Лекция 2. Архитектура  персонального компьютера

 

     1. Основные этапы развития вычислительной техники

2. Архитектура  персонального компьютера

3. Главные характеристики РС

 

§1. ОСНОВНЫЕ ЭТАПЫ РАЗВИТИЯ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ

История создания вычислительной техники уходит в глубь веков. В своем развитии она прошла три основных этапа: « механический (до 90-х гг. XIX в.);

•  электромеханический (до 40-х гг. XX в.);

•  электронный (с 40-х гг. XX в.).

Рассмотрим основные моменты каждого этапа.

Более трех тысяч лет в Средиземноморье было распро­странено простое приспособление для счета (абак): доска, разделенная на полосы, где перемещались камешки или кости. Российский вариант абака представлял собой сче­ты с костяшками. В Древнем Риме абак назывался calculi. Абак позволял лишь запоминать результат, а все арифме­тические действия должен был выполнять человек.

Первая механическая машина, выполняющая арифме­тические операции, была построена немецким ученым Вильгельмом Шиккардом в 1623 г.

Одной из наиболее известных суммирующих машин до середины XVII в. была «Паскалина», созданная в 1642 г. Французом Блезом Паскалем (1623-1662). Известны шес­ти- и восьмиразрядные машины Паскаля, которые могли суммировать и вычитать десятичные числа.

Позже, в 1673 г., другой немецкий ученый-математик Вильгельм Лейбниц (1646-1716) расширил возможности машины Паскаля, добавив операции умножения, деления и извлечения квадратного корня и впервые использовав двоичную систему счисления.

Завершающий шаг в эволюции цифровых вычисли­тельных устройств (механического типа) сделал английский ученый Чарльз Беббидж(1791-1871).Аналитическая , машина (так назвал ее Беббидж), проект которой он разра­ботал в 1834 г., явилась механическим прототипом по­явившихся спустя столетие электронных вычислительных машин (ЭВМ). В ней предполагалось иметь те же, что и в ЭВМ, пять основных устройств: арифметическое, памяти, управления, ввода, вывода. Программа выполнения вы­числений записывалась на перфокартах (пробивками), на них же записывались исходные данные и результаты вы­числений. Автоматическое выполнение программы вычис­лений обеспечивалось устройством управления. Время сло­жения двух 50-разрядных десятичных чисел составляло, по расчетам ученого, 1 секунду, умножения — 1 минуту. Однако Беббидж и его аналитическая машина остались не понятыми современниками.

Следует отметить, что в это время параллельно с разви­тием технических устройств для вычислений начинает развиваться и программирование вычислений. Дочь Бай­рона Ада Августа Лавлейс (1815-1852) по праву считается первым программистом. Она разрабатывала программы для машины Беббиджа, которые во многом оказались схо­жими с программами, составленными впоследствии для первых ЭВМ.

В истории развития вычислительной техники трудно переоценить заслугу выдающегося англичанина Джорджа Буля (1815-1864), разработавшего еще в XIX в, алгебру логики (алгебру Буля), ставшую через сто лет математиче­ской основой для проектирования схем ЭВМ, использую­щих двоичную систему счисления.

Венцом механических вычислительных машин была машина Z1, разработанная в 1937 г. немецким студентом Конрадом Цузе (1910-1995), работу над которой он начал за год до получения диплома инженера. Машина Z1 была, подобно машине Беббиджа, чисто механической, но в ней была реализована двоичная система и логика, подобная булевой, представление чисел с плавающей запятой и трехадресная система программирования.

На этом заканчивается интересная эпоха механических вычислительных машин, которая заложила основы бур­ного развития электромеханических и электронных вы­числительных машин.

В 1941 г. Конрад Цузе создал первую в мире релейную вычислительную машину с программным управлением Z3, содержащую 2000 реле устройства памяти и 600 реле счет­ного устройства. Машина считывала программу механи­чески шаг за шагом и осуществляла 15-20 вычислитель­ных операций в секунду. Период сложения у Z3 составлял 0,3 секунды.

