Аппаратное обеспечение жесткий диск. Что такое аппаратное обеспечение компьютера. Структурная схема и устройства ПК

К аппаратному обеспечению ПК относятся, например:

• датчики различных параметров (температуры, давления, влажности, а также оптические, звуковые и др.);
• аналого-цифровые (АЦП) и цифроаналоговые (ЦАП) преобразователи;
• модемы (модуляторы-демодуляторы);
• факс-модемы;
• сканеры;
• клавиатура;
• компьютерная мышь;
• графические планшеты;
• трекбол;
• трекпойнт;
• тачпад;
• джойстик;
• световое перо;
• мониторы;
• акустические системы;
• принтеры;
• плоттеры и др.

Перечисленные устройства представляют собой устройства ввода-вывода информации. Основные устройства обработки и хранения информации сосредоточены в системном блоке ПК.

Устройства ввода информации

Большинство параметров (температура, давление, звук и др.) воспринимаются человеком в аналоговой форме. Поэтому для обработки этих параметров в компьютере они предварительно должны быть преобразованы в цифровую форму с помощью аналого- цифрового преобразователя (АЦП).

Примером такого преобразования служит перевод звука, представляющего собой переменное звуковое давление, в цифровую форму при записи на оптический компакт-диск. Полученный при записи звука с микрофона аналоговый сигнал - переменное электрическое напряжение - преобразуется в цифровой код с помощью АЦП. Для этого АЦП непрерывно с очень высокой частотой измеряет уровень этого аналогового сигнала - напряжения: и каждый раз кодирует его числом в двоичном коде, т.е. оценивает и выражает его наиболее близким по значению двоичным числом. Таким образом, вместо непрерывного аналогового сигнала образуется последовательность двоичных чисел, а сама операция называется квантованием. Последовательность двоичных чисел значительно устойчивее к помехам и искажениям, чем аналоговый сигнал. Точность такой оценки аналогового сигнала с помощью двоичного кода зависит от частоты и числа разрядов квантования. Для получения высокого качества звучания компакт-диска используется частота 44,1 кГц и 16 разрядов квантования. Это дает возможность получить 2 16 , или 65 536 уровней квантования. Эти 16-разрядные двоичные числа записываются последовательно с частотой 44,1 кГц, одно за другим, с помощью лазерного луча на оптический диск в виде впадин и гладких участков.

Человек способен слышать только аналоговые сигналы звукового давления. Поэтому при воспроизведении звука происходит обратный процесс. С помощью лазерного луча эти двоичные числа последовательно считываются, затем с помощью цифроаналогового преобразователя (ЦАП) преобразуются в аналоговые сигналы (с точностью до 1/65 536), усиливаются и в громкоговорителе превращаются в звук. Для улучшения качества звука используются специальные фильтры.

Подобное преобразование с помощью АЦП и ЦАП происходит и в модеме (модуляторе-демодуляторе) персонального компьютера. Модем (от англ, modulator и demodulator) - устройство для обмена информацией между компьютерами. Оно осуществляет преобразование дискретных сигналов в непрерывные модулированные сигналы для передачи по телефонной линии связи и обратное преобразование (с демодуляцией) при приеме.

Режим работы модемов, когда передача данных осуществляется только в одном направлении, называется полудуплексом (half duplex), в обе стороны - дуплексом (full duplex). Модемы бывают внутренними (в виде электронной платы, подключаемой к шине ISA или PCI компьютера) и внешними (в виде отдельного устройства). Отличаются модемы поддерживаемыми протоколами связи и скоростью модуляции (modulation speed). Она определяет физическую скорость передачи данных, которая измеряется количеством бит в секунду (бит/с).

Устройство, сочетающее возможности модема и средства для обмена факсимильными изображениями, называется факс-модемом. Факс-модем осуществляет электронную передачу обычного текста, чертежей, фотографий и схем. Он обеспечивает сканирование документа на передающей стороне, преобразование информации в форму, пригодную для передачи по имеющемуся каналу связи, и формирование на бумажном носителе на приемной стороне дубликата - факсимиле - исходного документа. В состав любого телефакса входят сканер для считывания документа, модем, передающий и принимающий информацию по телефонной линии, а также принтер, печатающий принимаемое сообщение на термо- или обычной бумаге.

Сканер (scaner) представляет собой устройство ввода в компьютер графических изображений (текстов, рисунков, слайдов, фотографий, чертежей). В большинстве сканеров для преобразования изображения в цифровую форму применяются светочувствительные элементы на основе приборов с зарядовой связью (ПЗС, CCD). По способу перемещения считывающей головки и изображения относительно друг друга сканеры подразделяются на ручные, рулонные, планшетные и проекционные. Разновидностью проекционных сканеров являются слайд-сканеры, предназначенные для сканирования фотопленок.

Принцип работы однопроходного планшетного сканера состоит в том, что вдоль сканируемого изображения, расположенного на прозрачном неподвижном стекле, движется сканирующая каретка с источником света. Отраженный свет через оптическую систему сканера (состоящую из объектива и зеркал или призмы) попадает на три расположенных параллельно друг другу фоточувствительных полупроводниковых элемента на основе ПЗС. Каждый элемент принимает информацию о компонентах изображения.

Клавиатура - основное устройство ввода информации в компьютер, представляет собой совокупность механических датчиков, при нажатии на клавиши замыкающих определенную электрическую цепь. Наиболее распространены два типа клавиатур: с механическими и мембранными переключателями. Внутри корпуса любой клавиатуры, помимо датчиков клавиш, расположены электронные схемы дешифрации и микроконтроллер клавиатуры.

Мышь (mouse) - это компьютерный манипулятор, указательное устройство для ввода информации в компьютер. Легко умещается в ладони, на поверхности имеет кнопки. При перемещении мыши по столу или иной поверхности происходит аналогичное перемещение курсора на экране монитора. С помощью кнопок мыши можно подавать команды компьютеру. Мышь делает очень удобным манипулирование такими широко распространенными в графических пакетах объектами, как окна, меню, пиктограммы.

Подавляющее число компьютерных мышей используют оптикомеханический принцип кодирования перемещения. С поверхностью стола соприкасается тяжелый, покрытый резиной шарик сравнительно большого диаметра. Ролики, прижатые к поверхности шарика, установлены на перпендикулярных друг другу осях с двумя датчиками. Более точного позиционирования курсора позволяет добиться оптическая (лазерная) мышь. С помощью мыши можно создавать простые рисунки. Однако рисовать на экране компьютера гораздо удобнее с помощью графического планшета.

Графический планшет (digitizer) - кодирующее устройство, позволяющее вводить в компьютер двумерное, в том числе и многоцветное, изображение в виде растрового образа. Графические планшеты применяют в основном в области компьютерной графики. В состав графического планшета входит специальный указатель (перо) с датчиком. Контроллер планшета посылает импульсы по расположенной под поверхностью планшета сетке проводников. Полученные сигналы контроллер преобразует в координаты, передаваемые в персональный компьютер, который переводит эту информацию в координаты точки на экране монитора. Планшеты, предназначенные для рисования, обладают чувствительностью к силе нажатия пера, преобразуя эти данные в толщину или оттенок линии.

Трекбол (trackball) - шаровой манипулятор, является разновидностью мыши, применяемой в портативных ПК - ноутбуках (notebook). Рука приводит в движение не корпус мыши, а шарик, а он занимает меньше места, что важно при малых габаритах ноутбука. Обычно шарик трекбола встроен в клавиатуру.

Трекпойнт (trackpoint) представляет собой миниатюрный рычаг с шершавой вершиной диаметром 5-8 мм. Трекпойнт расположен на клавиатуре между клавишами и управляется нажатием пальца.

Тачпад (touchpad) представляет собой сенсорную панель, движение пальца по которой вызывает перемещение курсора. В подавляющем большинстве современных ноутбуков применяется именно тачпад, так как отсутствие в нем движущихся частей обусловливает его высокую надежность.

Джойстик (joystick), или рычажный манипулятор, является аналоговым координатным устройством ввода информации. Рукоятка джойстика связана с двумя резисторами, изменяющими свое сопротивление при ее перемещении. Один резистор определяет перемещение по координате X, другой - по Y. Адаптер джойстика преобразует изменения параметра сопротивления в цифровой код. Джойстик используется в компьютерных играх и различных тренажерах.

Световое перо - светочувствительное устройство для снятия координат точек экрана и ввода их в компьютер. По форме оно напоминает пишущую ручку. Световое перо предназначено для взаимодействия с экраном монитора. В наконечнике пера установлен фотоэлемент, который реагирует на световой сигнал, передаваемый экраном в точке прикосновения пера. Световое перо не требует создания специального экрана или его покрытия; как у сенсорного устройства. Оно позволяет выделять точку, указываемую пользователем, и вводить информацию в компьютер. Таким образом, можно записать и затем осуществить распознавание рукописного текста, сделать рисунок. Если же на экране изображено меню символов, пиктограмм, то можно указывать пером на выбранный символ или пиктограмму. Например, можно использовать псевдоклавиатуру, изображенную на экране.

Системный блок персонального компьютера

Современные персональные компьютеры выпускают в настольном и в портативном исполнении. Настольные ПК в большинстве случаев состоят из отдельного системного блока, к которому подсоединяются внешние устройства: клавиатура, манипуля- тор-мышь, джойстик, сканер, внешний модем, монитор, акустические системы и др.

Системный блок ПК имеет металлический корпус, в котором размещаются источник питания, материнская (системная, или основная) плата с процессором и оперативной памятью, платы расширения (видеокарта, звуковая карта), различные накопители (жесткий диск, дисководы, приводы CD-ROM), дополнительные устройства (рис. 2.2).

В состав системного блока входят:

• процессор (микропроцессор), который выполняет поступающие на его вход команды, проводит вычисления и управляет работой остальных элементов компьютера. Он состоит из ячеек-регистров, в которых Данные могут не только храниться, но и изменяться;
• постоянная память (ПЗУ - постоянное запоминающее устройство), в которой записана информация, необходимая постоянно, и программы, без которых компьютер вообще не запускается;
• оперативная память (ОЗУ - оперативное запоминающее устройство), служащая для временного хранения программ, данных;
• электронные схемы, управляющие элементами компьютера и обменом данными между памятью и другими средствами запоминания и отображения информации (например, монитором, принтером);
• блок питания;
• накопители - дисководы для чтения-записи дискет (флоппи- дисководы);
• накопители на жестких дисках - винчестеры;
• дисководы оптических дисков CD-ROM и CD, записываемых CD-R и перезаписываемых CD-RW, DVD, DVD-RW оптических дисков
• внутренний модем - устройство для ввода и вывода с использованием телефонной сети для связи.

