разработана на базе 8-разрядных системных шин IBM PC и IBM PC XT. Для работы с внешними устройствами в ней были предусмотрены восемь линий аппаратных прерываний и четыре линии для прямого доступа к памяти. Системная шина и микропроцессор работали на частоте 4,77 МГц. Теоретическая скорость передачи данных могла достигать 4,5 Мбайт/с. В компьютерах PC AT с микропроцессором 80286 стали применять 16-разрядную шину ISA. Благодаря 24-адресным линиям она позволяла напрямую обращаться к оперативной памяти объемом 16 Мбайт. Количество линий аппаратных прерываний в этой шине было увеличено с 8 до 16, а количество каналов для прямого доступа к памяти — с 4 до 8. Шина ISA стала работать асинхронно с микро­процессором на частоте 8 МГц, что привело к увеличению скорости передачи до 16 Мбайт/с. Возможности этой шины позволяли работать с низкоскоростными устройствами (клавиатурой, контроллерами гибких дисков и др.), однако не обеспечивали эффективной работы современных высокоскоростных устройств (видеоконтроллеров, контроллеров жестких дисков и др.). В этой связи начали разрабатывать другие виды системных шин.

Шина МСА, разработанная в 1987 г. фирмой IBM, стала первой высокопроизводительной шиной. Ее отличительной особенностью было то, что она работала с частотой 10 МГц и была 32-разрядной, в результате чего скорость передачи данных достигла 20 Мбайт/с. Одна­ко несовместимость шины МСА с ISA привела к невозможности использования разработанных для шины ISA контроллеров, вследствие чего эта архитектура не нашла широкого применения.

Шина EISA, разработанная в 1989 г., представляет собой расширенную версию шины ISA. В ее разъемы могут вставляться как ее собственные контроллеры, так и контроллеры для шины ISA. Эта шина работает с частотой 8-10 МГц и является 32-разрядной, благодаря чему позволяет адресовать до 4 Гбайт памяти и достигать скорости обмена данными 33 Мбайт/с. К недостаткам шины EISA относятся невысокая скорость обмена данными при обработке изображений, графики и относительно высокая стоимость контроллеров для нее.

Для обеспечения работы с высокоскоростными устройствами бы­ли разработаны два стандарта локальных шин: VESA и PCI.

Шина VESA (или VL-bus, VLB) появилась как расширение шины ISA для обмена видеоданными. Она реализует непосредственный доступ процессора к соответствующим контроллерам. Для работы с низкоскоростными устройствами в ПК, имеющими шину VESA, обычно устанавливается другая шина, например EISA. В шине VESA используются 32 линии для передачи данных и 30 линий для передачи адресов. Максимальная скорость передачи по шине теоретически может достигать 130 Мбайт/с. Вторая версия стандарта VESA предусматривает использование 64-разрядной шины данных. Теоретически скорость передачи может достигать 400 Мбайт/с. К шине обычно подключается не более трех устройств.

Шина PCI разработана фирмой Intel для своего нового высокопроизводительного процессора Pentium, однако может использоваться и в других компьютерных платформах. К ней может быть подключено до 10 устройств. В шине PCI используется 32- или 64-разрядная передача данных, при этом скорость передачи данных теоретически может достигать соответственно 132 и 264 Мбайт/с.

Шина AGP {Accelerated Graphics Port) представляет собой новый стандарт передачи данных, который позволяет графической карте использовать оперативную память ПК. Архитектура шины PCI не справляется с задачами, в которых современная ЗD-графика с высоким разрешением (1024x768 и более точек) должна еще и быстро перемещаться на экране монитора. Такие анимации PCI обрабатываются медленно и с искажениями. Наращивать объем видеопамяти на самой видеокарте нецелесообразно, поскольку это не способствует увеличению скорости вывода графики на экран монитора из-за ограниченной тактовой частоты шины PCI (33 МГц).

В соответствии со стандартом AGP видеокарта напрямую обменивается данными с оперативной памятью с помощью отдельной неза­висимой высокоскоростной шины. При этом применяется метод доступа, позволяющий использовать ровно такой объем оперативной памяти, какой необходим. Таким образом, ЗD-графика отображается значительно быстрее и реалистичнее, чем это позволяют платы PCI. Шина AGP использует тактовую частоту 66 МГц. Различные режимы реализации стандарта AGP позволяют развивать скорость передачи данных до 533 Мбайт/с.

Особенностью шины AGP является передача по ней исключитель­но графической информации. При этом в отличие от шины PCI используется вся полоса пропускания шины, так как видеокарта не делит ее с другими подключенными устройствами. Таким образом, шина AGP не столь универсальна, как шина PCI, на которую можно устанавливать не только видеокарты. Поэтому AGP следует рассматривать не как замену PCI, а как ее дополнение.

Винчестеры

В ПК имеются жесткие диски (Hard Disk Drive — HDD), называемые винчестерами и предназначенные, как и дискеты, для долговременного хранения информации. Среди фирм-изготовителей жестких дисков широко известны Quantum, Western Digital, Seagate, Fujitsu, Maxtor. Основные достоинства винчестеров:

• большая емкость хранимой информации;

• сохранение данных при отключении питания;

• надежность и большой срок безотказной работы (5-18 лет);

• невысокая стоимость.

Винчестер представляет собой несколько металлических пластинок, помещенных вместе с магнитными головками в герметичный корпус, выполненный в виде модуля. Благодаря этому информационная емкость жесткого диска существенно превышает емкость дискет, и в новых компьютерах составляет 850 Мбайт и выше.

Скорость работы винчестера характеризуется следующими показателями:

• средним временем доступа к данным на диске;

• скоростью передачи данных.

Время доступа к данным – это среднее время, необходимое HDD для доступа к любой информации на диске. Для лучших жестких дисков его значение меньше 10 мс.