В 40-х гг. XX в. наступило время, когда объем расчет­ных работ в развитых странах стал нарастать, как снеж­ный ком, в первую очередь в области военной техники, чему способствовала Вторая мировая война. Это послу­жило мощным толчком к развитию ЭВМ. В 1942 г. сотруд­ник технической школы при Пенсильванском универси­тете (США) физик Джон Мочли (1907-1986) отправил в военное ведомство США предложение о создании мощно­го, по тем временам, компьютера на электронных лам­пах (ЭНИАК). К работе было привлечено около 200 че­ловек, в том числе несколько десятков математиков и ин­женеров. Руководителями работы стали Джон Мочли и талантливый инженер-электронщик Проспер Эккерт (1919-1995). Напряженная работа завершилась в конце 1945 г. успешными испытаниями ЭНИАК. Впечатляю­щими были размеры ЭНИАК: 26 м в длину, 6 м в высоту, вес 35 тонн.

В 1945 г. для разработки ЭВМ в качестве консультанта был направлен выдающийся математик Джон фон Нейман (1903-1957).

В 1946 г. фон Нейманом и другими учеными Принстонского института перспективных исследований был пред­ставлен отчет «Предварительное обсуждение логического конструирования устройства», который содержал раз­вернутое и детальное описание принципов построения циф­ровых электронных вычислительных машин (ЭВМ). Из­ложенные в отчете принципы были реализованы во всех последующих ЭВМ и носили название «неймановские».

Работы по созданию ЭВМ после Второй мировой войны велись и в СССР. В 1948 г. Сергеем Алексеевичем Лебеде­вым (1902-1974) был предложен первый проект отечест­венной цифровой ЭВМ, а первые образцы ЭВМ, известные под названием МЭСМ (малая электронная счетная маши­на), появились через несколько лет. В начале 1960-х годов под руководством С. А. Лебедева создается первая большая электронная счетная машина БЭСМ-1, которая тогда была самой производительной машиной в Европе и одной из луч­ших мире.

Начиная со второй половины XX в. развитие техниче­ских средств пошло значительно быстрее. Это время при­нято делить на четыре этапа, которые имеют свои харак­терные особенности.

Первый этап — до 1955 г. За точку отсчета эры ЭВМ принимается 1946 г., когда началась эксплуатация первых опытных образцов ЭВМ. Ключевым моментом этого этапа было применение электронных ламп. Ламповые ЭВМ име­ли большие габариты и массу, потребляли много энергии и были очень дорогостоящими, что резко сужало круг поль­зователей ЭВМ, а следовательно, объем производства этих машин. Числа в ЭВМ вводились с помощью перфокарт и набора переключателей, а программа задавалась соедине­нием гнезд на специальных наборных платах.

Наиболее яркими представителями ЭВМ первого эта­па были в СССР МЭСМ (малая электронно-счетная маши­на) и ЭНИАК в США.

Также в этот период в США разрабатывается и патен­туется память на магнитных сердечниках (1951), а в СССР выпускается первая серийная ЭВМ «Стрела».

Второй этап — до 1965 г. Развитие электроники при­вело к изобретению нового полупроводникового устройст­ва— транзистора, который заменил лампы. Появление ЭВМ, построенных на транзисторах, привело к уменьше­нию их габаритов, массы, энергозатрат и стоимости, а так­же к увеличению их надежности и производительности.

Первым транзисторным компьютером стал компьютер «Традис» фирмы «Белл телефон лабораторис», построен­ный на 800 транзисторах.

В этот же период стали создавать алгоритмические язы­ки для инженерно-технических и экономических задач. Так, в 1955 г. появился «переводчик формул» FORTRAN /TRANslator). Для экономии машинных ресур­сов (машинного времени и памяти) стали создавать опера­ционные системы (комплексы служебных программ, обес­печивающих лучшее распределение ресурсов ЭВМ при вы­полнении пользовательских задач). Первые операционные системы просто автоматизировали работу оператора ЭВМ, связанную с выполнением задания пользователя: ввод в ЭВМ программы, вызов нужного транслятора, вызов необ­ходимых библиотечных программ и т. д.В 1957 г. фирмой IBM были разработаны дисковые за­поминающие устройства. Первый жесткий диск имел раз­мер 24 дюйма, вмещал 5 Мбайт данных и стоил более мил­лиона долларов.

Начало третьего этапа (до 1979 г.) связано с создани­ем технологии производства интегральных схем (ИС), где в одном кристалле размещалось несколько десятков ты­сяч электронных элементов. ИС позволили увеличить бы­стродействие и надежность полупроводниковых схем, а также уменьшить их габариты, потребляемую мощность и, следовательно, стоимость.