Системный блок обычно имеет несколько параллельных и последовательных портов, которые используются для подключения устройств ввода и вывода, таких как клавиатура, мышь, монитор, принтер.

Рис. 2.2.

В портативном ПК - ноутбуке - все внешние и внутренние устройства объединены в одном корпусе. Жидкокристаллический дисплей размещается в откидной крышке корпуса, имеющего форму и размеры плоского чемоданчика. Так же как и к стационарному ПК, к ноутбуку могут быть подсоединены дополнительные внешние устройства ввода и вывода данных, устройства хранения данных и т.п.

Микропроцессор (МП) (или центральное процессорное устройство) представляет собой сверхбольшую интегральную схему, выполненную на кристалле кремния. В персональном компьютере микропроцессор выполняет функции управления и обрабатывает большую часть информации.

Базовыми элементами микропроцессора являются транзисторные переключатели, на основе которых строятся регистры - совокупность устройств, имеющих два устойчивых состояния и предназначенных для хранения информации и быстрого доступа к ней. Выполняемые микропроцессором команды обеспечивают арифметические действия, логические операции, передачу управления и перемещение данных (между регистрами, оперативной памятью и портами ввода и вывода).

Микропроцессор предназначен для обработки сигналов в двоичном коде и представляет собой целую сверхминиатюрную цифровую вычислительную машину, помещенную на одном кристалле. Микропроцессоры различаются между собой разрядностью и тактовой частотой. Разрядность - это число битов, воспринимаемых микропроцессором как единое целое, 4, 8, 16, 32, 64 (целые степени числа 2). От разрядности зависят производительность персонального компьютера и максимальный объем его внутренней памяти. Тактовая частота, измеряемая в герцах (мега- и гигагерцах), в основном определяет быстродействие компьютера.

Основные типы и характеристики микропроцессоров фирмы Intel, являющейся лидером по производству микропроцессоров для PC совместимых ПК, приведены в табл. 2.1.

Микропроцессор связан с остальными устройствами системного блока сетью электронных проводников, так называемой системной шиной. Она состоит из трех групп: адресной (обычно 32-разрядные) с адресами регистров, шины данных и командной шины.

В корпусе системного блока размещается материнская (системная) плата. На ней располагаются микропроцессор, модули оперативной памяти (ОЗУ), системная шина, микросхемы-контроллеры, управляющие работой системной шины, портов, винчестера и других устройств хранения информации, а также микросхема постоянного запоминающего устройства (ПЗУ), в которую записывается

BIOS - программа, управляющая взаимодействием отдельных частей компьютера. На материнской плате имеются разъемы для подключения плат (или карт) других устройств.

Таблица 2.1. Типы и характеристики МП (Intel)

Тип МП	Марка ПК				Макс. тактовая частота,	Макс. объем Мбайт	создания

Оперативная память используется для хранения программ, выполняемых в текущий момент, и используемых в них цифровых данных. Она представляет собой совокупность специальных электронных ячеек, каждая из которых может хранить конкретную комбинацию из нулей и единиц - один байт. Каждая такая ячейка имеет адрес (адрес байта) и содержимое (значение байта). Адрес нужен для обращения к содержимому ячейки: для записи и считывания информации. Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) хранит информацию только во время работы компьютера, другими словами, оно является энергозависимым. При отключении или временном нарушении электропитания компьютера ОЗУ тут же «забывает» заложенную в нем информацию. Емкость оперативной памяти современного ПК составляет 2-8 Гбайт и более.

При выполнении микропроцессором вычислительных операций в любой момент должен быть обеспечен доступ к любой ячейке оперативной памяти. Поэтому ее называют памятью с произвольной выборкой (random access memory, RAM). RAM выполняется на микросхемах двух типов - динамического (dynamic RAM DRAM) и статического (static RAM SRAM).

Кроме оперативной памяти в персональном компьютере для согласования работы быстродействующего микропроцессора с более

«тихоходными» оперативной памятью и долговременными запоминающими устройствами используется сверхоперативная память, так называемая кэш-память. Для ее реализации используется статическая память.

Чтобы процессор не простаивал, пока идет медленное считывание из ОЗУ или запись в него, вводится небольшая, но сравнительно быстродействующая кэш-память. Пока процессор занят другими операциями, она считывает из ОЗУ заранее заказанную информацию, а затем быстро сбрасывает ее процессору. С введением кэшпамяти сократились вынужденные простои процессора, а значит, увеличилось его реальное быстродействие. Описанная память - так называемая кэш-память второго уровня. Но есть и кэш-память первого уровня: она сформирована на самом кристалле процессора, т.е. находится в его корпусе. Из ОЗУ информация поступает в кэшпамять второго уровня, затем с возрастающей скоростью - в кэшпамять первого уровня и, наконец, еще быстрее - в процессор.

В компьютере есть и постоянная память (ПЗУ), хранящая информацию при отключении питания. В ней содержатся наиболее важные данные - базовая система ввода-вывода (basic input output system, BIOS). Запись информации в постоянную память выполняют «аппаратно» - с помощью специальных устройств. Микросхемы постоянной памяти разделяются на программируемые изготовителем (read only memory, ROM), однократно программируемые пользователем (programmable ROM, PROM) и многократно программируемые пользователем (erasable PROM, EPROM).

Еще один вид постоянной памяти (complimentary metal-oxide- semicondactdr CMOS, или CMOS RAM - служит для сохранения некоторых характеристик ПК и среды. Микросхемы CMOS питаются от аккумуляторов и поэтому энергонезависимы. Это дает возможность постоянно сохранять важные характеристики, используемые при загрузке операционной системы.

Внешние запоминающие устройства

Для долговременного хранения, накопления и считывания цифровой информации используются долговременные запоминающие устройства - носители и накопители. Все они являются энергонезависимыми, т.е. хранят информацию вне зависимости от того, включен или выключен компьютер.

Накопители и носители информации делятся на устройства с прямым и последовательным доступом. Все магнитные диски (дискеты, винчестеры) имеют прямой доступ - информация почти мгновенно доступна из любой части диска. Ленточные накопители имеют последовательный доступ: данные, содержащиеся в произвольном участке ленты, могут быть считаны только после ее перемотки к этому участку.

Носитель данных (информации) - это физическое тело или среда, используемые для записи и постоянного хранения информации. Накопитель - устройство для записи и считывания информации. Так, бумага или звуковой компакт-диск СО - это носители, а дискета и стример представляют собой накопители.

Дискета - это кассета с гибким магнитным диском (флоппи- диском), устройство для записи, хранения информации и для ее перемещения с одного персонального компьютера на другой. Современная дискета представляет собой гибкий флоппи-диск диаметром 3,5 дюйма из искусственной пленки - майлара с магнитным покрытием, заключенный в жесткий пластмассовый футляр. Емкость ее памяти - 1,44 Мбайт. Для чтения и записи информации дискета помещается в специальное электронно-механическое устройство - дисковод. Гибкий диск разбит на концентрические дорожки, а они, в свою очередь, разбиты на секторы. Чтение и запись производятся с помощью блока магнитных головок дисковода. Они перемещаются с помощью привода позиционирования дисковода по радиусу гибкого диска для доступа к различным дорожкам. Доступ к различным секторам внутри каждой дорожки происходит за счет вращения гибкого диска с помощью привода дисковода со скоростью от 300 до 360 об/мин.

Информацию на флоппи-диск можно записывать неоднократно, поэтому дискеты широко используются, несмотря на недостаточную надежность и сравнительно небольшую емкость. На корпусе дискеты имеется переключатель, разрешающий или запрещающий запись информации на флоппи-диск. Запись разрешена, если отверстие в корпусе дискеты перекрыто переключателем, и запрещена, если это отверстие открыто. Запись производится на обе стороны поверхности флоппи-диска.

Перед первым использованием дискеты ее необходимо отформатировать. При форматировании проверяется пригодность к записи поверхности флоппи-диска. Скорость чтения или записи для современного 3,5-дюймового дисковода составляет около 63 Кбайт/с, среднее время поиска информации - примерно 80 мс.

Жесткий диск (винчестер ) - устройство для постоянного хранения информации, используемой при работе персонального компьютера. Конструктивно такой накопитель содержит пакет из нескольких дисков, смонтированных на одной общей оси - шпинделе. Он вращается вместе с дисками со скоростью несколько тысяч оборотов в минуту.

Каждый диск представляет собой алюминиевую или стеклокерамическую пластину с магнитным покрытием - тонким слоем оксида железа или оксида хрома. Весь пакет дисков заключен в герметичный корпус, обеспечивающий необходимую чистоту и постоянное давление очищенного от пыли воздуха с помощью сложной системы специальных фильтров. Чтение и запись информации осуществляются головками чтения и записи, укрепленными на поворотных рычагах- позиционерах. Головки не касаются поверхностей дисков, а перемещаются над ними на расстоянии не более 0,07 мкм.

Каждый диск разбит на последовательно расположенные дорожки - концентрические окружности, соответствующие зонам остаточной намагниченности, созданной головками. На каждом диске пакета - одинаковое число дорожек, а каждая из них разбита на последовательно расположенные секторы вместимостью 512 байт. Емкость винчестеров современных персональных компьютеров достигает 500 Гбайт и в настоящее время приближается к 1 Тбайт.

Винчестер содержит гермоблок и отдельно от него - плату электроники. В гермоблоке расположена механика и предварительный усилитель, а на плате - управляющая электроника. Электронная плата расшифровывает команды контроллера жесткого диска, стабилизирует скорость вращения двигателя, генерирует сигналы для головок записи и усиливает их от головок чтения.

Одной из основных характеристик жесткого диска является среднее время, в течение которого винчестер находит нужную информацию. Это время обычно представляет собой сумму времени, необходимого для позиционирования головок на нужную дорожку и ожидания требуемого сектора. Современные винчестеры обеспечивают доступ к информации за 8-10 мс.

Другой характеристикой винчестера является скорость чтения и записи: она зависит не только от самого диска, но и его контроллера, шины, быстродействия процессора. У стандартных современных жестких дисков эта скорость составляет 15-17 Мбайт/с.

Стример (streamer) - компьютерное устройство для записи информации на кассеты (картриджи) с магнитной лентой. Используется для создания резервных копий информации, размещенной на жестких дисках профессиональных компьютеров. Стримеры представляют собой кассеты - картриджи с двумя или с одной бобиной. Разные типы стримеров отличаются по емкости (от 20 Мбайт до 40 Гбайт), интерфейсу, скорости чтения и записи данных (от 100 Кбайт/с до 5 Мбайт/с и более).

