Базовый состав технических средств персонального компьютера

Типовая конфигурация, или физическое устройство компьютера на примере стационарного ПК представляет собой совокупность трех основных частей (Рис. 2):

· системный блок;

· клавиатура;

· монитор.

Кроме того, в состав компьютера при комплектовании фирмы-поставщики включают и манипулятор мышь, который по существу является не основным, а периферийным устройством. Таким образом, можно считать, что стационарный компьютер состоит из четырех устройств.

Рис. 2. Стационарный ПК

Но правильно считать, что компьютерная мышь относится к периферийным устройствам, которые будут рассмотрены в следующей теме.

Системный блок – это центральное звено компьютерной системы, в котором располагаются:

· микропроцессор, оперативная память, системная плата, системная шина;

· блок питания;

· дисководы (один или два);

· жесткий диск, или винчестер;

· адаптеры и контроллеры различных устройств.

Монитор предназначен для отображения текстовой и графической информации.

Клавиатура используется для ввода текста, чисел и команд в компьютер.

Разберем основные элементы системного блока компьютера.

Микропроцессор (CPU – Central Processing Unit) – это микросхема, выполняющая все вычисления и обработку информации в компьютере. Скорость работы микропроцессора определяет быстродействие самого ПК. Чем быстрее работает микропроцессор, тем выше производительность ПК.

Первый микропроцессор был выпущен фирмой Intel в 1971 г. и имел название Intel 4004. В настоящее время выпускается множество различных микропроцессоров. Однако самыми распространенными по-прежнему остаются микропроцессоры фирмы Intel. Перечислим в порядке увеличения вычислительной мощности наиболее часто встречающиеся модели микропроцессоров:

· Intel 80486DX устаревшая, но еще встречающаяся модель;

· Intel 80586 ,более известная под торговой маркой Pentium;

· Intel Pentium ММХ – микропроцессор с мультимедийным расширением (MMX - Multi Media eXtension), обрабатывает мультимедиа объекты (видео, музыка, графика) значительно быстрее, чем обычный Pentium;

· Intel Pentium Pro – используется в основном в серверах;

· Pentium II – самый распространенный микропроцессор в конце прошлого века;

· Intel Celeron – переходная модель между Pentium и Pentium II;

· Pentium III – высокопроизводительный микропроцессор, ориентированный для работы в сети Интернет.

· Pentium IV – самый распространенный микропроцессор в настоящее время.

· Intel Itanium 2

Быстродействие компьютера также определяется тактовой частотой. Тактовая частота указывает, сколько элементарных операций (тактов) микропроцессор выполняет в одну секунду. Тактовая частота измеряется в мегагерцах, например, 700 МГц, 1 ГГц и т.д.

Системная плата служит для размещения электронных элементов компьютера: микропроцессора, ОЗУ, ПЗУ, вспомогательных микросхем, аккумулятора, разъемов для подключения дополнительных устройств и др. Набор микросхем, на основе которых собрана системная плата, называется чипсет(chipset).

Память компьютера служит для хранения программ и данных. Различают внутреннюю и внешнюю память.

К внутренней памяти относятся:

· постоянное запоминающее устройство (ПЗУ);

· оперативное запоминающее устройство (ОЗУ);

· кэш-память.

ПЗУ служит для хранения постоянной (неизменяемой) программной и справочной информации, например, загрузочных программ, программ запуска и остановки компьютера, программ тестирования устройств компьютера, драйверов базовой системы ввода-вывода BIOS (Base Input Output System), которая обеспечивает взаимодействие операционной системы и прикладных программ с различными устройствами компьютера.

ПЗУ является энергонезависимой памятью. Это означает, что при выключении питания компьютера вся информация в ПЗУ остается неизменной.

Разновидностью постоянного запоминающего является 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.

ОЗУ служит для оперативной записи, хранения и считывания информации, непосредственно участвующей в вычислительном процессе. Упрощенно можно считать, что в ОЗУ хранятся:

· инструкции, которые использует микропроцессор при выполнении программ;

· результаты вычислений.

