Лекции по "Информатике"

Кэш (англ. cache), или сверхоперативная память — очень быстрое ЗУ небольшого объёма, которое используется при обмене данными между микропроцессором и менее быстродействующей оперативной памятью.

Кэш-памятью управляет контроллер, который  определяет, какие данные и команды нужны в ближайшее время процессору, и подкачивает их в кэш-память. Кэш-память реализуется на микросхемах статической памяти, более быстродействующих и малоёмких, чем память DDR.

Современные микропроцессоры имеют кэш-память размером  до 2Мбайт.

 

Специальная память

К устройствам специальной памяти относятся постоянная память (ROM), перепрограммируемая постоянная память (Flash Memory), память CMOS RAM, питаемая от батарейки, видеопамять и некоторые другие виды памяти.

 

Постоянная память (ПЗУ, англ. ROM, Read Only Memory — память только для чтения) — энергонезависимая память, используется для постоянного хранения данных. Из ПЗУ данные можно только читать.

Перепрограммируемая постоянная память (Flash Memory) — энергонезависимая память, допускающая многократную перезапись своего содержимого с дискеты.

В ПЗУ находятся программы управления процессором, дисплеем, клавиатурой, принтером, внешней памятью, программой запуска и остановки компьютера, тестирования устройств.

Важнейшая микросхема постоянной или Flash-памяти — модуль BIOS.

BIOS (Basic Input/Output System — базовая система ввода-вывода) — совокупность программ, предназначенных для автоматического тестирования устройств после включения питания компьютера и затем загрузки операционной системы в оперативную память.

Роль BIOS двоякая: с одной стороны это элемент аппаратуры (Hardware), а с другой строны — важный модуль любой операционной системы (Software).

Разновидность постоянного ЗУ — память CMOS RAM.

CMOS RAM — это память с невысоким быстродействием и минимальным энергопотреблением от батарейки. Используется для хранения информации о конфигурации и составе оборудования компьютера, а также о режимах его работы.

Содержимое CMOS изменяется специальной программой Setup, находящейся в BIOS (англ. Set-up ).

   Для хранения графической информации используется видеопамять.

Видеопамять (VRAM) — разновидность оперативного ЗУ, в котором хранятся закодированные изображения. ЗУ видеопаяти организовано так, что его содержимое доступно сразу двум устройствам — процессору и дисплею, так что изображение на экране меняется одновременно с обновлением видеоданных в памяти.

 

 

12. Внешняя память компьютера.

Внешняя память (ВЗУ) предназначена для длительного хранения программ и данных, и её содержимое не зависит от того, включен или выключен компьютер. Внешняя память не имеет прямой связи с процессором (связь через контроллеры).

В состав внешней памяти компьютера входят:

• накопители на жёстких магнитных дисках - винчестерах;
• накопители на гибких магнитных дисках;
• накопители на компакт-дисках;
• накопители на магнито- оптических компакт-дисках;
• накопители на магнитной ленте (стримеры) и др.

Гибкий диск, дискета  — устройство для хранения небольших объёмов информации, представляющее гибкий пластиковый диск.

Информация записывается по концентрическим дорожкам (трекам), которые делятся на секторы. Ёмкость сектора постоянна и составляет 512 байтов. В настоящее время дискеты имеют диаметр 3,5 дюйма (89 мм), а  ёмкость 1,44 Мбайт. Накопитель связан с процессором через контроллер гибких дисков.

 

Накопитель на жёстких магнитных дисках (HDD) или винчестер — это запоминающее устройство большой ёмкости. Носителями данных являются круглые алюминиевые пластины — платтеры, обе поверхности которых покрыты слоем магнитного материала. Используется для постоянного хранения информации.

 

Винчестерские накопители имеют ёмкость - до нескольких сотен Гбайт, скорость вращения шпинделя достигает 7200 оборотов в минуту, среднее время поиска данных — 10 мс, а максимальная скорость передачи данных до 40 Мбайт/с.

Винчестерский накопитель связан с процессором через контроллер жесткого диска. Все современные накопители снабжаются встроенным кэшем (64 Кбайт и более), который повышает их производительность.

