Тема 3. Комп’ютерна техніка

3.1. Теоретичні відомості та методичні поради до вивчення теми

Вивчаючи цю тему, передусім варто зупинитися на таких питаннях.

1. Подавання інформації в комп’ютерах.

2. Огляд сучасних ПК.

3. Основне призначення, структура та програмне забезпечення.

4. Поняття і функції процесора, пам’яті, пристроїв уве­дення/виведення інформації.

5. Робота із зовнішніми пристроями ПК: клавіатурою, монітором, принтером, «мишкою», дисковими накопичувачами.

3.1.1. Подавання інформації в комп’ютерах

В основу роботи ПК покладено принцип програмного управління, який дає змогу повністю автоматизувати процес розв’язування задачі, що зводиться до виконання з певною інфор­мацією, яка вводиться в машину, обмеженого числа основних операцій: додавання, множення, віднімання, ділення, перенесення числа з одного місця пам’яті в інше та деяких інших.

У комп’ютер надходить інформація двох типів — у вигляді команд та даних. Команда — це інформація, що подана у формі, яка дає можливість увести її в машину і визначає дію машини протягом певного проміжного часу. Дані — це числа та кодовані символи, які використовуються як операнди команд. Кожна команда є групою символів, що сприймаються машиною і поділяються на підгрупи.

Перша підгрупа просто є кодом операції і повідомляє, що повинен зробити комп’ютер; решта підгруп, що називаються адресами або адресною часткою команди, вказують, звідки взяти чи- сла для виконання операції або куди помістити результат. Завжди в ролі адрес вказують номери комірок, де повинні знаходитися ці числа.

Послідовність команд, записаних у порядку, який відповідає ходу розв’язання задачі й уводиться в пам’ять ПК разом із вхідними даними, називається програмою. Таким чином, кожна команда програми має свою адресу. Після цього все розв’язання виконується автоматично. Команди виконуються послідовно, від­повідно до зростання їх адрес, проте за певних умов цей порядок може бути змінений, для чого в програмі використовуються спеціальні команди, які називаються командами переходів.

Робота ПК взагалі може бути описана таким чином:

1. через пристрій уведення приймається інформація і пересилається в пам’ять;

2. інформація, що міститься в пам’яті, за вимогою програми витягується з комірок пам’яті та передається в АЛП для обробки;

3. оброблена інформація виводиться з комп’ютера через пристрій виведення.

Усі дії в ПК відбуваються за допомогою пристрою управління (ПУ).

3.1.2. Огляд сучасних ПК

Перші комп’ютери мали, як правило, фіксований склад обладнання, що накладало достатньо жорсткі обмеження на їх характеристику. Останнім часом їм на зміну прийшли комп’ю­тери зі змінним складом обладнання, конкретний набір якого визначається вимогами, що висуваються до ПК. За такого підходу окремі функціональні пристрої машини виконуються у вигляді агрегатів одного й того самого або різних типів, так, щоб, використовуючи їх, можна було побудувати систему, яка має задані властивості з потрібною кількістю тих чи інших пристроїв.

За порівняно короткий час мікропроцесори (МП) у своєму розвитку пройшли 4 покоління — від 4-розрядних до 32-розрядних, від функціонально і конструктивно простих пристроїв до однокристальних систем з потужними функціональними характеристиками. Розвиток МП яскраво бачимо на прикладі пристроїв фірми INTEL.

Сучасні ПК можна представити як багатопроцесорні системи. Класифікуючи (за потоком команд), їх можна розбити на 4 класи, залежно від числа потоків команд і потоків даних.

1. Системи з одним потоком команд і одним потоком даних (Single Instruction Stream, Single Data Stream — SISD), які належать до однопроцесорних мікропроцесорних систем (МПС) та мікроЕОМ. Кожний мікропроцесорний модуль (МПМ) є системою такого класу.

2. Системи з одним потоком команд і великою кількістю потоків даних (Single Instruction Stream, Multiple Data Stream — SIMD). Типовими представниками цього класу є матричні багатомікропроцесорні системи (БМП-системи), які мають велику потужність у процесі розв’язання паралельних обчислювань.

3. Системи з множиною потоків команд і одним потоком даних (Multiple Instruction Stream, Single Data Stream — MISD) — конвеєрні БМП-системи, які звуться магістральними.

4. Системи з множинами потоків команд і множиною потоків даних (Multiple Instruction Stream, Multiple Data Stream-MIMD), у яких МП-модулі одночасно виконують різні програми та оброб­ляють різні потоки даних. До відомих таких систем MIMD належать: Cm*, ієрархічний переналагоджувальний МП, система із загальною шиною Minerva та ін.

