zaochnoe_informatika_2013 / информатика заочное 2012 / ДОПОЛНЕНИЕ К ЛЕКЦИИ1

КЭШ-память – это сверхоперативная сверхскоростная промежуточная память. КЭШ устраняет простои процессора, так как скорость обмена процессора с КЭШ в несколько раз выше, чем с ОЗУ.

Увеличение быстродействия процессора привело к тому, что время обращения к основной памяти компьютера значительно превысило время выполнения команд. Это и обусловило появление буферной памяти – кэшпамять (cache – от англ. "тайник"), которая размещается между процессором и основной памятью и работает на частоте процессора. Обмен данными между процессором и кэш-памятью ведется словами большей разрядности (до 256 разрядов в слове), чем при обмене с основной памятью (64 разряда). Поэтому использование кэш-памяти повышает производительность процессора. Кэшпамять размещается непосредственно на кристалле процессора и занимает его основную часть.

НАКОПИТЕЛИ на гибких (FDD) и жестких (HDD) магнитных дисках служат для постоянного хранения информации. При выключении источника питания информация на гибких и жестких дисках сохраняется.

Floppy Disk Drive (приводы или дисководы флоппи-дисков (гибких дисков)) являются самыми старыми внешними устройствами PC. В качестве носителя информации в них применяются дискеты.

Главная характеристика – объѐм.

Ёмкость жѐсткого диска (винчестера) составляет от 10 Мб (на старых машинах) до 120 и более Гб.

CD-ROM (Compact Disk-Read Only Memory) – высокоскоростной дисковод, предназначенный не только для считывания информации с CDдиска, но и для записи на него различных видов информации (алфавитноцифровой, графической, звуковой, видео и др.).

Устройство CD-R предназначено для однократной записи информации на специальный диск, а устройство CD-RW позволяет многократно записывать информацию.

CD-диск представляют собой диск диаметром 120 мм толщиной 1/2 мм и центральным отверстием диаметром 15 мм. Средняя область диска шириной 33 мм, предназначенная для хранения данных, представляет собой единый трек, закрученный в виде спирали.

Цифровые данные хранятся в виде чередующихся между собой по ходу спирали ямок, нанесенных на поверхности полиуглеродного пластика и ровных областей. Поверх этого пластикового слоя для лучшего отражения напыляется тонкий слой алюминия или золота, который также покрывается защитным слоем прозрачного пластика. Стандартные CD могу хранить до 700 Мбайт цифровой информации.

DVD-диск не очень отличается от привычного нам CD-диска. Секрет DVD – в его высокой емкости. Даже в самом простом варианте – в виде одностороннего однослойного диска – емкость DVD-носителя составляет от 2 до 4,7 Гбайт, диск DVD (Digital Versatile Disk) может быть и многослойным, к тому же еще и двусторонним. И объем его может достигнуть до 17 Гбайт.

31

КЛАВИАТУРА предназначена для ручного ввода информации в компьютер. Она содержит клавиши латинских и русских букв, цифр, различных знаков и специальные функциональные клавиши. Число клавиш настольных машин равно 101/102 (иногда и больше). У машин типа NoteBook (блокнот) число клавиш равно 83.

Клавиатура компьютера состоит из 6 групп клавиш:

1)Буквенно-цифровые;

2)Управляющие (Enter, Backspace, Ctrl, Alt, Shift, Tab, Esc,Caps Lock, Num Lock, Scroll Lock, Pause, Print Screen);

3)Функциональные (F1-F12);

4)Цифровая клавиатура;

5)Управления курсором (4 стрелки, Page Up, Page Down, Home, End, Delete, Insert);

6)Световые индикаторы функций (Caps Lock, Num Lock, Scroll Lock).

По конструктивному исполнению различают следующие виды клавиатуры: клавиатуры с пластмассовыми штырями, клавиатуры со щелчком, клавиатуры на микропереключателях или герконах, сенсорные клавиатуры.

Клавиатуры различаются также количеством и расположением клавиш.

