Структура персонального компьютера

Внешние устройства. К внешним устройствам ЭВМ (в том числе и ПК) относятся как устройства, находящиеся вне системного блока (клавиатура, мышь, монитор, принтер, внешний модем, сканер и т.д.), так и устройства, размещаемые внутри него (накопители на дисках, контроллеры устройств, внутренние факс-модемы и др.).

Нередко внешние устройства называются периферийными. Однако термин «периферийные» иногда используется в узком смысле: им обозначают часть устройств, обеспечивающих ввод и вывод информации (клавиатуру, координатные манипуляторы, сканеры, дигитайзеры, принтеры, графопостроители и т.д.). Поэтому здесь и далее нами используется термин «внешние устройства».

Для IBM-совместимых ПК большинство внешних устройств управляется контроллерами, установленными в разъемы расширения материнской платы.

Контроллер — это плата, управляющая работой конкретного типа (конкретных типов) внешних устройств и обеспечивающая их связь с системной (материнской) платой.

Большинство контроллеров являются платами расширения системы. Исключение могут составлять контроллеры портов и накопителей на гибких и жестких магнитных дисках, которые встраиваются непосредственно в материнскую плату. В младших моделях IBM-совместимых ПК указанные контроллеры обычно размещались на отдельной плате, называемой мультиплатой (мультикартой).

Иногда (особенно в портативных компьютерах) непосредственно в материнскую плату встраиваются и другие контроллеры, в том числе видеоадаптеры и звуковые платы, в этом случае она носит название интегрированной.

Платы расширения. Платы расширения (дочерние платы) устанавливаются на материнскую плату. Они предназначены для подключения к шине ПК дополнительных устройств. Дочерние платы бывают полноразмерные, т.е. такой же длины, как и материнская плата, и полуразмерные, т.е. в два раза короче. В слоты расширения могут быть установлены любые дочерние платы, если они согласованы с шиной по управлению, разрядности и питанию.

Важнейшими типами плат расширения являются:

1. видеоадаптеры (графические ускорители) предназначены для функционирования графического сопровождения;

2. внутренние модемы;

3. звуковые платы необходимы для систем мультимедиа;

4. адаптеры локальной сети.

Помимо перечисленных, иногда используются и другие типы плат расширения, такие как:

• управления сканером;

• управления стриммером;

• интерфейс SCSI;

• контроллеры устройств виртуальной реальности;

• аналого-цифровые преобразователи;

• устройства считывания штрихового кода;

• управление световым пером;

• связи с большими ЭВМ;

• платы акселераторов (транспьютеры, нейроускорители и т.д.).

При организации операций ввода-вывода в ПК необходимо согласование одинакового кода передаваемых данных, согласование скоростей передачи и приема данных, обеспечение единства формата обмена данными и наличия стандартного протокола управляющих сигналов.

Для выполнения перечисленных требований в ПК предусмотрены специальные контроллеры ввода-вывода. Ввод-вывод реализуется через соответствующие порты: последовательный и параллельный.

Последовательный порт передает информацию по одному биту. В ПК можно использовать до четырех последовательных портов — СОМ1, COM2, COM3, COM4. Через последовательные порты подключаются такие устройства, как «мышь», внешний модем и плоттер.

Параллельный порт передает информацию побайтно. Здесь используется девять каналов связи — один для приема информации от ПК, другой — для передачи и еще семь — для управления процессом обмена. Максимально ПК может использовать три параллельных порта: LPT1, LPT2, LPT3. Обычно параллельные порты используются для подключения принтеров. Однако через параллельный порт могут подключаться и другие устройства: внешние накопители, сканеры, ключи аппаратной защиты программ от несанкционированного копирования. Необходимо помнить, что при включенном ПК нельзя присоединять кабели к разъемам последовательных и параллельных портов — это может вывести из строя платы контроллеров ввода-вывода и присоединенные устройства.

Для связи портативного и настольного ПК, а также настольного ПК с некоторыми моделями лазерных принтеров в последнее время часто используются инфракрасные порты, обеспечивающие беспроводное взаимодействие устройств.

В настоящее время чаще всего функцию портов выполняет шина USB (Universal Serial Bus — универсальная последовательная шина), обеспечивающая значительно большую скорость обмена, чем обычные порты.

Накопители информации. Требование к качеству информации все время увеличивает объемы ее передачи, что особенно быстро происходит при обработке изображений, звука, видео, это обусловливает все возрастающее внимание к накопителям информации. Накопитель — устройство для долговременного хранения больших объемов информации.

Помимо термина «накопители», в специализированной литературе применяют следующие его аналоги: «внешние запоминающие устройства» (ВЗУ) и «устройства массовой памяти» (Mass Storage Device).

По способу размещения в ПК накопители бывают:

внешние — располагаются вне системного блока, имеют собственный наружный корпус, источник питания с собственным выключателем и кабелем;

внутренние— располагаются на монтажной стойке системного блока ПК. Они не имеют собственного корпуса, подключаются непосредственно к контроллеру накопителей и источнику питания ПК.

Основными типами накопителей являются следующие.

• Накопители на гибких магнитных дисках (floppy disk drives (FDD)). Данный тип носителя практически вышел из употребления вследствие малой емкости.

