5.4.2. Центральные устройства

Устройство компьютера представлено на рис. 5.7.

Центральный процессор является ядром компьютера. Связь между компонентами осуществляется посредством внешней шины. Внутри процессора имеются шины для взаимодействия между собой АЛУ, устройства управления и регистров памяти. Внешняя шина процессора состоит из линий, по которым передаются данные, адреса и команды управления. Поэтому общая шина подразделяется на шину данных, шину адреса и шину управления. Разрядность шины определяет максимальное количество одновременно передаваемых бит, отчего зависит производительность компьютера. Чем больше разрядность шины, тем выше производительность компьютера.

Скорость передачи данных по шине определяется тактовой частотой. Чем выше тактовая частота, тем выше производительность компьютера.

Поскольку данные в процессе работы хранятся в оперативной памяти, важным параметром является скорость записи в память и чтения из памяти.

Из внешних устройств очень большое влияние на производительность оказывает видеоконтроллер или видеокарта. При большом потоке видеоданных требуется видеокарта с большим быстродействием.

Основным функциональным компонентом компьютера является системная или материнская плата. Главным элементом системной платы является процессор.

На материнской плате находится микросхема кеш-памяти, предназначенной для хранения системного программного обеспечения – базовой системы ввода-вывода.

Память. Память компьютера включает в себя оперативную память, постоянную память и память на внешних устройствах.

Оперативная память (ОЗУ, RAM) предназначается для хранения текущих данных, выполняемых программ, а также копий отдельных модулей операционной системы. После отключения питания, оперативная память стирается.

Постоянная память используется для хранения информации, которая не должна меняться в ходе работы компьютера (ПЗУ, ROM). Здесь хранится программное обеспечение базовой системы ввода-вывода, программы для тестирования

Кэш-память. Кэш-память расположена на кристалле центрального процессора предназначена для согласования скорости работы процессора с более медленными устройствами, такими как динамическая память.

5.4.3. Внешние устройства: накопители на гибких и жестких дисках, клавиатура, мышь, видеотерминал, принтер, диск cd-rom, стример, сканер

Накопители. Одними из первых накопителей для персональных компьютеров были флоппи-дисководы. Сменными носителями являются гибкие магнитные флоппи-диски диаметром 3,5 дюйма (89 мм) и информационной емкостью 1,44 Мб. Информация на диск и с диска записывается и считывается с помощью магнитных головок. Привод похож на привод жесткого диска-винчестера. В состав дисковода входят два двигателя, один вращает диск, другой перемещает магнитную головку.

Винчестеры. Первый накопитель с жесткими магнитными дисками, названный в последствие винчестерским или просто винчестером, был разработан фирмой IBM.

Практически на всех современных жестких дисках есть собственная оперативная память, называемая кэш-памятью или просто кэш. Размер и структура кэш-памяти у разных производителей и для различных моделей кэш-память разная.

Основными характеристиками жесткого диска являются:

- информационная емкость;

- скорость вращения;

- время доступа;

- тип интерфейса

Скорость вращения. Обычно современные жесткие диски вращаются со скоростью 7200 об/мин. Чем выше скорость вращения, тем выше скорость обмена данными. Скорость более 7200 об/мин требует хорошей вентиляции для отвода тепла.

Жесткие диски поступают с завода-изготовителя уже отформатированными. Подключение накопителя к системной плате осуществляется с помощью 40-проводного кабеля, к которому можно подключить 2 винчестера.

Оптические накопители. Первая технология оптической записи появилась в 1961 году в Стэндфорском университете США.

В 1980 году компания Philips и Sonyпредставили новый стандарт лазерного диска – CD-DA. Он определял способ записи и обработки звука. Первые диски этой технологии были однократно записываемыми и требовали специального оборудования для записи.

CD-ROM дисководы с помощью 40-проводного кабеля подключаются к компьютеру через IDE-интерфейс.

Следующим шагом в развитии оптических накопителей стало появление CD-RW-дисководов, позволяющих выполнять многократную запись на диски CD-RW. Каждый сеанс записи называется сессией, а диск – мультисессионным. Наличие несколько сессий допустимо не во всех стандартах записи.