промышленные, со считывающим устройством штрихового кода, для слепых, инфракрасные (беспроводные) и т.п.

МОНИТОР (дисплей) предназначен для отображения информации на экране. Существуют текстовый и графический режимы дисплея.

Мониторы являются важнейшими устройствами отображения информации. В настоящее время существует большое разнообразие типов мониторов.

Цифровые (TTL) мониторы. Под цифровыми мониторами понимаются устройства отображения зрительной информации на основе электроннолучевой трубки, управляемой цифровыми схемами.

К цифровым относятся монохромные мониторы, снабженные видеокартами стандартов MDA и Hercules, цветные RGB-мониторы, предназначенные для подключения к карте стандарта EGA (enhanced graphic board). Монохромные мониторы способны отображать на экране только темные и светлые точки, иногда точки могут различаться интенсивностью. Herculesмониторы имеют разрешение до 728 348 пикселов, небольшие габариты и вес меньше 10-ти кг. Блок развертки монитора получает синхроимпульсы от соответствующей видеокарты. RGB-мониторы способны отображать 16 цветов.

Аналоговые мониторы. Электронно-лучевая трубка мониторов данного типа управляется аналоговыми сигналами, поступающими от видеокарты. Принцип работы электронно-лучевой трубки монитора такой же, как у телевизионной трубки. Аналоговые мониторы способны поддерживать разрешение стандарта VGA (640 480 пикселов и выше ).

32

Все современные аналоговые мониторы условно можно разделить на следующие группы: с фиксированной частотой развертки, с несколькими фиксированными частотами и многочастотные (мультичастотные).

Эти мониторы обладают способностью настраиваться на произвольные значения частот синхронизации из некоторого заданного диапазона, например 30–64 кГц для строчной и 50–100 Гц для кадровой развертки. Разработчиком мониторов данного типа является фирма NEC. В названии таких мониторов присутствует слово Microsync.

Все вышеперечисленные мониторы относятся к наиболее распространенному типу мониторов с электронно-лучевой трубкой. При выборе мониторов следует обращать внимание его характеристики.

Характеристики мониторов:

•размер по диагонали – расстояние от левого нижнего до правого верхнего угла экрана, приводится в дюймах. Наиболее распространены мониторы с диагональю 17". Однако работать с монитором с диагональю 19" намного удобнее, а для работы с графическими пакетами, издательскими системами и САПР необходимы мониторы не меньше 21";

•разрешение измеряется в пикселах (точках), помещающихся по горизонтали и вертикали видимой части экрана.

•тип кинескопа;

•потребляемая мощность.

•антибликовое покрытие.

•защитные свойства монитора.

Жидкокристаллические дисплеи (LCD). Экран подобного LCD (Liquid Crystal Display) состоит из двух стеклянных пластин, между которыми находится масса, содержащая жидкие кристаллы, которые изменяют свои оптические свойства в зависимости от прилагаемого электрического заряда.

Жидкие кристаллы сами не светятся, поэтому LCD нуждаются в подсветке или во внешнем освещении.

Основным достоинством LCD являются их габариты (экран плоский). К недостаткам можно отнести недостаточное быстродействие при изменении изображения на экране, что особенно заметно при перемещении курсора мыши,

атакже зависимость резкости и яркости изображения от угла зрения.

Кперсональному компьютеру могут подключаться и другие дополнительные устройства (мышь, принтер, сканер и др.). Подключение производится через Порты – специальные разъѐмы на задней панели.

ПОРТЫ бывают параллельные и последовательные. По последовательному порту информация передаѐтся поразрядно (более медленно) по малому числу проводов. К последовательному порту подключаются мышь и модем. По параллельному порту информация передаѐтся одновременно по большому числу проводов, соответствующему числу разрядов. Скорость передачи информации при этом выше, но длина проводов может быть не более 1,5 м. К параллельному порту подключается принтер и выносной винчестер.