ОЗУ является энергозависимой памятью. Это означает, что при выключении питания компьютера вся информация, хранящаяся в ней, теряется.

Кэш (англ. cache), или сверхоперативная память — очень быстрое запоминающее устройство относительно небольшого объёма, которое используется при обмене данными между микропроцессором и оперативной памятью для компенсации разницы в скорости обработки информации процессором и несколько менее быстродействующей оперативной памятью.

Кэш-памятью управляет контроллер, который анализирует выполняемую программу, определяет с заданной вероятностью, какие данные и команды понадобятся в ближайшее время процессору, и подкачивает их в кэш-память.

В компьютерах различают кэш-память первого уровня, которая встроена в микропроцессор и кэш-память второго уровня, размещаемая на системной плате.

Видеопамять является разновидностью оперативного запоминающего устройства и служит для хранения графической информации.

Видеопамять доступна сразу двум устройствам — процессору и дисплею.

Объем памяти компьютера существенно влияет на скорость его работы.

Для измерения объема памяти компьютера используются следующие величины:

· 1 бит (бит - сокращение от английского выражения binary digit, что означает двоичная цифра, принимающая значения 0 или
1) – минимальная единица информации;

· 1 байт – равен 8 битам;

· 1 килобайт (1 Кбайт) – равен 1024 байт, что соответствует приблизительно 1/2 страницы машинописного текста;

· 1 мегабайт (1 Мбайт) – равен 1024 Кбайт, что соответствует примерно 500 страницам машинописного текста;

· 1 гигабайт(1 Гбайт) – равен 1024 Мбайт.

Внешняя память включает:

· магнитные диски;

· магнитные ленты;

· лазерные диски

Магнитные диски компьютера служат для длительного хранения информации, которая в процессе работы пользователя на компьютере может меняться. Магнитные диски бывают жесткими и гибкими.

Гибкие диски (дискеты), называемые иногда флоппи-дисками (Floppy Disk), представляют собой магнитные диски, заключенные в квадратные пластиковые кассеты размером 5,25 дюйма (133 мм) или 3,5 дюйма (89 мм). Гибкие диски позволяют переносить документы и программы с одного компьютера на другой, хранить информацию, делать архивные копии информации, содержащейся на жестком диске.

Информация на магнитный диск записывается и считывается магнитными головками вдоль концентрических дорожек. При записи или чтении информации магнитный диск вращается вокруг своей оси, а головка с помощью специального механизма подводится к нужной дорожке.

Дискеты размером 5,25 дюйма чаще всего имели емкость 360 Кбайт или 1,2 Мбайта. Дискеты емкостью 360 Кбайт обозначаются как Double Side/Double Density (DS/DD – две сто­роны/двойная плотность). Дискеты емкостью 1,2 Мбайта обозначаются как Double Side/High Density (DS/HD – две стороны/высокая плотность). В настоящее время данный вид дискет практически вышел из обращения.

Дискеты размером 3,5 дюйма имеют емкость 720 Кбайт, 1,44 Мбайт или 2,88 Мбайт. Дискеты емкостью 720 Кбайт маркируется как DS/DD, дискеты емкостью или 1,44 Мбайт маркируется как DS/HD. Данный вид дискет еще применяется в настоящее время, но фактически вытесняется другими, более эффективными накопителями.

В отличие от гибких дисков жесткий диск (или винчестер) позволяет хранить большие объемы информации. Емкость жестких дисков современных компьютеров может составлять сотни Гбайт и единицы Тбайт.

Первый жесткий диск был создан фирмой IBM в 1973 году. Он позволял хранить до 16 Мбайт информации. Поскольку этот диск имел 30 цилиндров, разбитых на 30 секторов, то он обозначался как 30/30. По аналогии с автоматическими винтовками, имеющими калибр 30/30, этот диск получил прозвище “винчестер”.

Винчестер конструктивно представляет собой герметичную железную коробку, внутри которой находится один или несколько магнитных дисков вместе с блоком головок чтения/записи и электродвигателем. При включении компьютера электродвигатель раскручивает магнитный диск до высокой скорости (несколько тысяч оборотов в минуту) и диск продолжает вращаться все время, пока компьютер включен. Над диском "парят" специальные магнитные головки, которые записывают и считывают информацию так же, как и на гибких дисках. Головки парят над диском вследствие его высокой скорости вращения. Если бы головки касались диска, то из-за силы трения диск быстро вышел бы из строя.

