Организация информационных процессов в вычислительных устройствах

Центральный микропроцессор

АЛУ

Регистры

УУ

Схема управления шиной и портами

ОЗУ

ППЗУ

Основная память

                                    Системная магистраль (шина)

Контролёр

Видео-карта

Контролёр

Контролёр

Контролёр

портов

Сетевой адаптер

Клавиатура

Монитор

НЖМЖ

НГМД

Принтер, мышь и  т. д.

Локальная сеть

Внешний взгляд на компьютер позволяет назвать  такие компоненты, входящие в его  состав, как:

• Системный блок
• Монитор (вместе с видеокартой монитор образует систему)
• Клавиатура
• Периферийные устройства

Системный блок включает:

• Блок питания;
• Системную (материнскую) плату;
• Накопитель на жёстком магнитном диске (HDD);
• Накопитель на гибком магнитном диске (FDD);
• Накопитель на компакт-диске (CD/DVD BOM)/

На системной  плате расположены все основные компоненты компьютера:

• Центральный микропроцессор;
• Оперативная память;
• ПЗУ (постоянное запоминающее устройство);
• Энергозависимая память;
• Контролёры.

Центральный микропроцессор (небольшая микросхема, выполняющая все вычисления и обработку информации) – это ядро ПК. В компьютерах типа IBM PC используются микропроцессоры фирмы Intel и совместимые с ними микропроцессоры других фирм.

Компоненты  микропроцессора:

• АЛУ выполняет логические и арифметические операции
• Устройство управления управляет всеми устройствами ПК
• Регистры используются для хранения данных и адресов
• Схема управления шиной и портами – осуществляет подготовку устройств к обмену данными между микропроцессором и портом ввода – вывода, а также управляет шиной адреса и управления.

Основные  характеристики процессора:

• Разрядность – число двоичных разрядов , одновременно обрабатываемых при выполнении одной команды. Большинство современных процессов – это 32 – разрядные процессоры, но выпускаются и 64-разрядные процессоры.
• Тактовая частота – количество циклов работы устройства за единицу времени. Чем выше тактовая частота, тем выше производительность.
• Наличие встроенного математического процессора.
• Наличие и размер Кэш – памяти.

Процессор может  выполнять четыре основных математических действия: сложение, вычитание, умножение  и деление над двоичными числами, а, кроме того, операции компьютерной логики: сравнение, условный переход и повторение.

Оперативная память (ОЗУ) предназначена в основном для хранения выполняемых программ и их данных в течение всего времени, пока компьютер работает. Она подобна грифельной доске, информация на которой постоянно вытирается, заменяется новой и полностью исчезает после выключения компьютера.

ПЗУ – постоянное запоминающее устройство (BIOS – Basic Input/Output System) – микросхема с записанным набором программ:

• Программу первоначальной загрузки компьютера. Программа первоначальной загрузки получает управление после успешного завершения тестов и делает первый шаг для загрузки операционной системы.
• Программу первоначального тестирования компьютера. Эта программа получает управление сразу после выключения компьютера. Она проверяет все подсистемы компьютера. В случае обнаружения ошибки или неисправности компьютера отовражает на экране соответствующее сообщение;
• Базовую систему ввода-вывода. Она представляет набор программ,  используемых для управления основными устройствами компьютера. Базовая система ввода-вывода позволят отображать на экране компьютера символы и графику, записывать и читать данные с магнитных дисков, печатать на принтере и решать много других важных задач.

Энергозависимая память   (CMOS-память, Complementary Metal-Oxid-Semicondactor) хранит различные параметры конфигурации компьютера, например количество и тип дисковых накопителей, тип видеоадаптера, наличие сопроцессора и некоторые другие данные, хранятся в так называемой  CMOS-памяти. Микросхема  CMOS-памяти также содержит обыкновенные электронные часы. Благодаря им в любой момент можно узнать текущую дату и время. Чтобы при отключении питания компьютера содержимое  CMOS –памяти не стиралось, и часы продолжали отсчитывать время, микросхема  CMOS-памяти питается от специальной маленькой батарейки или аккумулятора, которые также находятся на системной плате.

     Компьютеру необходимо обеспечить быстрый доступ к оперативной памяти, иначе микропроцессор будет простаивать, и быстродействие компьютера уменьшится. Поэтому современные компьютеры оснащаются Кэш-памятью или сверхоперативной памятью.

При наличии  Кэш-памяти данные из ОЗУ сначала переписываются в неё, а затем в регистры процессора. При повторном обращении к памяти сначала производится поиск нужных данных в КЭШ-памяти и необходимые данные из Кэш-памяти переносятся в регистры, поэтому повышается быстродействие.