3.1.3. Основне призначення, структура та програмне забезпечення комп’ютерів

На початковому етапі використання сучасних комп’ю­терів ми маємо справу не з самою машиною, а з сукупністю правил, названих мовами програмування, потрібних для опису дій, які повинен виконувати ПК. Для забезпечення ефективності роботи розроблені машинні мови, використання яких складає певні труднощі для людини. Більшість користувачів не відчувають цих незручностей завдяки наявності однієї чи кількох мов програмування високого рівня, створених для поліпшення зв’язку людини з комп’ютером. Гнучкість обчислювальної машини виявляється в тому, що вона може виконувати програми-транслятори для перетворення програм з мов високого рівня, орієнтованих на користувачів, у програми з машинною мовою.

З урахуванням сказаного ПК потрібно розглядати як набір ресурсів, доступних його користувачам за допомогою програм, написаних відповідно до правил системних мов програмування. Ці ресурси належать до двох основних класів:

1. обладнання (апаратні засоби);

2. програми (програмне забезпечення).

Слід зазначити, що нині сформувалися три підходи до застосування ПК. Перший — використання для автономної роботи; другий — для роботи у складі локальних мереж; третій — використання як інтелектуальних терміналів великих або середніх комп’ютерів.

Найпростіший і найдоступніший — автономний режим. Обмін інформацією з іншими обчислювальними пристроями здійснюється за допомогою дискет або через прості асинхронні канали зв’язку. Проте такий режим має свої вади, до яких можна зарахувати труднощі під час обміну інформацією між ПК різних типів.

Робочі характеристики будь-якого комп’ютера визначаються характеристиками функціональних пристроїв, які входять до його складу, та його програмним забезпеченням.

Для початківця-користувача звичайно буває достатньо найзагальнішого уявлення про призначення основних пристроїв і тих мінімальних знань про їх функціональні можливості, які дають йому можливість виконувати основні дії з обслуговування ком­п’ютера в процесі обчислень.

Складнішим завданням є вивчення програмного забезпечення, без якого жоден комп’ютер фактично функціонувати не може.

Практичне значення програмного забезпечення під час роботи з комп’ютером обумовлене особливостями обчислювального про­цесу, який складається з двох взаємозв’язаних частин:

1. переробка вхідної інформації, яка визначається алгоритма- ми програм, що використовуються для розв’язання поставленої задачі;

2. поточного забезпечення даної переробки, яке включає в себе управління переробкою, доставкою та збереженням вхідних та проміжних даних, комутацію окремих програм тощо.

Потреба користувача у комп’ютері задовольняється прикладними програмами, розробленими самим користувачем і призначеними для виконання конкретних завдань.

Хоча вимоги різних користувачів різні, вони мають деякі спіль­ні елементи, які можна задовольнити за допомогою загальних програм, що полегшують підготовку та використання прикладних програм. Такий набір програм загального призначення, специфічний для кожного комп’ютера, називається програмним забезпеченням і є сукупністю програмних засобів, що дають кори­стувачеві при наявному обладнанні можливість експлуатувати комп’ютер і всі його пристрої. Ці загальні програми, що призначені для всіх користувачів комп’ютерів, називаються системними.

Основою програмного забезпечення є операційна система, яка являє собою сукупність програм, призначених для управління всіма апаратними та програмними ресурсами і координації проходження різноманітних завдань через комп’ютер.

Операційна система є сполучним ланцюгом між комп’ютером і людиною-оператором, а також між комп’ютером і так званими прикладними програмами, що дають можливість виконувати окре­мі стандартні завдання, пов’язані з розв’язанням мовних проблем, обробкою текстів, створенням баз даних, управлінням графічним зображенням тощо. Таким чином, системне програмне забезпечення істотно полегшує спілкування людини з комп’ютером.

Основу структурної організації ПК, побудованої на базі мікропроцесорів, становить загальна або системна шина.

Мікропроцесор з’єднується з системною шиною, пам’яттю і контролерами зовнішніх пристроїв (рис. 3.1). Для зв’язку з па­м’яттю процесору необхідно передавати адреси команд і даних, одержувати команди або операнди, а також передавати результати. Крім того, необхідно передавати і приймати управляючі сигнали. Таким чином, загальна шина включає шину даних, шину адреси і шину управління.

Рис. 3.1. Загальна структура програмного забезпечення

У загальному випадку МП складається з таких функціональних блоків: арифметично-логічний пристрій (АЛП); пристрій управління (ПУ); схема розподілу синхросигналів (РС); регістр загального призначення (РЗП); акумулятор (А); регістр команд (РК); програмний лічильник (ПЛ); індексні регістри (ІР); вказівник стеку (ВкСт); буферні регістри даних та адреси (БРД і БРА). МП базується на магістральному принципі взаємозв’язку функціональних блоків.