Широкое применение в современных компьютерах нашли оптические диски - носители и накопители. Основным отличием оптической записи является полное отсутствие физического контакта механизма дисковода с поверхностью оптического диска. Запись и считывание информации производится бесконтактно с помощью лазерного луча. К тому же этот луч фокусируется не на поверхности, а в глубине прозрачного диска. Поэтому оптической записи не страшны неглубокие царапины на поверхности диска. Это обеспечивает очень высокую долговечность и надежность хранения информации на оптических дисках. К тому же их отличает от магнитной записи полная независимость от внешних магнитных полей.

К оптическим дискам относятся прежде всего звуковые компакт-диски и CD-ROM. Они изготавливаются на поточном производстве с помощью штампов и предназначены только для чтения.

Звуковые компакт-диски могут проигрываться как в музыкальных центрах, CD-проигрывателях и плеерах, так и с помощью дисководов персональных компьютеров. Время звучания этих дисков составляет 74 мин.

За последние годы стало возможным объединить на ПК текст и графику со звуком и движущимися изображениями на одном носителе или накопителе. В качестве носителей информации в таких мультимедийных компьютерах используются оптические компакт- диски (compact disk read only memory, CD-ROM) - память на компакт-диске «только для чтения»). Внешне они не отличаются от звуковых компакт-дисков, используемых в проигрывателях и музыкальных центрах. Информация в них записывается также в цифровой форме.

Компакт-диски CD-ROM выпускаются двух диаметров - 12 и 8 см. Емкость одного CD-ROM диаметром 12 см достигает 650 Мбайт, т.е. по емкости он занимает промежуточное положение между дискетами и винчестером. Для чтения компакт-дисков используется CD-дисковод. Скорость чтения данных в нем зависит от скорости вращения диска. Сейчас используются уже 24, 32, 40 и 50- скоростные дисководы, а скорость считывания информации при этом приближается к скорости считывания с винчестера. Компакт- диск так же легко сменить, как и дискету. Информация на компакт-диск записывается только один раз в промышленных условиях, а на ПК ее можно только читать. С помощью CD-дисковода можно проигрывать и звуковые компакт-диски (разумеется, при наличии в ПК звуковой карты и звуковых колонок).

Компакт-диск CD-ROM содержит три слоя: подложку из поликарбоната с отштампованным рельефом диска, напыленное на нее отражающее покрытие из алюминия, серебра или золота и тонкий защитный слой из поликарбоната или лака - на него наносятся рисунки и подписи. Некоторые «пиратские» диски имеют слишком тонкий защитный слой либо лишены его совсем.

В состав дисковода или привода CD-ROM входят плата электроники, шпиндельный двигатель, устройство загрузки диска и система считывающей оптической головки. Система загрузки диска, как правило, имеет горизонтальный выдвижной лоток (tray), на который кладется оптический диск. В лотке имеются два соосных углубления диаметром 8 и 12 см для дисков.

Информация на диске записана с постоянной линейной скоростью. Поэтому для достижения постоянной линейной скорости считывания скорость вращения диска изменяется в зависимости от перемещения считывающей головки. Стандартная скорость вращения диска - 500 об/мин при чтении информации с внутренних зон и 200 об/мин при чтении с внешних зон диска (информация на диск записывается от центра к периферии). При стандартной скорости вращения диска скорость передачи данных составляет приблизительно 150 Кбайт/с.

• собственно цифровую, компьютерную информацию (до 670 Мбайт);
• звуковую информацию в формате CD-Audio (продолжительность звуковой записи до 74 мин);
• видеоинформацию в формате Video CD и CD-I (продолжительность видеозаписи до 1 ч);
• библиотеки изображений, записанные в формате Kodak Photo CD;
• множество других, в том числе комбинированных, видов информации, например звуковой и видео, записанной со сжатием по стандарту MP3.

На смену существующим компакт-дискам приходит новый стандарт носителей информации, цифровые диски общего назначения (digital versatile disc, DVD). Их геометрические размеры одинаковы. Основное отличие DVD-диска - значительно более высокая плотность записи информации. Он вмещает в 7-26 раз больше информации. Это достигнуто благодаря более короткой длине волны лазера и меньшему размеру пятна сфокусированного луча, что дало возможность уменьшить вдвое расстояние между дорожками. Кроме того, DVD-диски могут иметь один или два слоя информации.

У DVD-диска каждый слой информации вдвое тоньше, чем у CD-диска. Поэтому можно соединять два диска толщиной 0,6 мм в один со стандартной толщиной 1,2 мм, при этом емкость удваивается. Всего DVD-стандарт предусматривает 4 модификации: односторонний однослойный на 4,7 Гбайт (133 мин), односторонний двухслойный на 8,8 Гбайт (241 мин), двухсторонний однослойный на 9,4 Гбайт (266 мин) и двухсторонний двухслойный на 17 Гбайт (482 мин). Указанное в скобках время в минутах - время проигрывания видеопрограмм высокого цифрового качества с цифровым многоязычным объемным звуком.

Принцип однократной записи на диске CD-R (CD-recordable) основан на «выжигании» лучом лазера битов информации на записывающем слое диска, состоящем из органического красителя. Этот краситель способен однократно изменить отражающую способность диска. При считывании лазерным лучом фиксируется изменение отражательной способности. Записываемый CD-R, начиная с обратной (блестящей) стороны, состоит из пяти слоев.

Многократная запись на диске CD-RW (CD-rewritable) производится несколько по-другому. В этом случае применяется специальный комбинированный слой, который при нагреве лазерным лучом способен многократно менять свои характеристики. Вещество такого слоя при этом может многократно переходить из кристаллического состояния в аморфное и обратно. Изменение отражающей способности фиксируется лазерным лучом при считывании информации с диска. Перезаписываемый диск CD-RW содержит не пять слоев, а семь.

Записываемый диск CD-R читается с помощью любого дисковода CD-ROM. Запись информации на диски CD-R представляет собой самый дешевый и оперативный способ хранения больших объемов данных. Стоимость хранения 1 Мбайт на нем составляет менее 0,4 цента - это в 35 раз дешевле, чем на флоппи-диске. Емкость CD-R равна 650 Мбайт, что равно емкости 451 дискеты. Записывать на CD-R можно со скоростью 600 Кбайт/с (для скорости 4 х) и 1,2 Мбайт/с (для скорости 8 х). Скорость считывания - до 24 х (дисковода CD-ROM). Диск CD-R можно записывать либо весь сразу (за одну сессию), либо по частям (за несколько сессий записи). Но при этом нужно иметь в виду, что при каждой сессии теряется от 14 до 23 Мбайт, которые используются для записи заголовков.

Если записи делаются для длительного пользования и хранения, то лучше использовать более дешевые записываемые диски CD-R, цена которых составляет 5-15 руб. Для оперативного хранения информации больше подходят перезаписываемые диски CD-RW. Цена их выше, однако они быстро окупаются всего за несколько циклов записи.

Для записи выпускаются только дисководы CD-RW. Их можно использовать как для однократной записи на диски CD-R, так и для многократной перезаписи на диски CD-RW. Читать они могут все виды дисков - CD-ROM, CD-R, CD-RW. Скорость записи и перезаписи для дисководов CD-RW составляет 4 х, а чтения - 20 х.

Формат DVD-RAM с возможностью перезаписи был создан для записи видео- и компьютерной информации. Формат DVD-RAM обеспечивает быстрое преобразование информации и быстрый прямой доступ к ней. DVD-RAM можно переписывать 100 000 раз. Для их записи разработаны DVD-RAM - рекордеры. Диски DVD-RAM все шире используются в самых различных устройствах. Например, созданы видеокамеры, в которых они применяются для записи видео- и аудиоинформации вместо магнитной пленки.

В магнитооптических дисках (МОД) используют комбинацию магнитных и оптических методов записи и чтения. Магнитный слой применяется для записи и стирания информации. Для этого лазерным лучом нагревают этот слой выше точки Кюри, т.е. до температуры, при которой может изменяться ориентация намагниченности. После этого магнит записывает данные на диск. На магнитооптическом диске процесс перезаписи информации может быть повторен до 1 миллиона раз. Большим преимуществом магнитооптического метода записи по сравнению с магнитным является независимость от внешних магнитных полей при нормальных температурах, поскольку перемагничивание возможно только при температуре выше 150 °С.

Современные МО-диски сочетают в себе большую емкость, устойчивость к воздействию электромагнитных полей, температуры и влажности. Объединение двух технологий - магнитной и лазерной - является залогом высокой надежности хранения данных на МО- носителях.

Характеристики дисковых накопителей приведены в табл. 2.2.

Таблица 2.2. Характеристики дисковых накопителей

• * Средние скорости передачи в режимах чтение/запись. ** Ч - чтение; 3 - запись.
• *** Запись однократная.

Сменные твердотельные полупроводниковые носители - флэш- карты являются универсальными и используются для записи любой информации - текстов, звука, изображений.

Название флэш (flash) было введено фирмой Toshiba, так как содержимое памяти в них можно стереть мгновенно (in a flash). В отличие от магнитной, оптической и магнитооптической памяти она не требует применения дисководов с использованием сложной прецизионной механики и вообще не содержит ни одной подвижной детали. В этом состоит ее основное преимущество перед всеми остальными носителями информации. Флэш-память - это микросхема на кремниевом кристалле. Она построена на принципе сохранения электрического заряда в ячейках памяти транзистора в течение длительного времени с помощью так называемого плавающего затвора при отсутствии электрического питания.

Флэш-память находит широкое применение - МРЗ-проигры ватели, стереосистемы, цифровые фото- и видеокамеры, сотовые телефоны и т.д. используют в качестве носителя информации флэш-карту, на которой хранятся звук, изображения, документы и другая информация. Такие карты выпускаются целым рядом фирм и имеют различные габариты: Compact Flash, SmartMedia (selfmonitoring, analisys and reporting technology, SMART) и др. Общий стандарт для всех флэш-карт не выработан.

К твердотельной флэш-памяти относится память Memory Stick фирмы Sony. Она представляет собой универсальный носитель для самых различных приложений. Масса ее - всего 4 г, а габариты - не больше пластины жевательной резинки (21,5 х 50 х 2,8 мм). Предусмотрена возможность ее подключения к миниатюрным МРЗ- проигрывателям-плеерам, нескольким моделям видеокамер, цифровых фотоаппаратов, к цифровому принтеру и новой цифровой фоторамке. Вставив Memory Stick в такую фоторамку, можно воспроизвести изображение из ее памяти на высококачественном жидкокристаллическом экране размером 5,5 дюйма. Предусмотрена также возможность присоединения Memory Stick к последовательному и параллельному портам персонального компьютера с помощью специальных адаптеров.

