Основы информатики

Кирьянов Б.Ф. Основы информатики. 61

в виде крошечных углублений. Компьютерные и бытовые DVD-рекордеры выполняют эту задачу иначе – они используют лазерный луч.

Первыми записываемыми оптическими носителями стали CD-R с возможностью только однократной записи. При сохранении данных на такие диски лазерный луч нагревает состоящий из красителя рабочий слой болванки примерно до 250°С, что вызывает химическую реакцию. В месте нагрева лазером образуются темные непрозрачные пятна. Отсюда и происходит слово «прожиг».

Рабочий слой перезаписывающих накопителей (CD-ROM, DVD) представляет собой не краситель, а специальный сплав. При нагреве лазером примерно до 600 °С он переходит из кристаллического состояния в аморфное. Подвергнутые воздействию лазера участки имеют более темный цвет, а значит, и другие отражающие свойства, но эти участки при записи и считывании не деформируются.

Технология DVD стала огромным скачком в области носителей информации. Был разработан такой отражающий слой, структуру которого, то есть расположение темных пятен, можно изменять очень большое число раз. Стандартный однослойный односторонний диск может хранить 4.7 GB данных. Но DVD могут изготавливаться по двухслойному стандарту, который позволяет увеличить количество хранимых на одной стороне данных до 8.5 GB. Кроме этого, диски DVD могут быть двухсторонними, что увеличивает емкость диска.

В последние годы появились Blu-ray-диски, имеющие такой же размер – 12 см. В технологии Blu-ray {блю-рей} для чтения и записи используется синефиолетовый лазер с длиной волны 405 нм, то есть с более короткой. Обычные DVD и CD используют красный и инфракрасный лазеры с длиной волны 650 нм и 780 нм соответственно (635 нм для DVD-R for Authoring). Такое уменьшение позволило сузить дорожку вдвое по сравнению с обычным DVD-диском (до 0,32 мкм) и увеличить плотность записи данных.

Более короткая длина волны сине-фиолетового лазера позволяет хранить больше информации на 12-сантиметровых дисках того же размера, что и у CD/DVD. Эффективный «размер пятна», на котором лазер может сфокусироваться, ограничен дифракцией и зависит от длины волны света и числовой апертуры линзы, используемой для его фокусировки. Уменьшение длины волны, использование большей числовой апертуры (0,85, в сравнении с 0,6 для DVD), высококачественной двухлинзовой системы, а также уменьшение толщины защитного слоя в шесть раз (0,1 мм вместо 0,6 мм) предоставило

Кирьянов Б.Ф. Основы информатики. 62

возможность проведения более качественного и корректного течения операций чтения/записи. Это позволило записывать информацию в меньшие точки на диске, а значит, хранить больше информации в физической области диска, а также увеличить скорость считывания до 432 Мбит/с.

Примеры маркировки дисков: BNE25V - однослойный, перезаписываемый, емкостью 25 ГБ (фирма SONY, тип Blue-ray); BNE50B (фирма SONY, тип Blue-ray); BD-R … - не перезаписываемый, BD-RE … - перезаписываемый. Обычно первая буква маркировки означает месяц выпуска: A – январь, B - февраль и т.д.

3.4.2. Устройства системного блока

Системная (материнская) плата. Большинство устройств системного блока, в том числе центральный процессор (ЦП), располагаются на системной плате. Эта плата системного блока является основной. На ней размещаются:

центральный процессор – основная БИС, выполняющая большинство математических и логических операций;

микропроцессорный комплект (чапсет) – набор БИС, 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 (набор БИС);

постоянное ЗУ (одна БИС);

разъѐмы для подключения дополнительных устройств (слоты).

Вкачестве процессорных БИС популярны ещѐ БИС для ПК 6-го поколения серии Intel Pentium 3, однако они постепенно вытесняются микросхемами для ПК этого же поколения серии Intel Pentium 4 с внутренней памятью на БИС DDR226. Последние ПК могут работать с тактовой частотой до 1,5 ГГц, насчитывают 42 млн транзисторов, имеют Кэш-память общим объѐмом 276 Кбайт для постоянного хранения микрокоманд и кратковременного хранения обрабатываемых данных.

