Учебное пособие по информатике

ГМД. Устройство для работы с ГМД соответственно называется НГМД (дисковода гибких дисков, флоппи-дисковод) – «накопитель на гибких магнитных дисках»)

Нако итель на жёстких ма нитных дисках, жёсткий диск, HDD

или винчестер, (Hard Magnetic Disk Drive, HMDD) – энергонезависимое,

перезаписываемое компьютерное запоминающее устройство. Является основным накопителем данных практически во всех современных компьютерах. Основной характеристикой является объем, измеряемый в гигабайтах (Гбайт).

Нако итель на лазерных дисках (CD-ROM) – оптический носитель информации в виде диска с отверстием в центре, информация с которого считывается с помощью лазера.

Флэшамять (Flash-Memory) – разновидность твердотельной полупроводниковой энергонезависимой перезаписываемой памяти.

Видеоада тер (видеокарта) – устройство, управляющее дисплеем и обеспечивающее вывод графических изображений. Обычно видеокарта является платой расширения и вставляется в специальный разъём (ISA, PCI, AGP, PCI-Express) для видеокарт на материнской плате, но бывает и встроенной в материнскую плату.

Современные видеокарты не ограничиваются простым выводом изображения, они имеют встроенный микропроцессор, который может производить дополнительную обработку, разгружая от этих задач центральный процессор компьютера.

Современная графическая плата состоит из следующих частей:

61

PCI или AGP), контроллер внутренней шины данных и контроллер видеопамяти. Ширина внутренней шины и шины видеопамяти обычно больше, чем внешней (64, 128 или 256 разрядов против 16 или 32), во многие видеоконтроллеры встраивается ещё и RAMDAC. Современные графические адаптеры (ATI, nVidia) обычно имеют не менее двух видеоконтроллеров, работающих независимо друг от друга и управляющих одновременно одним или несколькими дисплеями каждый;

-видео амять – выполняет роль кадрового буфера, в котором хранится изображение, генерируемое и постоянно изменяемое графическим процессором и выводимое на экран монитора (или нескольких мониторов). В видеопамяти хранятся также промежуточные невидимые на экране элементы изображения и другие данные. Видеопамять бывает нескольких типов, различающихся по скорости доступа и рабочей частоте. Современные видеокарты комплектуются памятью типа DDR2 GDDR3, GDDR5. Следует также иметь в виду, что помимо видеопамяти, находящейся на видеокарте, современные графические процессоры обычно используют в своей работе часть общей системной памяти компьютера, прямой доступ

к которой организуется драйвером видеоадаптера через шину

AGP или PCIE;

-цифро-анало овый реобразователь (ЦАП, RAMDAC –

Random Access Memory Digital-to-Analog Converter) – служит для преобразования изображения, формируемого видеоконтроллером, в уровни интенсивности цвета, подаваемые на аналоговый монитор. Возможный диапазон цветности изображения определяется только параметрами RAMDAC. Чаще всего RAMDAC имеет четыре основных блока – три цифроаналоговых преобразователя, по одному на каждый цветовой канал (красный, зелёный, синий, RGB), и SRAM для хранения данных о гамма-коррекции. Большинство ЦАП имеют разрядность 8 бит на канал – получается по 256 уровней яркости на каждый основной цвет, что в сумме дает 16,7 млн. цветов (а за счёт гамма-коррекции есть возможность отображать исходные 16,7 млн. цветов в гораздо большее цветовое пространство). Некоторые RAMDAC имеют разрядность по каждому каналу 10 бит (1024 уровня яркости), что позволяет сразу отображать более 1 млрд. цветов, но эта возможность практически не используется. Для поддержки

второго монитора часто устанавливают второй ЦАП. Стоит отметить, что мониторы и видеопроекторы, подключаемые к цифровому DVI выходу видеокарты, для преобразования

62

потока цифровых данных используют собственные цифроаналоговые преобразователи и от характеристик ЦАП видеокарты не зависят.