Время доступа характеризует скорость позиционирования магнитной головки. Между тем время записи-чтения информации может оказаться существенно большим. Поэтому пропускная способность дискового ввода-вывода в значительной степени определяет производительность винчестера. Для современных HDD скорость передачи данных составляет 10-20 Мбайт/с.

Так как работой жесткого диска управляет контроллер, выполня­ющий прием-передачу и обработку сигналов от HDD, необходимо обеспечить их совместимость. Способ взаимодействия жестких дисков и контролеров называется интерфейсом контроллера диска. HDD и его контроллер должны поддерживать один тип интерфейса.

В настоящее время используются четыре основных типа интерфейса:

• ESDI (Enhanced Small Device Interface). Винчестеры, поддержива­ющие этот тип интерфейса, работают с 52-54 секторами и при­надлежат к первым жестким дискам, емкость которых составляет 100 Мбайт и выше. Скорость передачи данных для ESDI-контрол­лера — 1250 Кбайт/с.

• IDE (Integrated Drive Electronics). В HDD этого типа контроллер встроен в винчестер. Скорость передачи данных для IDE-контроллера – 1,5-2 Мбайт/с; к одному контроллеру могут подключаться два жестких диска. Этот тип интерфейса рассчитан на диски емкостью до 540 Мбайт.

• В 1993 г. была предложена усовершенствованная версия IDE-интерфейса, получившая название E-IDE(Enhanced-IDE). Она позволяет использовать диски емкостью до 8,4 Гбайт и подключать к одному контроллеру до четырех устройств, причем не только винчестеры, но и приводы CD-ROM или стримеры.

• Ultra DMA/33 — новый протокол работы с жесткими дисками, разработанный компанией Quantum при содействии Intel. Известен также под названиями Synchronous DMA и Ultra ATA. Он является дальнейшим развитием интерфейса E-IDE и описывает механизм передачи данных между кэш-буфером жесткого диска и системной шиной со скоростью до 33 Мбайт/с.

SCSI (Small Computer System Interface). Этот тип интерфейса используют современные высокопроизводительные компьютеры. Он обеспечивает использование сверхъемких дисков со скоростью передачи данных свыше 20 Мбайт/с. Интерфейс SCSI позволяет подключать к одному контроллеру до семи внешних устройств.

Системный блок

Системный блок представляет собой основной узел, внутри которого установлены наиболее важные компоненты. Устройства, находящиеся внутри системного блока, называют внутренними, а устройства, подключаемые к нему снаружи, называют внешними. Внешние дополнительные устройства, предназначенные для ввода, вывода и длительного хранения данных, также называют периферийными.

По внешнему виду системные блоки различаются формой корпуса. Корпуса персональных компьютеров выпускают в горизонтальном { desktop ) и вертикальном

Рис. 2.2. Системный блок в вертикальном (tower) исполнении

(tower) исполнении. Корпуса персональных компьютеров поставляются вместе с юком питания, и, таким образом, мощность блока питания также является одним из параметров корпуса. Для массовых моделей достаточной является мощность блока питания 200-250 Вт.

Монитор

Монитор — устройство визуального представления данных. Это не единственно возможное, но главное устройство вывода. Его основными потребительскими параметрами являются: размер экрана и шаг маски экрана, максимальная частота регенерации изображения, класс защиты.

Рис. 2.3. Современный жидкокристаллический монитор

Размер экрана измеряется между противоположными углами экрана кинескопа по диагонали. Единица измерения — дюймы. Стандартные размеры: 14"; 15"; 17"; 19"; 20"; 21". В настоящее время наиболее универсальными являются мониторы размером 15 и 17 дюймов, а для операций с графикой желательны мониторы размером 19-21 дюйм.

Изображение на экране монитора получается в результате облучения люминофорного покрытия остронаправленным пучком электронов, разогнанных в вакуумной колбе. Для получения цветного изображения люминофорное покрытие имеет точки Или полоски трех типов, светящиеся красным, зеленым и синим цветом. Чтобы на экране все три луча сходились строго в одну точку и изображение было четким, перед люминофором ставят маску — панель с регулярно расположенными отверстиями или щелями. Часть мониторов оснащена маской из вертикальных проволочек, что усиливает яркость и насыщенность изображения. Чем меньше шаг между отверстиями или щелями (шаг маски), тем четче и точнее 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 (поэтому ее также называют частотой кадров). Этот параметр зависит не только от монитора, но и от свойств и настроек видеоадаптера (см. ниже), хотя предельные возможности определяет все-таки монитор. Частоту регенерации изображения измеряют в герцах (Гц). Чем она выше, тем четче и устойчивее изображение, тем меньше утомление глаз, тем больше времени можно работать с компьютером непрерывно. При частоте регене­рации порядка 60 Гц мелкое мерцание изображения заметно невооруженным глазом. Сегодня такое значение считается недопустимым. Минимальным считают значение 75 Гц, нормативным — 85 Гц и комфортным – 100_Гц и более. Класс защиты монитора определяется стандартом, которому соответствует монитор с точки зрения требований техники безопасности. В настоящее время общепризнанными считаются следующие международные стандарты: MPR-II, ТСО-92, ТСО-95, ТСО-99 (приведены в хронологическом порядке). СтандартMPR-II ограничил уровни электромагнитного излучения пределами, безопасными для человека. В стандарте ТСО-92 эти нормы были сохранены, а в стандартах ТСО-95 и ТСО-99 ужесточены. Эргономические и экологические нормы впервые появились в стандарте ТСО-95, а стандарт ТСО-99 установил самые жесткие нормы по параметрам, определяющим качество изображения (яркость, контрастность, мерцание, антибликовые свойства покрытия).

