5.2. Назначение основных блоков эвм

Рассмотрим назначение основных составляющих частей машины фон-неймановского типа, в дальнейшем, в данном пособии, информация о наиболее важных из них будет представлена более подробно.

5.2.1 Процессор

Процессор (Рис.5.3) – в машинах, начиная с третьего поколения, это микропроцессор, состоит из арифметически-логического устройства (АЛУ) и управляющего устройства (УУ). Основную долю обработки информации осуществляет АЛУ. На вход АЛУ подается информация в виде кода операции оператора, который указывает, что должно делать АЛУ и операндов – чисел или слов, с которыми этот оператор должен работать. На выходе АЛУ появляется результат этой операции. АЛУ работает как карманный калькулятор, немедленно выдает результат, если в него с помощью клавиш вводить числа. Управляет работой АЛУ управляющее устройство (УУ), действующее на основе информации, поступающей из запоминающего устройства, где хранятся все сведения, необходимые для его работы. Поэтому следующим по важности элементом компьютера является память. Функции памяти выполняет запоминающее устройство (ЗУ).

Рис. 5.2 Структура ЭВМ фон-неймановского типа	Рис. 5.3 Структура процессора

Одной из разновидностей ЗУ является оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), в котором процессы записи и считывания информации происходят очень быстро. Это основная память компьютера. Именно здесь и хранятся программа и данные, необходимые для немедленного решения каждой конкретной задачи.

Работа компьютера сводится к организации взаимодействия АЛУ (знающего «как делать») и ЗУ (знающему «что делать»). Сами по себе АЛУ и ЗУ взаимодействовать не могут. Это осуществляет управляющее устройство (УУ), которое взаимодействует со всеми узлами компьютера и организует передачу информации от одного узла к другому для выполнения программы, записанной в ОЗУ.

5.2.1 Устройства ввода-вывода

Процессор и ОЗУ это главные части компьютера, он может работать, имея только их, но такой компьютер никому не нужен. Чтобы компьютеру передать задание, нужно чтобы он имел устройство ввода, а для того чтобы узнать результат – устройство вывода.

К самым широко применяемым и самым старым устройствам ввода относится клавиатура или пульт. Это устройство похоже на пишущую машинку (Рис. 5.4 и 5.5). Пользователь посылает команды машине в виде символов и букв, имеющихся на клавиатуре, такие команды сами по себе ей не понятны, и требуют перевода на специальный машинный язык. Это осуществляет программно-аппаратное устройство интерфейс (inter - между, face - лицо). Интерфейс – определяет правила взаимодействия различных устройств. Эти правила можно реализовать программно и тогда будем иметь программу интерфейса. Правила интерфейса, реализованные аппаратурно называются – интерфейсным устройством. Например, аналого-цифровой преобразователь (АЦП), преобразующий электрический ток в его цифровое представление в двоичном коде, является типичным интерфейсом между электрическим процессом и компьютером, который перерабатывает этот процесс.

Рис. 5.4 Клавиатура первого ПК Apple

Если компьютер используется для контроля управления каким-либо объектом и в него нужно вводить показания приборов и датчиков, тогда в качестве интерфейса используется устройство связи компьютера с объектом.

Всю совокупность клавиш клавиатуры можно условно разбить на три группы: символьные, функциональные и клавиши управления курсором.

Символьные клавиши служат для ввода текста, т.е. букв, цифр и специальных символов.

Цифровые клавиши предназначены для ввода чисел, а в режиме <Num Lock> управляют курсором.

Рис. 5.5 современная клавиатура

Назначение функциональных клавиш подавать команду. Смысл команд определяется активной в данный момент программой, поэтому жесткого закрепления значений у этих клавиш нет.

Клавиши управления курсором ответственны за передвижение курсора по экрану относительно текущего экранного изображения.

В настоящее время выпускаются клавиатуры под определенное программное обеспечение, например под операционную систему Windows, тогда она дополняется соответствующими кнопками управления

Еще одно распространённое устройство ввода, вытесняемое сегодня благодаря сенсорным экранам мониторов – мышь.

Прообраз современной мыши появился только в начале 60-х и был изобретен в ходе работ по повышению продуктивности человеческого интеллекта. Вел эти работы ученый Дуг Энгельбрат, воплотил его идею в техническом исполнении Билл Инглиш (Рис. 5.6) Первая модель мыши. Это простая деревянная коробка с двумя колесиками в днище и большой красной кнопкой сверху. 

В настоящее время существует такое количество разновидностей компьютерных мышей, что их даже пытаются классифицировать по типу соединения с компьютером, по назначению, и исполнению. Так, например, мыши могут быть: проводными, оптическими, беспроводными, ассиметричными, шариковыми, трекболами, эргономичными и т.д. Современная мышь сильно отличается от своей прародительницы и имеет не одну, а иногда и более десятка кнопок для выполнения функций управления вводом (Рис. 5.7 а,б,в,г)

Устройством ввода служат также внешние запоминающие устройства (ВЗУ) – это компакт-кассеты, магнитные ленты и магнитные диски. Информация, которая вводится с этих устройств, должна быть получена также с помощью компьютера. ВЗУ служат для передачи информации с одного компьютера на другой. Эти устройства будут рассмотрены в разделе, посвященном видам памяти компьютера.