В этот период появляются простые, дешевые и надеж­ные машины -  мини ЭВМ (IBM 360 в США и ЕС 1030 в СССР).

Четвертый этап — с 1980 г. по настоящее время. За счет улучшения технологии ИС повсеместно приступают к изготовлению схем сверхбольшой степени интеграции — СБИС.

С 1982 г. фирма IBM приступила к изготовлению про­фессиональных персональных компьютеров IBM PC с опе­рационной системой MS-DOS.

В 1984 г. компании Apple и IBM выпускают ЭВМ чет­вертого поколения - персональные компьютеры Macin­tosh и PC/AT соответственно.

Развитие ЭВМ четвертого поколения продолжается до сегодняшнего дня. Стремительно возрастающие объемы информации предопределяют такое же стремительное развитие аппаратных средств. Сейчас персональный ком­пьютер с процессором Intel четвертого поколения имеет тактовую частоту до 3000 МГц. До середины 1990-х годов фирма Intel не имела конкурентов на рынке процессоров, пока другая американская фирма AMD не приступила к выпуску процессоров для IBM-совместимых компьютеров. В следующих разделах будут рассмотрены аппаратные и программные средства современных персональных компь­ютеров (ПК) — ЭВМ четвертого поколения.

Персональные компьютеры выпускаются в следующих конструктивных исполнениях: стационарные (настольные) и переносные. Наиболее распространенными являются настольные ПК, которые позволяют легко изменять конфигурацию.

Рассмотрим IBM – совместимый настольный персональный компьютер.

 

§2. Архитектура  персонального компьютера

 

 Состав ПК принято называть конфигурацией. Поскольку современные компьютеры имеют блочно - модульную конструкцию, то необходимую аппаратную конфигурацию, можно реализовать из готовых узлов и блоков (модулей), изготовляемых различными производителями.

Совместимость устройств является основополагающим принципом открытой архитектуры, которую предложила компания IBM. Это послужило толчком к массовому производству, как отдельных узлов, так  и компьютеров.

 

Персональный компьютер — универсальная техническая система. Его конфигурацию можно гибко изменять по мере необ­ходимости. Тем не менее существует понятие базовой конфигу­рации, которую считают типовой (в таком комплекте компьютер обычно поставляется). В ней рассматривают четыре устройства: системный блок; монитор: клавиатура; мышь.

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

Системный блок содержит самые главные части компьютера: В состав системного блока входят следующие Устройства:

•  системная (материнская) плата с микропроцессором;

•  оперативная память;

•  накопитель на жестком магнитном диске;

•  контроллеры или адаптеры для подключения и управ-ления внешними устройствами ПК (монитором, звуко­выми колонками и др.);

•  порты для подключения внешних устройств (принтер,

мышьи др.);

•  внешние запоминающие устройства (ВЗУ) для гибких магнитных дисков и лазерных дисков типа CD-ROM и DVD-ROM, флеш-карт.

Системная плата является интегрирующим (объеди­няющим) узлом ПК. Системная плата во многом опреде­ляет конфигурацию ПК, поскольку от ее параметров за­висит тип используемого микропроцессора, максималь­ный объем оперативной памяти, количество и способы подключения внешних устройств ПК и другие характе­ристики.

Микропроцессор (или процессор) — это главная мик­росхема компьютера. Он запускает программный код, на­ходящийся в памяти, и управляет всеми устройствами ком­пьютера либо напрямую, либо через соответствующие кон­троллеры.

Основой любого микропроцессора является ядро, ко­торое состоит из миллионов транзисторов, расположен­ных на кристалле кремния. Микропроцессор имеет спе­циальные ячейки, которые называются регистрами об­щего назначения (РОН). Работа процессора состоит в выборе из памяти в определенной последовательности команд и данных и их выполнении. Для повышения бы­стродействия ПК микропроцессор снабжен внутренней кэш-памятью.

Процессоры Intel, используемые в IBM-совместимых ПК, насчитывают более тысячи команд и относятся к про­цессорам с расширенной системой команд - CISC-процес­сорам (CISC — Complex Instruction Set Computing).

Обмен данными и командами между внутренними уст­ройствами ПК происходит по проводникам многожильно­го кабеля - системной шине. Основной задачей систем­ной шины является передача данных между процессором и остальными электронными узлами компьютера. Разли­чают три вида шин:

•  шина данных;

•  шина адреса;

•  шина команд.