-видео-ПЗУ (Video ROM) — постоянное запоминающее устройство, в которое записаны видео-BIOS, экранные шрифты, служебные таблицы и т. п. ПЗУ не используется видеоконтроллером напрямую – к нему обращается только центральный процессор. Хранящийся в ПЗУ видео-BIOS обеспечивает инициализацию и работу видеокарты до загрузки основной операционной системы, а также содержит системные данные, которые могут читаться и интерпретироваться видеодрайвером в процессе работы (в зависимости от применяемого метода разделения ответственности между драйвером и BIOS). На многих современных картах устанавливаются электрически перепрограммируемые ПЗУ (EEРROM, Flash ROM), допускающие перезапись видео-BIOS самим пользователем при помощи специальной программы;

-система охлаждения – предназначена для сохранения

температурного режима видеопроцессора и видеопамяти в допустимых пределах.

Основные характеристики видеоадаптеров:

-количество видео амяти, измеряется в мегабайтах – встроенная оперативная память на самой плате, значение показывает, какой объём информации может хранить графическая плата;

-частоты ядра и амяти – измеряются в мегагерцах, чем больше,

тем быстрее видеокарта будет обрабатывать информацию;

- текстурная и иксельная скорость за олнения, измеряется в млн. пикселов в секунду, показывает количество выводимой информации в единицу времени;

- выводы карты – раньше видеоадаптер имел всего один разъём VGA (15-контактный D-Sub), сейчас платы оснащают в дополнение выходом DVI-I или просто с двумя DVI-I для подключения двух ЖК-мониторов, и HDMI порт, а также композитными и S-Video видеовыходом и видеовходом.

Правильная и полнофункциональная работа современного графического адаптера обеспечивается с помощью видеодрайвера – специального программного обеспечения, поставляемого производителем видеокарты и загружаемого в процессе запуска операционной системы. Видеодрайвер выполняет функции интерфейса между системой с запущенными в ней приложениями и видеоадаптером. Так же как и видео-BIOS, видеодрайвер организует и программно контролирует работу всех частей видеоадаптера через специальные регистры управления, доступ к которым происходит через соответствующую шину.

63

Звуковая лата (звуковая карта) – позволяет работать со звуком на компьютере. В настоящее время звуковые карты бывают встроенными в материнскую плату, как отдельные платы расширения и как внешние устройства.

Компьютер работает следующим образом. К системной шине через контроллеры подключены внешние устройства, которые обмениваются данными с оперативной памятью. Обмен данными между устройствами компьютера обусловлен ограничениями функций, выполняемых этими устройствами, и должен быть запрограммирован. Выполняемая программа хранится в оперативной памяти компьютера и через системную шину передает в процессор команды на выполнение определенных операций. Процессор на их основе формирует свои команды управления, которые по системной шине поступают на соответствующие устройства. Для выполнения операций обработки данных процессор передает

воперативную память адреса необходимых данных и получает их. Результаты обработки направляются в оперативную память. Данные из оперативной памяти могут быть переданы на хранение во внешние запоминающие устройства, отображены на дисплее, выведены на печать, переданы по вычислительной сети.

Устройства вывода информации

Дис лей – внешнее устройство ввода-вывода информации служащее для воспроизведение на экране находящейся в памяти ЭВМ информации

ввиде текстов и изображений. Дисплей может быть основан на следующих физических принципах: на основе электронно-лучевой трубки (монитор); газоплазменная матрица (PDP); жидкокристальный индикатор (LCD); электролюминесцентная панель (FED); светодиодные матрицы (LED); светящиеся полимерные полупроводники. Основными характеристиками LCD мониторов являются:

-разрешение – описывает максимальный размер изображения, получаемого с помощью устройства выраженный в пикселях по горизонтали и вертикали (800 × 600, 1024 × 768, 1280 × 1024 и т. д.);

-размер точки – расстояние между центрами соседних пикселов. Непосредственно связан с физическим разрешением;

-соотношение сторон экрана (формат) – отношение ширины к высоте, например: 4:3, 16:9, 16:10;

-контрастность – отношение яркостей самой светлой и самой тёмной точек;

-яркость – количество света, излучаемое дисплеем, обычно измеряется в канделах на квадратный метр;

-время отклика – минимальное время, необходимое пикселю для изменения своей яркости;

-у ол обзора – максимальный угол, при котором качество изображения остается удовлетворительным.