При работе с магнитными дисками используются следующие понятия.

Дорожка – концентрическая окружность на магнитном диске, которая является основой для записи информации.

Цилиндр – это совокупность магнитных дорожек, расположенных друг над другом на всех рабочих поверхностях дисков винчестера.

Сектор – участок магнитной дорожки, который является одной из основных единиц записи информации. Каждый сектор имеет свой собственный номер.

Кластер ¾ минимальный элемент магнитного диска, которым оперирует операционная система при работе с дисками. Каждый кластер состоит из нескольких секторов.

Любой магнитный диск имеет логическую структуру, которая включает в себя следующие элементы:

· загрузочный сектор;

· две (или одну) таблицы размещения файлов;

· область данных.

Загрузочный сектор (Boot Record) занимает сектор с номером 0. В нем содержится небольшая программа IPL2 (Initial Program Loading 2), с помощью которой компьютер определяет возможность загрузить операционную систему с данного диска.

Особенностью винчестера является наличие помимо загрузочного сектора еще одной области ¾ главного загрузочного сектора(Master Boot Record). Дело в том, что единый жесткий диск может быть разбит на несколько логических дисков. Для главного загрузочного сектора на жестком диске всегда выделяется физический сектор 1. Этот сектор содержит программу IPL1 (Initial Program Loading 1), которая при своем выполнении определяет загрузочный диск.

Таблица размещения файлов FAT (File Allocation Table) используется для хранения сведений о размещении файлов на диске. Для магнитных дисков обычно используются две копии FAT, которые следует одна за другой, и содержимое их полностью совпадает. Это делается на тот случай, если на диске произошли какие либо сбои, то диск всегда можно “отремонтировать”, используя вторую копию FAT. Если будут испорчены обе копии FAT, то вся информация на диске будет потеряна.

Область данных (Data Area) занимает основную часть дискового пространства и служит непосредственно для хранения данных.

Магнитные ленты представляют собой ленту, изготовленную из синтетического материала, на который нанесен магнитный слой. Магнитные ленты широко применялись в разном исполнении – от больших бобин до миниатюрных кассет.

Мониторыделятся на четыре класса по принципу формирования изображения:

· мониторы на основе электронно-лучевых трубок (ЭЛТ),

· мониторы на основе жидкокристаллических матриц (LCD – мониторы),

· мониторы на основе плазменных панелей

· мониторы на основе технологии DLP (Digital Light Processing - цифровая обработка света).

В свою очередь среди каждого класса выделяют цветные и монохромные мониторы.

Принцип действия мониторов с ЭЛТ состоит в том, что пучок электронов, попадая на экран, покрытый люминофором, вызывает его свечение. При этом любое текстовое или графическое изображение на экране монитора состоит из множества дискретных точек люминофора, называемых также пикселами (pixel - picture element). В зависимости от вида сигнала, который управляет пучком электронов, мониторы с ЭЛТ делятся на аналоговые и цифровые.

Для формирования цвета точки на экране монитора обычно используются три основных цвета: красный (Red), зеленый (Green), синий (Blue) и сигнал интенсивности или яркости (Intensity), т.е. так называемая палитра IRGB. Все остальные цвета получаются путем смешивания трех основных. Каждая точка экрана состоит из трех веществ, которые обстреливаются своей электронной пушкой и дают три основных цвета свечения. Суммарный эффект зависит от интенсивности свечения каждой точки.

Принцип действия жидкокристаллических мониторовсостоит в следующем. Жидкие кристаллы (Liquid Crystal) – это органические вещества, способные под напряжением изменять величину пропускаемого света. Жидкокристаллический монитор представляет собой две стеклянных или пластиковых пластины, между которыми находится суспензия. Кристаллы в этой суспензии расположены параллельно по отношению друг к другу, тем самым они позволяют свету проникать через панель. При подаче электрического тока расположение кристаллов изменяется, и они начинают препятствовать прохождению света, в результате на экране формируется изображения. Как и в традиционных электроннолучевых трубках, пиксель в ЖК-мониторах формируется из трех участков – красного, зеленого и синего. А различные цвета получаются в результате изменения величины соответствующего электрического заряда (что приводит к повороту кристалла и изменению яркости проходящего светового потока).