Большинством параметров изображения, полученного на экране монитора, можно управлять программно. Программные средства, предназначенные для этой цели, обычно входят в системный комплект программного обеспечения — мы рассмотрим их при изучении операционной системы компьютера.

Клавиатура

Клавиатура – клавишное устройство управления персональным компьютером. Служит для ввода алфавитно-цифровых (знаковых) данных, а также команд управления. Комбинация монитора и клавиатуры обеспечивает простейший интерфейс  пользователя. С помощью клавиатуры управляют компьютерной системой, а с помощью монитора получают от нее отклик.

Клавиатура относится к стандартным средствам персонального компьютера. Ее основные функции не нуждаются в поддержке специальными системными программами (драйверами). Необходимое программное обеспечение для начала работы с компьютером уже имеется в микросхеме ПЗУ в составе базовой системы ввода-вывода (BIOS), и потому компьютер реагирует на нажатия клавиш сразу после включения.

Состав клавиатуры. Стандартная клавиатура имеет более 100 клавиш, функционально распределенных по нескольким группам

Группа алфавитно-цифровых клавиш предназначена для ввода знаковой информации и команд, набираемых по буквам. Каждая клавиша может работать в нескольких режимах (регистрах) и, соответственно, может использоваться для ввода нескольких символов. Переключение между нижним регистром (для ввода строчных символов) и верхним регистром (для ввода прописных символов) выполняют удержанием клавиши SHIFT (нефиксированное переключение). При необходимости жестко переключить регистр используют клавишу CAPS LOCK (фиксированное переключение). Если клавиатура используется для ввода данных, абзац закрывают нажатием клавиши ENTER. При этом автоматически начинается ввод текста с новой строки. Если клавиатуру используют для ввода команд, клавишей ENTER завершают ввод команды и начинают ее исполнение.

Рис. 2.4. Современная мультимедийная клавиатура

Для разных языков существуют различные схемы закрепления символов национальных алфавитов за конкретными алфавитно-цифровыми клавишами. Такие схемы называются раскладками клавиатуры. Переключения между различными раскладками выполняются программным образом — это одна из функций операционной системы. Соответственно, способ переключения зависит от того, в какой операционной системе работает компьютер. Например, в системе Windows XP для этой Цели могут использоваться следующие комбинации: левая клавиша ALT+SHIFT или CTRL+SHIFT. При работе с другой операционной системой способ переключения можно установить по справочной системе той программы, которая выполняет переключение.

Общепринятые раскладки клавиатуры имеют свои корни в раскладках клавиатур пишущих машинок. Для персональных компьютеров IBM PC типовыми считаются раскладки QWERTY (английская) и ЙЦУКЕНГ (русская). Раскладки принято именовать по символам, закрепленным за первыми клавишами верхней строки алфавитной группы.

Группа функциональных клавиш включает двенадцать клавиш (от F1 до F12), размещенных в верхней части клавиатуры. Функции, закрепленные за данными клавишами, зависят от свойств конкретной работающей в данный момент программы, а в некоторых случаях и от свойств операционной системы. Общепринятым для большинства программ является соглашение о том, что клавиша F1 вызывает справочную систему, в которой можно найти справку о действии прочих клавиш. Служебные клавиши располагаются рядом с клавишами алфавитно-цифровой группы. В связи с тем, что ими приходится пользоваться особенно часто, они имеют увеличенный размер. К ним относятся рассмотренные выше клавиши SHIFT и ENTER, регистровые клавиши ALT и CTRL (их используют в комбинации с другими клавишами для формирования команд), клавиша TAB (для ввода позиций табуляции при наборе текста), клавиша ESC (от английского слова Escape) для отказа от исполнения последней введенной команды и клавиша BACKSPACE для удаления только что введенных знаков (она находится над клавишей ENTER и часто маркируется стрелкой, направленной влево).

Служебные клавиши PRINT SCREEN, SCROLL LOCK и PAUSE/BREAK размещаются справа от группы функциональных клавиш и выполняют специфические функции, зависящие от действующей операционной системы. Общепринятыми являются следующие действия:

• PRINT SCREEN — печать текущего состояния экрана на принтере (для MS-DOS) или сохранение его в специальной области оперативной памяти, называемой буфером обмена (для Windows).

• SCROLL LOCK — переключение режима работы в некоторых (как правило, устаревших) программах.

• PAUSE/BREAK — приостановка/прерывание текущего процесса.

Две группы клавиш управления курсором расположены справа от алфавитно-циф­ровой панели. Курсором называется экранный элемент, указывающий место ввода знаковой информации. Курсор используется при работе с программами, выполня­ющими ввод данных и команд с клавиатуры. Клавиши управления курсором позво­ляют управлять позицией ввода.

Четыре клавиши со стрелками выполняют смещение курсора в направлении, ука­занном стрелкой. Действие прочих клавиш описано ниже.

PAGE UP/PAGE DOWN — перевод курсора на одну страницу вверх или вниз. Поня­тие «страница» обычно относится к фрагменту документа, видимому на экране. В графических операционных системах (например Windows) этими клавишами выполняют «прокрутку» содержимого в текущем окне. Действие этих клавиш во многих программах может быть модифицировано с помощью служебных регистровых клавиш, в первую очередь SHIFT и CTRL Конкретный результат модифика­ции зависит от конкретной программы и/или операционной системы.

Клавиши НОМЕ и END переводят курсор в начало или конец текущей строки, соот­ветственно. Их действие также модифицируется регистровыми клавишами.

Традиционное назначение клавиши INSERT состоит в переключении режима ввода данных (переключение между режимами вставки и замены). Если текстовый курсор находится внутри существующего текста, то в режиме вставки происходит ввод новых знаков без замены существующих символов (текст как бы раздвигается). В режиме замены новые знаки заменяют текст, имевшийся ранее в позиции ввода. В современных программах действие клавиши INSERT может быть иным. Конк-' ретную информацию следует получить в справочной системе программы. Возможно, что действие этой клавиши является настраиваемым, — это также зависит от свойств конкретной программы.