Компании Matsushita Electric Со, SanDick Со и Toshiba Со разработали карты флэш-памяти SD (Secure Digital Memory Card/ В ассоциацию с этими компаниями входят такие гиганты, как Intel и IBM. Выпускает SD-память фирма «Panasonic», входящая в концерн Matsushita. Масса карты флэш-памяти равна 2 г, габариты - 24 х 32 х 2,1 мм, скорость записи - 2 Мбайт/с. В 2004 г. емкость SD Card доведена до 4 Гбайт, а скорость записи - до 20 Мбайт/с. Этой емкости памяти достаточно для 16 ч музыкальной записи или 36 мин видеозаписи. SD-память снабжена защитой.

Миниатюризация карт флэш-памяти продолжается. Компании «Olympus» и «FujiFilm» начали выпуск самых миниатюрных карт флэш-памяти xD-Picture (extreme digital). Размер этих носителей составляет 20 х 25 х 1,7 мм, масса - 2 г. Носитель нового формата xD- Picture должен прийти на смену морально устаревшим картам SmartMedia. В перспективе предусмотрено увеличение емкости этого носителя до 32 Гбайт. Столь значительный рост емкости миниатюрного носителя стал возможен благодаря использованию многослойной технологии. Основные технические характеристики карт xD- Picture: максимальная скорость чтения данных с карт xD-Picture составляет 5 Мбайт/с, скорость записи - 3 Мбайт/с; напряжение питания - 3,3 В; потребляемая при работе мощность - 25 мВт. Карты xD-Picture используются, в частности, в новых моделях цифровых фотокамер компании Olympus.

В условиях жесткой конкуренции, существующей сегодня на рынке сменных карт флэш-памяти, необходимо обеспечивать совместимость новых носителей с уже имеющимся у пользователей оборудованием, рассчитанным на другие форматы флэш-памяти. Поэтому одновременно с картами флэш-памяти осуществляется выпуск адаптеров-переходников и внешних считывающих устройств, так называемых карт-ридеров, подключаемых ко входу USB персонального компьютера. Выпускаются индивидуальные (для определенного типа карт флэш-памяти, а также универсальные картридеры на 3, 4, 5 и более различных типов карт флэш-памяти. Они представляют собой миниатюрную коробочку, в которой имеются слоты для одного или сразу для нескольких типов карт, и разъем для присоединения ко входу USB персонального компьютера.

Устройства вывода информации

деоадаптер чаще всего бывает выполнен в виде отдельной платы, вставляемой в разъем расширения материнской платы.

В текстовом режиме на экран можно вывести символы букв, цифр и специальных знаков из определенного набора, хранящегося в памяти ПК. В графическом режиме на экран можно вывести и текст и любые неподвижные и подвижные изображения. Современная видеоплата должна обеспечивать максимальное разрешение 1024 х 768, а рекомендовать можно разрешение 1280 х 1024 при отображении 16,8 млн цветов. Для этого ПК должен иметь не менее 2 Мбайт видеопамяти.

Видеоадаптеры, которые используются в ПК, бывают следующих типов:

• MDA - монохромный адаптер, работает в текстовом режиме, 25 строк по 80 символов в строке, с разрешением 720x0350 точек, с двумя градациями яркости (черный-белый);
• VGA (Video Graphics Array) - видеографическая матрица, графический режим 640x480 точек, 16 цветов, 4096 оттенков или 320x200 точек, 256 цветов;
• SVGA (Super VGA) - до 1280x1024 точек при 16 Мбайт цветов и выше.

Базовые параметры основных типов видеоадаптеров приведены в табл. 2.3.

Таблица 2.3. Характеристики видеоадаптеров

Характеристика
Разрешающая способность -
количество пиксел,
по горизонталих
по вертикали
Количество цветов
(цветовое разрешение)
Число символов,
строкахстолбец
Видеопамять, Кбайт
Емкость видеопамяти**
Матрица символа, пиксел по
горизонталихвертикали
Частота развертки, Гц

Текстовый режим.

• * Число страниц в текстовом режиме.

Развитию графической подсистемы персональных компьютеров уделяется очень большое внимание. Это связано с постоянно возрастающими требованиями к разрешающей способности и цветовому разрешению видеоподсистемы ПК. Так, например, для работы с текстовыми документами формата А4 необходимо экранное разрешение не менее 1024x768 при размере экрана монитора 17 дюймов. При работе с компьютерной графикой и компьютерной версткой соответствующие параметры должны быть больше 1280x1024 и 19 дюймов. Нормальным цветовым разрешением в настоящий момент считается 65 тысяч цветов (режим High Color), а наиболее эргономичным - 16,7 млн цветов (режим True Color).

Для работы с такими параметрами требуются значительные объемы видеопамяти. Так, для работы в режиме True Color с разрешением 1280x1024 на экране 19 дюймов требуется 8 Мбайт видеопамяти.

Требования, предъявляемые к видеоподсистеме персонального компьютера, становятся еще более критичными при работе со ставшими в настоящее время стандартными мультимедийными приложениями и программами обработки трехмерной графики. В этом случае требуется введение в состав видеоадаптера специальных микросхем видеоускорителя (акселераторов), основная задача которых - освободить центральный процессор компьютера от работы по построению трехмерных изображений, которая связана с большим количеством вычислений с числами с плавающей запятой.

Мониторы используются трех типов: с электронно-лучевой трубкой, с жидкокристаллическим экраном и плазменные.

Монитор с электронно-лучевой трубкой (cathode ray tube, CRT) состоит из самой CRT-трубки и электронного блока управления лучом. Изображение на цветном экране формируется с помощью точек - пикселей, каждая из комбинации трех цветов - красного, зеленого и синего.

Выпускаются 15, 17-21-дюймовые (по диагонали экрана) мониторы.

Действие жидкокристаллического монитора (liquid crystal display, LCD) основано на использовании вещества, находящегося в жидком состоянии, но при этом обладающего некоторыми свойствами кристаллических тел. Молекулы таких жидких кристаллов под действием электрического поля способны изменять свою ориентацию и свойства проходящего сквозь них светового луча. Пользуясь этим свойством, в жидкокристаллических индикаторах, изменяя электрическое напряжение и ориентацию молекул, создают изображение.

LCD-монитор имеет несколько слоев, содержащих между собой тонкие слои жидких кристаллов. Панель монитора подсвечивается источником света. В зависимости от его расположения панели работают или на отражение, или на прохождение света. В цветных мониторах цвет получается с помощью трех фильтров.

В компьютерных LCD-мониторах используются так называемые нематические или супернематические жидкие кристаллы. Нематические элементы способны поворачивать плоскость поляризации на угол до 90 градусов, а супернематические - до 270 градусов. Супернематические кристаллы обладают высоким быстродействием и контрастностью. Они применяются для пассивных индикаторов. Нематические кристаллы используются в высококачественных цветных мониторах.

В пассивных индикаторах элементы располагаются на пересечениях сетки проводников, к которым подводится электрическое поле путем переключения транзисторов, подключенных к этим проводникам. Такие элементы имеют эффект последействия, поэтому движущиеся предметы на них расплываются.

В активных жидкокристаллических TFT-экранах (тонкопленочный транзистор, thin film transistor) каждый элемент снабжается транзистором. Эти транзисторы управляют приложенным напряжением и быстрее переключаются.

В цветных жидкокристаллических экранах элементы группируют по три (в вертикальный ряд). Каждые такие три элемента образуют пиксель. Каждый элемент имеет светофильтр. Транзисторы управляют количеством проходящего света, образуя нужную смесь цветов.

Недостатком пассивных мониторов является возможность смотреть на них только во фронтальной позиции, а экран с активной матрицей имеет угол обзора 120-160 градусов и обладает хорошей яркостью и контрастностью изображения. Первые LCD-дисплеи выпускались только для портативных ПК с диагональю экрана 8 дюймов. Сегодня LCD-панели имеют по диагонали 15 дюймов, а для настольных ПК - 17-19 дюймов и более.

LCD-мониторы являются полностью цифровыми приборами. Однако приходится обеспечивать их совместимость с аналоговыми CRT-мониторами. Для этого цифровой сигнал от системного блока компьютера сначала преобразуется в видеокарте в аналоговый сигнал, а затем снова в цифровой - уже в самом LCD-мониторе. Для преодоления этого неестественного положения уже созданы и используются цифровые видеокарты.

Несомненным преимуществом LCD-мониторов по сравнению с CRT-мониторами является почти полное отсутствие вредного излучения, которому подвергается человек, работающий перед экраном электронно-лучевой трубки, а недостатком - большая цена, которая, однако довольно быстро снижается по мере увеличения выпуска LCD-мониторов.

Стандарты безопасности, которым должны отвечать мониторы, - это ТСО или MPRII, разработанные в Швеции. При покупке монитора нужно обратить внимание на знаки этих стандартов в паспорте или на корпусе монитора.

Работа плазменного монитора (plasma display panels, PDP) похожа на работу неоновой лампы. Монитор выполнен в виде плоской стеклянной трубки, заполненной инертным газом под низким давлением. Внутри трубки помещены два электрода. При подаче напряжения между ними зажигается электрический (так называемый тлеющий) разряд и возникает свечение. В плазменных экранах пространство между двумя стеклянными поверхностями заполняется, как и в неоновой лампе, инертным газом (аргоном или неоном). На стеклянную поверхность помещают маленькие прозрачные электроды, на которые подается высокочастотное напряжение: образуется поле миниатюрных точечных неоновых ламп. Под действием напряжения в газовой области, прилегающей к электроду, возникает электрический разряд. Плазма этого разряда излучает свет в ультрафиолетовом диапазоне спектра, что вызывает свечение частиц люминофора в видимой человеком части спектра, т.е. каждый пиксель на экране работает подобно лампе дневного света.

Преимуществами плазменных экранов являются высокая яркость, контрастность и очень большой угол обзора - до 180 градусов. У них отсутствует дрожание картинки, так как она выводится не по строчкам, а прямо в цифровом виде. Размер плазменных экранов достигает 100 см при толщине всего 8,5-9,0 см.

Вывод информации из компьютера на бумагу осуществляется электромеханическими устройствами вывода информации - принтерами. Существуют принтеры монохромные (черно-белые) и цветные, ударного (impact) и безударного (non-impact) действия. Последовательные принтеры печатают на бумаге символ за символом, строчные - сразу всю строку, а страничные - целую страницу. В зависимости от технологии печати различают матричные, струйные, лазерные, светодиодные, сублимационные принтеры, принтеры на твердых красителях.

В 1970-1980-х гг. самыми распространенными были матричные принтеры, наиболее простые и дешевые. Они печатают с помощью набора миниатюрных игл, которые ударяют по красящей ленте. В этом они похожи на обыкновенную пишущую машинку и, подобно ей, позволяют печатать под копирку. Они являются монохромными, т.е. способны печатать только черно-белое изображение. Последовательные ударные матричные печатающие устройства (impact dot matrix) снабжены печатающей головкой с одним или двумя вертикальными рядами игл. Головка движется вдоль печатаемой строки, и в нужный момент иголки ударяют по бумаге через красящую ленту, формируя последовательно символ за символом. Для матричных принтеров можно использовать и форматную, и рулонную бумагу. Головка принтера оснащается 9, 18 или 24 иголками. Существуют модели принтеров с широкой (формата АЗ) и узкой (формата А4) каретками.