Устройства, которые  осуществляют обмен информацией  между оперативной памятью и  внешними устройствами, называются контролёрами или адаптерами иногда картами. Контролёры, адаптеры или карты имеют свой процессор и свою память, т.е. представляют собой специализированный процессор.

4. Внешние устройства ПЭВМ

Внешние устройства по функциональному назначению можно  разделить на три группы:

• Внешние запоминающие устройства для хранения больших массивов информации
• Устройства ввода-вывода информации.

     Эффективность использования ПЭВМ в большой степени определяются количеством и типами внешних устройств, которые могут применяться в её составе. Внешние устройства обеспечивают взаимодействие пользователя с ПЭВМ. Широкая номенклатура внешних устройств, разнообразие их технико-экономических характеристик дают возможность пользователю выбрать такие конфигурации ПЭВМ, которые в наибольшей мере соответствуют его потребностям и обеспечивают рациональное решение его задач.

Внешние устройства составляют до 80% стоимости ПЭВМ и оказывают значительное влияние на характеристики машины в целом.

Внешние запоминающие устройства

Внешняя память, по объёму, как правило, гораздо больше оперативной памяти компьютера, однако скорость взаимодействия процессора с оперативной памятью выше, чем с любыми внешними накопителями.

В настоящее время существуют следующие внешние запоминающие устройства:

• жёсткие или фиксированные, встроенные в системный блок компьютера и обычно называемые ВИНЧЕСТЕР
• гибкие, вставляемые в отверстия дисководов компьютера и называемые ДИСКЕТАМИ или флоппи-дисками
• оптические диски (CD/DVD)
• FLASH – накопители

5. Устройства ввода-вывода

Устройства  вывода предназначены для вывода информации в необходимом для оператора формате. Среди них есть обязательные (входящие в базовую конфигурацию ПК) и необязательные устройства.

Монитор является необходимым устройством ввода информации. Монитор (или дисплей) позволяет вывести на экран алфавитно-цифровую или графическую информацию в удобном для чтения и контроля пользователем виде. В соответствии с этим, существует два режима работы: текстовый и графический. В текстовом режиме экран представлен в виде строк и столбцов. В графическом формате параметры экрана задаются числом точек по горизонтали и числом точечных строк по вертикали. Количество горизонтальных и вертикальных линий экрана называется разрешением. Чем оно выше, тем больше информации можно отобразить на единице площади экрана.

Принтер это широко распространённое устройство ввода информации на бумагу, его название образовано от английского глагола to print – печатать. Принтер не входит в базовую конфигурацию ПК. В настоящее время широко применяются следующие виды принтеров.

Матричные (игольчатые) принтеры – это самые дешёвые аппараты, обеспечивающие удовлетворительное качество печати для широкого круга рутинных операций (главным образом для подготовки текстовых документов). Применяются в сберкассах, в промышленных условиях, где необходима рулонная печать, печать на книжках и плотных карточках и других носителях из плотного материала. Достоинства: приемлемое качество печати при условии хорошей красящей ленты, возможности печати «под копирку». Недостатки: достаточно низкая скорость печати, особенно графических изображений, значительный уровень шума. Среди матричных принтеров есть и достаточно быстрые устройства (так называемые, Shattle-принтеры).

Струйные принтеры обеспечивают более высокое качество печати. Они особенно удобны для ввода цветных графических изображений. Применение чернил разного цвета даёт сравнительно недорогое изображение приемлемого качества. Цветную модель называют CMYB ( Cyan-Magenta-Yellow-Black) по названиям основных цветов, образующих палитру. Струйные принтеры значительно меньше шумят. Скорость печати зависит от качества. Достаточно эффективны при создании рекламных проспектов, календарей, поздравительных открыток. Этот тип принтера занимает промежуточное накопление между матричными и лазерными принтерами.

Лазерные принтеры – имеют ещё более высокое качество печати, приближенное  к фотографическому. Они стоят намного дороже, однако скорость печати в 4-5 раз выше, чем у матричных и струйных принтеров. Недостатком лезерных принтеров являются довольно жёсткие требования к качеству бумаги – она должна быть достаточно плотной и не должна быть рыхлой, недопустима печать на бумаге с пластиковым покрытием ит.д.

      Особенно эффективны лазерные принтеры при изготовлении оригинал-макетов книг и брошюр, деловых писем и материалов, требующих высокого качества. Они позволяют с большой скоростью печатать графики, рисунки. За последние годы, с одной стороны, стоимость лазерных принтеров снизилась, и теперь их всё чаще можно встретить у «рядовых» пользователей.