Кэш-память − это быстродействующая память, предназначенная для временного хранения программного кода и данных. Обращения к встроенной кэшпамяти происходят без состояний ожидания, поскольку ее быстродействие соответствует возможностям процессора, то есть кэш-память (или встроенный кэш) работает на частоте процессора. Использование кэш-памяти уменьшает

Кирьянов Б.Ф. Основы информатики. 63

традиционный недостаток компьютера, состоящий в том, что оперативная память работает более медленно, чем центральный процессор (так называемый эффект ―бутылочного горлышка‖). Благодаря кэш-памяти процессору не приходится ждать, пока очередная порция программного кода или данных поступит из относительно медленной основной памяти, что приводит к ощутимому повышению производительности.

Обычно количество разъѐмов системной платы позволяет подключать достаточно большое количество внешних устройств в ряде случаев – улучшать какие-либо характеристики компьютера, например, увеличивать объѐм оперативной памяти по сравнению со стандартным.

Почти все разъѐмы для подключения к ПК внешних устройств располагаются на задней стенке системного блока.

Видеоадаптеры (видеокарты) [6]. Основная задача видеоадаптеров состоит в преобразовании графического образа, содержащегося в памяти компьютера или самого видеоадаптера в иную форму. Видеоадаптеры изготавливаются на дочерней (по отношению к материнской) плате, основной частью которой является БИС, заменившая экранную память. Ранее эта память входила в структуру мониторов.

Видеоподсистема любого компьютера состоит из двух частей − видеоадаптера и управляемого им монитора. Плата видеоадаптера обычно вставляется в слот расширения на системной плате компьютера. Некоторые варианты плат крепятся к задней стенке компьютера.

Видеоадаптер включает в себя видеопамять, в которой хранится изображение, отображаемое в данный момент на экране монитора, постоянное запоминающее устройство, в котором записаны наборы шрифтов, отображаемые видеоадаптером в текстовых и графических режимах, и т.д. Видеоадаптеры могут работать в различных текстовых и графических режимах, различающихся разрешением, количеством отображаемых цветов и некоторыми другими характеристиками.

За время существования ПК сменилось несколько стандартов видеоадаптеров: MDA (монохроматический), CGA (4 цвета), EGA (16 цветов), VGA (256 цветов). В настоящее время в основном применяются видеоадаптеры SVGA, позволяющие воспроизводить до 16,7 миллионов цветов с возможностью произвольного выбора разрешения экрана из стандартного ряда значений (640×480, 800×600, 1024×768, 1152х864, 1280×1024, 1600×1209 и 1800×1440 точек).

Кирьянов Б.Ф. Основы информатики. 64

Рис. 3.10. Примеры конструктивного выполнения видеоадаптеров

Звуковые адаптеры (аудио адаптеры, звуковые карты) [6]. Эти уст-

ройства выполняют операции, связанные с обработкой звука (речи, музыки). Основой частью звукового адаптера является БИС, управляющая устройствами воспроизведения и записи звука. Многие звуковые адаптеры могут работать в двух режимах – в монохроматическом и в стереофоническом. Во втором случае они имеют два выхода (на звуковые колонки). Звуковая мощность большинства звуковых адаптеров (Radeon H 6459, Sound Blaster Pro и др.) составляет 4 вт.

Основным параметром звуковых адаптеров является разрядность кодов, используемых при преобразовании сигналов из аналоговой формы в цифровую и наоборот. Она определяет погрешность преобразования АD. В настоящее время в основном используются 64-разрядные коды.

Разъѐмы для подключения к компьютеру звуковых адаптеров обычно устанавливаются на задней стенке системного блока.