Преимущества жидкокристаллических мониторов заключаются в следующем:

· при работе ЖК-мониторов отсутствуют вредные излучения;

· ЖК-мониторы обладают меньшим весом и небольшими габаритными размерами;

· в ЖК-мониторах адресуется каждый пиксель отдельно, в результате четкость получаемого изображения выше в сравнении с ЭЛТ-мониторами;

· у ЖК-мониторов отсутствует мерцание, утомляющее глаза человека;

· ЖК-мониторы потребляют меньше электроэнергии.

Недостатки LCD-мониторов заключаются в относительно высокой стоимости и низком быстродействии.

Среди жидкокристаллических мониторов различают:

· мониторы с подсветкой;

· мониторы без подсветки;

Мониторы без подсветки могут работать только при достаточном внешнем освещении. При этом четкость у них ниже, чем у мониторов с подсветкой. Однако мониторы с подсветкой стоят дороже и время расхода внутренних батарей у них очень быстрое.

Существует два вида ЖК мониторов: DSTN (dual-scan twisted nematic – кристаллические экраны с двойным сканированием) и TFT (thin film transistor - на тонкопленочных транзисторах), также их называют соответственно пассивными и активными матрицами.

Контрастность мониторов с активной матрицей значительно выше, чем у мониторов с пассивной матрицей, поэтому для человеческого глаза оптимальнее работать с монитором на активной матрице, но стоимость их значительно выше.

С мониторами на основе жидких кристаллов конкурируют мониторы на основе плазменных панелей. Принцип действий этих мониторов такой же, как и у ламп дневного света. Монитор на основе данной технологии представляет собой «слоистый пирог», в основе которой лежит слой управляющих элементов, над которыми следует слой холодных катодов. Затем следует слой люминофора, а за ним слой световых фильтров, соответствующих основным цветам. Если требуется, чтобы на экране засветилась определенная точка, то на управляющие элементы подается напряжение, катод разогревается и возникает свечение.

Достоинства такого монитора те же, что и у жидкокристаллического, но он обладает большим сроком службы, может работать при отрицательных температурах, имеет широкий угол обзора. К недостаткам можно отнести сложность управляющей электроники, ведь каждая микролампа должна управляться отдельно. В результате стоимость таких мониторов пока еще достаточно высока.

Мониторы на основе технологии DLP имеют другое название - проекционные. Представляют собой небольшие панели, освещаемые мощной галогенной лампой. Изображение формируется на экране или на белой стене наподобие кинопроектора. К достоинствам таких мониторов можно отнести следующие: отсутствие мерцания, плоская поверхность изображения, высокий уровень освещенности.

Принципу работы этих мониторов напоминает собой принцип действия зеркала, только в данном случае отражается свет от лампы миллионами мельчайших микрозеркал расположенных на специальной светопроницаемой подложке. Зеркала могут поворачиваться на определенный угол, что позволяет получать очень четкое и яркое изображение на поверхности любого размера. Поэтому в таких мониторах становится не актуальным размер изображения по диагонали, а на первое место в технических характеристиках указывается максимальное количество микрозеркал в матрице.

Монитор компьютера может работать в двух режимах: текстовом и графическом. В текстовом режиме экран дисплея разбивается на 25 строк по 80 символов в каждой строке. Этот режим служит для вывода заранее заданных символов. К этим символам относятся большие и малые латинские буквы, буквы русского алфавита, цифры и другие различные символы.

В графическом режиме на экран дисплея изображение выводится по точкам (пикселям). В таком режиме можно рисовать рисунки, создавать таблицы, строить графики и т.д. Разумеется, в этом режиме можно также выводить и текстовую информацию, но быстродействие тогда будет ниже, чем при работе в текстовом режиме.