Шина данных. По этой шине происходит передача данных из оперативной памяти в РОН процессора и на­оборот. В ПК на базе процессоров Intel Pentium шина дан­ных 64-разрядная, т. е. за один такт на обработку посту­пает сразу 8 байт данных.

Шина адреса. По этой шине передаются адреса ячеек оперативной памяти, где находятся команды, которые не­обходимо выполнить процессору. Кроме этого, по этой шине передаются данные, с которыми оперируют коман­ды. В современных процессорах адресная шина 32-разряд­ная, то есть она состоит из 32 параллельных проводников.

Шина команд. По этой шине из оперативной памяти поступают команды, выполняемые процессором. Коман­ды представлены в виде байтов. Простые команды занима­ют один байт, а более сложные — два, три и больше бай­тов. Большинство современных процессоров имеют 32-раз­рядную командную шину, хотя существуют 64-разрядные процессоры с 64-разрядной командной шиной.

Рассмотрим основные шинные интерфейсы системных плат, но более подробно остановимся на шине USB.

USB (Universal Serial Bus). Универсальная последова­тельная шина USB является обязательным элементом со­временного ПК, она пришла на смену устаревшим парал­лельным и последовательным портам. Шина USB пред­ставляет собой последовательный интерфейс передачи Данных для средне- и низкоскоростных периферийных Устройств. Она позволяет подключить до 256 разных уст­ройств с последовательным интерфейсом. Шина USB под­держивает автоопределение (Plug and play) новых уст­ройств, а также так называемое «горячее» подключение, то есть подключение к работающему компьютеру без его перезагрузки. Скорость передачи данных по USB состав­ляет 1,5 Мбит/с. Приведем без пояснения другие типы ^ин: ISA (Industry Standard Architecture), PCI (Periph­eral Component Interconnect), FSB (Front Side Bus), AGP (Advanced Graphic Port).

Все виды запоминающих устройств, расположенные на системной плате, образуют внутреннюю память ПК, к которой относятся:

• оперативная память;

• сверхоперативная память (кэш-память);

• постоянная память.

Оперативная память RAM (Random Access Memory) ис­пользуется для хранения исполняемых в данный момент про­грамм и необходимых для этого данных. Через оперативную память происходит обмен командами и данными между мик­ропроцессором, внешней памятью и периферийными устрой­ствами. Высокое быстродействие определяет название (опе­ративная) данного вида памяти. Ключевой особенностью опе­ративной памяти является ее энергозависимость, т.е. данные хранятся в ней только при включенном компьютере.

По физическому принципу действия различают дина­мическую память DRAM и статическую память SRAM.

Динамическая память при всей простоте и низкой стоимости обладает существенным недостатком, заклю­чающимся в необходимости периодической регенерации (обновлении) содержимого памяти.

Микросхемы динамической памяти используются как основное оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), а микросхемы статической — для кэш-памяти.

Кэш-память (Cache memory) используется для повы­шения быстродействия ПК. Принцип «кэширования» за­ключается в использовании быстродействующей памяти для хранения наиболее часто используемых данных или команд, при этом сокращается количество обращений к более медленной оперативной памяти.

Постоянная память ROM (Read Only Memory) пред­назначена для хранения неизменяемой информации и раз­мещается в микросхеме постоянного запоминающего уст­ройства (ПЗУ). Микросхема ПЗУ способна продолжитель­ное время сохранять информацию даже при отключенном компьютере, поэтому постоянную память также называ­ют энергонезависимой памятью.

Комплект программ, находящийся в ПЗУ, составляет базовую систему ввода/вывода BIOS (Basic Input/Output). bios содержит программы управления клавиатурой, видеокартой, дисками, портами и другими устройствами. Основное назначение этих программ состоит в том, чтобы проверить состав и работоспособность системы и обеспечить взаимодействие основных узлов ПК до загруз­ки какой-либо операционной системы. Кроме этого, в BIOS входит программа тестирования, которая выполняется при включении компьютера.

 УСТРОЙСТВА ХРАНЕНИЯ ДАННЫХ.

Память является составной частью аппаратных средств ПК. В памяти хранятся как программы, так и данные. Па­мять персонального компьютера подразделяется на внут­реннюю и внешнюю.