64

Периферийные устройства

Плоттер – устройство для вывода широкоформатной графической информации на бумагу (графопостроитель).

Принтер – устройство для вывода текстовой или графической информации на бумагу. Бывают матричные, струйные и лазерные, сублимационные.

Матричные ринтеры. Изображение формируется печатающей головкой, которая состоит из набора иголок (игольчатая матрица), приводимых в действие электромагнитами. Головка передвигается построчно вдоль листа, при этом иголки ударяют по бумаге через красящую ленту, формируя точечное изображение.

Основными недостатками матричных принтеров являются: монохромность, низкая скорость работы и высокий уровень шума. Матричные принтеры достаточно широко используются и в настоящее время благодаря тому, что стоимость получаемой распечатки крайне низка, так как используется более дешевая рулонная бумага, которую к тому же можно отрезать кусками нужной длины (не форматными). Некоторые финансовые документы должны печататься только через копировальную бумагу, для исключения возможности их подделки.

Струйные ринтеры. Принцип действия струйных принтеров похож на матричные принтеры тем, что изображение на носителе формируется из точек. Но вместо головок с иголками в струйных принтерах используется матрица печатающая жидкими красителями. Картриджи с красителями бывают со встроенной печатающей головкой – в основном такой подход используется компаниями Hewlett-Packard, Lexmark. Фирмы Epson, Canon

производят струйные принтеры, в которых печатающая матрица является деталью принтера, а сменные картриджи содержат только краситель. При длительном простое принтера (неделя и больше) происходит высыхание остатков красителя на соплах печатающей головки. Принтер умеет сам автоматически чистить печатающую головку. Но также возможно провести принудительную очистку сопел из соответствующего раздела настройки драйвера принтера. Особенно критично засорение сопел печатающей матрицы принтеров Epson.

Лазерные ринтеры. Принцип технологии печати заключается в следующем. По поверхности фотобарабана коротроном (скоротроном) заряда, либо валом заряда равномерно распределяется статический заряд, после этого светодиодным лазером (либо светодиодной линейкой) на фотобарабане снимается заряд — тем самым на поверхность барабана помещается скрытое изображение. Далее на фотобарабан наносится тонер, после этого барабан прокатывается по бумаге, и тонер переносится на бумагу коротроном переноса, либо валом переноса. Тонер, в зависимости от знака его заряда, может притягиваться к поверхности, сохранившей скрытое изображение или фону. После этого бумага проходит через блок термозакрепления для фиксации тонера, а фотобарабан очищается от остатков тонера и разряжается в узле очистки.

65

Принцип работы однопроходного планшетного сканера состоит в том, что вдоль сканируемого изображения, расположенного на прозрачном неподвижном стекле, движется сканирующая каретка с источником света. Отраженный свет через оптическую систему сканера (состоящую из объектива и зеркал или призмы) попадает на три расположенных параллельно друг другу фоточувствительных полупроводниковых элемента на основе ПЗС, каждый из которых принимает информацию о компонентах изображения.

Основные характеристики сканера: скорость сканирования одного изображения (в секундах) и оптическое разрешение в dpi.