Отличительная характеристика графического режима состоит в том, что для этого режима требуется значительно больше видеопамяти, чем для символьного.

Клавиатура предназначена для ввода информации в компьютер. На ней можно выделить следующие группы клавиш (Рис. 3):

· основную;

· вспомогательную;

· группу клавиш управления курсором;

· группу функциональных клавиш [F1] – [F12].

Lock

Ctrl

Рис. 1.3. Клавиатура компьютера IBM PC AT.

На основной части клавиатуры находятся алфавитно-цифровые клавиши, причем расположение латинских букв на клавиатуре IBM PC, как правило, такое же, как на английской пишущей машинке, а букв кириллицы – как на русской пишущей машинке.

Часто при работе приходится многократно пользоваться одной и той же командой. Чтобы заменить рутинный труд пользователя по вводу таких повторяющихся команд используются функциональные клавиши [F1]–[F12] (обычно используются только F1 – F10), находящиеся в верхней части клавиатуры. Например, клавиша [F1]во всех программах используется для вызова справки.

Клавиши управления курсоромпозволяют перемещать курсор в нужном направлении.

Клавиши [­], [¯], [], [®] служат для перемещения курсора соответственно вверх, вниз, влево и вправо.

Клавиши [PageUp], [PageDown] служат для постраничного перемещения по экрану вверх и вниз (например, перелистывание изображенного на экране текста).

Клавиши [Home]и [End] предназначены для перемещения курсора в начало и конец строк, соответственно.

Клавиша [Delete](delete – удаление) используется для удаления символа, на котором находится курсор. При этом сам курсор остается на прежнем месте, а все символы справа от курсора сдвигаются на одну позицию влево.

Клавиша [Insert] (insert – вставка) предназначена для перехода из режима вставки в режим замены и обратно. В режиме вставки вводимые символы появляются на том месте, где расположен курсор, а часть строки, расположенная справа от курсора, сдвигается при каждом нажатии клавиши на одну позицию вправо. В режиме замены сдвига текста, расположенного справа от курсора, не происходит, а вводимые символы появляются на месте старых, затирая их.

Вспомогательная клавиатура обычно используется при работе с программами, имеющими встроенный калькулятор, а также при вводе больших массивов чисел. Цифровые клавиши на вспомогательной части клавиатуры совмещены с клавишами [Ins], [Del], [Home], [End], [PgUp], [PgDn] и клавишами управления курсором. Кроме того, здесь же расположена клавиша [Num Lock], служащая для переключения из цифрового режима в режим управления курсором и обратно. При нажатии этой клавиши в правом верхнем углу клавиатуры загорается индикатор, соответствующий надписи "Num Lock", который указывает на перевод вспомогательной клавиатуры в цифровой режим.

Специальные клавиши клавиатуры. Кроме перечисленных клавиш на клавиатуре имеется большое число специальных клавиш. Коротко рассмотрим назначение этих клавиш.

Клавиша [Enter](ввод) предназначена для перевода курсора на начало следующей строки. Кроме того, эта клавиша используется для ввода команд.

Клавиша [Shift] служит для ввода заглавных и других символов, располагающихся в верхнем регистре клавиатуры.

Клавиша [Back Space] изображена стрелкой влево над клавишей [Enter]. При нажатии на эту клавишу курсор передвигается на одну позицию влево и стирает символ, находящийся в этой позиции.

Клавиша [Esc](escape – выход, спасение, побег), расположена в левом верхнем углу клавиатуры и служит для отмены действий.

Чтобы передвинуть курсор на несколько (обычно, 4 или 8) позиций вправо, можно воспользоваться клавишей табуляции [Tab].

Для того чтобы увеличить количество выполняемых с помощью функциональных клавиш команд, используются клавиши:

[Ctrl]– от английского слова Control (управление);

[Alt]– от английского слова Alternative (альтернатива).

Эти клавиши так же, как и клавиша [Shift], предназначены для изменений значений других клавиш. Они используются в комбинации с другими клавишами, и при этом выполняемая программа может особым образом реагировать на эти комбинации.