Клавиша DELETE предназначена для удаления знаков, находящихся справа от текущего положения курсора. При этом положение позиции ввода остается неизменным.

Сравните действие клавиши DELETE с действием служебной клавиши BACKSPACE. Последняя служит для удаления знаков, но при ее использовании позиция ввода смещается влево, и, соответственно, удаляются символы, находящиеся не справа, а слева от курсора.

Группа клавиш дополнительной панели дублирует действие цифровых и некоторых знаковых клавиш основной панели. Во многих случаях для использования этой группы клавиш следует предварительно включать клавишу-переключатель NUM LOCK (о состоянии переключателей NUM LOCK, CAPS LOCK и SCROLL LOCK можно судить по светодиодным индикаторам, обычно расположенным в правом верхнем углу клавиатуры).

Появление дополнительной панели клавиатуры относится к началу 80-х годов. В то время клавиатуры были относительно дорогостоящими устройствами. Первоначальное назначение дополнительной панели состояло в снижении износа основной панели при проведении расчетно-кассовых вычислений. В наши дни клавиатуры относят к малоценным быстроизнашивающимся устройствам и приспособлениям, и существенной необходимости оберегать их от износа нет. Тем не менее, за дополнительной клавиатурой сохраняется важная функция ввода символов, для которых известен расширенный код ASCII, но неизвестно закрепление за клавишей клавиатуры. Так, например, известно, что символ «§» (параграф) имеет код 0167, а символ «°».(угловой градус) имеет код 0176, но соответствующих им клавиш на клавиатуре нет. В таких случаях для их ввода используют дополнительную панель.

Порядок ввода символов по известному ALT-коду.

1. Нажать и удержать клавишу ALT.

2. Убедиться в том, что включен переключатель NUM LOCK.

3. Не отпуская клавиши ALT, набрать последовательно на дополнительной панели ALT-код вводимого символа, например: 0167.

4. Отпустить клавишу ALT. Символ, имеющий код 0167, появится на экране в позиции ввода.

Настройка клавиатуры. Клавиатуры персональных компьютеров обладают свой ством повтора знаков, которое используется для автоматизации процесса ввода. Оно состоит в том, что при длительном удержании клавиши начинается автоматический ввод связанного с ней кода. При этом настраиваемыми параметрами являются:

• интервал времени после нажатия, по истечении которого начнется автоматический повтор кода;

• темп повтора (количество знаков в секунду).

Средства настройки клавиатуры относятся к системным и обычно входят в состав операционной системы. Кроме параметров режима повтора настройке подлежат также используемые раскладки и органы управления, используемые для переключёния раскладок. Со средствами настройки клавиатуры мы познакомимся при изучении функций операционной системы.

Манипулятор мышь

Мышь — устройство управления манипуляторного типа. Представляет собой плос­кую коробочку с двумя-тремя кнопками и, возможно, дополнительными органами управления. Перемещение мыши по плоской поверхности синхронизировано с перемещением графического объекта (указателя мыши) на экране монитора. Принцип действия. В отличие от рассмотренной ранее клавиатуры, мышь не явля­ется стандартным органом управления, и базовые средства ввода и вывода (BIOS) компьютера, размещенные в постоянном запоминающем устройстве (ПЗУ), не содержат программных средств для обработки прерываний мыши. В связи с этим в первый момент после включения компьютера мышь не работает. Она нуждается в поддержке специальной системной программы – драйвера мыши. Драйвер устанавливается либо при первом подключении мыши, либо его обеспечивает операционная система компьютера, например такая, как Windows XP. Драйвер мыши предназначен для интерпретации сигналов, поступающих от нее. Кроме того, он обеспечивает механизм передачи информации о положении и состоянии мыши операционной системе и работающим программам.

Рис. 2.5. Современный беспроводной манипулятор мышь

Компьютером управляют перемещением мыши по плоскости и кратковременными нажатиями правой и левой кнопок. Эти нажатия называются щелчками. В отличие от клавиатуры мышь не может напрямую использоваться для ввода знаковой информации – ее принцип управления является событийным. Перемещения мыши и щелчки ее кнопок являются событиями с точки зрения ее программы-драйвера. Анализируя эти события, драйвер устанавливает, когда произошло событие и в каком месте экрана в этот момент находился указатель. Эти данные передаются в прикладную программу, с которой работает пользователь в данный момент. По ним программа может определить команду, которую имел в виду пользователь, и приступить к ее исполнению.

Комбинация монитора и мыши обеспечивает наиболее современный тип интерфейса пользователя, который называется графическим. Пользователь наблюдает на экране графические объекты и элементы управления. С помощью мыши он изменяет свойства объектов и приводит в действие элементы управления компьютерной системой, а с помощью монитора получает от нее отклик в наглядном виде. Стандартная мышь имеет только две кнопки, хотя существуют нестандартные мыши с тремя кнопками или с двумя кнопками и одним вращающимся регулятором. Функции нестандартных органов управления определяются тем программным обеспечением, которое поставляется вместе с устройством.

К числу регулируемых параметров мыши относятся: чувствительность (выражает величину перемещения указателя на экране при заданном линейном перемещении мыши), функции левой и правой кнопок, а также чувствительность к двойному нажатию (максимальный интервал времени, при котором два щелчка кнопкой мыши расцениваются как один двойной щелчок). Программные средства, предназначенные для этих регулировок, входят в системный комплект программного обеспечения — мы рассмотрим их при изучении операционной системы.

Кратко охарактеризуем другие устройства, которые могут подключаться к компьютеру.

Принтер (печатающее устройство) предназначен для вывода информации на бумагу (рис. 2.13).