Матричные принтеры ударного действия дают невысокое качество печати, невысокую производительность и сильно шумят при работе. В последние годы они практически вытеснены более совершенными принтерами безударного действия, обеспечивающими монохромную и цветную печать высокого качества.

Более совершенные струйные принтеры относятся к устройствам безударного действия. Они печатают, разбрызгивая на бумагу микроскопические капельки специальных чернил, выбрасываемых на бумагу через сопла печатающей головки. Перед разбрызгиванием этим микрокапелькам дается электрический заряд, а после разбрызгивания они направляются в нужные точки бумаги с помощью электростатического поля. Число сопел у разных моделей струйных принтеров - от 12 до 256, а максимальная разрешающая способность массовых моделей - 1440 точек на дюйм. В отличие от матричных, струйные принтеры обеспечивают лучшее качество печати и работают с гораздо меньшим шумом.

В лазерных принтерах, подобно ксероксу, используется электрографический принцип: изображение переносится на бумагу с барабана, к которому с помощью электростатического потенциала притягиваются частички краски (тонера). В отличие от копировального аппарата, в лазерном принтере печатающий барабан электризуется с помощью полупроводникового лазера по командам компьютера. В состав лазерного принтера входят: фотопроводящий цилиндр (печатающий барабан), полупроводниковый лазер и прецизионная оптико-механическая система, которая перемещает лазерный луч.

Лазерные принтеры обеспечивают наилучшую, близкую к типографской монохромную и цветную печать. Они обеспечивают самую высокую среди принтеров скорость печати и не требуют специальной бумаги.

В светодиодных принтерах (light emitting diode, LED) вместо полупроводникового лазера используют «гребенку» мельчайших светодиодов. Для них не требуется сложная оптическая система вращающихся зеркал и линз, поэтому светодиодный принтер дешевле, чем лазерный.

Сублимационные принтеры (dye sublimation) применяются для получения цветных изображений сверхвысокого качества. В них красящие ленты нагреваются примерно до 400°С, при этом краситель испаряется и переносится на специальную бумагу. В принтерах на твердых красителях (solid ink) бруски краски каждого из четырех цветов, похожие на мыло или цветной воск, заправляются в принтер отдельно. В процессе разогрева в течение 10-15 мин эти краски- чернила частично расплавляются и подготавливаются к работе.

Плоттер (plotter), графопостроитель, - это устройство для автоматического вычерчивания рисунков, схем, чертежей, карт на бумаге. Первыми появились и традиционно широко используются перьевые плоттеры. Более современную технологию обеспечивают струйные плоттеры.

Перьевые плоттеры можно разделить на три группы: использующие фрикционный прижим для перемещения бумаги в направлении одной оси и движения пера по другой; барабанные (или рулонные); планшетные, в которых бумага неподвижна, а перо перемещается по обеим осям.

Различные модели плоттеров имеют одно или несколько перьев разного цвета (обычно 4-8). Перья бывают трех различных типов: фитильные (заправляемые чернилами), шариковые (аналог шариковой ручки) и с трубчатым пишущим узлом (инкографы). Связь с компьютером плоттеры, как правило, осуществляют через последовательный и параллельный порты.

В 1990-е годы перьевые плоттеры начинают вытесняться струйными, которые работают в 4-5 раз быстрее. Используя два чернильных картриджа, струйный плоттер обеспечивает разрешение не менее 300 dpi и имеет два режима работы: чистовой и эскизный. При работе в эскизном режиме почти вдвое сокращается расход чернил.

Для ввода и вывода звуковых сигналов служит звуковая система , состоящая из звуковой платы (или карты), встроенного динамика в системном блоке ПК и внешней звуковой системы. Ввод звука в систему осуществляется через микрофон, линейный выход магнитофона, радиоприемника или CD-проигрывателя. Простейшая внешняя система состоит из наушников или пассивных динамиков, а более сложная и качественная - из активных динамиков, имеющих собственное питание и снабженных усилителями.

Звуковые карты условно делятся на 8- и 16-разрядные. 8-разрядная звуковая карта (SoundBlaster) способна обеспечить качество звучания кассетного магнитофона, а 16-разрядная - более высокое качество, соответствующее CD-проигрывателю. Новые звуковые карты обеспечивают трехмерный, т.е. объемный звук. Для технологии DVD, в которой звуковое сопровождение фильмов поддерживает технологию Dolby Digital, звуковая карта должна уметь раскодировать DVD-звук с диска и иметь 6 каналов.

• Очень важную роль в составе ПК играет видеоподсистема. Видеосистема служит для вывода на экран изображений текстов, рисунков и видеофрагментов и фильмов. Она состоит из монитора(дисплея) с экраном, на который выводятся изображения; видеоплаты, т.е. платы управления вывода изображения на экран монитора; набора специальных программ - драйверов. Основными параметрами видеоподсистемы являются: разрешающая способность - количество точек на экране монитора; цветовое разрешение - количество цветов, которое иметь отдельная точка;
• частота развертки - скорость обновления изображения экрана. Видеоплата (или видеокарта, видеоадаптер,) служит для хранения видеоизображений, преобразования их из цифровой в аналоговую форму для вывода на экран монитора. Она способна поддерживать текстовый и графический режимы работы. Аппаратно ви-

К аппаратному обеспечению компьютеров относятся устройства и приборы, образующие аппаратную конфигурацию. Компьютеры имеют блочно-модульную конструкцию, то есть аппаратную конфигурацию можно собирать из готовых узлов и блоков. Тем не менее, существует понятие базовой конфигурации, которую считают типовой. В таком комплекте компьютер обычно поставляется. В настоящее время в базовой конфигурации рассматривают четыре устройства:

• * системный блок;
• * монитор;
• * клавиатуру.

Системный блок представляет собой основной узел, внутри которого размещаются:

• * материнская плата (motherboard);
• * дочерние платы (платы расширения);
• * внутренние накопители;
• * блок питания.

Устройства, находящиеся внутри системного блока, называют внутренними, а устройства, подключаемые к нему снаружи, называют внешними. Внешние дополнительные устройства, предназначенные для ввода, вывода и длительного хранения данных, также называют периферийными.

Основной параметр, определяющий «стандартность» корпуса, называется формфактором. Существует два стандарта на размещение компонентов компьютера в корпусе: AT и ATX. Их основными отличиями являются:

• * формат и способ размещения материнской платы;
• * конструкция блока питания;
• * способ подачи электропитания на материнскую плату.

Материнская плата - основная плата компьютера, обычно самая большая по размеру. На ней размещаются:

• * процессор -- основная микросхема, выполняющая большинство математических и логических операций;
• * микропроцессорный комплект (чипсет) -- набор микросхем, управляющих работой внутренних устройств компьютера и определяющих основные функциональные возможности материнской платы;
• * шины -- наборы проводников, по которым происходит обмен сигналами между внутренними устройствами компьютера;
• * оперативная память (оперативное запоминающее устройство, ОЗУ) -- набор микросхем, предназначенных для временного хранения данных, когда компьютер включен;
• * ПЗУ (постоянное запоминающее устройство) -- микросхема, предназначенная для длительного хранения данных, в том числе и когда компьютер выключен;
• * разъемы (слоты) для подключения дополнительных устройств - дочерних плат.

Существуют материнские платы самых разных форматов (AT, ATX, LPX,NLX, Mini-, Micro-ATX, Micro-NLX, Flex-ATX).

Основные характеристики материнских плат:

• * модель чипсета;
• * тип используемого процессора (зависит от разъема для установки процессора);
• * формат;
• * число и тип разъемов для установки дочерних плат;
• * возможность обновления BIOS.

Процессор -- основная микросхема компьютера, в которой и производятся все вычисления. Процессор состоит из десятков миллионов транзисторов, с помощью которых собраны отдельные логические схемы. Основные внутренние схемы процессора - арифметико-логическое устройство, внутренняя память (так называемые регистры), кэш-память (сверхоперативная память) и схемы управления всеми операциями и внешними шинами.

Основными параметрами процессоров являются:

Тактовая частота определяет количество элементарных операций (тактов), выполняемые процессором за единицу времени. Тактовая частота современных процессоров измеряется в МГц

Разрядность процессора показывает, сколько бит данных он может принять и обработать в своих регистрах за один такт. Разрядность процессора определяется разрядностью командной шины, то есть количеством проводников в шине, по которой передаются команды.

Рабочее напряжение процессора обеспечивается материнской платой, поэтому разным маркам процессоров отвечают разные материнские платы.

Коэффициент внутреннего умножения тактовой частоты - это коэффициент, на который следует умножить тактовую частоту материнской платы, для достижения частоты процессора. Тактовые сигналы процессор получает от материнской платы, которая из чисто физических причин не может работать на таких высоких частотах, как процессор.

Кэш-память. Обмен данными внутри процессора происходит намного быстрее, чем обмен данными между процессором и оперативной памятью. Поэтому, для того чтобы уменьшить количество обращений к оперативной памяти, внутри процессора создают так называемую сверхоперативную или кэш-память. Когда процессору нужны данные, он сначала обращается к кэш-памяти, и только тогда, когда там отсутствуют нужные данные, происходит обращение к оперативной памяти. Чем больше размер кэш-памяти, тем большая вероятность, что необходимые данные находятся там. Поэтому высокопроизводительные процессоры имеют повышенные объемы кэш-памяти.

Различают кэш-память первого уровня (выполняется на одном кристалле с процессором и имеет объем порядка несколько десятков Кбайт), второго уровня (выполняется на отдельном кристалле, но в границах процессора, с объемом в сто и более Кбайт) и третьего уровня (выполняется на отдельных быстродействующих микросхемах с расположением на материнской плате и имеет объем один и больше Мбайт).

Системная шина основная интерфейсная система компьютера, обеспечивающая сопряжение и связь всех его устройств между собой. Системная шина включает в себя:

кодовую шину данных (КШД), содержащую провода и схемы сопряжения для параллельной передачи всех разрядов числового кода (машинного слова) операнда;

кодовую шину адреса (КША), содержащую провода и схемы сопряжения для параллельной передачи всех разрядов кода адреса ячейки основной памяти или порта ввода-вывода внешнего устройства;

кодовую шину инструкций (КШИ), содержащую провода и схемы

сопряжения для передачи инструкций (управляющих сигналов, импульсов) во все блоки машины;

шипу питания, содержащую провода и схемы сопряжения для подключения блоков ПК к системе энергопитания.

