3.3. Назначение и взаимодействие основных устройств компьютеров.
Элементная база ПК совершенствуется столь быстрыми темпами, что при знакомстве с аппаратными средствами ПК нет смысла изучать устройство конкретных моделей ПК. Важно рассмотреть функционально-структурную организацию ПК, их архитектуру, а также функции и эксплуатационные характеристики основных устройств ПК.
Совокупность ВЗУ и устройств ввода-вывода информации образует периферийную часть ЭВМ. Так как существует достаточно много разнообразных периферийных устройств, каждый ПК может быть укомплектован по-разному и иметь в своем составе те или иные периферийные устройства. Поэтому принято говорить о конфигурации ЭВМ, понимая под этим термином конкретный состав ее устройств с учетом их характеристик.
Конфигурация представляет собой определенную совокупность аппаратных средств и соединений между ними в вычислительной системе.
Внутренняя конфигурация описывает состав устройств, входящих в состав системного блока, то есть находящихся внутри него.
Внешняя конфигурация описывает состав внешних устройств компьютера и способы их соединений. Стандартная конфигурация предполагает включение в состав ПК следующих блоков: системного блока, дисплея, клавиатуры и манипулятора мыши.
Любая ПЭВМ имеет модульную структуру. Все модули связаны между собой через системную магистраль (шину). Любая ПЭВМ имеет 3 основных блока: системный блок, клавиатуру, дисплей. Кроме того, к ней могут подключаться по желанию пользователя дополнительные внешние (периферийные) устройства: печатающее устройство, манипуляторы, плоттер, сканер и т.д.
Основным блоков любой ПЭВМ является системный. Он включает: центральный микропроцессор, модули постоянной и оперативной памяти, контроллеры и накопители на магнитных и оптических дисках, блок питания, таймер, звуковое устройство и другие.
Контроллер - это плата, управляющая работой конкретного типа (конкретных типов) внешних устройств и обеспечивающая их связь с системной (материнской) платой.
Передача информации из периферийных устройств в центральные называется операцией ввода, а передача информации из центральных устройств в периферийные - операцией вывода. Производительность и эффективность использования ПК определяются не только возможностями его процессора и характеристиками ОП, но в большей степени составом его периферийных устройств, их техническими данными, а также способом организации их совместной работы с центральной частью ПК. Связь между устройствами ПК осуществляется с помощью сопряжений, которые в вычислительной технике называются интерфейсами.
Интерфейс представляет собой совокупность стандартизованных аппаратных и программных средств, обеспечивающих обмен информацией между устройствами. В основе построения интерфейсов лежат унификация и стандартизация (использование единых способов кодирования данных, форматов данных, стандартизация соединительных элементов - разъемов и т.д.). Наличие стандартных интерфейсов позволяет унифицировать передачу информации между устройствами независимо от их особенностей.
В персональном компьютере, как правило, используется структура с одним общим интерфейсом, называемым также системной шиной. При такой структуре все устройства компьютера обмениваются информацией и управляющими сигналами через системную шину (рис. 3.2.). Физически она представляет собой систему функционально объединенных проводов, по которым передаются три потока данных: непосредственно информация, управляющие сигналы и адреса.
Количество проводов в системной шине, предназначенных для передачи непосредственно информации, называется разрядностью шины. Разрядность шины определяет число битов информации, которые могут передаваться по шине одновременно. Количество проводов для передачи адресов или адресных линий определяет, какой объем оперативной памяти может быть адресован.
Рис.3.2. Схема персонального компьютера
Где: ЦП – центральный процессор
ПО – оперативная память
ПП – постоянная память
К - контроллер
ПУ – периферийное устройство
Внешними (периферийными) называются устройства, обеспечивающие ввод, вывод и накопление информации в ПК и взаимодействующие с процессором и оперативной памятью через системную или локальную шину, а также через порты ввода-вывода.
В соответствии с этим определением к внешним относятся как устройства, находящиеся вне системного блока (клавиатура, мышь, монитор, принтер, внешний модем, сканер и т.д.), так и устройства, размещаемые внутри него (накопители на дисках, контроллеры устройств, внутренние факс-модемы и др.). Нередко внешние устройства называются периферийными.
Существует несколько принципов классификации устройств ввода-вывода. Наиболее распространенным является деление на:
Устройства ввода.
Устройства вывода.
Накопители информации.
Устройства передачи информации.
Прочие устройства.
Накопители информации были рассмотрены в пункте 3.4.
К устройствам ввода информации относятся: клавиатура, мышь и другие координатные манипуляторы, сканер, дигитайзер.
Клавиатура - основное стандартное устройство ввода информации в ПК. Внутри корпуса клавиатуры расположены датчики клавиш, схемы дешифрации и микроконтроллер клавиатуры. Каждая клавиша имеет свой порядковый номер. При нажатии на клавишу происходит передача процессору ее кода, который интерпретируется специальной программой - драйвером, принимающей вводимые с клавиатуры символы.