Внутренняя память предназначена для временного хранения программ и обрабатываемых в текущий момент данных (оперативная память, кэш-память), а также для долговременного хранения информации о конфигурации ПК (энергонезависимая память). Внешняя память исполь­зуется для длительного хранения большого объема данных и программ.

Физической основой внутренней памяти, как было по­казано ранее, являются электронные схемы (ПЗУ, ОЗУ), отличающиеся высоким быстродействием, но не позволяю­щие хранить большие объемы данных. Кроме этого, опе­ративная память является энергозависимой, т. е. при от­ключении ПК ее содержимое стирается. В персональных компьютерах функция длительного хранения больших объемов данных возложена на внешнюю память, которая является медленной, энергонезависимой и практически неограниченной.

Внешняя память — это память, реализованная в виде внешних относительно материнской платы устройств с Разными принципами хранения информации и типами носителей, предназначенных для долговременного хра­нения данных. В современных компьютерах используют­ся три вида носителей: электрические, магнитные, опти­ческие.

Накопитель представляет собой совокупность носите­ля данных и соответствующего привода. Различают нако­пители со сменными и постоянными носителями.

Привод — это объединение механизма чтения/записи с соответствующими электронными схемами управления. Его конструкция определяется принципом действия и ви­дом носителя.

Носитель — это физическая среда хранения информа­ции. По внешнему виду может быть дисковым или ленточ­ным. По способу запоминания различают магнитные, оп­тические и магнитооптические. В ленточных носителях используют магнитные, а в дисковых — магнитные, маг­нитооптические и оптические методы записи/считывания информации.

Накопитель на гибких магнитных дисках (FDD — Floppy Disk Drive) представляет собой устройство (дисковод) для чтения и записи гибких магнитных дисков (дискет). Информация записывается по дорожкам-окружностям (трекам). Каждая дорожка разби­вается на сектора размером в 256, 512 или 1024 байт, но чаще 512 байт, образующие кластеры.

Кластер — это минимальная единица размещения ин­формации на диске, состоящая из одного или нескольких секторов и равная обычно 512 байт. Каждому файлу выде­ляется участок памяти, кратный определенному количе­ству кластеров.

Накопитель на жестких магнитных дисках (винчестер, HDD — Hard Disk Drive) — устройство для чте­ния/записи с жестких магнитных дисков, установленных внутри накопителя. Накопители на жестких магнитных дисках получили такое наименование из-за жесткости дисковых пластин - носителей данных. В  HDD несколько пластин, нанизанных на стержень. Дисковые пластины вращаются с постоянной скоростью, которая составляет для современных до 10 000 оборотов в минуту. Чте­ние и запись данных осуществляются блоком магнитных головок, которые расположены над рабочей поверхностью диска на расстоянии 0,5-0,13 мкм. Запись проводится на обе поверхности каждой пластины (кроме крайних).

Работой их управляет специальное аппаратно-логическое устройство – контроллер.  В накопителе может быть до десяти дисков. Здесь информация также раз­мещается на дорожках, секторах и кластерах, которые об­разуются во время форматирования диска. Форматирова­ние выполняет пользователь с помощью специальных про­грамм. Отметим наиболее важные характеристики:

•  скорость (частота) обращения дисков

•  емкость кэш-памяти

 УСТРОЙСТВА ВВОДА/ВЫВОДА

Устройства ввода и вывода (ввода/вывода) являются обязательными элементами любой ЭВМ, поскольку имен­но они обеспечивают взаимодействие пользователя с вы­числительной системой.

С одной стороны, пользователь вводит команды или данные в компьютер через устройства ввода для их обработки, с другой стороны, вычислительная система выдает пользователю результаты своей работы посредством уст­ройств вывода.

Все устройства ввода/вывода ПК относятся к перифе­рийным устройствам, т. е. подключаемым к микропроцес­сору через системную шину и соответствующие контроллеры. С развитием вычислительной техники существенное развитие получили и устройства ввода/вывода. На сегодня существуют целые группы устройств (например устройства мультимедиа), которые обеспе­чивают эффективную и удобную работу пользователя.

К основным устройствам ввода относятся клавиатура, мышь, сканер, джойстик, трекбол, графический планшет.

