Устройства и типы ЭВМ

Основные блоки, входящие в устройство ПК:
• системного блок;
• монитор;
• устройства, позволяющие вводить информацию;
Системный блок - в нем располагаются все основные узлы компьютера:
электронные схемы, управляющие работой компьютера (микропроцессор, оперативная память, контроллеры уст­ройств и т. д.,);
блок питания, преобразующий электропитание сети в по­стоянный ток низкого напряжения, подаваемый на элек­тронные схемы компьютера;
накопители (или дисководы) для гибких магнитных дис­ков, используемые для чтения и записи на гибкие магнит­ные диски (дискеты);
накопитель на жестком магнитном диске, предназначен­ный для чтения и записи на несъемный жесткий магнит­ный диск (винчестер).
Монитор (или дисплей) предназначен для отображения текстовой и гра­фической информации.
К системному блоку компьютера можно подключать различ­ные устройства ввода-вывода информации, расширяя тем самым его функциональные возможности. Многие устройства подсоеди­няются через специальные гнезда (разъемы), находящиеся обыч­но на задней стенке системного блока компьютера. Кроме мони­тора и клавиатуры, такими устройствами являются принтер, мышь, джойстик и т. д.

Логическое устройство компьютера:
Микропроцессор- электронное устройство в небольшом корпусе, выполняющее все вычисления и обработку информации. Процессор осуществляет выполнение программ.
работающих на компьютере, и управляет работой остальных устройств компьютера. В настоящее время, как правило, исполь­зуются микропроцессоры, разработанные одной из следующих фирм: Intel, AMD или IBM. Микропроцессоры отличаются друг от друга двумя основными характеристиками: типом (моделью) и тактовой частотой. Такто­вая частота указывает, сколько элементарных операций (тактов) микропроцессор выполняет за одну секунду, т. е. тактовая частота характеризует быстродействие компьютера - чем она выше. тем быстрее осуществляется работа компьютера. Тактовая частота измеряется в мегагерцах (МГц).
Оперативная память. Следующим очень важным элементом компьютера является оперативная память. Именно из нее процес­сор и сопроцессор берут программы и исходные данные для об­работки, в нее они записывают полученные результаты. Название "оперативная" эта память получила потому, что она работает очень быстро, и процессору не приходится ждать при чтении данных из памяти или записи в память. Однако содержащиеся в ней данные сохраняются только до тех пор, пока компьютер включен, при выключении компьютера содержимое оперативной памяти стирается.
Оперативная память компьютера состоит из двух частей: ос­новная память и расширенная память (или дополнительная па­мять). Основная память имеет размер 640 Кбайт. Так, например, если компьютер имеет 32 Мбайта оперативной памяти, то 640 Кбайт из них - основная память, а 31360 Кбайт - расширен­ная (или дополнительная).

Для достаточно быстрых компьютеров необходимо обеспечить быстрый доступ к оперативной памяти, иначе микропроцессор будет простаивать и быстродействие компьютера уменьшится. Для этого такие компьютеры могут оснащаться кэш-памятью т. е. "сверхоперативной" памятью относительно небольшого объ­ема (обычно от 256 до 512 Кбайт), в которой хранятся наиболее часто используемые участки оперативной памяти. Кэш-память располагается ''между" микропроцессором и оперативной памя­тью, и при обращении микропроцессора к памяти сначала произ­водится поиск нужных данных в кэш-памяти. Поскольку время доступа к кэш-памяти в несколько раз меньше, чем к обычной памяти, а в большинстве случаев необходимые микропроцессору данные содержатся в кэш-памяти, среднее время доступа к памя­ти уменьшается.
Контроллеры и шина. Для работы компьютера необходимо, чтобы в оперативной памяти находились программа и данные. А попадают они туда из различных устройств компьютера - клавиа­туры, дисководов для магнитных дисков и т. д. Обычно эти уст­ройства называют внешними, хотя некоторые из них могут нахо­диться не снаружи компьютера, а встраиваться внутрь системного блока. Результаты выполнения программ также выводятся на внешние устройства - монитор, диски, принтер и т. д.
Таким образом, для работы компьютера необходим обмен ин­формацией между оперативной памятью и внешними устройст­вами. Такой обмен называется вводом-выводом. Но этот обмен не происходит непосредственно: между любым внешним устройст­вом и оперативной памятью в компьютере имеется два промежу­точных звена.
Для каждого внешнего устройства в компьютере есть электронная схема, которая им управляет. Эта схема называется контроллером, или адаптером. Некоторые контроллеры (например, контроллер дис­ков) могут управлять сразу несколькими устройствами.
Все контроллеры и адаптеры взаимодействуют с микропро­цессором и оперативной памятью через системную магистраль передачи данных, которую в просторечии называют шиной.