За счет возможности программной интерпретации вводимых с клавиатуры символов обеспечивается поддержка национальных языков, отличных от английского. Для этого в память компьютера должны быть загружены специальные программы.
Существуют клавиши, которые не посылают процессору никакого кода. К ним относятся клавиши [Shift], [Ctrl], [Alt], [Caps Lock], [NumLock] и некоторые другие. Их назначение состоит в переключении состояния специальных признаков статуса клавиатуры. Например, [Shift], [Ctrl], [Alt], как правило, используются совместно с алфавитно-цифровыми и функциональными клавишами для передачи процессору специального набора кодов, которые могут использоваться конкретной программой для собственных нужд.
Координатные манипуляторы. Под термином «координатные манипуляторы» понимаются устройства покоординатного ввода: мыши, трэкболы и пойнтеры, сенсорные экраны, световое перо.
Мышь подключается к ПК через последовательный порт. При перемещении мыши информация передается специальной программе - драйверу, которая изменяет местоположение курсора мыши на экране и может сообщать прикладной программе текущие значения его координат, которые та использует в своих целях.
Существуют оптико-механические, оптические, а также двух- и трехкнопочные устройства типа «мышь». В большинстве программ используются только левая и правая кнопки.
Помимо традиционных устройств данного типа, соединенных с ПК кабелем, используются и беспроводные мыши, связываемые с ПК посредством инфракрасного излучения, подобно дистанционным пультам управления радиоэлектронной аппаратурой.
Трэкбол - шар, встроенный в клавиатуру. Его отличием от мыши является то, что мышь необходимо перемещать по рабочей поверхности, а шар можно крутить, добиваясь перемещения графического курсора мыши в нужную точку.
Пойнтер, так же как и трэкбол, размещается на клавиатуре и является аналогом джойстика. Трэкболы и пойнтеры обычно используются в портативных компьютерах.
В карманных компьютерах в качестве устройства покоординатного ввода используется сенсорный экран. Для того чтобы указать на конкретный объект, достаточно коснуться экрана в нужном месте специальным пером.
Световое перо используется для ввода и редактирования графического изображения с экрана дисплея.
Сканер – устройство для ввода графической информации в компьютер. Выпускаются ручные, планшетные и рулонные сканеры.
Считанная информация записывается в графическом виде (числовая матрица с номерами цветов точек изображения). Для преобразования считанного текста в символьный вид используются специальные пакеты прикладных программ – пакеты преобразования символов. Эти программы основаны на сложных алгоритмах распознавания образов. В России наиболее распространенными являются программы FineReader CuneiForm.
Дигитайзер (аналогово-цифровой преобразователь) – устройство поточечного координатного ввода графических изображений. Дигитайзеры используются в системах автоматического проектирования, в компьютерной графике и анимации. Позволяют достаточно точно вводить сложные изображения – чертежи, карты и т.д.
Конструктивно дигитайзер представляет собой планшет, содержащий рабочую плоскость, на которую нанесена координатная сетка, панель управления и специальное световое перо, соединенное с планшетом. При вводе изображения пером отмечаются точки на рабочей плоскости дигитайзера, их координаты вводятся в компьютер и с помощью специального ПО отображаются на экране. Разрешающая способность дигитайзера от 100 до 400 dpi (точек на дюйм).
К устройствам вывода информации относятся: видеоконтроллеры и мониторы, печатающие устройства, плоттеры.
Отображение информации на экране монитора ПК обеспечивается видеоадаптерами (видеоконтроллерами).
Видеоконтроллер - плата расширения, обеспечивающая формирование изображения на экране монитора на основе информации, передаваемой от процессора.
Как правило, рекомендуется использовать видеоадаптеры с объемом памяти не менее 2 Мбайт. Для некоторых приложений мультимедиа, интенсивно использующих анимацию, требуется видеоадаптер с объемом памяти 32-64 Мбайт и более.
Мониторы. В настольных ПК используются мониторы: плазменные, электролюминесцентные, жидкокристаллические и электронно-лучевые. Плазменные, электролюминесцентные, жидкокристаллические относятся в дисплеям с плоским экраном. Для них характерно то, что экран имеет малые физические размеры, не мерцает, полностью отсутствует рентгеновское излучение. Плазменные, электролюминесцентные мониторы являются активными и излучают свет. Жидкокристаллические – пассивные мониторы, они требуют наличия постороннего источника света.
Для работы в графических средах рекомендуется использование мониторов с диагональю экрана не ниже 15-17 дюймов, поскольку при высоком разрешении отдельные элементы изображения на мониторах с маленькой диагональю становятся трудно различимыми. Именно поэтому для выполнения сложных графических работ в издательских системах применяются мониторы с длиной диагонали не ниже 17 дюймов.