Манипулятор «мышь» - наиболее распространенный манипулятор, позволяющий перемещать указатель (кур­сор мыши) по экрану дисплея и указывать им на опреде­ленные объекты на экране (т. е. вводить в компьютер ко­ординаты выбранной точки на экране). основы современной

Трекбол — устройство, по принципу работы аналогич­ное мыши, но в отличие от нее устанавливаемое стацно-нарно. Шарик трекбола, как правило, встраивается в кла> виатуру и приводится в движение ладонью руки. Трекбол обычно используют в портативных компьютерах — ноут-буках, поскольку он не нуждается в гладкой рабочей по­верхности.

Джойстик — манипулятор, выполняемый в виде ры­чажка (ручки) на массивном основании. Управляющие сигналы вырабатываются движениями ручки и нажатием кнопок (подобных кнопке мыши), расположенных на ней. Джойстики чаще всего используют для управления объек­тами в компьютерных играх.

Графический планшет (дигитайзер — от англ. оцифровыватель»)— планшет, покрытый сеткой пьезоэлементов — элементов, вырабатывающих электри­ческий ток при механическом воздействии. Дигитайзеры, как правило, используются для ввода карт или планов в ЭВМ. Для этого на графическом планшете размещается лист с изображением, и надавливанием по контуру изо­бражения в компьютер вводятся координаты точек.

Устройства ввода мультимедиа не нашли широкого применения из-за низкой производительности ПК, поэто­му среди них остановимся только на сканере.

Сканер — это устройство оптического ввода, предна­значенное для ввода в ПК черно-белых или цветных изо­бражений, а также для считывания текста с бумажного носителя для последующей обработки.

К основным устройствам вывода относятся монитор и принтер.

Монитор (дисплей) — так же, как и клавиатура, яв­ляется обязательным элементом ПК, предназначенным для вывода на экран текстовой и графической информации. Соответственно монитор может работать в двух режимах: текстовом и графическом. В текстовом режиме экран раз­бивается на знакоместа, на каждое из которых выводит­ся один из 256 символов таблицы стандарта ASCII. В гра­фическом режиме на экран выводятся изображения по пикселям.

Электронно-лучевая трубка представляет собой элек­тронно-вакуумное устройство в виде стеклянной колбы, в горловине которой находится электронная трубка. Изобра­жение на экране монитора формируется из множества рас­положенных рядами светящихся точек-пикселей. Точки высвечиваются в результате удара электронного луча о внут­реннюю поверхность экрана, на которую нанесен фосфорес­цирующий состав — люминофор (в цветных мониторах люминофорные триады с красным, зеленым и синим излуче­нием, из комбинации которых формируется требуемый цвет). Электронный луч, управляемый системой отклоне­ния, обегает экран строку за строкой слева направо, сверху вниз, причем делает это десятки раз в секунду, благодаря чему изображение устойчиво для человеческого глаза.

В основе LCD-мониторов лежит технология формиро­вания изображения с помощью жидких кристаллов. Жид­кие кристаллы представляют собой молекулы, которые могут перетекать как жидкость. Эти молекулы пропуска­ют свет, но под действием электрического заряда изменя­ют ориентацию.

Монитор на жидких кристаллах отличается безблико­вым плоским экраном и более низкой мощностью потреб­ляемой энергии по сравнению с CRT-монитором.

Выводом изображения на экран монитора управляет специальное устройство — видеоадаптер (видеокарта). Видеоадаптер представляет собой плату расширения, ко­торую вставляют в определенный слот материнской пла­ты (в современных ПК это слот AGP или PCI). Видеоадап­тер полностью управляет выводом изображения на экран монитора. Для этого он оснащен видеопамятью и собст­венным процессором. Монитор как периферийное устрой­ство подключается к системной шине ПК через один из разъемов видеоадаптера.

Сформированное изображение до вывода на экран хра­нится в видеопамяти видеоадаптера. Требуемый объем ви­деопамяти зависит от заданной разрешающей способности и палитры цветов, поэтому для работы в режимах с высо­кой разрешающей способностью и полноцветной гаммой нужно как можно больше видеопамяти.

Разрешающая способность определяется количеством пикселей по горизонтали и вертикали, например 640x480, 800x600, 1024x768, 1600x1200 и т. д. Соотношение коли­чества пикселей по горизонтали и вертикали отражает со­отношение геометрических размеров экрана монитора, в данном случае 4:3. Палитра цветов — это множество цве­тов, которые способна отображать видеосистема, она оп­ределяется количеством битов двоичного слова, которое используется для кодировки одного оттенка цвета. В цвет­ных мониторах для кодировки цвета используется от 4 до 32 бит.