Джойстик (Joystick) – устройство ввода информации, которое представляет собой манипулятор, посредством которого можно задавать экранные координаты графического объекта; также может выполнять функции клавиатуры. Джойстик представляет собой ручку, наклоном которой, можно задавать направление в двумерной плоскости. На ручке, а также в платформе, на которой она крепится, обычно располагаются кнопки и переключатели различного назначения. Помимо координатных осей X и Y, возможно также изменение координаты Z, за счет вращения рукояти вокруг оси, наличия второй ручки, дополнительного колёсика и т. п. Широкое применение джойстик получил в компьютерных играх, но также может использоваться в других целях.

Диджитайзер (графический планшет) – устройство для ввода графических данных в компьютер, контур изображения обводится специальным пером и в компьютер поступают координаты каждой точки этого изображения. Графические планшеты применяются как для создания изображений на компьютере способом, максимально приближённым к тому, как создаются изображения на бумаге, так и для обычной работы с интерфейсами, не требующими относительного ввода. Кроме того, их удобно использовать для переноса (отрисовки) уже готовых изображений в компьютер.Некоторые программы мгновенного обмена сообщениями

(например, MSN Messenger (теперь Windows Live Messenger) и Skype)

позволяют пользователю, имеющему графический планшет, интерактивно демонстрировать рисуемое абоненту на другом конце. Некоторые такие приложения имеют функцию совместного редактирования изображений.

Устройства передачи данных

Модем (модулятор-демодулятор) – устройство, выполняющее преобразование двоичных данных в аналоговые сигналы, пригодные для передачи по некоторому аналоговому каналу связи, принимаемые аналоговые сигналы обратно в цифровую форму. По исполнению могут быть внутренними и внешними. По виду соединения делятся на:

-модемы для коммутируемых телефонных линий – наиболее распространённый тип модемов;

-ISDN – модемы для цифровых коммутируемых телефонных линий;

67

-DSL – используются для организации выделенных (некоммутируемых) линий используя обычную телефонную сеть. Отличаются от коммутируемых модемов тем, что используют другой частотный диапазон, а также тем, что по телефонным линиям сигнал передается только до АТС. Обычно позволяют одновременно с обменом данными осуществлять использование телефонной линии в обычном порядке;

-кабельные – используются для обмена данными по специализированным кабелям – к примеру, через кабель коллективного телевидения по протоколу DOCSIS;

-радио – работают в радиодиапазоне, используют собственные наборы частот и протоколы;

-сотовые – работают по протоколам сотовой связи – GPRS, EDGE, и т. п. Часто имеют исполнения в виде USB-брелока. В качестве таких модемов также часто используют терминалы мобильной связи;

-спутниковые;

-PLC – используют технологию передачи данных по проводам бытовой электрической сети.

Сетевая карта – устройство для высокоскоростного межкомпьютерного обмена цифровой информацией на небольших расстояниях. По физической реализации сетевые платы делятся на:

-внутренние – отдельные платы, вставляющиеся в PCI, ISA или

PCI-E слот;

-внешние, подключающиеся через USB или PCMCIA интерфейс, преимущественно использовавшиеся в ноутбуках;

-встроенные в материнскую плату.

Основная характеристика – скорость передачи данных, измеряется в Мб/с. В настоящее время выпускаются сетевые карты с максимальной скоростью передачи данных 100 и 1000 Мб/с.

Контрольные вопросы по теме 4

1.Перечислите этапы развития вычислительной техники?

2.Какой этап развития вычислительной техники представляет устройство счета АБАК?

3.Какие ключевые события из истории развития вычислительной техники в XVII–XIX веках вам известны из дополнительной литературы?

4.Какие принципы Ч. Бэббидж заложил в основу идеи об автоматических цифровых вычислительных машинах?

5.Какие элементы входят в состав структуры ЭВМ фон Неймана?

6.Что такое вычислительная система?

7.Каковы годы создания и названия первых ЭВМ конца 40-х – начала 50-х годов XX века?

68

8.Что вы знаете об истории развития отечественной вычислительной техники?

9.По каким показателям ЭВМ относят к тому или иному поколению?