Светодиодные принтеры – альтернатива лазерным. Разработчик – фирма Citizen. Печатает на любой бумаге, картоне . Принтер работает с низким уровнем шума.

Плоттеры применяются только в определённых областях: чертежи, схемы, графики, диаграммы и т.п. Широкое применение нашли плоттеры совместно с программами систем автоматического проектирования, где частью результатов работы программы становится конструкторская или технологическая документация.

• Планшетные плоттеры, в основном для форматов А-2 – А-3, фиксируют лист и наносят чертёж с помощью пишущего узла, перемещающегося в двух координатах. Они обеспечивают более высокую, по сравнению с барабанным, точность печати рисунков и графиков
• Рулонный (барабанный) плоттер – остаётся фактически единственным развивающимся видом плоттера с роликовой подачей листа и пишущим узлом, перемещающимся по одной координате (по другой координате перемещается бумага).

Мультимедиа-проектор позволяет воспроизводить на большом экране информацию, получаемую от самых разнообразных источников сигнала: компьютера, видеомагнитофона, видеокамеры, фотокамеры, DVD –проигрывателя, игровой приставки.

     Изображение в мультимедиа –проекторе формируются несколькими основными способами: с помощью жидкокристаллических панелей (LCD-технология) и с помощью микрозеркальных чипов DMD (DLP-технология). В DLP-проекторах свет от лампы проходит через жидкокристаллическую панель, на которой как на обычной плёнке, но с помощью цифровой электронной схемы создаётся картинка. Свет проходит через панель и объектив, и в результате на экран проецируется увеличенное во много раз изображение. В DLP-проекторах свет от лампы отражается от множества управляемых электроникой микрозеркал и через объектив попадает на экран.

     Основная  характеристика мультимедиа- проектора  – его яркость или световой  поток. Чем мощней световой  поток, тем больший размер изображения можно получить при заданных освещённости и качестве материала экрана. Световой поток ( измеряемый в ANSI- люменах) зависит от конструкции проектора, качества LCD- панелей, мощности и типа лампы.

     Разрешение LCD-панели или DMD-чипа – следующий важный параметр, влияющий на выбор проектора. Большинство панелей и чипов разрабатывается с учётом стандартных разрешений, принятых для компьютеров: 640×480 (VGA), 800

×600 (SVGA), 1024×768 (XGA),1280×1024 (SXGA). Если же разрешение проецируемого изображения будет отличаться от базового разрешения проектора, оно будет пересчитано при воспроизведении с помощью специального алгоритма практически без потери качества. В последнее время стали появляться мультимедиа-проекторы с LCD-панелями стандарта WIDE XGA с разрешением 1366×768, предназначенные в основном для просмотра видеоизображений. Их появление обусловлено популярностью «широких» экранов с соотношением сторон 16 : 9, вместо традиционного 4 : 3.

Мультимедиа-проектор – современное и высокотехнологичное устройство. Надёжность большинства выпускаемых моделей велика, и пользователю вряд ли придётся обращаться в сервисный центр с просьбой о ремонте. Единственная заменяемая деталь проектора – его лампа. В большинстве проекторов используются дуговые лампы с высокой яркостью и более ровным по сравнению с лампами накаливания спектром. Средний срок их службы – 2000 часов работы. Иногда бывает полезно применять функцию экономного режима работы лампы, вдвое продлевающего его ресурс.

Аудиосистема.

     В персональных компьютерах применяются самые разнообразные схемы формирования звуковых сигналов – от простых до сложных.

     В наши дни на рынке очень много акустических систем, состоящих из двух активных колонок, и выполненных по системе 2.1. Подобные системы не способны обеспечить звук высокого качества даже на низком уровне громкости.

    Совсем  недавно идеалом в мире компьютерных (и не только) акустических систем  была система 5.1 (пять сателлитов  и один сабвуфер), но в последнее  время производители акустики расширяют возможности своих систем, что привело сначала к появлению системы 6.1, а позднее и 8.1

Устройствами  ввода являются те устройства, посредством которых моно ввести информацию в компьютер. Главное их предназначение – реализовывать воздействие на ПК. Разнообразие выпускаемых устройств ввода породили целые технологии: от осязаемых до голосовых. Хотя они работают по различным принципам, но предназначаются для реализации одной задачи – позволить пользователю связаться со своим компьютером.

     Главным  устройством ввода большинства  компьютерных систем является  клавиатура. До тех пор , пока  система распознавания голоса  не сможет надёжно воспринимать  человеческую речь, главенствующее  положение клавиатуры вряд ли  изменится.