Системная шина обеспечивает три направления передачи информации:

• * между микропроцессором и основной памятью;
• * между микропроцессором и портами ввода-вывода внешних устройств;
• * между основной памятью и портами ввода-вывода внешних устройств (в режиме прямого доступа к памяти).

Все блоки подключаются к шине через соответствующие унифицированные разъемы непосредственно или через контроллеры (адаптеры). Управление системной шиной осуществляется микропроцессором либо непосредственно, либо, что чаще, через дополнительную микросхему контроллера шины, формирующую основные сигналы управления. Обмен информацией между внешними устройствами исистемной шиной выполняется с использованием ASCII-кодов.

Оперативная память RAM(Random Access Memory) - это массив кристаллических ячеек, способных сохранять данные. Она используется для оперативного обмена информацией (командами и данными) между процессором, внешней памятью и периферийными системами. Из нее процессор берет программы и данные для обработки, в нее записываются полученные результаты. Название "оперативная" происходит от того, что она работает очень быстро и процессору не нужно ждать при считывании данных из памяти или записи. Однако, данные сохраняются лишь временно при включенном компьютере, иначе они исчезают.

Основные характеристики модулей оперативной памяти:

• · объем памяти,
• · время доступа (время выполнения операции считывания/записи, т.е. время от начала цикла до получения данных на выходе),
• · производительность (количество данных, которое помять может считывать и записывать в единицу времени),
• · разрядность шины памяти (определяется количеством бит, с которыми может быть выполнена операция считывания/записи).

По физическому принципу действия различают динамическую память DRAM и статическую память SRAM.

Общий принцип организации и функционирования микросхем динамической памяти (DRAM) практически един для всех ее типов -- как первоначальной асинхронной, так и современной синхронной. Массив памяти DRAM можно рассматривать как матрицу (двумерный массив) элементов способных вмещать элементарную единицу информации -- один бит данных. Ячейки представляют собой сочетание транзистора (ключа) и конденсатора (запоминающего элемента). Доступ к элементам матрицы осуществляется с помощью декодеров адреса строки и адреса столбца, которые управляются сигналами RAS# (сигнал выбора строки -- Row Access Strobe) и CAS# (сигнал выбора столбца -- Column Access Strobe). Недостатки памяти DRAM: медленнее происходит запись и чтение данных, требует постоянной подзарядки. Преимущества: простота реализации и низкая стоимость.

Ячейки статической памяти можно представить как электронные микроэлементы - триггеры, состоящие из транзисторов. В триггере сохраняется не заряд, а состояние (включенный/выключенный). Применяется в качестве кэш-памяти второго уровня для кэширования основного объема ОЗУ.

Преимущества памяти SRAM: значительно большее быстродействие. Недостатки: технологически более сложный процесс изготовления, и соответственно, большая стоимость.

Микросхемы динамической памяти используются как основная оперативная память, а микросхемы статической - для кэш-памяти.

ПЗУ (постоянное запоминающее устройство) - одна из важнейших микросхем материнской платы. Микросхема ПЗУ способна длительное время хранить информацию, даже когда компьютер выключен. Программы, находящиеся в ПЗУ, называют «зашитыми» -- их записывают туда на этапе изготовления микросхемы.

Комплект программ, находящихся в ПЗУ, образует базовую систему ввода-вывода (BIOS -- Basic Input Output System).

BIOS (Basic Input/Output System, базовая система ввода/вывода)-- набор небольших подпрограмм, используя которые операционная система и прикладные программы "общаются" с аппаратным обеспечением. Физически BIOS -- это несколько микросхем ROM (Read Only Memory), расположенных на системной плате. BIOS представляет собой элемент памяти и содержит:

• -тестирующую систему POST,
• - аппаратные драйверы основных устройств компьютера,
• -программу установки основных параметров и аппаратной конфигурации,
• -обслуживание базовых функций программных прерываний к основным устройствам компьютера.

• · тестирование компьютера при включении (POST, Power-On Self Test);
• · запуск загрузчика операционной системы с винчестера или дискеты;
• · обслуживание аппаратных прерываний от основных устройств компьютера;
• · обслуживание базовых функций программных прерываний к основным устройствам компьютера.

Жесткий диск (HDD - Hard Disk Drive) -- основное устройство для долговременного хранения больших объемов данных и программ. В обиходе его называют «винчестером». Внутри Жесткого диска с большой скоростью вращаются диски, покрытые магнитным слоем. По поверхностям этих дисков перемещаются головки чтения/записи. Диски и головки размещены в герметичном и прочном корпусе.

Управление работой жесткого диска выполняет специальное аппаратно-логическое устройство - контроллер жесткого диска. В прошлом оно представляло собой отдельную дочернюю плату, которую подключали к одному из свободных слотов материнской платы. В настоящее время функции контроллеров дисков выполняют микросхемы, входящие в микропроцессорный комплект (чипсет), хотя некоторые виды высокопроизводительных контроллеров жестких дисков по-прежнему поставляются на отдельной плате.

К основным параметрам жестких дисков относятся емкость и производительность.

Чтобы подключить к компьютеру монитор, необходим специальный видеоадаптер. Задача видеоадаптера - сформировать сигнал, отображающий на мониторе определенную область памяти, в которой хранятся данные об изображении, а также выдать сигналы синхронизации - горизонтальную (строчную) и вертикальную (кадровую) развертки.

Физически видеоадаптер выполнен в виде отдельной дочерней платы, которая вставляется в один из слотов материнской платы и называется видеокартой. Видеоадаптер взял на себя функции видеоконтроллера, видеопроцессора и видеопамяти.

Рассмотрим устройства, обеспечивающие ввод и вывод информации.

Устройства ввода - это устройства, которые переводят информацию с языка человека на машинный язык.

Клавиатура - клавишное устройство для ввода числовой и текстовой информации.

Манипуляторы - устройства управления курсором (координатные устройства ввода информации) - Мышь, Трекбол, Тачпад, Джойстик

Сканер - устройство для ввода графической информации. Сканер создает оцифрованное изображение документа и помещает его в память компьютера. Существуют сканеры ручные и планшетные.

Цифровые камеры - формируют изображения в компьютерном формате.

Микрофон - устройство для ввода звуковой информации. Преобразует звук из аналоговой формы в цифровой формат звуковая карта.

Сенсорные устройства ввода:

Сенсорный экран - чувствительный экран. Общение с компьютером осуществляется путем прикосновения пальцем к определенному месту экрана. Им оборудуют места операторов и диспетчеров, используют в информационно-справочных системах.

Дигитайзер - устройство преобразования готовых (бумажных) документов цифровую форму.

Световое перо - светочувствительный элемент. Если перемещать перо по экрану, то можно им рисовать. Обычно применяют в карманных компьютерах, системах проектирования и дизайна.

Устройства вывода - это устройства, которые переводят информацию с машинного языка в формы, доступные для человеческого восприятия.

Монитор (дисплей) - устройство визуального отображения всех видов информации. Существуют:

• 1) мониторы, сконструированные на базе электронно-лучевой трубки (CRT), среди которых различают алфавитно-цифровые и графические мониторы, а также монохромные мониторы и мониторы цветного изображения;
• 2) жидкокристаллические мониторы (LCD)- на базе жидких кристаллов. Различают активно-матричные и пассивно-матричные жкм. Жидкие кристаллы - особое состояние некоторых органических веществ, в котором они обладают текучестью и свойством образовывать пространственные структуры, подобные кристаллическим. Жидкие кристаллы могут изменять свою структуру и светооптические свойства под воздействием электрического напряжения.

Принтер - устройство для вывода закодированной информации в виде печатных копий текста или графики. Существуют матричные, струйные и лазерные принтеры.

Плоттер (графопостроитель) - устройство, которое чертит графики, рисунки и диаграммы под управлением компьютера. Изображение получается с помощью пера. Используется для получения сложных конструкторских чертежей, архитектурных планов, географических и метеорологических карт, деловых схем.

Акустические колонки и наушники - устройство для вывода звуковой информации.

информация компьютер плата процессор

Для обеспечения максимальной производительности и корректной работы используют аппаратные и программные средства, которые очень связаны между собой и четко взаимодействуют в разных направлениях. Сейчас коснемся рассмотрения аппаратных средств, поскольку изначально именно они занимают главенствующее положение в обеспечении работоспособности любой компьютерной или даже мобильной системы.

Аппаратные средства систем: общая классификация

Итак, с чем же мы имеем дело? На самом деле комплекс аппаратных средств знаком всем и каждому. По сути, многие пользователи называют его компьютерным «железом». Действительно, аппаратные средства - это именно «железные», а не программные компоненты любой компьютерной системы. В самом простом варианте классификации они разделяются на внутренние и внешние.

Кроме того, в таком разделении можно выделить три основных и наиболее содержательных класса устройств:

• устройства ввода;
• устройства вывода;
• устройства хранения информации.

Естественно, отдельно стоит отметить и главные элементы компьютерных систем вроде материнской платы, процессора и т. д., не входящие ни в один из вышеперечисленных классов и являющиеся базовыми элементами, без которых ни один компьютер попросту работать не будет.

Базовые элементы компьютера

Описывая аппаратные средства любого компьютера, начать стоит с самого главного элемента - материнской платы, на которой расположены все внутренние элементы. И к ней же за счет применения разного рода разъемов и слотов подключаются внешние устройства.

Сегодня существует достаточно много разновидностей «материнок» и их производителей. Правда, такие платы для стационарных компьютеров и ноутбуков и по форме, и по расположению отдельных элементов могут различаться. Тем не менее суть их применения в компьютерных системах не меняется.

Второй по важности элемент - центральный процессор, который отвечает за быстродействие. Одной из главных характеристик является тактовая частота, выраженная в мега- или гигагерцах, а проще говоря, величина, определяющая, сколько элементарных операций может производить процессор за одну секунду. Нетрудно догадаться, что быстродействие есть не что иное, как отношение количества операций к числу тактов, которое необходимо для выполнения (вычисления) одной элементарной операции.

Аппаратные средства компьютера невозможно себе представить без планок оперативной памяти и жестких дисков, которые относятся к устройствам хранения. О них будет сказано несколько позже.

Программно-аппаратные средства

В современных компьютерах применяются и устройства гибридного типа, такие, например, как ПЗУ или постоянная энергонезависимая память CMOS, которая является основой базовой системы ввода/вывода, называемой BIOS.

Это не только «железный» чип, распложенный на материнской плате. В нем имеется собственная микропрограмма, позволяющая не только хранить неизменяемые данные, но и проводить тестирование внутренних компонентов и в момент включения компьютера. Наверное, многие владельцы стационарных ПК замечали, что в момент включения слышен сигнал системного динамика. Это как раз и свидетельствует о том, что проверка устройств прошла успешно.