Накопители на компакт-дисках.

Диск CD-ROM состоит из прозрачной полимерной основы диаметром 12 см и толщиной 1,2 мм, одна сторона которой тонким алюминиевым слоем. Двоичная информация представляется чередованием углублений  и основного слоя.  Ёмкость CD до 780 Мбайт. Информация заносится на диск один раз и не может быть изменена. Для работы с CD ROM используется накопитель CD-ROM (CD-ROM Drive).

Наряду с CD-ROM используются  цифровые видеодиски DVD . Эти диски имеют тот же размер, что и обычные CD, но вмещают 4,7 Гбайт данных.

 Записывающий накопитель CD-RW способен, наряду с прочтением компакт - дисков, записывать информацию на специальные оптические диски ёмкостью 650 Мбайт.

Используются также накопители на магнитной ленте (стримеры):

Стример  — устройство для копирования больших объёмов информации. В качестве носителя применяются кассеты с магнитной лентой большой ёмкостью.

 

13. Аудиоадаптер.

Аудиоадаптер (Sound Blaster или звуковая плата) это специальная электронная плата, которая позволяет записывать, воспроизводить  и создавать звук программными средствами (с помощью микрофона, наушников, динамиков, встроенного синтезатора и т.д.).

 

Аудиоадаптер содержит в себе два преобразователя информации:

• аналого-цифровой преобразователь – АЦП, который преобразует аналоговые звуковые сигналы (речь, музыку, шум) в цифровой двоичный код, который может быть записан  на магнитный носитель (диск);
• цифро-аналоговый преобразователь - ЦАП, выполняющий обратное преобразование сохранённого в цифровом виде звука в аналоговый сигнал, который затем воспроизводится с помощью акустической системы или наушников.

14. Видеоадаптер и графический акселератор.

Видеоадаптер — это электронная схема, которая обрабатывает видеоданные (текст и графику) и управляет работой дисплея.

Наиболее распространен  видеоадаптер SVGA, который может отображать на экране дисплея 1280х1024 пикселей при 256 цветах и 1024х768 пикселей при 16 миллионах цветовых оттенков.

· Графические акселераторы (ускорители) — это специализированные графические сопроцессоры, увеличивающие производительность видеосистемы. Их применение освобождает центральный процессор компьютера от операций с видеоданными.

 · TV-тюнеры — видеоплаты, позволяющие компьютеру принимать телевизионные программы на антенну и выводить их на экран дисплея.

 

15. Клавиатура.

 

Клавиатура – это устройство ввода данных, служит для ввода информации в компьютер. Она содержит стандартный набор алфавитно-цифровых клавиш, управляющие и функциональные клавиши, клавиши управления курсором, а также малую цифровую клавиатуру.

Курсор — светящийся символ на экране монитора, указывающий позицию вводимого с клавиатуры знака.

Наиболее распространена 101-клавишная клавиатура c раскладкой клавиш QWERTY (читается “кверти”).

Клавиатура имеет 12 функциональных клавиш, которые могут программироваться.

Малая цифровая клавиатура используется в двух режимах — для ввода чисел и для управления курсором. Переключение этих режимов осуществляется клавишей Num Lock.

Клавиатура имеет встроенный буфер — память малого размера, куда помещаются введённые символы.   Работу клавиатуры поддерживают специальные программы BIOS и драйвер клавиатуры, который обеспечивает возможность ввода русских букв.

16. Видеосистема компьютера.

Видеосистема компьютера состоит из трех компонент:

• монитор, или дисплей;
• видеоадаптер;
• программное обеспечение (драйверы видеосистемы).

Видеоадаптер посылает в монитор сигналы управления яркостью лучей и синхросигналы строчной и кадровой развёрток. Монитор преобразует эти сигналы в зрительные образы. А программные средства обрабатывают видеоизображения — выполняют кодирование и декодирование сигналов, координатные преобразования, сжатие изображений и др.

Монитор — устройство визуального отображения информации в виде текста, таблиц, рисунков и др.

Компьютеры  обычно комплектуются цветными графическими мониторами.