Рис. 3.11. Примеры конструктивного выполнения звуковых карт-адаптеров: внутренней Asus D2X/XDT/A (слева) и внешней 5.1 USB

Кирьянов Б.Ф. Основы информатики. 65

3.4.3.Периферийные устройства управления, ввода, вывода

иотображения информации

Вданном параграфе будут рассмотрены клавиатура, мышь, джойстики, мониторы, звуковые колонки, принтеры, сканеры и графопостроители. Отметим, что системный блок, монитор, клавиатура и мышь образуют так называемую базовую конфигурацию ПК.

Мониторы. Монитор считается основным устройством визуального представления данных. В настоящее время почти все мониторы выпускаются с жидкокристаллическим экраном: LCD - мониторы (Liquid Cristal Display). Их экраны сделаны из вещества цианофенил, находящегося в жидком состоянии. Работа ЖК-мониторов основана на явлении поляризации светового потока. Она проявляется в том, что кристаллы цианофенила как бы просеивают свет. На экране ЖК-монитора изображение образуется в результате прохождения белого света лампы подсветки через ячейки кристаллической матрицы, отполяризованные как красные, зелѐные и синие. Прозрачность этих ячеек зависит от приложенного напряжения и управляются 6-битовыми кодами. Частота регенерации (обновления изображения) или частота кадров принята равной 75 Гц и считается комфортной. Большинством параметров изображения мониторов можно управлять программно.

Первые успешные испытания разрабатываемых ЖК-мониторов прошли в США в 1963 году. К 2011-му был разработан и поступил в продажу целый ряд ЖК-мониторов. Это мониторы серий Wiew Soni, Samsung, Lg, Apple, Nec, Asuc, Acer. Ведѐтся разработка и появились в продаже мониторы с 3-мерным изображением (3D-Display), широкоэкранные мониторы. По сравнению с уже отжившими мониторами на электронно-лучевых трубках ЖК-мониторы отличаются компактностью, небольшим весом, идеально плоской поверхностью экрана. Они практически не влияют на зрение.

Основными параметрами ЖК-мониторов являются: размер диагонали его экрана, угол обзора, время отклика (латентность), яркость и контрастность. В продажу в основном поступают мониторы с диагональю экрана 14, 17, 19 и 21 дюймов (один дюйм равен 2,54 см). Угол обзора является параметром, по которому ЖК-мониторы уступают мониторам на ЭЛТ, в которых изображение видно практически с любого угла. Однако сейчас в ЖК-мониторах этот угол не менее 170 градусов, что считается хорошим значением данного параметра. Время отклика монитора на изменение изображения считается нормальным, если оно не превышает 10 мсек. В противном случае при быстрой прокрутке текста и

Кирьянов Б.Ф. Основы информатики. 66

изображений они будут несколько смазываться. В настоящее время практически у всех ЖК-мониторов это время составляет 2 – 6 мс.

Клавиатура. Это устройство ввода не нуждается в поддержке специальных системных программ (драйверов). Необходимое ПО расположено в ПЗУ в составе базовой системы ввода-вывода BIOS (Basic Input Output System). Поэтому компьютер реагирует на нажатия клавиш сразу после его включения. При нажатии любой клавиши встроенная в клавиатуру микросхема генерирует так называемый скан-код. Этот код через порт клавиатуры, который встроен в одну из микросхем материнской платы, выдаѐт процессору сигнал прерывания с номером 9. Процессор приостанавливает текущую работу и начинает обработку прерывания. В результате код символа с клавиатуры передаѐтся в буфер клавиатуры. После этого программа обработки прерывания прекращает свою работу, а процессор возвращается к прерванной задаче.

Рис. 3.12. Новые клавиатуры (разработка 2000 – 2010 гг.)

В последние годы появилось много клавиатур разных типов: беспроводные, складывающиеся, сенсорные и т.д. Достоинством сенсорных клавиатур является, в частности, то, что в отличие от обычных клавишных они не требуют чистки клавиш, а также чистки пылесосом междуклавишного и подклавишного пространства от пыли и другого мусора, которые могут привести к ошибкам в работе клавиатуры.