До недавнего  времени использовалась стандартная клавиатура, 101/102 клавиши, но с развитием персональных компьютеров производители старались развивать и основное устройство ввода информации. Это и привело к созданию мультимедийных клавиатур, с гораздо большим количеством кнопок, которые в наши дни всё больше и больше набирают популярность.

К дополнительным клавишам относятся группы клавиш управления мультимедийными приложениями (например, вызов и управление громкостью системы), группа клавиш для быстрого вызова офисных приложений (Word, Excel), калькулятора, Internet Explorer и т.д.

     Клавиатуры различаются по двум признакам: способ подключения и дизайн. Подключение клавиатуры к компьютеру может осуществляться через порт PS/2, USB и через ИК (инфракрасный) порт для беспроводных моделей. В последнем способе подключения клавиатура требует дополнительного источника питания,    например батарейки.

     Для непосредственного считывания графической информации с бумажного или иного носителя  в ПК применяются    оптические сканеры. Сканируемое изображение считывается и преобразуется в цифровую форму элементами специального устройства: CCD-чипами. Существует множество видов и моделей сканеров. Какой из них выбрать, зависит от задач, для которых сканер предназначается. Самые простые сканеры распознают только два цвета: чёрный и белый. Такие сканеры используют для чтения штрихового кода.

Ручные  сканеры – самые простые и дешёвые. Основной недостаток в том, что человек сам перемещает сканер по объекту, и качество полученного изображения зависит от умения и твёрдости руки. Другой важный недостаток – небольшая ширина полосы сканирования (до 10 см), что затрудняет чтение широких оригиналов.

Барабанные сканеры применяются в профессиональной типографической деятельности. Принцип заключается в том, что оригинал на барабане освещается источником света, а фотосенсоры переводят отражённое излучение в цифровое значение.

Листовые сканеры. Их основное отличие от двух предыдущих в том, что при сканировании неподвижно закреплена линейка с CCD-элементами, а лист со сканируемым изображением движется относительно неё  с помощью специальных валиков.

Планшетные  сканеры. Это самый распространённый сейчас вид для  профессиональных работ. Сканируемый объект помещается на стеклянный лист, изображение построчно с равномерной скоростью считывается головкой чтения с CCD-сенсорами, расположенной снизу. Планшетный сканер может быть оборудован специальным устройством,  слайд-приставкой, для сканирования диапозитивов и негативов.

     Для  сканирования слайдов и микроизображений ранее использовались слайд-сканеры. Сейчас возможность сканирования слайдов включена во многие модели планшетных сканеров.

Проекционные  сканеры. Относительно новое направление. Цветной проекционный сканер является мощным многофункциональным средством для ввода в компьютер любых цветных изображений, включая трёхмерные. Он вполне может заменить фотоаппарат.

В наше время  у сканеров появилось ещё одно применение  - считывание рукописных текстов, которые затем специальными программами распознавания символов преобразуются в коды ASC II и в дальнейшем могут обрабатываться текстовыми редакторами.

Настольные  компьютеры для конструкторских  и дизайнерских работ уже более  десяти лет комплектуются графическими планшетами. Это устройство значительно упрощает ввод в ПК чертежей, схем и рисунков. Сначала планшеты были дорогими приспособлениями и поэтому были рассчитаны на сугубо профессиональное использование. Но уже лет пять выпускаются дешёвые домашние модели.

Даже несмотря на хорошие навыки рисования от руки, вам вряд ли удастся изобразить в графическом редакторе что-нибудь путное, водя мышкой. Перо и планшет в корне меняют ситуацию, если ещё к этому добавить появление новых возможностей у графических редакторов. Речь идёт о чувствительности к силе нажатия. В зависимости от того, с каким усилием вы проводите линию, в окне программы изменяются её толщина и прозрачность.

Прозрачная  плёнка, покрывающая планшет, позволяет  выполнять трассировку оригиналов – т.е. под неё можно положить картинку и, обводя наконечником пера её линии, повторить рисунок в окне редактора.

Список  источников

1. http://ivan101.narod.ru/inf/04.htm
2. http://bondarenko-lv/narod.ru/INF/Architecture.doc
3. http://uchcom.botik.ru/educ/clerk/Library/Computer/computer.ru/html
4. http://www.lessons-tva.info/edu/e-inf1-2-4/html
5. http://www.neumeka.ru/ustroystvo_kompyutera.html
6. http://vmtt-comp.do.am/publ/14-1-0-8