Технические средства информатики

 

Содержание лекции:

- иерархия запоминающих устройств компьютеров; назначение внешних устройств.

 

Цель лекции:

- изучить назначение и основные характеристики запоминающих и внешних устройств компьютеров.

 

Персональные компьютеры имеют четыре иерархических уров­ня памяти: уже упомянутая микропроцессорная память, основная память, регистровая кэш-память и внешняя память.

Основная память предназначена для хранения и оперативного обмена информацией с другими устройствами компьютера и реализует следующие фун­кции: прием информации от других устройств, запоминание информации, выдача информации по запросу в другие устройства машины.

Основная память содержит два вида запоминающих устройств: постоянное запоминающее устройство (ПЗУ, ROM) и оперативное запоминающее устройство (ОЗУ, RAM).

В ПЗУ находятся программа управления работой процессора, программа запуска и останова компьютера, программы тестирования устройств, программы управления дисплеем, клавиатурой, принтером, внешней памятью, информация о том, где на диске находится операционная система. Данные в ПЗУ заносятся при изготов­лении, она является энергонезависимой памятью, при отключении питания информация в нем сохраняется. ОЗУ является энергозависимой памятью, при выключении питания информация в нем стирается.

Главными достоинствами оперативной памяти являются ее высокое быстродействие и возможность обращения к каждой ячей­ке памяти отдельно (прямой адресный доступ к памяти). Все ячейки памяти объединены в группы по 8 бит (1 байт), каждая такая группа имеет адрес, по которому к ней можно обратиться.

Важной характери­стикой компьютера, которая влияет на скорость работы и работоспособ­ность программ, является объем памяти. В современных компьютерах объем оперативной памяти обыч­но составляет 64-512 Мбайт.

Кроме ПЗУ и ОЗУ на системной плате имеется и энергоне­зависимая полу­постоянная CMOS-память, постоянно питающаяся от своего акку­мулятора. Для изменения параметров конфигурации компьютера в BIOS содержится программа настройки конфигу­рации компьютера - SETUP.

Для ускорения доступа к оперативной памяти используется специальная сверхбыстродействующая кэш-память, которая располагается как бы «между» микропроцессором и оперативной памятью. Регистры кэш-памяти недоступны для пользователя. В кэш-памяти хранятся данные, которые микропроцессор получил, и будет использовать в ближайшие такты своей работы. Быстрый доступ к этим данным позволяет сократить время вы­полнения очередных команд программы.

Микропроцессоры, начиная от МП 80486, имеют свою встро­енную кэш-память. Микропроцессоры Pentium и Pentium Pro имеют кэш-память отдельно для данных и отдельно для ко­манд. Для всех микропроцессоров может использоваться допол­нительная кэш-память, размещаемая на материнской плате вне микропроцессора, емкость которой может достигать нескольких Мбайт.

Внешняя память относится к внешним устройствам компью­тера и используется для долговременного хранения любой инфор­мации, которая может потребоваться для решения задач. В час­тности, во внешней памяти хранится все программное обеспече­ние компьютера.

Устройства внешней памяти (внешние запоминающие уст­ройства) весьма разнообразны. Их классифицируют по виду носителя, по типу конструкции, по принципу записи и счи­тывания информации, по методу доступа и т. д. Наиболее распространенными внешними запоминающими устройствами являются:накопители на жестких магнитных дисках (НЖМД), накопители на гибких магнитных дисках (НГМД),  накопители на оптических дисках (CD-ROM). Реже в качестве устройств внешней памяти персонального компьютера используются запоминающие устройства на кассет­ной магнитной ленте - стримеры.

Назначение накопителей - хранение больших объемов информации, запись и выда­ча хранимой информации по запросу в оперативное запоминаю­щее устройство. НЖМД и НГМД различаются лишь конструктивно, объема­ми хранимой информации и временем поиска, записи и считыва­ния информации и относятся к машинным носителям информации с пря­мым доступом.

Из оперативной памяти в НЖМД и обратно информация передается байтами, а записывается на диск и считывается с него побитно. Перед тем, как передать данные в оперативную память, их нужно перекодировать, а т.к. на эту операцию требуется дополнительное время, в ходе обработки данных быстро вращающийся диск успевает повернуться на некоторый угол и данные размещаются на диске блоками. НЖМД относят к блочным устройствам: нельзя прочитать (или записать) байт или несколько байтов, а только блок данных, из которого впоследствии будут извлекаться нужные биты, используемые в вычислениях. При вращении магнитная головка, зафиксированная в определенном положении некоторое время, образует окружность – дорожку (track), блоки данных на таких окружностях – секторами (sectors). Все сектора пронумерованы, в межсекторных промежутках размещается служебная информация, с помощью которой можно находить искомый сектор. Группы дорожек (треков) одного радиуса, расположенные на поверхностях магнитных дисков, образуют цилиндры (cylinders). Современные диски имеют по нескольку десятков тысяч цилиндров. Выбор конкретной дорожки в цилиндре осуществляется указанием порядкового номера головки (head) чтения/записи данных, которая образует эту дорожку. Итак, адрес конкретного блока данных указывается с помощью координат C-H-S – номеров цилиндра, головки и сектора.

Накопители на жестких магнитных дисках получили название «винчестер». Этот термин возник из жаргонного названия первой модели жесткого диска, имевшего 30 дорожек по 30 секторов каж­дая, что случайно совпало с калибром охотничьего ружья «вин­честер». Емкость накопителя на жестком магнитном диске измеря­ется в Мбайтах и Гбайтах.