10.Каковы совокупные признаки ЭВМ I-, 2-, 3-, 4-го поколений?

11.Из каких основных узлов состоит ЭВМ?

12.Что является центральным звеном построения простейшей конфигурации компьютера?

13.Перечислите составные элементы центрального микропроцессора компьютера.

14.Перечислите основные характеристики процессора.

15.Что такое магистраль (шина), каковы ее основные характеристики?

16. Что представляет собой контроллер внешнего устройства

и какую роль он играет в процессе обмена информацией?

17.Что имеют в виду, говоря о быстродействии ЭВМ? О каких операциях идет речь?

18.Для чего служит COM порт?

19.Перечислите основные характеристики процессора.

20.Какое устройство выполняет арифметические и логические операции?

21.Перечислите устройства вывода данных.

22.Перечислите устройства ввода данных.

23.Перечислите основные характеристики LCD мониторов персонального компьютера.

24.Перечислите основные характеристики сканеров.

25.Перечислите основные характеристики принтеров.

26.В чем заключается принцип струйной печати?

27.Какие устройства относят к внутренней памяти компьютера?

28.Что такое ПЗУ?

29.Что такое ОЗУ, каковы ее характеристики?

30.Какую роль играет в компьютере видеопамять?

31.Что такое режим прямого доступа к памяти?

32.На каком устройстве хранение данных возможно только при включенном питании компьютера?

33.Какие устройства относят к внешним запоминающим устройствам?

34.На каком носителе нельзя случайно стереть информацию?

35.Перечислите основные характеристики жесткого диска.

69

ТЕМА 5. ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ КОМПЬЮТЕРА

1. Понятие программного обеспечения

Информация в компьютере хранится в файлах. Для удобства поиска нужного файла и размещения информации, относящейся к какой-либо задаче (теме, пользователю), создаются каталоги (директории).

Файл – определенным образом оформленная совокупность физических записей, рассматриваемая как единое целое и имеющая описание в системе хранения информации.

В качестве оформления выступают имя файла и признак конца файла. При обращении к файлу отсутствует доступ к отдельным его записям, файл записывается и считывается только целиком. Описание файла включает сведения о файле (размер, время последнего обновления) и его размещении. Файлы подразделяются на типы. Тип входит в идентификатор и указывается в виде расширения. По типу файлы делятся на программные и файлы данных. Расширение или тип файла указывается тремя буквами латинского алфавита, отделенными от собственно имени файла точкой (в системе Windows тип файла обозначается пиктограммой особого вида, помещаемой перед именем файла). Тип файла показывает системе, с помощью какой программы данный файл следует обрабатывать. В современных высокопроизводительных системах передача файла на обработку конкретной программе осуществляется автоматически, поэтому при сохранении файла нужно обеспечить правильность присвоенного ему типа. Операции с файлами: создание, копирование, переименование, удаление, редактирование, перенос и др.

Катало (папка, директория) – это специальное место на диске, в котором хранятся имена файлов, сведения о размере файлов, времени их последнего обновления и т. д.

Каталоги допускают образование вложенных структур, тем самым, образуя иерархическую структуру, называемую деревом каталогов. При этом каталог, расположенный на вершине иерархии называется корневым.

Виерархических структурах данных адрес объекта задается маршрутом (путем доступа), ведущим от вершины структуры к объекту. При записи пути доступа к файлу, проходящего через систему вложенных каталогов, все промежуточные каталоги разделяются между собой символом «\».

Впроцессе работы могут создаваться новые каталоги, которые вписываются в требуемое место иерархии.

Про раммы – это упорядоченные последовательности команд (инструкций) компьютеру для решения задач. Конечная цель любой компьютерной программы – управление аппаратными средствами. Программное и аппаратное обеспечение в компьютере постоянно находятся и непрерывном взаимодействии. Программное обеспечение является логическим продолжением технических средств компьютера, создающим возможности его применения в информационной деятельности

70