Электронные платы. Для упрощения подключения уст­ройств электронные схемы компьютера состоят из нескольких модулей - электронных плат. На основной плате компьютера -системной, или материнской, обычно располагаются основной микропроцессор, сопроцессор, оперативная память и шина. Схемы, управляющие внешними устройствами компьютера (контроллеры и адаптеры), находятся на отдельных платах. Через эти разъемы контроллеры устройств подключаются непосредственно к системной магистрали пере­дачи данных в компьютере - шине. Таким образом, наличие свободных разъемов шины обеспечивает возможность добав­ления к компьютеру новых устройств. Чтобы заменить одно устройство другим (например, устаревший адаптер монитора на новый), надо просто вынуть соответствующую плату из разъема и вставить вместо нее другую. Несколько сложнее осуществляется замена самой материнской платы
Контроллеры портов ввода-вывода. Одним из контроллеров, которые присутствуют почти в каждом компьютере, является контроллер портов ввода-вывода. Эти порты бывают следующих типов: параллельные (обозначаемые LPT1-LPT4) к ним обыкно­венно подключаются принтеры; асинхронные последовательные (обозначаемые СОМ1-СОМ3) через которые обычно подсоеди­няются мышь, модем и т. д.
Некоторые устройства могут подключаться и к параллельным, и к последовательным портам. Параллельные порты выполняют ввод и вывод с большей скоростью, чем последовательные, за счет использования большого числа проводов в кабеле.
Накопители на жестком диске. Накопители на жестком диске (винчестеры) предназначены для постоянного хранения инфор­мации - программ операционной системы, часто используемых пакетов программ, редакторов документов, трансляторов с языков программирования и т. д. Наличие жесткого диска значительно повышает удобство работы с компьютером.

Мониторы. Монитор (дисплей) компьютера предназначен для вывода на экран текстовой и графической информации. Монито­ры бывают цветными и монохромными. Они могут работать в одном из двух режимов - текстовом или графическом.
В текстовом режиме экран монитора условно разбивается на отдельные участки - знакоместа, чаще всего на 25 строк по 80 символов (знакомест). В каждое знакоместо может быть выведен один из 256 заранее заданных символов. На цветных мониторах каждому знакоместу может соответствовать свой цвет символа и свой цвет фона, что позволяет выводить на экран красивые цветные надписи. На монохромных мониторах для выделения отдельных частей текста и участков экрана используются повышенная яркость символов, подчеркивание и инверсное изображение (темные символы на светлом фоне).
Графический режим монитора предназначен для вывода на экран графиков, рисунков и т. д. Разумеется, в этом режиме мож­но также выводить и текстовую информацию в виде различных надписей, причем эти надписи могут иметь произвольный шрифт, размер букв и т, д.
В графическом режиме экран монитора состоит из точек, каж­дая из которых может быть темной или светлой на монохромном мониторе или одного из нескольких цветов на цветном. Количе­ство точек по горизонтали и вертикали называется разрешающей способностью монитора в данном режиме. Разрешающая способ­ность не зависит от размера экрана монитора, подобно тому как и большой, и маленький телевизоры имеют на экране 625 строк развертки изображения. Как правило, в настоящее время исполь­зуют такие типы разрешения: 800x600 и 1024x768 точек.
На четкость изображения на экране монитора существенное влияние оказывает размер точки (зерна или пикселя) экрана. Чем меньше размер точки (зерно), тем более четким получает­ся изображение
Клавиатура. Клавиатура предназначена для ввода в ком­пьютер информации от пользователя.
Для ввода прописных букв и других символов, располагаю­щихся в верхнем регистре клавиатуры, имеется клавиша Shift. Например, чтобы ввести строчную букву "d", надо нажать кла­вишу, на которой изображено "D", а чтобы ввести прописную букву "D"надо нажать клавишу Shift и, не отпуская ее, нажать клавишу D.