Средства ввода информации

Теперь остановимся на устройствах ввода. На данный момент их разновидностей можно насчитать достаточно много, а судя по развитию IT-технологий, вскоре их станет еще больше. Тем не менее базовыми в этом списке принято считать следующие:

• клавиатура;
• мышь (трекпад для ноутбуков);
• джойстик;
• цифровая камера;
• микрофон;
• внешний сканер.

Каждое из этих устройств позволяет ввести разный тип информации. К примеру, с помощью сканера вводится графика, с помощью камеры - видеоизображение, на клавиатуре - текст и т. д. Однако и мышь, и трекпад в дополнение ко всему являются еще и контроллерами (манипуляторами).

Что касается клавиатуры, контролирующие функции в ней используются через кнопки или их сочетания. При этом можно получить и доступ к определенным функциям, параметрам и командам операционных систем или другого программного обеспечения.

Средства вывода информации

Аппаратные средства невозможно представить себе и без устройств вывода. В стандартном списке присутствуют следующие:

• монитор;
• принтер;
• плоттер;
• звуковая и видеосистема;
• мультимедийный проектор.

Здесь основным является компьютерный монитор или экран ноутбука. Понятно ведь, что при современных методах объектно-ориентированного программирования взаимодействие с пользователем осуществляется через графический интерфейс, хотя в равной степени такая ситуация применима и к системам, в которых предполагается ввод команд. В любом случае пользователь должен видеть то, что отображается на экране.

Что же касается остальных элементов, они желательны, хотя и не обязательны (ну разве что графический адаптер, без которого современные системы могут и не работать).

Средства хранения информации

Наконец, один и самых важных классов - устройства хранения информации. Их наличие, будь то внутренние компоненты или внешние носители, просто обязательно. К этому классу относят следующие разновидности:

• жесткий диск (винчестер);
• оперативная память;
• кэш-память;
• внешние накопители (дискеты, USB-устройства).

Иногда сюда включают также систему BIOS с CMOS-памятью, однако, как уже было сказано выше, это скорее гибридные устройства, которые можно отнести в равной степени к разным категориям.

Безусловно, главное место здесь занимают жесткие диски и «оперативка». Жесткий диск - это аппаратное средство информации (вернее, средство ее хранения), ведь на нем она хранится постоянно, а в оперативной памяти - временно (при запуске или функционировании программ, копировании содержимого в и т. д.).

При выключении компьютера оперативная память автоматически очищается, а вот информация с винчестера никуда не девается. В принципе, сейчас с винчестером конкурируют и съемные носители вроде USB-устройств большой емкости, а вот дискеты и оптические диски уходят в небытие хотя бы по причине их малой емкости и возможности физических повреждений.

Устройства связи

Необязательным классом, хотя в современном мире и очень востребованным, можно назвать и устройства, отвечающие за обеспечение связи как между отдельными компьютерными терминалами, связанными напрямую, так и в сетях (или даже на уровне выхода в Интернет). Здесь из основных устройств можно выделить такие:

• сетевые адаптеры;
• маршрутизаторы (модемы, роутеры и т. д.).

Как уже понятно, без них не обойтись при организации сетей (стационарных или виртуальных), при обеспечении доступа во Всемирную паутину. А ведь мало кто сегодня знает, что два компьютера, например, можно соединять посредством кабеля напрямую, как это делалось лет двадцать назад. Конечно, это выглядит несколько непрактично, тем не менее, забывать о такой возможности не стоит, особенно когда нужно копировать большие объемы информации, а подходящего носителя под рукой нет.

Устройства безопасности и защиты данных

Теперь еще об одном типе устройств. Это аппаратные средства защиты, к которым можно отнести, например, «железные» сетевые экраны, называемые еще файрволлами (firewall с английского - «огненная стена»).

Почему-то сегодня большинство юзеров привыкло, что файрволл (он же брэндмауэр) представляет собой исключительно Это не так. При организации сетей с повышенным уровнем безопасности применение таких компонентов не то что желательно, а иногда даже просто необходимо. Согласитесь, ведь программная часть не всегда справляется со своими функциями и может вовремя не отреагировать на вмешательство в работу сети извне, не говоря уже о доступе к хранящейся на жестких дисках компьютеров или серверов.

Взаимодействие программных и аппаратных средств

Итак, аппаратные средства мы вкратце рассмотрели. Теперь несколько слов о том, как они взаимодействуют с программными продуктами.

Согласитесь, у операционных систем, которые и обеспечивают доступ пользователя к вычислительным возможностям ПК, есть свои требования. Современные «операционки» пожирают столько ресурсов, что с устаревшими процессорами, в которых не хватает вычислительной мощности, или при отсутствии необходимого объема оперативной памяти они работать просто не будут. Это, кстати, в равной степени относится и к современным прикладным программам. И, конечно же, это далеко не единственный пример подобного взаимодействия.

Заключение

Напоследок стоит сказать, что аппаратная часть современного компьютера была рассмотрена достаточно кратко, однако сделать выводы о классификации основных элементов системы можно. Кроме того, стоит обратить внимание, что компьютерная техника развивается, а это ведет еще и к тому, что внешних и внутренних устройств разного типа появляется все больше (взять хотя бы виртуальные шлемы). Но что касается базовой конфигурации, в данном случае приведены самые главные компоненты, без которых сегодня невозможно существование ни одной компьютерной системы. Впрочем, здесь по понятным причинам не рассматривались мобильные девайсы, ведь у них устройство несколько отличается от компьютерных терминалов, хотя и имеется довольно много общего.

Аппаратное обеспечение компьютера - это все электронные и механические устройства компьютера.

Общая схема аппаратного обеспечения компьютера:

Структура аппаратного обеспечения персонального компьютера:

• системная плата (материнская плата) - на ней размещены:
  • процессор (центральный процессор)+система охлаждения,
  • внутренняя память,
  • системная шина,
  • слоты.
• платы периферии (могут быть встроены в системную плату) - на них размещены контроллеры устройств ввода-вывода+разъемы:
  • контроллеры дисководов,
  • видеокарта (видеоконтроллер, графическая плата),
  • звуковая карта (звуковой контроллер, звуковая плата),
  • сетевая карта (сетевой адаптер, сетевая плата),
  • контроллеры других устройств,
• устройства ввода и вывода:
  • дисководы:
    • дисковод на жеском диске,
    • привод гибких дисков (дисковод для дискет),
    • привод оптических дисков (привод CD-ROM, CD-RW, DVD-ROM, DVD-RW),
    • стример
  • другие устройства;
• блок питания

Общую схему компьютера можно посмотреть .

Рассмотрим подробно каждое устройство и его функции.

Процессор - устройство, выполняющее арифметические и логические операции, и управляющее другими устройствами компьютера.

В его состав входят:

• арифметико-логическое устройство (АЛУ);
• устройство управления (УУ);
• регистры;

Современные процессоры работают согласно принципам машины фон Неймана (архитектуре фон Неймана).

Система охлаждения процессора - используется для отвода тепла от нагревающихся процессора. Чаще используется воздушное охлаждение с помощью кулера (вентилятор+радиатор).

Внутренняя память

В ее состав входят:

• оперативная память или оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) - энергозависимая память (при выключении компьютера вся записанная на ней информация стирается). ОЗУ используется для чтения и записи. В ОЗУ хранятся выполняемые программы и данные, которые они обрабатывают (Например, если мы работаем в Word(е) в ОЗУ находится данная программа и текст, с которым мы работаем. Если документ не сохранить, т.е. не записать во внешнюю память (винчестер, флэшка), то при выключении компьютера данные будут потеряны).
• постоянная память или постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) - энергонезависимая память (при выключении компьютера вся записанная на ней информация сохраняется). ПЗУ используется только для чтения, на ней хранится информация, которая никогда не будет изменяться.
• специальная память:
  • постоянная память, которую можно перепрограммировать (Flash-память). Основной микросхемой является BIOS (basic input-output system, базовая система ввода-вывода), на ней хранятся программы загрузки операционной системы в ОЗУ и тестирования устройств при включении компьютера. Также BIOS содержит сервисные функции. Через BIOS операционная система обращается к аппаратному обеспечению (через драйверы устройств).
  • память CMOS (питается от батарейки) - хранит информацию о составе и конфигурации оборудования, режиме работы. Эта информация изменяется специальной программой, находящейся в BIOS.
  • видеопамять - оперативная память, используется для хранения данных, из которых формируется изображение на экране (текст и графика)
• регистры процессора - память внутри процессора, свербыстрая оперативная память;
• кэш-память - для увеличения скорости обмена данными между процессором и оперативной памятью. Кэш-память управляется контроллером, который анализирует исполняемую процессором программу и пытается предугадать, какие данные\команды могут понадобиться процессору в ближайшее время и записывает их из оперативной памяти в кэш-память.

Системная шина (информационная магистраль) соединяет устройства внутри системного блока компьютера и обеспечивает их взаимодействие. Это набор дорожек на на материнской плате, по которым передается информация в виде сигналов.

В ее состав входят:

• шина адреса - для передачи адреса, куда передаются данные: ячейка памяти или устройство ввода\вывода;
• шина данных - для передачи самих данных между процессором и памятью или устройством ввода\вывода;
• шина управления (вспомогательная шина) - для передачи сигналов управления (например, сигнал записи или чтения, сигнал обращения к памяти или устройству ввода\вывода).

Слот - внутреняя розетка для подключения устройств внутри системного блока.

Контроллер устройства ввода и вывода - микропроцессор, посредник между процессором и устройством ввода\вывода. Управляет устройством, которое к нему подключено. Преобразовывает информацию, которой должны обмениваться процессор и устройство.

Разъем - внешняя розетка для подключения внешего (по отношению к системному блоку) устройства.

Контроллер дисководов - преобразовывает и передает информацию между процессором и дисководом.

Видеокарта преобразовывает и передает сигнал на монитор.

Звуковая карта обрабатывает звук (обеспечивает ввод звука с микрофона и его воспроизведение через наушники, колонки, встроенный динамик).

Сетевая карта испольуется для подключения персонального компьютера к сети и организации взаимодействия с другими устройствами сети (обмен информацией по сети).

К устройствам ввода и вывода относится внешняя память.

Внешняя память используется для долговременного хранения данных и программ. Информация, записанная на внешнюю память не стирается при выключении компьютера.

В ее состав входят:

• накопители информации - устройства чтения и записи
• носители информации - место хранения информации.

Дисководы (накопители информации) используются для чтения\записи на носители информации: пластины жесткого диска, дискеты, оптические диски, ленты.

Устройства ввода и вывода подробно рассмотрены в этой статье .

Блок питания - источник электрического тока для питания устройств системного блока.