Предшествующее поколение мониторов сконструировано на базе электронно-лучевой трубки (ЭЛТ).

Основной элемент такого дисплея — электронно-лучевая трубка.

 Передняя часть ЭЛТ с внутренней стороны покрыта люминофором, веществом способным излучать свет при попадании на него быстрых электронов.

Люминофор наносится на экран дисплея в виде наборов точек трёх основных цветов — красного, зелёного и синего, с их помощью (в различных пропорциях) можно представить любой цветовой оттенок спектра.

Наборы точек люминофора располагаются по треугольным триадам. Триада образует пиксел — точку, из которых формируется изображение. Расстояние между центрами соседних пикселов называется точечным шагом монитора (обычно шаг равен 0,28 мм).

Отклоняющая система ЭЛТ управляет движением электронного луча, заставляя  его пробегать все пикселы на экране строчку за строчкой от верхней до нижней, а затем возвращаться в начало верхней строки.

Количество отображённых строк в секунду называется строчной частотой развертки.   А частота, с которой меняются кадры изображения, называется кадровой частотой развёртки.

 

Жидкокристаллические мониторы.

 

В современных компьютерах все больше используются плоские жидкокристаллические (ЖК или LCD) мониторы.

Жидкие кристаллы — это особые органические вещества, которые обладают свойством, подобным кристаллическим структурам. Жидкие кристаллы могут изменять свою структуру и светооптические свойства под действием электрического напряжения.

Большинство ЖК-мониторов использует тонкую плёнку из жидких кристаллов, помещённую между двумя стеклянными пластинами. Заряды передаются через так называемую пассивную матрицу — сетку невидимых нитей, горизонтальных и вертикальных, создавая в месте пересечения нитей точку изображения - пиксел.

 

Активные матрицы вместо нитей используют прозрачный экран из транзисторов (что обеспечивают яркое, практически не имеющее искажений изображение). Панель экрана при этом разделена на множество независимых ячеек, каждая из которых состоит из четырех частей (для трёх основных цветов и одна резервная). Современный экран имеет более миллиона точек, каждая из которых управляется собственным транзистором.

 

Сенсорный экран

 

Разновидность монитора — это терминал с сенсорным экраном. Здесь общение с компьютером осуществляется путём прикосновения к меню чувствительного экрана терминала. Меню представляет выведенный на экран список различных вариантов работы компьютера, по которому можно сделать конкретный выбор действия.

Сенсорными экранами оборудуют рабочие места операторов и диспетчеров, их используют в информационно-справочных системах и т.д.

 

17. Принтер, плоттер, сканер.

 

Принтер — печатающее устройство вывода данных. Осуществляет вывод из компьютера информации в виде печатных копий текста или графики.

Основных видов принтеров три: матричные, лазерные и струйные.

 Матричные принтеры используют комбинации набора из маленьких штырьков, которые бьют по красящей ленте, благодаря чему на бумаге остаётся отпечаток символа. Каждый символ, печатаемый на принтере, формируется из набора 9, 18 или 24 игл, сформированных в виде вертикальной колонки. Недостатками этих принтеров являются их шумная работа и невысокое качество печати.

 Лазерные принтеры работают примерно так же, как ксероксы. Компьютер формирует в своей памяти графический "образ" страницы текста и передает его принтеру. Информация о странице проецируется с помощью лазерного луча на вращающийся барабан со светочувствительным покрытием, меняющим электрический заряд в зависимости от освещённости точки.

После засветки лазером на барабан, находящийся под электрическим напряжением, наносится красящий порошок — тонер, частицы которого прилипают на заряженные засвеченные участки поверхности барабана. Принтер с помощью специального горячего валика протягивает бумагу под барабаном; тонер переносится на бумагу и "вплавляется" в неё, оставляя стойкое высококачественное изображение.

 Струйные принтеры создают символы в виде набора чернильных точек. Печатающая головка принтера имеет крошечные сопла, через которые на страницу выбрызгиваются быстросохнущие чернила. Цветные струйные принтеры создают цвета оттенков, комбинируя чернила четырех основных цветов — ярко-голубого, пурпурного, желтого и черного.