Требуемый минимальный объем видеопамяти опреде­ляется произведением количества пикселей по горизонта­ли на количество пикселей по вертикали (разрешающая способность) и на количество байтов двоичного слова, ко­торым кодируется палитра цветов. Объем видеопамяти для мониторов MDA, CGA, EGA, VGA, SVGA и PGA изменяет­ся от 128 Кб до 128 Мб.

Помимо разрешающей способности и палитры цветов к основным параметрам мониторов и видеоподсистемы в целом относятся размер монитора, частота кадровой раз­вертки, параметры безопасности.

Размер монитора. Экран монитора измеряется по диагонали в дюймах (1 дюйм = 2,54 см). Стандартные раз­меры: 14, 15, 17, 19 и 21, 24 дюйм. Наиболее распростране­ны мониторы с диагональю 15 и 17 дюймов. Для работы с графикой предпочтительны мониторы размером 19— 224 дюйм.

Частота кадровой развертки показывает частоту пол­ного обновления изображения на экране. Частота регене­рации измеряется в герцах (Гц). Чем больше частота, тем менее заметно мерцание экрана и соответственно меньше Усталость глаз. Минимально допустимой считается часто­та в 75 Гц, нормальной — 85 Гц, комфортной — 100 Гц и больше.

Параметры безопасности. По оценке специалистов, наиболее опасное воздействие на пользователя ПК ока­зывает электромагнитное излучение мониторов, которое можно снизить за счет использования различного рода

защитных фильтров: сеточных, пленочных, металлизированных и пр. Следует также помнить, что при работе щ ПК расстояние до экрана монитора должно быть не мень­ше 50 см.

Принтер — устройство вывода текста и графики на печать. По способу нанесения красителя на бумагу разли­чают следующие виды принтеров: матричные, струйные лазерные.

В матричном принтере изображение выводится на бумагу с помощью специальной движущейся головки, в которой содержится несколько (9, 24 или 48) иголок, на­носящих удары по листу бумаги через красящую ленту. Матричные принтеры с небольшим количеством иголок имеют разрешение на уровне 140-200 dpi (точек на дюйм), более качественные — 24-игольчатые — до 360 dpi. Игол­ки, расположенные в печатающем узле, управляются элек­тромагнитом. Во время продвижения печатающего узла по строке на бумаге появляются отпечатки символов, состоя­щие из точек. В памяти принтера хранятся коды отдель­ных символов. Эти коды определяют, какие иголки следу­ет активизировать для печати определенного символа.

Матричные принтеры, несмотря на все свои недостат­ки (низкую скорость печати, высокий уровень шума, низ­кое качество печати графики и текста и др.), находят при­менение в различных организациях (в банках, пунктах обмена валюты, паспортно-визовых службах и др.) для пе­чати финансовых и отчетных документов из-за высокой надежности печати от фальсификации. В матричных прин­терах краска «вбивается» иголками в бумагу, и поэтому подделать такой документ сложнее.

В струйных принтерах красящее вещество (чернила) из специальной емкости выдувается на бумагу с помощью системы капиллярных распылителей, число которых в среднем от 16 до 400, а в некоторых моделях цветных струй­ных принтеров и более 400. Струйные принтеры использу­ют два метода распыления чернил: пьезоэлектрический метод (фирма Epson) и метод газовых пузырьков (Hewlett Packard).

Основной недостаток струйных прин­теров заключается в высокой стоимости печати.

Лазерные принтеры являются самыми перспектив­ными принтерами, обеспечивающими высокое качество (черно-белой) печати при низкой стоимости. Элемента­ми лазерного принтера являются источник света (лазер), светочувствительный барабан (фотобарабан), красящий порошок (тонер) и блок термического закрепления тоне­ра. В лазерных принтерах реализован метод электрофо­тографической печати. Под воздействием света на соот­ветствующих участках фотобарабана скапливается элек­трический заряд. Источник света - лазер мощностью несколько десятков милливатт с длиной волны 700-800 нм, который точечно наэлектризовывает барабан со светочувствительным покрытием. Для того чтобы по­крыть всю область печати по ширине листа, луч отклоня­ется подвижной оптической системой, состоящей из линз и зеркал. Частицы тонера прилипают к заряженным уча­сткам барабана, после этого барабан контактирует с лис­том бумаги, электрический заряд которого противополо­жен заряду барабана. В результате частицы тонера пере­ходят на бумагу. В блоке термического закрепления тонер закрепляется на бумаге под воздействием температуры и давления.