Персональный компьютер - компьютер (вычислительная машина) предназначенный для личного использования, цена, размеры и возможности которого удовлетворяют запросы большого количества людей.

Современные ПК характеризуются:

· небольшими размерами,

· возможностью для пользователя работать с ПК лично, без посредничества профессионального программиста,

· малым потреблением электрической энергии,

· удобством и комфортностью общения пользователя и ПК.

ЭВМ выполняют две основные функции:

· обработка и хранение информации

· обмен информацией с внешними объектами.

Выполнение этих функций осуществляется с помощью двух компонентов ЭВМ: программного обеспечения и аппаратного обеспечения.

Под аппаратным обеспечением понимают обычно все узлы, модули и блоки, составляющие компьютер или компьютерную систему. В современных компьютерах используется так называемая «открытая архитектура», т.е. состав аппаратного обеспечения компьютера можно изменить, поменяв один из модулей, или расширить, вставив дополнительный модуль.

Аппаратное обеспечение современных ПК включает в себя следующее:

· системный блок,

· устройства ввода информации в ПК (например, клавиатура),

· устройства вывода информации из ПК (например, монитор).

Системный блок, клавиатура и монитор вместе составляют персональный компьютер в минимальной конфигурации, т.е. позволяют работать с информацией на компьютере

Корпуса системных блоков бывают нескольких типов: вертикальный (tower), горизонтальный (desktop), моноблок (системный блок и монитор в одном корпусе). Существуют переносные компьютеры типа Notebook (ноутбук), предназначенные для работы от автономной батареи.

Внутри системного блока располагаются:

· источник питания,

· материнская (системная) плата

· процессор,

· оперативная память,

· жесткий диск,

· накопитель гибких дисков (устарев).

· привод CD–ROM, DVD-ROM, DVD-RW;

· звуковая карта,

· сетевая карта.

Также в состав компьютерных систем входят и внешние устройства, называемые периферийными.

Периферийными называют все устройства компьютера, расположенные вне материнской платы. Часть устройств хоть и расположены вне материнской платы, но также как и материнская плата находятся в системном блоке: винчестер, дисководы, CD–ROM, звуковая карта, сетевая карта и некоторые др.

По назначению периферийные устройства можно подразделить на:

· устройства ввода данных; в устройства вывода данных;

· устройства хранения данных;

· устройства обмена данными.

Теперь рассмотрим отдельные элементы более подробно.

Материнская плата - печатная плата, на которой монтируется чипсет и прочие компоненты компьютерной системы.

На материнской плате кроме чипсета располагаются разъёмы для подключения центрального процессора, графической платы, звуковой платы, жёстких дисков, оперативной памяти и других дополнительных периферийных устройств.

Все основные электронные схемы компьютера и необходимые дополнительные устройства включаются в материнскую плату, или подключаются к ней с помощью слотов расширения.

Центральный процессор – это «мозг» любого компьютера. Процессор производит все вычисления (арифметические и логические операции), взаимодействует с памятью и осуществляет управление всеми компонентами ПК. Таким образом, процессор включает в себя следующие части:

· арифметико-логическое устройство (АЛУ),

· устройство управления (УУ).

· внутренние регистры – ячейки памяти внутри кристалла процессора, предназначенные для хранения промежуточной информации.

Важнейшими характеристиками процессора, определяющими его производительность (количество операций в единицу времени) являются: тактовая частота, разрядность, объем адресуемой памяти.

Тактовая частота определяет скорость выполнения операций в процессоре. При повышении тактовой частоты увеличивается производительность процессора. Современные процессоры имеют тактовые частоты 400-4000 МГц и более.

Разрядность обрабатываемых данных – количество бит информации, одновременно вводимой в процессор и выводимой из него. Чем больше разрядность, тем больше информации может обработать процессор в единицу времени. Разрядность современных процессоров – 32 и 64 бит.

Объем адресуемой памяти (адресное пространство)– максимальное число ячеек основной памяти, которое может быть непосредственно адресовано процессором.

Мультипроцессор - это компьютерная система, которая содержит несколько процессоров и одно адресное пространство, видимое для всех процессоров. Он запускает одну копию ОС с одним набором таблиц, в том числе теми, которые следят какие страницы памяти свободны. Содержат несколько процессорных ядер в одном корпусе (на одном или нескольких кристаллах).

Внутренняя память – это память, расположенная на материнской плате. Внутреннюю память составляют два устройства: ОЗУ и ПЗУ.

ОЗУ (оперативное запоминающее устройство) предназначено для хранения текущих программ и текущей информации, т.е. программ и информации, с которыми в данный момент работает пользователь. В англоязычной литературе ОЗУ называют RAM (random access memory – память случайного доступа).

Основными характеристиками ОЗУ являются: объем и время доступа.

Объем ОЗУ (ед. измерения – Мбайт) – это общее количество ячеек памяти на всех кристаллах ОЗУ. В каждой ячейке может хранится либо «1» либо «0». Ячейки в кристаллах памяти объединены в блоки по 8 ячеек, и в каждый такой блок таким образом можно записать байт информации. От объема ОЗУ во многом зависит скорость работы компьютера: чем больше объем ОЗУ, тем быстрее работает компьютер.

Время доступа – время, за которое процессор может прочитать содержимое ячейки ОЗУ или записать в нее информацию. Чем меньше время доступа, тем быстрее общается процессор с ОЗУ и тем быстрее работает компьютер.

ОЗУ является энергозависимой памятью, т.е. при отключении питания оно «забывает» всю записанную в него информацию.

ПЗУ (постоянное запоминающее устройство) – хранит программу первоначальной загрузки компьютера, информацию о системной плате и расположенных на ней устройствах, информацию о подключенных устройствах внешней памяти, текущее время др.

Внешняя (периферийная) память – это память, расположенная вне материнской платы. На устройствах внешней памяти хранятся тексты программ, документы и другая информация. Эту память часто называют долговременной. Если необходимо работать с какой-то программой, то она сначала копируется с устройств внешней памяти в оперативную память и затем запускается. Наиболее часто внешняя память ПК представлена накопителями на гибких магнитных дисках и накопителями на жестких дисках.

Накопитель на жёстких магнитных дисках, жёсткий диск, винчестер - энергонезависимое, перезаписываемое компьютерное запоминающее устройство. Является основным накопителем данных практически во всех современных компьютерах.

Графическая плата или видеокарта - устройство, преобразующее изображение, находящееся в памяти компьютера, в видеосигнал для монитора. Обычно видеокарта является платой расширения и вставляется в специальный разъём для видеокарт на материнской плате, но бывает и встроенной, иначе говоря, интегрированной.

Современные видеокарты не ограничиваются простым выводом изображения, они имеют встроенный графический микропроцессор, который может производить дополнительную обработку, разгружая от этих задач центральный процессор компьютера.

Звуковая плата или звуковая карта - позволяет работать со звуком на компьютере. В настоящее время звуковые карты бывают как встроенными в материнскую плату, так и отдельными платами расширения или как внешними устройствами.

Сетевая плата или сетевая карта - периферийное устройство, позволяющее компьютеру взаимодействовать с другими устройствами сети.

Периферийные устройства для ввода информации в компьютер.

Клавиатура – устройство, с помощью которого осуществляется ввод данных и команд в ПК. Клавиатура снабжена специальным кабелем, посредством которого она подключается к специальному разъему на системном блоке.

Мышь – широко используемое в настоящее время устройство ввода информации. Позволяет быстро отметить какую-либо точку на экране монитора. Работа с некоторыми программами без мыши практически невозможна.

Сканер – устройство ввода графической информации (фотографий, изображений и др.) в компьютер.

Существуют и другие устройства ввода информации в компьютер: цифровые фотоаппараты, манипуляторы «световое перо» и пр. Некоторые манипуляторы, функционально аналогичны или дополняют мышь: трекбол, джойстик, виртуальный шлем и др.

Периферийные устройства для вывода информации из компьютера.

Монитор (дисплей) – устройство вывода алфавитно-цифровой и графической информации ПК. Монитор является основным техническим средством организации общения между пользователем и компьютером. Внешне напоминает телевизор.

Качество изображения монитора определяют следующие характеристики: размер диагонали, разрешение, палитра, частота кадров.

Изображение на экране монитора формируется с помощью точек (пикселей). Количество пикселей по горизонтали и вертикали и определяет разрешение экрана. Типичные значения: 800´600 для 14-дюймового монитора, 1600´1200 для 19-дюймового. Чем больше размер диагонали экрана и выше разрешение, тем качественнее изображение, так как лучше прорисовываются мелкие детали.

Цветовую гамму (палитру) выводимого изображения определяет размер видеопамяти – чем больше ее объем, тем больше цветов и оттенков может вывести монитор. Для обычного пользователя, как правило, достаточно 16 тысяч цветов и оттенков.

Комфортность работы за монитором во многом определяет такая характеристика монитора, как максимальная частота смены кадров (обычные значения: 75–100Гц, т.е. за секунду изображение на экране обновляется 75-100 раз).

Принтер – устройство вывода, обеспечивающее печать выдаваемой компьютером информации. В качестве носителя чаще всего используется бумага.

Принтеры делятся на следующие типы: матричные, струйные, лазерные.

Наиболее простые принтеры – матричные (дешевые, качество изображения низкое, уровень шума высокий). Принцип печати таких принтеров следующий: печатающая головка содержит ряд тонких металлических стержней (иголок). Головка движется вдоль печатаемой строки, а стержни в нужный момент ударяют по бумаге через красящую ленту.

В струйных принтерах изображение формируется микрокаплями специальных чернил, выдуваемых на бумагу с помощью сопел. Такие принтеры обеспечивают высокое качество при печати на специальную бумагу, удобны и для цветной печати. Однако струйные принтеры дороже матричных и требуют тщательного ухода и обслуживания.

Лазерные принтеры обеспечивают самое высокое качество печати. В этих принтерах используется принцип ксерографии: изображение переносится на бумагу со специального барабана, к которому электрически притягиваются частички краски, только в отличие от ксерокса печатающий барабан электризуется с помощью лазера по командам компьютера.

Графопостроитель (плоттер) – устройство вывода, позволяющее получить высококачественные чертежи.

Модем (аббревиатура, составленная из слов модулятор-демодулятор)- устройство, применяющееся в системах связи и выполняющее функцию модуляции и демодуляции. Модулятор осуществляет модуляцию, то есть изменяет характеристики несущего сигнала в соответствии с изменениями входного информационного сигнала, демодулятор осуществляет обратный процесс. Частным случаем модема является широко применяемое периферийное устройство для компьютера, позволяющее ему связываться с другим компьютером, оборудованным модемом, через телефонную сеть (телефонный модем) или кабельную сеть (кабельный модем).