33

ПРИНТЕРЫ предназначены для распечатки текста и графических изображений. Принтеры бывают матричные, струйные и лазерные. Они, как правило, подключаются к параллельному порту LPT1. Струйные и лазерные принтеры позволяют осуществлять цветную печать.

Матричные принтеры бывают с 9-игольчатой и 24-игольчатой головкой (более медленная, но более качественная печать). Они подобны пишущей машинке – печать производится ударом матрицы из иголок через красящую ленту, ресурс которой около 500 листов бумаги. Матричные принтеры относительно дешевы и дают удовлетворительное качество печати как на английском, так и на русском языке. Максимальное разрешение 9-игольного принтера Epson FX-100 – 244 точки на дюйм.

Струйные принтеры. Печатным устройством в струйном принтере является емкость со специальными чернилами, которые выбрасываются на бумагу из миниатюрных дырочек – сопел под большим давлением. Качество печати высокое. Бывают цветные и черно-белые.

Основные характеристики:

невысокая цена,

хорошее разрешение,

практически бесшумная работа,

небольшое энергопотребление,

относительно невысокая скорость:20 – 50 символов/с; 90 с на лист 210×297 мм в графическом режиме.

Лазерные принтеры. Принцип его работы схож с принципами работы ксерокса: основным печатающим устройством служит валик, на котором, в соответствии с поданным на печать изображением, формируются различным образом напряженные участки, к которым притягиваются мелкие частицы красящего порошка. После этого валик "прокатывает" бумагу, перенося краску на ее поверхность. Печать – черно-белая и цветная.

Основные характеристики: Цена высокая.

Разрешающая способность: типовая – 600 dpi (23.6 точек/мм), достижимая –

1200 dpi (47.2 точек/мм).

скорость печати: настольные офисные – 10–30 страниц/мин, стационарные, с двухсторонней печатью – порядка 150 страниц/мин.

МЫШЬ представляет собой манипулятор для управления программами, внешне похожий на мышку. Большинство программ используют две из трѐх клавиш мыши. Левая клавиша – основная, ей управляют компьютером. Она играет роль клавиши Enter. Функции правой клавиши зависят от программы. Часто она играет роль клавиши Esc. Если пользователь "левша", то можно в ряде программ поменять клавиши местами. Для мыши, как правило, используется специальный коврик для более надѐжного контакта с шариком мыши при перемещении еѐ по столу. Мыши бывают механическая и оптическая.

34

ЗВУКОВАЯ КАРТА (саундбластер) – устройство для преобразования цифровой информации на дисках и компакт-дисках в звуки. К выходу саундбластера подключают колонки.

МОДЕМ

Модемом (Модулятор-ДЕМодулятор) называется устройство, позволяющее обмениваться информацией между PC через аналоговые каналы (через телефонные станции и сети). Для передачи данных с помощью модема необходимы: сам модем; программное обеспечение; подключение к телефонной линии.

По конструктивному исполнению модемы делятся на внутренние и внешние. Внутренние модемы выполняются в виде карты расширения, вставляемой в свободный слот компьютера.

На внешней стороне карты модема находятся гнезда для подключения кабеля телефонной линии. Внешний модем гораздо проще в установке: его подключают к РС-разъему последовательного порта.

СКАНЕР – это устройство ввода в PC цветного и черно-белого изображения с бумаги, пленки и т.п. Сканер последовательно преобразует оптический сигнал, получаемый при сканировании изображения световым лучом, в электрический, а затем в цифровой код.

Сканеры разделяют на ручные и планшетные. Ручные сканеры – это относительно недорогие устройства небольшого размера, удобны для оперативного сканирования изображений из книг, журналов. Ширина полосы сканирования обычно не превышает 105 мм, стандартное разрешение 600 dpi. К недостаткам ручного сканера можно отнести зависимость качества сканирования от навыков пользователя и невозможность одновременного сканирования относительно больших изображений.