При цветной печати изображение формируется смеши-ванием тонеров разного цвета за 4 прохода листа через пе­чатающий механизм. При каждом проходе на бумагу на­носится определенное количество тонера одного цвета. Цветной лазерный принтер является сложным электрон­ным устройством с 4 емкостями для тонера, оперативной памятью, процессором и жестким диском, что соответст­венно увеличивает его габариты и стоимость, именно по­этому цветная лазерная печать пока не находит широкого применения.

Преимущества монохромной лазерной печати по срав­нению со струйной заключаются в более высоком качестве печати текста, стойкости отпечатков к воздействию влаги и света, низкой стоимости печати, а также более высокой скорости печати.

Плоттер (графопостроитель) — устройство для выво­да чертежей на бумагу. Их используют в проектных ин­ститутах, конструкторских бюро и т. п. Устройство плот­теров аналогично устройству струйных принтеров, только они значительно больше по размерам. По конструкции плоттеры делятся на планшетные и рулонные. В планшет­ных плоттерах материал, на который идет вывод, фикси­руется, а печатающий узел перемещается в двух направле­ниях — по осям X и Y. В рулонных плоттерах бумага пере­мещается в вертикальном направлении, а печатающий узел — в горизонтальном направлении. Более высокое ка­чество вывода графической информации обеспечивают планшетные плоттеры.

Устройства связи предназначены для приема и пере­дачи (ввода и вывода) информации между двумя и более ПК. В зависимости от целого ряда параметров (типа ли­нии связи, вида подключения, удаленности ПК и др.) ис­пользуются различные устройства связи.

Модем (модулятор-демодулятор) — устройство, преоб­разующее информацию к виду, в котором ее можно пере­давать по телефонным линиям связи. Модемы выполняют цифроаналоговое преобразование цифровых сигналов ПК для их передачи по телефонной линии связи или аналого-в цифровое преобразование аналоговых сигналов из линий связи в цифровые сигналы для обработки в ПК. Моде мы передают данные по обычным телефонным каналам со скоростью до 56 000 бит в секунду. Также модемы осуще­ствляют сжатие данных перед отправлением, поэтому их максимальная скорость может превышать максимальную ско­рость модема.

Сетевой адаптер (сетевая плата) — электронное уст­ройство, выполненное в виде платы расширения (адаптер может быть интегрирован в системную плату) с разъемом для подключения к линии связи. Сетевой адаптер исполь­зуется для подключения ПК к локальной компьютерной сети.

 

§3.Главные характеристики РС

 

Главный параметр процессора –Рабочая тактовая частота - является основ­ной характеристикой быстродействия компьютера. Величина часто­ты примерно соответствует количеству арифметических операций, выполняемых в секунду. Частота процессоров измеряется в едини­цах частоты - герцах - и ее производных. Современные процессо­ры ПК имеют частоты 1 - 4 гигагерца (Гг).

 

Серия процессора также существенно влияет на мощность компьютера: при переходе на следующую серию увеличивается скорость обмена данными между процессором и оперативной па­мятью. Процессор ПК ИБМ вначале был серии 88, затем 286 - «Двойкой», 386 - «Тройкой» и 486 - «Четверкой». Потом пошла серия Пентиумов: просто Пентиум, Пентиум II («Двойка»), Пенти­ум III («Тройка»),  Пентиум IV («Четверка») и т.д..

 

Оперативная память. С процессором непосредственно, функционально (самый быстрый обмен) и конструктивно (нахо­дятся на одной плате), связана оперативная, или временная память (random access memory, RAM). Объем памяти современного ПК в 32 битной операционной системе может быть  до 4 Гбайт.

В оперативной памяти компьютер хранит данные и програм­мы, которые выполняет процессор. Программы обрабатывают данные. Однако информация, которую компьютер записывает во временную память, исчезает при его выключении. Объем оперативной памяти - следующая важная характеристика РС.