Мыши и джойстики [6]. Мыши являются наиболее распространенным типом манипуляторов, осуществляющих непосредственный ввод информации, указывая курсором на экране дисплея команду или место записи данных.

Компьютерная мышь появилась в 1964 году. Еѐ изобретатель − Дуглас

Кирьянов Б.Ф. Основы информатики. 67

Карл Энгельбарт из Стэндфордского исследовательского института. Это была небольшая, в то время ещѐ деревянная коробочка с двумя дисками. Один из дисков поворачивался, когда устройство двигали вперед и назад, второй отвечал за движение мыши вправо и влево. Энгельбарт говорил, что назвал устройство мышью из-за его небольшого размера и подходящего к нему сзади провода, похожего на хвост.

В корпусе современной механической мыши установлены кнопки для выполнения действий и шарик для ее перемещения по коврику. Качество мы-

ши определяется ее разрешающей способностью, которая измеряется числом точек на дюйм - dpi (dot per inch). Эта характеристика определяет, насколько точно курсор будет передвигаться по экрану. Для мышей среднего класса разрешение составляет 400-800 dpi.

Мышь не инициирует прерываний. Сразу после включения компьютера она не работает. Ей необходим драйвер, предназначенный для интерпретации сигналов, поступающих через порт. Кроме того, драйвер обеспечивает механизм передачи информации о положении и состоянии мыши операционной системе.

Современные мыши подразделяются на 4 типа: механические, оптические, лазерные и трекбол-мыши (terkboll – перемещаемая коробочка, перемещаемое устройство). Последние имеют шарик, управляющий положением указателя мыши не экране монитора, не снизу, а сверху мыши (рис. 3.13). Шарик крутят пальцем. При этом мышь может неподвижно располагаться на столе или находиться в руке. Такая мышь может быть удобнее в тех случаях, когда у пользователя нет рабочего стола или его нельзя использовать, то есть пользователь работает стоя.

В последние годы для некоторых компьютерных игр и компьютерных роботов вместо мыши стали использоваться так называемые джойстики (рис. 3.14). Джойстик можно назвать модернизированным вариантом мыши. Он имеет несколько управляющих кнопок и рычаг (рукоятку) управления. По габаритам он больше мыши. Джойстик – это приспособление в виде рычага (рукоятки, штурвала) с двумя степенями свободы, укрепленного на шаровом шарнире и снабженного одним или несколькими клавишами. С помощью джойстика можно перемещать курсор по экрану дисплея и фиксировать его координаты в момент нажатия одной из клавиш. Некоторые модели джойстиков снабжены датчиками давления, позволяющими усилие сжимания джойстика преобразовать в скорость перемещения курсора по экрану.

Кирьянов Б.Ф. Основы информатики. 68

Рис. 3.13. Разновидности трекбол-мыши

Рис. 3.14. Примеры джойстиков

Принтеры [6]. В настоящее время в основном используются три типа принтеров: лазерные, светодиодные и струйные. В конце прошлого века ещѐ использовались матричные принтеры, в которых печать производилась ударами цилиндрических стержней (иголок) на бумагу через красящую ленту. Но к 20му веку их характеристики стали уступать характеристикам указанным выше принтерам. Поэтому сейчас они не изготавливаются.

Лазерные принтеры. Принцип технологии цветной лазерной печати заключается в следующем. На начальном этапе процесса печати движок рендеринга берѐт цифровой документ и обрабатывает его один или несколько раз, создавая его постраничное растровое изображение. На втором этапе лазер или массив светодиодов создают заряд на поверхности вращающегося фоточувствительного барабана, соответствующий выводимому изображению. Заряженные лазером мелкие частички тонера, состоящего из красящего пигмента, смол

Кирьянов Б.Ф. Основы информатики. 69

и полимеров, притягиваются к поверхности барабана. Затем через барабан прокатывается бумага, и тонер переносится на неѐ. В большинстве цветных лазерных принтеров используются четыре отдельных прохода, соответствующие разным цветам. Затем бумага проходит через "печку", которая расплавляет смолы и полимеры в тонере и фиксирует его на бумаге, создавая окончательное изображение.