Планшетные сканеры осуществляют сканирование в автоматическом режиме. Оригинал располагается в сканере на стеклянном листе, под которым головка чтения с CCD-элементами сканирует изображение построчно с равномерной скоростью. Размеры сканируемых изображений зависят от размера сканера и могут достигать размеров большого чертежного листа (А0). Специальная слайд-приставка позволяет сканировать слайды и негативные пленки. Аппаратное разрешение планшетных сканеров достигает 1200 dpi.

Кроме планшетных и ручных, есть также проекционные и роликовые

сканеры. В последних перемещается не сканирующая головка, а сам сканер

Web-КАМЕРА

Так называется устройство, позволяющее снимать то помещение, в котором находится компьютер, подключѐнной к нему Web-камерой и тех, кто в нѐм находится. С помощью Web-камер можно проводить телеконференции, участники которых могут находиться в разных странах и даже на разных континентах. Можно обмениваться видеоинформацией в режиме реального времени.

35

СЕТЕВОЙ АДАПТЕР Под компьютерной сетью понимают комплекс аппаратно-программных средств, позволяющих обмениваться информацией

глобальные и локальные, а также на одноранговые сети и сети типа клиентсервер. Встречаются следующие топологии сетей типа клиент-сервер: топология «звезда», кольцевая топология и шинная топология.

Компьютер подключается в сеть с помощью сетевой карты (сетевого адаптера). Сетевая карта устанавливается в один из свободных слотов материнской платы.

Системная ШИНА – это аппаратная реализация стандартов взаимодействия различных узлов. Еѐ разрядность многом определяет производительность компьютера, поскольку она связывает между собой процессор, ОЗУ, слоты (т.е. специальные разъѐмы) расширения. Существуют различные стандарты системной шины, которые сложились по мере развития техники: MCA, ISA, VESA, EISA, PCI и SCSI. В компьютерах Pentium

используется, как правило, шина PCI. Подключение отдельных модулей ЭВМ к магистрали на физическом уровне осуществляется с помощью контроллеров, адаптеров, а на программном обеспечивается драйверами. Их совокупность называется интерфейсом. Принцип открытой архитектуры – это возможность постоянного усовершенствования компьютера IBM PC в целом и его отдельных частей с использованием новых устройств, которые полностью совместимы друг с другом независимо от фирмы-изготовителя. Это даѐт наибольшую выгоду пользователям, которые могут расширять возможности своих машин, покупая новые устройства и вставляя их в свободные разъѐмы (слоты) на системной (материнской) плате.

Общая структура персонального компьютера

Основная

память

ПЗУ ОЗУ

Системная магистраль (шина)

36

Все ЭВМ, за небольшим исключением, имеют общую принципиальную схему или, как говорят, архитектуру.

Архитектура ЭВМ – комплекс аппаратных и программных средств, с помощью которых обеспечивается выполнение задач пользователя и программирование задач. Архитектура разделяется на внешнюю и внутреннюю (то, из чего состоит ЭВМ). В основу положен модульно-магистральный принцип. Модульный принцип позволяет комплектовать нужную конфигурацию, модернизировать еѐ. Модульная организация опирается на магистральный (шинный) принцип обмена информацией. Обмен информацией между устройствами производится по 3-м многоразрядным шинам (многопроводные линии связи).

Разрядность шины данных определяется разрядностью процессора (т.е. количество двоичных разрядов, которые процессор обрабатывает за один такт). Шина данных двунаправленная от процессора к устройству и наоборот. Код адреса формируется процессором и передаѐтся по шине адреса. Шина однонаправленная (от процессора к устройству). Разрядность определяет объѐм адресуемой памяти и может не совпадать с разрядностью шины данных. По шине управления передаются сигналы, определяющие характер обмена информацией (ввод/вывод) и сигналы, синхронизирующие взаимодействие устройств.

9. СОСТАВ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ

В состав вычислительной системы входят аппаратные и программные средства.

Аппаратное обеспечение К аппаратному обеспечению вычислительных систем относятся

устройства и приборы, образующие аппаратную конфигурацию. Современные компьютеры и вычислительные комплексы имеют блочно-модульную конструкцию — аппаратную конфигурацию, необходимую для исполнения конкретных видов работ, можно собирать из готовых узлов и блоков.