Принтеры. Принтер, или печатающее устройство, предназначен для вывода информации на бумагу. Все принтеры выводят текстовую информацию, многие из них могут выводить также рисунки и графи­ки, а некоторые принтеры - и цветные изображения.
Существует несколько тысяч моделей принтеров, которые могут использоваться в компьютере. Как правило, применяются принтеры следующих типов: матричные, струйные и лазерные, однако встре­чаются и другие: светодиодные, термопринтеры и т. д.
Матричные - или точечно-матричные принтеры .Принцип печати в них состоит в следующем: печатающая головка принте­ра содержит вертикальный ряд тонких металлических стержней (иголок). Головка движется вдоль печатаемой строки, а стержни в нужный момент ударяют по бумаге через красящую ленту. Это и обеспечивает формирование на бумаге символов и изображений.
Струйные принтеры. В струйных принтерах изображение формируется микрокаплями специальных чернил, выдуваемых на бумагу с помощью сопел. Этот способ печати обеспечивает более высокое качество печати по сравнению с матричными принтерами, он очень удобен для цветной печати. Современные струйные принтеры могут обеспечивать высокую разрешающую способность (обычно от 600 до 1440 точек на дюйм), приближаясь по качеству к лазерным принтерам, а стоят не намного дороже, чем матричные принтеры (в 2-3 раза дешевле лазерных принтеров).
Лазерные принтеры - обеспечивают в настоящее время наилуч­шее (близкое к типографскому) качество печати. В этих принте­рах для печати используется принцип ксерографии: изображение переносится на бумагу со специального барабана, к которому электрически притягиваются частички краски. Отличие от обыч­ного ксерокопированного аппарата состоит в том, что печатаю­щий барабан электризуется с помощью лазера по командам ком­пьютера. В отличие от матричных, принтеры этого класса практически бесшумные, обеспечивают высокую скорость печати, автоматическую подачу бланков. Расходным материалом для лазерного принтера является специальный красящий порошок (тонер), который находится в катридже. Лазерные принтеры являются наиболее удобными устройствами для получения качественных черно-белых и цветных печатных документов.
Мышь. Мышь - это манипулятор для ввода информации в компьютер. Мышь представляет собой небольшое устройство с двумя или тремя клавишами, легко уме­щающуюся в ладони.
Некоторые прикладные программы рассчитаны только на работу с мышью, но большин­ство программ, использующих мышь, допускают замену мыши командами, вводимыми с клавиатуры. Однако часто при такой замене работа с программой весьма затрудняется.

Другие устройства
Устройства для чтения компакт-дисков. В связи с ростом объемов и сложности программного обеспечения, широким внедрением приложений мультимедиа (приложений, сочетаю­щих движущиеся изображения, видео, текст и звук), огромную популярность приобрели устройства для чтения компакт-дисков (CD-ROM). Эти устройства и сами компакт-диски относительно недороги, очень надежны и могут хранить весьма большие объемы информации (до 650 Мбайт), поэтому - они очень удобны для поставки программ и данных большого объ­ема, например, каталогов, перечней, энциклопедий, а также обучающих, демонстрационных и игровых программ, соче­тающих элементы мультимедиа.
Аудиоплата дает возможность исполнять музыку с помощью компьютера. Вместе с аудиоплатой обычно поставляются звуко­вые колонки, а часто и микрофон. Аудиоплата предоставляет средства для записи, воспроизведения и редактирования музыки к речевых сообщений. Многие программы, особенно игровые, ис­пользуют аудиоплаты для вывода музыкального сопровождения, звуковых, в том числе речевых сигналов.
Модем - устройство для обмена информацией с другими ком­пьютерами через телефонную сеть. По конструктивному исполне­нию модемы бывают встроенными (вставляемые в системный блок компьютера) и внешними (подключаемые через коммуникацион­ный порт).
Модемы отличаются друг от друга максимальной скоростью передачи данных (наиболее распространены на сего­дня модели со скоростью 28800. 33600 бод и более. 1 бод = бит в секунду), а также тем. поддерживают ли они средства исправления ошибок.
Факс-модем - устройство, сочетающее в себе возможности модема и средства для обмена факсимильными изображениями с другими факс-модемами и обычными телефаксными аппаратами.