• Накопители на жестких магнитных дисках (hard disk drives (HDD)), винчестер (Winchester disk). В настоящее время самым емким жестким диском является диск с памятью 1 терабайт, созданный в японской компании «Хитати Глоубал Сторэдж текнолоджи» (HGTS), дочерней фирме электротехнической корпорации Hitachi. Прежний рекорд составлял 750 гигабайт. Предлагаемый винчестер размером 3,5 дюйма способен вместить 250 часов высококачественного видео или около 215 тыс. музыкальных файлов. Если сравнивать с первыми жесткими дисками, которые появились в 1956 г., то последний винчестер Hitachi превосходит их в 200 тыс. раз.

• Накопители на сменных компакт-дисках (CD-R, DVD-R). С момента своего появления в 1984 г. компакт-диски прошли значительный путь своего развития. Максимальные скорости вращения дисков выросли до 12 тыс. об./мин., а объем записываемой информации превышает 800 Мбайт. Массовый выпуск DVD устройств фактически уже начался в четвертом квартале 1996 г.

• Накопители на перезаписываемых оптических дисках (CD-RW, DVD-RW). Относительно недавно было объявлено о создании новейшего типа носителей информации под общим названием FMD ROM (fluorescent multilayer disk), т.е. флуоресцентный многослойный диск. Эта перспективная разработка, как ожидают ее создатели, должна после своего выхода заменить все существующие на сегодняшний момент устройства хранения информации, причем не только устаревающие диски CD-ROM, но и относительно новые DVD-ROM.

• USB Flash-drive (flash-накопители) приобретают все большую популярность. Их емкость достигает 2 Гбайт.

Мониторы. В настольных ПК используются мониторы традиционные (на электронно-лучевых трубках) и LCD-дисплеи. Жидкокристаллический монитор обладает меньшими размерами, меньше весит и потребляет энергии, отсутствует мерцание изображения, в среднем имеет большую четкость изображения. Однако некоторые модели имеют ограниченный угол обзора и фиксированное разрешение.

Устройства ввода информации.

Клавиатура — основное стандартное устройство ввода информации в ПК. Все большую популярность приобретают эргономичные беспроводные клавиатуры.

Координатные манипуляторы представляют собой устройства покоординатного ввода: мыши, трэкболы и пойнтеры. Устройство типа «мышь» незаменимо при работе в графических редакторах, системах автоматизированного проектирования и является основным средством задания команд. Большое распространение получили оптические и беспроводные мыши, связываемые с ПК посредством инфракрасного излучения. Трэкбол — шар, встроенный в клавиатуру. Его отличием от мыши является то, что мышь необходимо перемещать по рабочей поверхности, а шар можно крутить, добиваясь перемещения графического курсора мыши в нужную точку.

Пойнтер, так же как и трэкбол, размещается на клавиатуре и является аналогом джойстика. Трэкболы и пойнтеры обычны для портативных компьютеров. В карманных компьютерах в качестве устройства покоординатного ввода используется сенсорный экран. Для того чтобы указать на конкретный объект, достаточно коснуться экрана в нужном месте специальным пером.

Сканер — устройство ввода информации в компьютер в графическом виде. Специализированное программное обеспечение позволяет обрабатывать изображение в соответствующем виде.

Устройства вывода информации. Печатающие устройства (принтеры) позволяют осуществлять вывод текста и графических изображений на бумагу, пленку и другие носители информации. Принтеры подключаются к компьютеру через параллельный порт или USB. К компьютеру может быть подключено несколько принтеров одновременно. Широкое развитие локальных сетей обусловило распространение сетевых принтеров, обслуживающих несколько подключенных к нему компьютеров. Существует множество разновидностей принтеров, и их модели продолжают совершенствоваться и обновляться.

Устройства передачи информации. Наибольшее распространение получили модемы и факс-модемы. Модем — устройство для преобразования информации при ее передаче между компьютерами по телефонной сети. Принцип передачи информации между компьютерами по телефонной сети основан на преобразовании получаемых от процессора данных из цифровой формы в высокочастотный аналоговый сигнал при передаче данных по телефонным каналам связи и их обратном преобразовании из аналоговой формы в цифровую при получении информации от телефонной сети. Модемы делятся на внешние и внутренние. Первые представляют собой плату расширения, устанавливаемую в дин из свободных слотов расширения на системной плате. Вторые с помощью специального разъема подключаются к последовательному порту ПК. Факс-модем — это модем, дополнений функциями приемами передачи факсимильных сообщений, большинство современных модемов являются факс-модемами, юэтому термины «модем» и «факс-модем» можно считать синонимами.

Увеличение объема передаваемых потоков информации обус-ювило создание технологии цифровой высокоскоростной передачи данных (DSL). Технологии DSL позволяют значительно увеличить скорость передачи данных по медным парам телефонных доводов без необходимости модернизации абонентских телефонных линий. Именно возможность преобразования существующих телефонных линий в высокоскоростные каналы передачи зднных и является главным преимуществом технологий DSL. При обычной телефонной связи используется около одной сотой пропускной способности телефонной линии. Технология DSL устраняет этот «недостаток» и использует оставшиеся 99% для высокоскоростной передачи данных, что позволяет одновременно передавать данные и говорить по телефону.

В последнее время появились устройства, позволяющие совмещать одновременную передачу по телефонным линиям данных и голоса на основе технологии DSVD (Digital Simultaneous Voice & Data), а также видеоизображений с помощью web-камер, подключаемых к компьютеру посредством USB.