Среди имеющихся на рынке принтеров наиболее широко применяются три основных вида: матричные, струйные и лазерные.

Матричные (растровые) принтеры (с игольчатой печатающей головкой) формируют символы из точек, которые наносятся на бумагу с помощью тонких иголок через красящую ленту при движении печатающей головки вдоль строки. Различают 9- и 24-игольчатые принтеры. Последние обеспечивают более качественную, но медленную печать. Матричные принтеры работают очень шумно, имеют невысокое разрешение – около 360 dpi (dots per inch — точек на дюйм), однако благодаря умеренной цене, способности работать с любой бумагой и одновременно печатать несколько копий вполне пригодны для использования. Стандартом матричных принтеров являются принтеры серий Epson-FX/LQ.

Рис. 2.10.  Лазерный принтер

В струйных принтерах печать производится маленькими капельками чернил, выбрасываемых на бумагу через небольшие отверстия – сопла — в печатающей головке. Применение чернил различного цвета позволяет формировать цветное изображение. Струйные принтеры работают быстрее и менее шумно, чем матричные. Качество печати достигает 300-720 dpi и сопоставимо с качеством лазерных принтеров, хотя по цене струйные принтеры в 2-3 раза дешевле лазерных. Недостаток струйных принтеров – ограниченность ресурса печатающей головки, что приводит к более высокой стоимости напечатанного листа. Кроме того, они требуют тщательного ухода и обслуживания. Среди струйных преобладают принтеры фирм Hewlett-Packard, Epson и Canon.

Лазерные принтеры обеспечивают наивысшее качество печати. Они работают по тому же принципу,, что и копировальные машины. Изображение переносится на бумагу со специального вращающегося барабана, который электризуется с помощью лазера. Мельчайшие красящие частички электрически притягиваются к поверхности барабана и формируют изображение. Альтернативой этому механизму печати являются так называемые светодиодные, или LED-прин-теры (Light Emitting Diode). Лазерные принтеры дорогие, но обеспе­чивают максимальную разрешающую способность — 600-1200 dpi и выше. Цветные лазерные принтеры очень дороги. В настоящее время стандартом лазерных принтеров является принтер LaserJet фирмы Hewlett Packard.

Модемы и факс-модемы

Модемы представляют собой устройства связи между компьютерами с помощью телефонных линий (рис. 2.14). Они позволяют обмениваться информацией, используя быструю электронную почту (e-mail, сокр. от electronic mail), получать доступ к глобальной сети компьютеров Internet, глобальным диалоговым сервисным службам (Prodigy, CompuServe, America Online, GEnie), всевозможным электронным доскам объявлений BBS (Bulletin Board System) и т. д. Работа модемов основана на превращении цифровых данных (битов) компьютера в звуки и наоборот. Термин "модем" произошел от словосочетания модулятор-демодулятор. Модулировать означает преобразовывать биты данных в звуковые сигналы для передачи их по телефонным линиям (подобно тому, как это происходит с голосом), а демодулировать — преобразовывать звуковые сигналы обратно в данные. По типу конструктивного исполнения модемы делятся на два основных класса: внешние (external) и внутренние (internal). Внутренние модемы имеют вид электронной платы, вставляемой в слот расширения компьютера, а внешние представляют собой автономное устройство, подсоединяемое к одному из последовательных портов компьютера.

К преимуществам внешних модемов относятся наличие индикатор­ной панели, позволяющей отследить текущее состояние модема; сравнительно простая настройка в процессе установки; в случае "зависания" внешнего модема достаточно выключить и снова включить питание (для внутреннего модема нужно перезагружать весь компьютер). Внутренние модемы, в свою очередь, стоят дешевле, не задействуют последовательный порт, компактны.

Большинство современных модемов являются факс-модемами: вы­полняют модемные функции, а также способны передавать и прини­мать факсимильные сообщения. Это позволяет обмениваться факсами непосредственно через компьютер, используя какую-либо коммуникационную или другую программу.

Некоторые факс-модемы поддерживают и дополнительные функции, среди которых возможность передачи голосовой информации (voice-модемы), объединения на одной плате модема и звуковой карты, а также специальные телефонные функции, например средства автоматического определения номера (АОН).

Некоторые факс-модемы позволяют во время сеанса связи переда­вать голос и данные одновременно. Многие модели могут записывать голосовые сообщения на жесткий диск в специальные "почтовые ящики" (голосовая почта), а также работать как автоответчик, распознавая тип входящего звонка (модем/голос/факс) и вызывая после этого соответствующую программу обработки сигнала.

Модемы различают по скорости передачи данных и возможностям поддержки широко известных протоколов передачи данных по телефонным линиям, а также протоколов коррекции ошибок и сжатия данных. Характерные скорости передачи данных современных модемов — 14400 bps, 28800 bps, 33600 bps (bps — bit per second—количество битов в секунду). К протоколам передачи данных относятся V.22, V.22bis, V.32, V.32bis, V.34, к протоколам сжатия данных — V.42bis и MNP5, к протоколам коррекции ошибок — V.42. Буква "V" в названии протокола означает, что он признан как отраслевой стандарт.

Наиболее популярны факс-модемы фирм Hayes, U.S. Robotics, Motorola, Zyxel, Rockwell.

Трекбол. По принципу действия и способу передачи данных трекболл (track ball) аналогичен "мыши". По внешнему виду он представляет собой перевернутую "мышь". Основные отличия этих устройств:

• неподвижен за счет тяжелого корпуса;

• не нуждается в площадке для движения, необходимой "мыши". Позиция курсора рассчитывается по вращению шарика.

Сканеры — это устройства оптического ввода в ПК текстовых данных и графических изображений с печатных документов (рис. 2.11).