3.1.4. Поняття та функції процесора, пам’яті, пристроїв уведення/виведення інформації

Мікропроцесор — електронний блок, що виконує елементарні логічні та арифметичні машинні команди. Мікропроцесор уходить до складу процесора, який включає в себе також оперативну пам’ять (ОП), блоки керування й синхронізації, а також загальну шину для обміну інформацією. Крім того, до загаль­ної шини можуть підключатися додаткові процесори із системою команд, що відрізняються від команд центрального процесора (ЦП), які використовуються для виконання програм, несумісних із системою команд ЦП.

Найважливіша особливість сучасних ПК — наявність загальної шини і внутрішніх роз’ємів, призначених для встановлення додаткових плат. Таких роз’ємів буває від двох до восьми. Додат­кові плати призначені для розширення функціональних можливостей ПК. У стандартному комплектуванні лише частина внутрішніх роз’ємів зайнята основними платами, а заповнення решти залежить від передбаченого користування ПК.

Пам’ять комп’ютера буває двох типів — постійна (ПП) і оперативна (ОП). ПП — одна або кілька ВІС (СВІС), що містять інформацію, яку можна змінювати (записувати). Інформація, що зберігається в ПП, складається з набору програм, які визначають режим функціонування ПК у будь-який момент часу. Ці програми називають програмами монітора. Після ввімкнення комп’ютера процесор починає автоматично виконувати команди монітора, що визначають послідовність стандартних програм запуску ПК. Нині спостерігається тенденція записувати в ПП усієї оперативної системи, що забезпечує роботу на ПК програмних мов високого рівня. Зміна ПП або перепрограмування їх дає змогу експлуатувати один ПК під керуванням іншої системи команд, іншої системи абетки тощо. Для роботи з конкретними програмами та даними використовується ОП, що складається з набору ВІС (СВІС), які допускають як читання, так і запис інформації.

Обчислювальна потужність ПК великою мірою визначається обсягом ОП, доступним для користувача й для монітора.

Обсяг даних, які можна безпосередньо зберігати в ПК, обмежений фізичними характеристиками ОП, ПП. Крім того, користувач намагається запам’ятовувати дані незалежно від живлення ПК, а також транспортувати їх у просторі. Тому потрібні пристрої, що забезпечують зберігання інформації поза комп’ютером. З цією метою найчастіше використовують накопичувачі на гнучких магнітних дисках (ГМД) або дискетах; накопичувачі на жорстких магнітних дисках (вінчестер). Перспективними зовнішніми запам’ятовуючими пристроями є оптичні диски і відеодиски, інформаційна місткість яких на один—три порядки вища від місткості вищеназваних накопичувачів.

3.1.5. Робота із зовнішніми пристроями ПК

У процесі виведення інформації з ПК із фіксацією на паперовому носії використовують принтери.

Існують різні засоби введення інформації в ПК: пристрої зовнішньої пам’яті (дискети, вінчестер та ін.), канали зв’язку ПК з іншими засобами обчислювальної техніки або електронними приладами, клавіатура.

Головним засобом взаємодії користувача з будь-яким персональним комп’ютером є монітор.

Монітор — це пристрій візуального уявлення інформації. Він не єдиний пристрій виведення даних. Його основними характеристиками є: розмір екрана, частота регенерації зображення, максимальний рівень захисту.

Монітори можуть бути двох типів: монохроматичні (однокольорові) та поліхроматичні (багатокольорові).

Клавіатура комп’ютера дуже подібна до стандартної клавіатури звичайної друкарської машини. Використовується для уведення алфавітно-цифрових (знаків) даних, а також команд управ­ління. Клавіші з усіма літерами алфавіту, цифрами від 0 до 9 та більшістю знаків пунктуації розміщені в тих самих місцях, котрі зручні для людини, яка друкує на машинці. Проте існує й цілий ряд особливостей у зв’язку з тим, що клавіатура персонального комп’ютера може налічувати понад 100 клавіш, об’єднаних у групи:

1. алфавітно-цифрова група клавіш;

2. функціональні (програмні) клавіші (позначені від F1 до F12);

3. клавіші керування курсором;

4. клавіші додаткової панелі (використовується в двох режимах: цифровому або режимі керування курсором);

5. службові клавіші (Print Screen, Scrooll Lock, Pause/Break тощо).

Зауважимо, що алфавітно-цифрова клавіатура, яка використовується в нашій країні, — «двомовна». Стандарт розміщення літер на англійських клавіатурах з нашою не збігається, але до такого розташування літер на клавіатурі можна швидко звикнути.

Функціональні клавіші можуть програмуватися на формування різноманітних ланцюжків символів. У деяких приклад- них програмах ці клавіші можуть використовуватися особливим чином.

Стандартні керуючі клавіші реалізують стандартні функції управління; частина з них може блокуватися чи перевизначатися в прикладних програмах; деякі слугують для перевірки підсумків виконання робочих команд.