В последнее время появились новые накопители на магнит­ных дисках - ZIP-диске - переносные устройства емкостью 230-280 Мбайт.

Благодаря малень­ким размерам, большой емкости и надежности, широкое распространение получили накопители на оптических дисках (CD-ROM). Оптические диски делятся на лазерно-оптические неперезаписываемые и перезаписываемые диски и перезаписываемые магнитооптические диски. Кроме основной своей характеристики - информационной емкости, дисковые накопители характеризуются и двумя времен­ными показателями:  временем доступа и скоростью считывания подряд расположенных байтов.

Внешние (периферийные) устройства обеспечивают взаимодействие компьютера с пользователями, объектами управления и другими компьютерами. Квнешним устройствам относятся: устройства ввода информации; устройства вывода информации; диалоговые средства пользователя; средства связи и телекоммуника-ции. Внешние устройства подключаются к компьютеру через спе­циальные разъемы - порты ввода-вывода. Порты ввода-вывода бы­вают двух типов: параллельные (обозначаемые LPT1-LPT4), ис­пользуемые для подключения принтеров; после-довательные (обозначаемые СОМ1-COM4), для подключения мыши, модема и т.д.

К устройствам ввода информации относятся клавиатура, графические планшеты (дигитайзеры), сканеры (читающие автоматы), устройства указания(графические манипуляторы) и сенсорные экраны.

Клавиатуры по конструктивному исполнению делятся на два вида: пленочные (мембранные) и механические (на пружинах, более долговечные). Для подключения используется один из специальных разъемов: круглый 5-контактный АТ, круглый 6-контактный PS/2 или шина USB. Также существуют беспроводные клавиатуры, которые работают на батарейках на расстоянии до 4 м, а информация передается с помощью инфракрасных лучей.

Устройства указания (мыши) по конструктивному исполнению делятся на два вида: оптические и механические. Для подключения используется один из специальных разъемов: COM, PS/2 или шина USB со специальным разъемом.

К устройствам вывода информации относятся графопостроители (плоттеры) и принтеры. Различают матричные, струйные и лазерные принтеры.

К диалоговым средствам пользователя относятся видеотерминалы (мониторы), устройства речевого ввода-вывода информации, средства связи и телекоммуникации.

Видеотерминал состоит из видеомонитора (дисплея) и видеоконтроллера (видеоадаптера). Видеоконтроллеры входят в состав системного блока компьютера (находятся на видеокарте, устанавливаемой в разъем материнс­кой платы). Мониторы отличаются друг от друга по способу формирования изображения на экране, размерам, качеству изображения и другим характеристикам.

Наиболее распространенным для настольного ПК является монитор на основе электронно-лучевой трубки (ЭЛТ), который обеспечивает наивысшее качество изображения, сравнительно недорогие, однако небезопасен за счет электромагнитного излучения.

Основными характеристиками являются:

- размер точки изображения (0,25-0,28 мм), изображение формируется из множества отдельных точек;

- максимальное разрешение экрана (наиболее комфортное - 800х600 точек), которое обозначает количество точек (пикселов) по горизонтали и по вертикали, отображаемое на экране монитора;

- частота регенерации (частота смены кадров, скорость вертикальной развертки, частота вертикальной синхронизации);

- размер экрана по диагонали, измеряемый в дюймах.

В настоящее время становится стандартом цифровое управление монитором. При наличии цифрового управления монитором его настройка осуществляется автономно, с помощью пульта дистанционного управления или программно, что обеспечивает более высокую точность настройки.

Мониторы на основе жидкокристаллических экранов с активной матрицей (ЖК-мониторы) обладают следующими преимуществами по сравнению с ЭЛТ-мониторами: они легче, потребляют вчетверо меньше энергии, почти не требуют времени на «разогрев» после включения, отсутствует электромагнитное поле, не мерцает изображение, нет нечеткого изображения из-за плохой настройки монитора и искажения изображения на краях экрана. Их недостатки: высокая цена, диапазон углов обзора ограничен, яркость и разрешающая способность ниже, чем у ЭЛТ-мониторов.

Мониторы размером 20 и более дюймов могут иметь плазменные экраны, которые в отличие от ЖК-мониторов, обеспечивают широкий диапазон углов обзора и такие же яркость и контрастность, как у ЭЛТ-мониторов.

К устройствам речевого ввода-вывода информации от­носятся различные микрофонные акустические системы, синтезаторы звука, выполняющие преобразование цифровых кодов в буквы и слова, воспроизводимые через дина­мики или звуковые колонки, подсоединенные к компьютеру.

К средствам связи, прежде всего, относятся се­тевые адаптеры. В качестве сетевого адаптера чаще всего исполь­зуются модемы (модулятор-демодулятор).

Многие из названных выше устройств относятся к условно выделенной группе - средствам мультимедиа. К средствам мультимедиа относятся  устройства речевого ввода и вывода информации, микрофоны и видеокамеры, акустические и видеовоспроизводящие системы с усилителями, звуковыми колонками, больши­ми видеоэкранами, звуковые и видеоплаты, платы видеозахвата, снимающие изображение с видеомагнитофона или видеокамеры и вводящие его в компьютер, сканеры, внешние запоминающие устройства большой емкости на оп­тических дисках.

Дополнительную информацию по теме можно получить в [1, 5-8, 35-43].

 

ЛЕКЦИЯ № 4