Рис. 2.11. Планшетный сканер

Они бывают черно-белыми и цветными, ручными (проводятся над оригиналом документа) и настольными (обрабатывают лист бумаги целиком). Ручные сканеры используются для быстрого ввода черно-белых документов, настольные – для работ, связанных с оптическим распознаванием текста, и ввода графических изображений.

Плоттерами (или графопостроителями) называют устройства для вывода чертежей, графиков, диаграмм и другой информации на бумагу (рис. 2.12). Они отличаются форматом используемой бумаги и количеством перьев. Современные плоттеры снабжены 8 перьями и могут использоваться для черчения как на бумаге, так и на кальке или пленке. Различают плоттеры планшетные (в которых бумага неподвижна) и барабанные (работают с движущимся рулоном бумаги).

 

Рис. 2.12. Барабанный плоттер

 

 

Дигитайзеры

Дигитайзеры — устройства для точного ввода координат в компьютер (рис. 2.13).

Рис. 2.13. Дигитайзер

Практически являются той же "мышью", но с визирной сеткой для точного передвижения манипулятора по желаемой траектории. Используются для ввода чертежей в компьютер, в системах автоматического проектирования.

Стримеры

Стримеры – устройства для записи информации на магнитную ленту (рис. 2.14).

Рис. 2.14. Стриммер

Различаются емкостью и скоростью записи информации. Наилучшие модели имеют емкость 1 Гбайт и более, скорость записи  – до 300 Кбайт/с. Стримеры используются прежде всего для длительного хранения больших объемов данных. Не рекомендуется использовать их для других целей из-за невысокой скорости передачи информации.

Магнитооптические диски

МО-диски {Magneto-Optical—магнитооптический) — магнитные носители, защищенные прозрачной пленкой, чтение и запись на которые осуществляется с помощью лазера. Они могут иметь размер 5,25" и 3,5" и по внешнему виду почти не отличаются от обычных дискет (рис. 2.15).

Рис. 2.15. МО-диск

В то же время емкость их может достигать 128-256 Мбайт (3,5 ") или 650-1300 Мбайт (5,25"); средняя скорость передачи данных – 700 Мбайт/с. По времени доступа к диску (менее 70 мс) они составляют конкуренцию HDD. Надежность хранения информации на магнитооптических дисках гораздо выше, чем для дискет или стримеров. Единственным недостатком магнитооптических накопителей является их высокая цена.

Джойстики

В области компьютерных игр в качестве устройства ввода часто используют джойстик (рис. 2.16).

Рис. 2.16. Джойстик

 

Различают джойстики цифровые и аналоговые. Цифровой джойстик реагирует в основном лишь на положение управляющей ручки (вле­во, вправо, вверх, вниз) и статус кнопки "огонь". Аналоговый джойстик регистри­рует минимальные движения ручки управления, что обеспечивает более точное управ­ление игрой. Это очень важно при управле­нии движением различных объектов в зада­чах имитационного моделирования.

Приводы CD-ROM

CD (Compact Disk) — это компакт-диски (рис. 2.22), пришедшие из области аудиоаппаратуры, которые были модифицированы для применения в ПК и в настоящее время входят в стандартную комплектацию компьютера.

 

Рис. 2.17. Внутренний привод CD-ROM

На таких дисках поставляются библиотеки программ, справочные, обучающие, игровые программы. Устройства для считывания компакт-дисков (CD-ROM – Compact Disk Read Only Memory) совместимы со звуковыми лазерными дисками и позволяют проигрывать их на компьютере. Они имеют скорость передачи информации, в несколько раз превышающую скорость считывания звуковых дисков (отсюда их названия — CD-ROM четверной, восьмерной и т. д. скорости). Компакт-диски хранят огромные объемы информации (до 700 Мбайт), при правильной эксплуатации практически не изнашиваются. Однако имеют и недостаток, относящийся к методам обработки информации: CD-ROM является накопителем, предназначенным только для считывания данных: нельзя записать информацию на диск или удалить ее с диска.

Приводы CD-R и CD-RW

Устройства, с помощью которых можно самостоятельно изготовлять компакт-диски, называются CD-R (Compact Disk Recorder). Они работают только с дисками однократной записи. Современные приводы позволяют считывать CD, записанные в несколько приемов (так называемые многосессионные), что позволяет дозаписывать информацию на компакт-диски.

В отличие от CD-R устройства CD-RW (Compact Disk Rewritable) позволяют осуществлять многократную перезапись CD. При этом различают несколько технических стандартов, среди которых выделяют два основных:

• CD-RW-технология: каждый компакт-диск может вмести-650 Мбайт данных, которые могут перезаписываться до 1000 ps и имеет срок службы до 30 лет. Скорость передачи данных состав ляет 300-600 Кбайт/с. Устройства CD-RW считывают информа-,1 цию с CD-R, CD-ROM, DVD-CD. Цена носителя информаци (заготовки CD) — 20-30 дол., дисковода — 800-900 дол.;

• DVD-RAM-технология (DVD — Digital Versatile Disk): скорость передачи данных превышает 1300 Кбайт/с, объем — не менее 2,6 Гбайт. DVD-RAM состоит из нескольких слоев памяти и может многократно перезаписываться с обеих сторон, что позволяет записывать на одном DVD-RAM-CD информацию объемом 5,2 Гбайт. Существует возможность считывания информации с CD-ROM и DVD-ROM (компакт-дисков DVD, обеспечивающих только считывание информации). Цена носителя информации — 100-120 дол дисковода — 900-1000 дол.

Несущественный недостаток обоих стандартов состоит в том, что надежно считывать данные, записанные на таких устройствах, могут только новейшие приводы с чувствительными считывающими лазе рами и специальными головками (приводы стандарта Multiread).