ФЛЕШ-ПАМЯТЬ. Это разновидность твердотельной полупроводниковой энергонезависимой перезаписываемой памяти. Имеет ограничение на перезапись (обычно до 10 тысяч раз). При выключении электроэнергии содержимое памяти сохраняется. Флеш-память более компактна, дешева (с учетом стоимости дисководов) и обеспечивает более быстрый доступ. Широко используется в портативных устройствах: цифровых фотокамерах и видеокамерах, цифровых магнитофонах, в программируемых калькуляторах, для резервного копирования информации на компьютерах.

Стирание информации в флеш-памяти происходит либо для всей памяти одновременно, либо для достаточно больших блоков. Для некоторых применений это неудобно. Поэтому имеются схемы с блочной структурой, в которых весь массив делится на блоки, стираемые независимо друг от друга. Объем таких блоков сильно разнится: от 256 байт до 128 Кбайт.

Типы съемной флеш-памяти. По конструктивному исполнению и интерфейсам: Compact Flash Typel (CF1), Compact Flash Typel (CF11), Memory Stick, SecureDigital (SD), miniSD, xD-Picture Card (xD), MultiMediaCard (MMC), RS-MMC, SmartMedia Card (SMC), USB-flash.

Периферийные устройства.

Клавиатура. Предназначена для ввода информации. С помощью клавиатуры вводятся данные и команды для выполнения, производится управление работой компьютера во время выполнения программы. В настоящее время в основном используются клавиатуры мембранного типа, в которых при нажатии клавиши происходит замыкание с помощью верхней мембраны токопроводящих площадок на нижней мембране, соответствующих данной клавише. Связь между клавиатурой и клавиатурным портом компьютера осуществляется посредством 4-х проводного кабеля. По двум проводам подается питание +5В, по остальным передаются данные и сигналы синхронизации.

Мышь. При перемещении мыши на экране отображается положение указателя мыши. Сейчас используются оптические мыши вместо механических. Светоизлучающий диод освещает поверхность, по которой перемещается мышь, отраженный свет формирует изображение на сенсоре. Оптическая мышь может работать практически на любой поверхности, что затруднительно для механической мыши.

Джойстик. Часто используются в компьютерных играх. Джойстик имеет рукоятку-рычаг, связанную с двумя переменными резисторами. Эти резисторы позволяют отслеживать передвижение в двух координатах, информация о положении которых поступает на соответствующие аналоговые входы игрового компьютера.

Видео мониторы.

CRT-мониторы. Это мониторы на электронно-лучевых трубках. Принцип действия заключается в том, что управляемый пучок электронов попадает на экран, покрытый люминофором и вызывает его свечение. На смену его пришли LCD-мониторы.

LCD-мониторы. Это жидкокристаллические мониторы. Основной тип покупаемых сейчас мониторов. В качестве экрана жидкокристаллических мониторов используются активные LCD-матрицы. Кристаллы в ячейках работают как оптический затвор, пропуская или закрывая свет от лампы за матрицей. Управление выполняется отдельно для каждого элемента (пикселя) экрана. Каждый пиксель экрана состоит из трех ячеек, отображающий красный, синий и зеленый цвет.

В LCD-мониторе источником для создания изображения является внешний источник света. Лампы находятся в корпусе монитора, за матрицами.

Наиболее качественную технологию IPS изготовления мониторов предложила фирма Hitachi. Единственный недостаток цена.

Наиболее популярные мониторы производятся сейчас на основе TN+Film – матриц.

В жидкокристаллических мониторах в качестве интерфейса с видеокартой используется стандартный аналоговый и цифровой интерфейс (DVI). В отдельных мониторах могут присутствовать разъемы обеих интерфейсов, в других же может быть только более современный DVI.

Принтеры. Предназначены для вывода информации из компьютера. Принтеры подразделяются по формату печати. Наиболее распространены устройства, поддерживающие форматы А4 и А3. В составе принтера есть своя память, в которую записывается поступающий от компьютера поток информации, что позволяет принтеру работать автономно после получения задания на печать. В последнее время большинство моделей принтеров оснащаются USB интерфейсом.

Струйные принтеры. Общепризнано, что в качестве домашнего принтера использовать струйный принтер. Он дает высокое качество и возможность цветной печати при сравнительно небольшой цене по сравнению с принтерами других типов. Запись осуществляется путем направленного выброса капель из печатающей головки капель красителя (чернил).

При пьезоэлектрической технологии в печатающей головке принтера располагаются миниатюрные пьезопластины, управляемые электрическим сигналом. Капли чернил выбрасываются из печатающей головки за счет колебания пластин. Эта технология используется в струйных принтерах Epson, Brother. Относительные недостатки: стоимость и требовательность к качеству чернил.