Рис. 5.6 Первая мышь

а)		б)
в)		г)
5.7 Разновидности современных мышей

К устройствам вывода информации относятся, например, дисплей (Рис. 5.8) и принтер. Монитор или дисплей (display – показ) предназначен для отображения текстовой и графической информации. Мониторы бывают цветными и монохромными. Они могут работать в одном из двух режимов: текстовом или графическом (рис. 5.9).

а)	б)
Рис. 5.58Мониторы ПК – а) с электронно-лучевой трубкой; б) - жидкокристаллический

В текстовом режиме экран монитора условно разбивается на отдельные участки – знакоместа (раньше, это чаще всего 25 строк по 80 символов). В графическом режиме экран монитора представляет собой область, разбитую на клетки или точки, размер этих точек – это минимальная единица изображения, которую монитор может воспроизвести четко и раздельно. Эти точки называются пикселями. Пиксели могут храниться, адресоваться и показываться.

Количество пикселей, которое может воспроизвести монитор, называется его разрешающей способностью.

Для обозначения разрешающей способности различных процессов преобразования изображений (сканирование, печать, растеризация и т. п.) используют следующие термины:

• dpi (англ. dots per inch) — количество точек на дюйм;

• ppi (англ. pixels per inch) — количество пикселей на дюйм;

• lpi (англ. lines per inch) — количество линий на дюйм;

• spi (англ. samples per inch) — количество сэмплов на дюйм

По историческим причинам величины стараются приводить к dpi, хотя с практической точки зрения ppi более однозначно характеризует для потребителя процессы печати или сканирования. lpi широко используется в полиграфии. spi используется для описания внутренних процессов устройств или алгоритмов.

Разреше́ние устройства описывает максимальное разрешение изображения, получаемого с помощью устройства ввода или вывода. Например, под разрешением экрана монитора обычно понимают размеры изображения в пикселах: 800 × 600, 1024 × 768, 1280 × 1024. Разрешение принтера, сканера обычно указывают в DPI: 300 DPI, 600 DPI, 1200 DPI.

Для типичных разрешений мониторов и экранов устройств существуют устоявшиеся буквенные обозначения:

• QVGA — 320×240; стандарт для PocketPC, КПК под управлением Linux, а также многих современных мобильных телефонов и смартфонов

• HVGA — 640×240 или 320×480; применялись в КПК клавиатурной серии HP Jornada и ряде КПК Psion или Palm/Sony Clie соответственно

• VGA — 640×480 — 0,3 Мпикс; стандарт для PocketPC, КПК под управлением Linux, а также стандартное разрешение многих фотокамер в мобильных телефонах и смартфонах

Мониторы бывают с электронно-лучевой трубкой и жидкокристаллические, которые применяются как в стационарных компьютерных системах, так и в переносных компьютерах – ноутбуках и других устройствах обработки информации (сотовые телефоны, интернет-планшетники, электронные книги), а еще современные мониторы являются не только средствами вывода, но и средствами ввода информации. Такие мониторы называются сенсорными, они реагируют на механическое воздействие аналогично кнопкам клавиатуры и могут быть организованы на двух принципах – ёмкостном и резистивном.

В современных устройствах обработки информации, так называемых электронных книгах eBook’ах используется для отображения информации технология «электронных чернил» – e-Ink, которая формирует изображение в отражённом свете, как обычная бумага, и может хранить изображение текста и графики в течение достаточно длительного времени, не потребляя при этом электрической энергии и затрачивая её только на изменение изображения (рис. .5.10)

а) пример текстового режима работы монитора

б)

Рис. 5.9. Примеры режимов работы монитора: а) пример текстового режима работы монитора;

б) пример графического режима работы монитора. Верхний рисунок вставлен в текст доку мента WORD

Рис. 5.10. Электронные книги с технологией e-Ink

Для фиксации компьютерной информации в текстовом (символьном) виде, используют принтеры – печатающие устройства.

Разработанные с помощью компьютера чертежи какого-либо изделия выводятся на бумагу с помощью графопостроителя – автоматической чертежной доски, управляемой компьютером. Чертежи на лист наносятся рапидографом – инструментом, напоминающим фломастер.

Все шире применяются такие устройства устройство вывода как синтезаторы речи, которые преобразуют числа, слова и фразы, образованные в памяти компьютера в электрические колебания, соответствующие голосу или звукам музыкальных инструментов.

Все основные узлы компьютера: микропроцессор, ОЗУ, контроллеры или адаптеры (электронные схемы, служащие промежуточным звеном между ОЗУ и внешними устройствами, соединены с микропроцессором и ОЗУ через шину), блок питания, накопители или дисководы для гибких магнитных дисков (ВЗУ), накопитель на жестком магнитном диске (винчестер) объединяются в ПЭВМ в системный блок .