Средства мультимедиа

Термин "мультимедиа" происходит от лат. media, что в перево^-означает "среда, или носитель информации". Под термином "муль| тимедиа" понимают возможность работы с информацией, пред! ставленной в различных видах, а не только в цифровом. Прежде всег имеется в виду возможность ПК воспроизводить звуковую инфо" мацию — музыку, речь и видеоинформацию — анимационные фильм видеоролики и т. д.

Звуковые платы

Звуковые платы (аудиоплаты) предназначены для воспроизведи ния звуковой информации в компьютере. Они предоставляют средства для записи, воспроизведения и редактирования звуковых речевых сообщений. Аудиоплаты позволяют качественно воспро­изводить звуковые фрагменты, входящие в игровые и обучающие программы.

Для возможности проигрывания аудиокомпакт-дисков на ПК внутренний дисковод компакт-дисков должен быть соединен со звуковой картой специальным аудиокабелем, по которому передается звуко­вой сигнал от дисковода компакт-дисков.

Установка звуковой карты в компьютер может оказаться непростой задачей. Однако большинство современных карт совместимы со стандартом Plug-and-Play, обеспечивающим автоматическое задание нужных параметров и распределение системных ресурсов.

Наиболее известными изготовителями звуковых карт являются фирмы Creative Labs (карты Sound Blaster 16, Sound Blaster 32 AWE), Guillemot (карты Maxi Korg Wave, Maxi Sound 32 Wave FX), Terratec (карты Miniwave-System, Soundsystem Maestro 32/96), Roland (карта SCD-15), Turtle Beach (карты Tropez Plus, Tahiti) и Yamaha (карта DB-50 XG).

Акустические системы

Акустические системы (колонки) предназначены для прослушивания звуковой информации, воспроизводимой звуковой картой. Они могут быть активными и пассивными. Активные колонки содержат встроенный усилитель, а пассивные подключаются непосредственно к усилителю на звуковой карте, что не позволяет получать качественный звук всех частот.

Колонки различаются по количеству динамиков, используемых для воспроизведения звука. В однополосных колонках каждая колонка имеет по одному динамику. Но один динамик не может качественно воспроизводить звуки всех частот. Более качественными являются двухполосные колонки, имеющие по два динамика каждая для воспроизведения как высоких, так и низких частот. Для качественного звуковоспроизведения низких частот используются также трехкомпонентные системы с дополнительным динамиком – сабвуфером (рис. 2.18).

Рис. 2.18. Акустическая система с сабвуфером

Наиболее известные фирмы-изготовители колонок — Aiwa, Aztech, Bose, Creative Labs, Funai, JBL, Primax, Sony, Typhoon, Wharfedale, Yamaha.

Видеокарты

Видеокарта (видеоадаптер) является одним из двух компонентов видеосистемы ПК (второй компонент — монитор) и представляет собой электронную плату, которая формирует видеосигнал, выводимый на монитор.

Для качественного просмотра видеоинформации, содержащейся в мультимедийных программных продуктах, разработчики видеокарт применяют специальные средства. В последнее время все большим спросом пользуются трехмерные игры. Это означает, что видеокарта в реальном режиме времени должна генерировать ЗD-изображения с высокими разрешением и частотой смены кадров для придания игре максимального реализма. Такие специальные видеокарты называются видеокартами с ЗD-акселератором. Аппаратная реализация декодирования MPEG (Motion Pictures Expert Group) позволяет использовать ПК для просмотра видео, записанного на CD-ROM в формате MPEG. Например, компакт-диск может содержать до 700 Мбайт ин-формации. Для видеопрограммы это всего лишь 5-6 минут на экране. Но если применить к видеоинформации MPEG-сжатие, то на том же CD можно разместить видеоданные, воспроизводимые в течение 75 минут.

Наиболее известными фирмами-изготовителями видеокарт являются Matrox (карты Millennium), Diamond Multimedia (карты Diamond I Stealth), ATI (карты ATI Mach 64), Number Nine (карты Vision 531 и 771). Большинство видеокарт комплектуется видеопроцессорами фирм S3 (Vision 868, Vision 968, Trio 64, Trio 64 V+), Tseng (ET600) и Weitekj (P9100+).

Література

1. Информатика для юристов и экономистов / Симонович С.В. и др. Спб.: Питер, 2002. – 688 с.: ил.
2. Вакал Е.С., Тригуб А.С. Основы Работы на персональном компьютере: курс лекций.– К.: МАУП, 2004.– 3-е изд., стереотип.– 128с.: ил.– Библиогр.: с. 125
3. Петренко Т.Г. Информатика. – Донецк: ПКФ «БАО», 1998 – 96 с.

 

Лекція № 2

Апаратне та програмне забезпечення ПК.

1. Подання інформації в комп'ютерах.
2. Огляд сучасних ЕОМ. Основне призначення, структура й програмне забезпечення ЕОМ.
3.  Поняття й функції процесора, пам'яті, пристроїв введення - виведення інформації.
4. Робота із зовнішніми пристроями ПЕОМ: клавіатурою, монітором, принтером маніпулятором миш, дисковими накопичувачами.

Подання інформації в комп'ютерах.

С практической точки зрения информация представляется в виде информационных сообщений, передаваемых от источника к приемнику по каналам связи. При этом важно оценить количество передаваемой или получаемой информации, другими словами, измерить ее.

В повседневной жизни информация оценивается по интересу, проявляемому к ней, и степени ее полезности. С этой точки зрения, чем интереснее сведения, тем больше информации они содержат. Не случайно самые содержательные телепередачи называют информационными программами. Однако у разных людей интересы весьма различны, поэтому в житейском смысле ценность информации зависит от человеческого восприятия, т. е. субъективного фактора, который оценивает информацию по уровню ее понимания и интереса к ней. Опираясь на такое понимание информации, нельзя точно определить ее количество.