По способу расположения устройств относительно центрального процессорного устройства (ЦПУ— Central Processing Unit, CPU) различают внутренние и внешние устройства. Внешними, как правило, являются большинство устройств ввода-вывода данных (их также называют периферийными устройствами) и некоторые устройства, предназначенные для длительного хранения данных.

Согласование между отдельными узлами и блоками выполняют с помощью переходных аппаратно-логических устройств, называемых аппаратными интерфейсами. Стандарты на аппаратные интерфейсы в вычислительной технике называют протоколами. Таким образом, протокол — это совокупность технических условий, которые должны быть обеспечены разработчиками устройств для успешного согласования их работы с другими устройствами.

37

Многочисленные интерфейсы, присутствующие в архитектуре любой вычислительной системы, можно условно разделить на две большие группы:

последовательные и параллельные. Через последовательный интерфейс данные передаются последовательно, бит за битом, а через параллельный — одновременно группами битов. Количество битов, участвующих в одной посылке, определяется разрядностью интерфейса, например, восьмиразрядные параллельные интерфейсы передают один байт (8 бит) за один цикл.

Параллельные интерфейсы обычно имеют более сложное устройство, чем последовательные, но обеспечивают более высокую производительность. Их применяют там, где важна скорость передачи данных: для подключения печатающих устройств, устройств ввода графической информации, устройств записи данных на внешний носитель и т. п. Производительность параллельных интерфейсов измеряют байтами в секунду (байт/с; Кбайт/с; Мбайт/с).

Устройство последовательных интерфейсов проще; как правило, для них не надо синхронизировать работу передающего и принимающего устройства (поэтому их часто называют асинхронными интерфейсами). Первоначально пропускная способность последовательных интерфейсов была меньше, а коэффициент полезного действия — ниже. Из-за отсутствия синхронизации посылок полезные данные предваряют и завершают посылками служебных данных, то есть на один байт полезных данных могут приходиться 1-3 служебных бита (состав и структуру посылки определяет конкретный протокол).

Поскольку обмен данными через последовательные устройства производится не байтами, а битами, их производительность измеряют битами в секунду (бит/с, Кбит/с, Мбит/с).

Несмотря на кажущуюся простоту перевода единиц измерения скорости последовательной передачи в единицы измерения скорости параллельной передачи данных путем механического деления на 8, такой пересчет не выполняют, поскольку он не корректен из-за наличия служебных данных. В крайнем случае, с поправкой на служебные данные, иногда скорость последовательных устройств выражают в знаках в секунду или, что то же самое, в символах в секунду (с/с), но эта величина имеет не технический, а справочный, потребительский характер.

Первоначально последовательные интерфейсы применяли для подключения «медленных» устройств (простейших устройств печати низкого качества, устройств ввода и вывода знаковой и сигнальной информации, контрольных датчиков, малопроизводительных устройств связи и т. п.), а также в тех случаях, когда отсутствуют существенные ограничения по продолжительности обмена данными.

Однако с развитием техники появились новые, высокоскоростные последовательные интерфейсы, не уступающие параллельным, а нередко и превосходящие их по пропускной способности. Сегодня последовательные интерфейсы применяют для подключения к компьютеру любых типов устройств.

38

Программное обеспечение Программы — это упорядоченные последовательности команд. Конечная

цель любой компьютерной программы — управление аппаратными средствами. Состав программного обеспечения вычислительной системы называют программной конфигурацией. Между программами, как и между физическими узлами и блоками существует взаимосвязь — многие программы работают, опираясь на другие программы более низкого уровня, то есть мы можем говорить о межпрограммном интерфейсе. Возможность существования такого интерфейса тоже основана на существовании технических условий и протоколов взаимодействия, а на практике он обеспечивается распределением программного обеспечения на несколько взаимодействующих между собой

уровней.