У процесі виведення інформації з ПК із фіксацією на паперовому носії використовують принтери.

Принтер (друкарський пристрій) — призначений для виведення інформації на папір. Звичайно принтери мають можливість виведення не тільки тексту, а також малюнків та графіки. Деякі принтери дають можливість друкувати тільки в одному кольорі (чорному), а інші можуть виводити і кольорове зображення. Принтери бувають: матричні, струменеві і лазерні.

Матричні принтери раніше були найбільш розповсюдженими принтерами для персональних комп’ютерів. Зараз ці принтери не користуються попитом, тому що забезпечують значно гіршу якість друку (порівняно з лазерними та струменевими принтерами), створюють сильний шум під час роботи і малопридатні для кольорового друку.

Струменеві принтери зараз є найрозповсюдженішими принтерами. У струменевих принтерах зображення формується мікрокраплями спеціального чорнила, що виприскується на папір через сопла друкарської головки.

Лазерні принтери забезпечують найвищу якість чорно-білого та кольорового друку. У лазерних принтерах використовується метод ксерографії: зображення переноситься на папір зі спеціального барабана, до якого електрично притягуються частинки фарби (тонера). Лазерні принтери мають найвищу швидкість друкування серед усіх інших типів принтерів.

Існує ціла гама друкуючих пристроїв для персональних ком­п’ютерів, що відрізняються один від одного швидкістю, якістю друку, набором знаків, які відтворюються, типом застосову- ваного паперу та низкою інших характеристик. Типовий дру- куючий пристрій завжди обладнаний вимикачем живлення, декількома кнопками ручного управління та низкою лампочок індикації стану на верхньому чи лицьовому боці панелі управління. В табл. 3.1 перелічені органи управління та лампочки індикації стану, що найчастіше зустрічаються в друкуючих пристроях.

Таблиця 3.1

Таблиця переліку органів управління друкуючих пристроїв

Найменування*	Функціональне призначення та стан, про який сигналізується
Перемикачі та кнопки
Power	Запуск і зупинка друкуючого пристрою
Online (Selekt)	Припинення/продовження друку
Form Feed (FF)	Прогін паперу до наступної сторінки
Line Feed (LF, Paper adv.)	Прогін паперу на один рядок
Cliar (Reset)	Установлення пристрою в вихідне положення після ліквідації помилки
Override	Повідомлення про вичерпання запасу паперу; припинення друку поточної сторінки
Лампочки індикації стану (при підсвічуванні)
Power	Живлення ввімкнене
Ready	Пристрій готовий до роботи; блокування та захисні ключі перевірені
Select (Online)	Дозволене продовження друку
Paper Out (Paper)	Немає паперу
Alarm (Error)	Кінець фарбуючої сторінки або внутрішня зіпсованість
*У деяких пристроях використовуються інші найменування

У більшості друкуючих пристроїв відбувається автоматичне розпізнавання числа рядків, що залишаються до кінця сторінки, і викидання надрукованої сторінки у разі натиснення відповідної кнопки.

У деяких друкуючих пристроях передбачається спеціальна кнопка, при натисненні якої як початок сторінки задається поточ­ний рядок. У цілому в ряді друкуючих пристроїв є перемикачі для встановлення автоматичного чи локального режиму переведення рядка. Цей перемикач може розташовуватися на лицьовій панелі або під кришкою пристрою друку; його нормальне положення — увімкнено.

Миша — це маніпулятор для введення інформації в комп’ю­тер. Миша — це маленька коробочка з трьома клавішами (а частіше з двома).

Існують програми, де як курсор можна використовувати мишу. Наприклад у «Norton Commander», «Windows» тощо. В багатьох випадках мишею користуватися зручніше, ніж клавіатурою. Наочним прикладом цього є робота в «Windows».

Одним з найважливіших вузлів комп’ютера є накопичувачі на магнітних дисках (НМД). У ролі носія інформації залежно від типу НМД можуть використовуватися знімні гнучкі магнітні дис­ки — дискети (накопичувачі на гнучких магнітних дисках НГМД). У НГМД комп’ютерів найчастіше застосовують програмно-секціоновані дискети діаметром 3,5 дюйма.

Основою іншого розповсюдженого типу дискового пристрою для запам’ятовування є жорсткий диск, на який інформація записується за спеціальною технологією, яка дає можливість зберігати на одному боці диска значно більший обсяг інформації, ніж при використанні звичайної технології. Цей спеціальний засіб запису інформації називається «вінчестерською технологією», а запам’я­товуючі пристрої, в яких вона використовується, мають назву вінчестерських дисків. Початково такі накопичувачі розраховувалися на 2 диски по 30 Мбайт, які складають єдиний блок; у результаті ємність НМД позначалася 30/30, подібно до калібру старовинної мисливської рушниці «Вінчестер». Звідси — ця назва.