В пузырьковой (электротермической) технологии капля выбрасывается за счет избыточного давления при очень быстром нагреве порции чернил. При этой технологии печатающие головки дешевле и поэтому чаще всего выполняются в едином корпусе со сменным картриджем. Пузырьковая технология применяется в принтерах фирм Hewlett Packard, Lexmark, Canon, Xerox. Технология цветной печати требует трехцветный картридж, содержащий чернила голубого, пурпурного и желтого цветов. Высокое качество фотографий можно получить только на специальной фотобумаге.

Лазерные принтеры. В лазерных принтерах для создания изображений используют электрографический принцип. Печатаемое изображение с помощью лазерного луча наносится на светочувствительный барабан в виде электростатического потенциала. Электростатическое изображение наносится лазерным лучом построчно. После формирования каждой строки специальный прецизионный шаговый двигатель поворачивает барабан для формирования последующей строки. При вращении заряженные строки барабана оказываются в контейнере с тонером, частицы которого притягиваются к заряженным участкам. Чем больше заряд, тем больше частиц притягивается. При дальнейшем вращении барабана тонер переносится на бумагу и закрепляется на ней за счет нагрева тонера до температуры плавления и фиксации их специальными валиками.

Безусловным лидером на рынке лазерных принтеров является фирма Hewlett Packard. Хорошо известна также продукция Canon, Xerox.

LED-принтеры. В этих принтерах полупроводниковый лазер заменен линейкой мельчайших светодиодов. Конструкция принтера в этом случае упрощается. Изображение формируется построчно, но по отдельному пикселю.

Выбор принтера. Лазерные принтеры обеспечивают высокое качество и высокую скорость печати. Струйные принтеры имеют высокое качество, высокую скорость, но имеют высокую стоимость расходных материалов. Целесообразно иметь два принтера. Один лазерный для печати черно-белых документов и цветной струйный (печати относительно мало, поэтому будет и небольшой расход материалов).

Сканеры. В составе современного мультимедийного компьютера используется устройство для ввода изображений сканер. Сканером называется устройство, позволяющее вводить в компьютер изображение в виде текстов, рисунков, фотографий, слайдов и другой графической информации. Наиболее популярными являются сканеры планшетного типа.

В планшетном сканере оригинал кладется на стекло, освещается специальной лампой и сканируется при помощи подвижного линейного датчика.

К основным характеристикам сканера относятся:

- оптическое разрешение;

- глубина цвета;

- динамический диапазон (диапазон оптических плотностей).

Оптическое разрешение определяет уровень детализации объекта при сканировании и измеряется в точках на дюйм (dpi). Чем выше это показатель, тем более детально будет передан объект.

Глубина цвета. Определяет количество распознаваемых цветов. У современных сканеров эта характеристика имеет 48 бит.

Динамический диапазон. Оптическая плотность это характеристика оригинала, выражаемая пропорциональным отношением света, падающего на оригинал, к свету отраженному. Минимально возможное значение (для идеально белого оригинала) – 0,0 D, максимальное значение – 4,0 D (для абсолютно черного). Динамический диапазон сканера указывает, какой диапазон оптических плотностей оригинала сканер может распознать, не потеряв оттенков. Большинство планшетных сканеров имеет динамический диапазон в пределах от 1,7 D (офисные модели) до 3,4 D (полупрофессиональные модели). Большинство бумажных оригиналов, будь то фотография или журнальная вырезка, обладают оптической плотностью не более 2,5 D. Наиболее распространенным интерфейсом для подключения сканеров к компьютеру в настоящее время является USB. Широко распространены сканеры Hewlett Packard, Epson, Canon.

Акустические системы. Акустические системы позволяют прослушивать музыку и речь, воспроизводимые звуковой картой. Колонки, содержащие встроенный усилитель, называются активными.

Устройство защиты. Внезапные отключения питающей электросети и кратковременные провалы питающего напряжения могут стать причиной потери данных в оперативной памяти и Кеш-памяти. Самую простую защиту обеспечивают сетевые фильтры. Они предохраняют компьютер от импульсных выбросов питающего напряжения а также от высокочастотных шумов. Для более надежной работы компьютера при отключении питающего напряжения применяются источники бесперебойного питания типа UPS, имеющие аккумуляторные батареи и преобразователь постоянного тока в переменный. В качестве интерфейса UPS с компьютером используется стандартный СОM-порт или USB.