Уровни программного обеспечения представляют собой пирамидальную конструкцию. Каждый следующий уровень опирается на программное обеспечение предшествующих уровней. Такое членение удобно для всех этапов работы с вычислительной системой, начиная с установки программ до практической эксплуатации

итехнического обслуживания. Обратите внимание на то, что каждый вышележащий уровень повышает функциональность всей системы. Так, например, вычислительная система с программным обеспечением базового уровня не способна выполнять большинство функций, но позволяет установить системное программное обеспечение.

Базовый уровень. Самый низкий уровень программного обеспечения представляет базовое программное обеспечение. Оно отвечает за взаимодействие с базовыми аппаратными средствами. Как правило, базовые программные средства непосредственно входят в состав базового оборудования

ихранятся в специальных микросхемах, называемых постоянными запоминающими устройствами (ПЗУ — Read Only Memory, ROM). Программы

иданные записываются («прошиваются») в микросхемы ПЗУ на этапе производства и не могут быть изменены в процессе эксплуатации.

Втех случаях, когда изменение базовых программных средств во время эксплуатации является технически целесообразным, вместо микросхем ПЗУ применяют перепрограммируемые постоянные запоминающие устройства

(ППЗУ — Erasable and Programmable Read Only Memory, EPROM). В этом случае изменение содержания ПЗУ можно выполнять как непосредственно в составе вычислительной системы (такая технология называется флэштехнологией), так и вне нее, на специальных устройствах, называемых

программаторами.

Системный уровень. Системный уровень — переходный. Программы, работающие на этом уровне, обеспечивают взаимодействие прочих программ компьютерной системы с программами базового уровня и непосредственно с аппаратным обеспечением, то есть выполняют «посреднические» функции.

39

От программного обеспечения этого уровня во многом зависят эксплуатационные показатели всей вычислительной системы в целом. Так, например, при подключении к вычислительной системе нового оборудования на системном уровне должна быть установлена программа, обеспечивающая для других программ взаимосвязь с этим оборудованием. Конкретные программы, отвечающие за взаимодействие с конкретными устройствами, называются драйверами устройств — они входят в состав программного обеспечения системного уровня.

Другой класс программ системного уровня отвечает за взаимодействие с пользователем. Именно благодаря им он получает возможность вводить данные в вычислительную систему, управлять ее работой и получать результат в удобной для себя форме. Эти программные средства называют средствами обеспечения пользовательского интерфейса. От них напрямую зависит удобство работы с компьютером и производительность труда на рабочем месте.

Совокупность программного обеспечения системного уровня образует

ядро операционной системы компьютера. Если компьютер оснащен программным обеспечением системного уровня, то он уже подготовлен к установке программ более высоких уровней, к взаимодействию программных средств с оборудованием и, самое главное, к взаимодействию с пользователем.

То есть наличие ядра операционной системы — непременное условие для возможности практической работы человека с вычислительной системой.

Служебный уровень. Программное обеспечение этого уровня взаимодействует как с программами базового уровня, так и с программами системного уровня. Основное назначение служебных программ (их также называют утилитами) состоит в автоматизации работ по проверке, наладке и настройке компьютерной системы. Во многих случаях они используются для расширения или улучшения функций системных программ. Некоторые служебные программы (как правило, это программы обслуживания) изначально включают в состав операционной системы, но большинство служебных программ являются для операционной системы внешними и служат для расширения ее функций.

В разработке и эксплуатации служебных программ существует два альтернативных направления: интеграция с операционной системой и автономное функционирование. В первом случае служебные программы могут изменять потребительские свойства системных программ, делая их более удобными для практической работы. Во втором случае они слабо связаны с системным программным обеспечением, но предоставляют пользователю больше возможностей для персональной настройки их взаимодействия с аппаратным и программным обеспечением.

Прикладной уровень. Программное обеспечение прикладного уровня представляет собой комплекс прикладных программ, с помощью которых на данном рабочем месте выполняются конкретные задания. Спектр этих заданий необычайно широк: от производственных до творческих и развлекательнообучающих. Огромный функциональный диапазон возможных приложений

40