Лазеры могут очень точно фокусироваться, в результате получаются невероятно тонкие лучи, которые заряжают участки фоточувствительного барабана. Поэтому современные лазерные принтеры, как цветные, так и чѐрно-белые, поддерживают достаточно высокое разрешение. Как правило, разрешение при чѐрно-белой печати варьируется от 600×600 до 1200×1200, а при цветной печати разрешение достигает 9600×1200.

Цветные и чѐрно-белые лазерные принтеры работают практически одинаково. Разница заключается в том, что для цветной печати используются четыре типа красящего тонера: чѐрный, голубой, пурпурный и жѐлтый, в соответствии с цветовой моделью CMYK. Каждый цвет вносит свою лепту в окончательное изображение, наносимое на лист бумаги. В некоторых моделях цветных лазерных принтеров листок бумаги последовательно проходит через все цветные и чѐрный картриджи, где каждому цвету соответствуют свои лазер, барабан и картридж с тонером (однопроходная печать). В менее дорогих принтерах, к которым относится большая часть моделей, рассматриваемых в данном обзоре, используется промежуточный носитель (ремень переноса), на который последовательно наносится изображение всех четырѐх цветов, а уже потом оно передаѐтся на бумагу и попадает в печку для закрепления тонера на бумаге (многопроходная печать).

По сравнению со струйными принтерами, лазерные имеют много преимуществ. Прежде всего, они обладают большей скоростью, так как луч лазера может двигаться гораздо быстрее, чем печатающие головки, из сопел которых во время печати с определѐнным интервалом выпрыскиваются микроскопические капельки чернил. Лазерные лучи также более точные и благодаря хорошей фокусировке позволяют получать высокое разрешение. Лазерные принтеры экономичнее, чем струйные, потому что картриджей с тонером обычно хватает не на одну тысячу страниц, а чернильные картриджи заканчиваются быстрее, и менять их приходится чаще.

Кирьянов Б.Ф. Основы информатики. 70

К недостаткам лазерных принтеров можно отнести лишь то, что они дороже струйных, и картриджи с тонером стоят обычно от $60 до $100 каждый. Однако в тех случаях, когда возникает необходимость напечатать большое количество листов, лазерные принтеры, как правило, справляются с этой задачей быстрее, чем струйные аналоги, а стоимость распечатки страницы получается меньше.

Струйные принтеры. Принцип действия струйных принтеров похож на уже отжившие 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, в которых печатающая матрица является деталью принтера, сменные картриджи содержат только краситель. При длительном простое принтера (неделя и больше) происходит высыхание остатков красителя на соплах печатающей головки. Однако принтер сам автоматически чистит печатающую головку. Но также возможно проводить и принудительную очистку сопел.

При прочистке сопел печатающей головки происходит интенсивный расход красителя. Особенно критично засорение сопел печатающей матрицы принтеров Epson и Canon. Если штатными средствами принтера не удалось очистить сопла печатающей головки, то дальнейшая очистка или замена печатающей головки проводится в ремонтных мастерских.

Сканеры. Эти устройства выполняют преобразование бумажной формы документов в электронную. Указанные документы могут быть как текстовые, так и графические. При этом обычно один и тот же сканер может выдавать как черно-белые, так и цветные документы. В компьютер информация со сканеров поступает через разъѐм, устанавливаемый на задней стене системного блока.

Наибольшее распространение получили настольные и ручные сканеры [6]. Настольные сканеры могут сканировать практически любой оригинал и имеют высокое разрешение. Они могут сканировать оригиналы различного размера, в том числе и книги. При установке дополнительного модуля появляется возможность сканирования прозрачных плѐнок, негативов и слайдов. Как и в других типах сканеров в настольных сканерах используется отражѐнный от оригинала луч.

Настольные сканеры по сравнению с ручными имеют более точный механизм регистрации отражѐнного луча, так как в них луч проходит более