Развитие средств обработки информации потребовало введения ее количественной меры, не зависящей от субъективного фактора. Она основывается на представлении информации в виде последовательности символов (знаков); считается, что каждый новый символ увеличивает количество информации. Это количество измеряют путем сравнения с некоторым эталоном подобно тому, как длина пути сравнивается с эталоном расстояния — метром.

Для создания такого эталона в информатике используют двухсим-вольный алфавит, состоящий из цифр 0 и 1. Тогда в качестве эталонной служит последовательность, состоящая из одного символа этого алфавита. Количество информации, содержащейся в эталонной последовательности, принимают за единицу, называемую 1 бит (от англ. binary digit — двоичный разряд). Таким образом, 1 бит — это единица двоичной информации, содержащаяся в сообщении типа 0 или 1.

Имея эталон, легко оценить количество информации, содержащееся в любом сообщении. Для этого сообщение записывают в том же двоичном алфавите, что и эталонная последовательность. Тогда количество информации в этом сообщении полагают равным количеству составляющих его двоичных символов, т. е. длине символьной последовательности.

Системы счисления

В современных ЭВМ обрабатывается информация, представленная в числовой форме. Все символы преобразуются в последовательности из нулей и единиц. Способ записи символов с помощью заданного набора специальных знаков (цифр) некоторого алфавита называется системой счисления. Количество используемых в системе знаков называется основанием системы счисления. Обычная система записи чисел представляет собой позиционную десятичную систему счисления, в которой числовое значение любой из десяти используемых цифр зависит от занимаемой ею позиции. Поскольку для представления чисел в ЭВМ используется набор из двух знаков (0, 1), все компьютеры работают в двоичной системе счисления (т. е. в системе с основанием 2). Поэтому каждый вводимый в машину символ, будь то буква, цифра, знак операции и т. п., кодируется последовательностью из символов двоичного алфавита, т. е. преобразуется в числовую форму. Выбор двоичной системы объясняется тем, что электронные элементы вычислительной машины могут находиться в двух устойчивых состояниях. По существу, это обычные выключатели, которые могут быть либо включены, либо выключены. Одно из состояний выключателя обозначают 1, другое — 0. Время переключения очень мало, порядка 10^-9 сек.

Все необходимые преобразования данных в компьютере выполняются по определенным правилам (алгоритмам) автоматически с помощью установленных программ.

Например, для записи числа в двоичной системе счисления необходимо представить его в виде суммы степеней двойки и выписать коэффициенты такого представления, которые будут цифрами двоичного числа. Правило перевода чисел из десятичной системы в двоичную можно сформулировать следующим образом: делим исходное число на 2 — основание двоичной системы счисления. Получаемые при этом остатки дают цифры числа — сначала последнюю, затем предпоследнюю и т. д. Последнее деление дает вторую (последний остаток) и первую цифры числа (последнее частное). Продемонстрируем этот алгоритм на примере. Необходимо представить в двоичной системе число 27₁₀. Последовательность действий будет следующей:

27:2= 13       (1 в остатке, последняя цифра числа – 1);

13:2=6 (1 в остатке, предпоследняя цифра числа – 1);

6:2=3 (0 в остатке, третья цифра с конца – 0);

3:2=1 (1 в остатке, вторая цифра числа – 1).

Последнее частное 1 дает первую цифру числа. Таким образом, разложение числа 27 по степеням двойки имеет вид

27₁₀=1×2⁴ + 1×2³+0×2²+1×2'+1×2⁰.

Следовательно, искомое представление числа 27₁₀ есть 11011₂.

Для записи двоичного числа в десятичной системе счисления следует представить его в виде суммы произведений цифр этого числа на соответствующие степени двойки и выполнить арифметические операции по правилам десятичной системы счисления. Результат и будет представлять собой искомое число. Используя это правило, например, для перевода числа 1101101₂, получаем

1101101₂=1×2⁶+1×2⁵+0×2⁴+1×2³+1×2²+0×2¹+1×2⁰ =

= 64+32+8+4+1 = 109₁₀.

Приведем выражения некоторых десятичных чисел в двоичной системе счисления в виде таблицы.

Система счисления
десятичная	двоичная	десятичная	двоичная
0	0	7	111
1	1	8	1000
2	10	9	1001
3	11	10	1010
4	100	. . .	. . .
5	101	254	11111110
6	110	255	11111111

В информатике помимо двоичной используют также восьмеричную и шестнадцатеричную системы счисления. Они удобны тем, что их основания, т. е. числа 8 и 16, представляют собой степени основания двоичной системы счисления 2. В восьмеричной системе числа записывают с помощью цифр 0, 1, ..., 7, в шестнадцатеричной — 0, 1, ..., 9, а для обозначения шести остальных чисел используют буквы латинского алфавита А, В, С, D, Е, F (в десятичной системе им соответствуют числа 10, 11, 12, 13, 14, 15).

Использовать такие системы очень удобно благодаря простоте перехода к восьмеричной и шестнадцатеричной записям чисел от двоичной и обратно.

Для представления двоичного числа в восьмеричной форме необходимо разбить его цифры на группы из трех цифр каждая справа налево и заменить каждую тройку цифр соответствующей восьмеричной цифрой. Например, число 1010110101111₂ =12657₈, так как

1 010 110 101 111

1 2 6 5      7

Обратный переход от восьмеричного представления к двоичному осуществляется заменой каждой восьмеричной цифры соответствующей тройкой двоичных.

Переход от двоичного представления к шестнадцатеричному и обратно аналогичен описанному для восьмеричной системы с той лишь разницей, что шестнадцатеричная цифра заменяется не тремя, а четырьмя двоичными. Например, В5₁₆ = 1011 0111₂.

Шестнадцатеричные представления чисел удобно использовать для обозначения адресов размещения данных в памяти.