Мониторы характеризуются следующими основными параметрами:
максимальным разрешением;
длиной диагонали;
расстоянием между пикселями (точками изображения);
частотой кадровой развертки;
степенью соответствия стандартам экологической безопасности (режиму энергосбережения и пониженного излучения).
Максимальное разрешение, обеспечиваемое большинством 14-и частью 15-дюймовых мониторов, не превышает 1024x768 точек, даже если видеоадаптер поддерживает более высокое разрешение. Многие 15-дюймовые мониторы, а также все мониторы с длиной диагонали от 17 дюймов поддерживают режим 1280x1024 точек. Режим 1600x1280 обеспечивается только достаточно дорогими и высококачественными мониторами.
В портативных ПК используются LCD- и TFT-дисплеи (жидкокристаллические и плазменные), а также дисплеи с двойным сканированием экрана. TFT-дисплеи (активная матрица) наиболее перспективны, но довольно дорогие. Разрешающая способность большинства TFT-дисплеев составляет 640x480. В более дорогих портативных ПК она составляет 800x600 точек и значительно реже 1024x768.
Принтер – предназначен для вывода на бумажный лист информации, пленку и другие носители информации. Они подключаются в компьютеру через параллельный порт. Существует несколько моделей печатающих устройств.
Точечно-матричные принтеры – наиболее простые, дешевые, медленные и шумные. Знаки синтезируются игольчатой матрицей (бывает матрицы на 9 и 24 иголки) через красящую ленту. Выпускаются с шириной каретки на 21 см и 42 см. Управляются клавишами:
On/Off line- включение и выключение режима готовности, Line Feed- прогон бумаги на одну строку, Form Feed –прогон бумаги до конца страницы, Load/Eject –заправка бумаги. Клавиши управления бумагой работают при выключенной готовности устройства (когда лампочка у клавиши готовности не горит), при включенной готовности те же клавиши изменяют шрифт печати.
Лазерные принтеры обеспечивают очень хорошее качество и скорость печати, в том числе и цветной, работают только с листовой бумагой, стоят дорого.
В лазерном принтере изображение формируется на светочувствительном барабане внутри принтера лазерным лучом. Там, где луч засвечивает поверхность барабана, возникает электрический заряд, который притягивает пылинки сухой краски – тонера. Когда барабан прикасается к бумаге, тонер расплавляется и оставляет на бумаге оттиск изображения. Оттиски, полученные лазерным принтером, могут служить полиграфическим оригиналом для офсетной печати.
Струйные принтеры обеспечивают почти такое же качество печати, как и лазерные, стоят дешевле, но картриджи к ним дорогие. Принцип действия похож на матричные, однако вместо печатающих иголок используется выброс микроскопических капель чернил через сопла головки принтера. Принтеры практически бесшумны. Но достаточно требовательны к качеству бумаги. Выпускаются черно-белыми и цветными. Различные цвета моделируются смешением нескольких основных цветов. Цветная печать выполняется значительно медленнее черно-белой.
Плоттер (графопостроитель) – специальное устройство, позволяющее вычерчивать сложные графические изображения. Он предназначен для вывода на бумагу чертежей, графиков, диаграмм, карт погоды. Плоттеры используются в системах автоматического проектирования, в картографии, архитектуре, при изготовлении сложных проспектов. Позволяют получать качественное и точное изображение. Выпускаются рулонными и планшетными. В планшетных плоттерах лист бумаги закрепляется как на чертежной доске, а чертежное перо перемещается в двух координатах вдоль всего листа. В рулонных перо перемещается только вдоль листа, а бумага протягивается специальными транспортирующими роликами. Поэтому рулонные плоттеры значительно компактнее.
Устройства передачи информации
К данной группе устройств относятся достаточно большое число различных устройств, прежде всего модемы, факс-модемы, устройства, поддерживающие обмен информацией в локальных и глобальных вычислительных сетях. Более подробно об этих устройствах будет рассказано в темах 6 и 7.
Прочие периферийные устройства
К данной группе устройств относятся устройства бесперебойного питания и мультимедийные устройства.
Устройства бесперебойного питания (UPS) позволяет обезопасить компьютер от резких скачков напряжения в сети или внезапного отключения питания. Устройство имеет мощный стабилизатор напряжения, встроенные аккумуляторные батареи и генератор переменного тока. При сбоях в питании оно переключает напряжение на себя и способно в течение некоторого времени обеспечивать ПК энергией (3-20 мин.). В момент переключения срабатывают звуковой и световой сигналы, и пользователь может корректно завершить работу, сохранив ее результаты.
Устройства мультимедиа, включают группу устройств, обеспечивающих синтез текста, графики, звука, речи и видеоизображения. Включают аудио- и видеоадаптеры (звуковые и видеокарты), предназначенные для воспроизведения, записи, обработки звука (видеоизображения). Для ввода-вывода используются микрофон, стереосистема, видеомагнитофон, цифровая фотокамеру и кинокамера и другие устройства.