Графопостроитель (плоттер) - устройство для вывода чер­тежей на бумагу. Плоттеры несколько дешевле, чем лазерные принтеры, но скорость печати у них ниже. Плоттеры бывают барабанного типа (работают с рулоном бумаги) и планшетного типа (в них лист бумаги лежит на плоском столе). Как правило, плоттеры используются в системах конструирования (САПР) для вывода чертежей.
Сканер - устройство для считывания графической и текстовой информации в компьютер. Сканеры могут вводить в компьютер рисунки. Принцип действия сканера следующий- изображение оригинала через оптическую систему построчно подается на светочувствительный полупроводниковый элемент. АЦП( аналого- цифровой преобразователь) преобразует сигнал в цифровую форму. Если оригинал представляет из себя текст, то дальше компьютер с помощью специального программного обеспечения может распознавать символы во введенной через сканер картинке, это позволяет быстро вводить напечатанный, а иногда и рукописный текст в компьютер. Сканеры бывают на­стольные (они считывают весь лист бумаги целиком) и ручные (их надо проводить над нужным рисунком или текстом), черно-белые и цветные (воспринимающие цвета). Сканеры отличаются друг от друга разрешающей способностью, количеством воспри­нимаемых цветов или оттенков серого цвета.
Сетевой адаптер дает возможность подключать компьютер в локальную сеть. При этом пользователь может получать доступ к данным, находящимся на других компьютерах.
Устройства защиты. Наиболее надежным устройством, позволяющим избежать неприятностей, связанных с различными нарушениями энергопитания компьютера, являются источники бесперебойного питания - ИБП (UPS). Такие устройства состоят из подавителей сетевых помех, стабилизатора напряжения, зарядного устройства, батареи аккумуляторов и преобразователей напряжения. ИБП могут работать в двух режимах:
on-line- постоянно включенные. В этом случае компьютер постоянно запитывается от ИБП., независимо от состояния сетевого электропитания;
off-line-источники резервного питания. При отключении сетевого питания компьютер начинает запитываться от такого источника. Источники бесперебойного питания, в зависимости от своей мощности, могут обеспечить работу компьютера при аварийном отключении сетевого питания до нескольких минут. Однако даже нескольких минут вполне достаточно, чтобы сохранить текущие данные, грамотно выйти из прикладной программы и выключить компьютер.

Вопрос 2. Представление информации в компьютере. Устройства для хранения информации.
Компьютер может обрабатывать только информацию, пред­ставленную в числовой форме. Вся другая информация - звуки, изображения, показания приборов и т. д. для обработки на компьютере должна быть преобразована в числовую форму.
Аналогичным образом на компьютере обрабатывается и текстовая информация. При вводе в компьютер каждая буква коди­руется определенным числом, а при выводе на внешние устройст­ва (экран или печать) для восприятия человеком по этим числам строятся соответствующие изображения букв. Соответствие меж­ду набором букв и числами называется кодировкой символов.
Все числа в компьютере представляются с помощью нулей и единиц (а не десяти цифр, как это привычно для людей). Иными словами, компьютеры обычно работают в двоичной системе счисления, поскольку при этом их устройство получается значи­тельно более простым. Ввод чисел в компьютер и вывод их для чтения человеком могут осуществляться в привычной десятичной форме - все необходимые преобразования могут выполнить про­граммы, работающие на компьютере.
Единицей информации в компьютере является один бит, т. е. двоичный разряд, который может принимать значение 0 или 1. Как правило, команды компьютеров работают не с отдельные битами, а с восемью битами сразу. Восемь последовательных битов составляют байт. В одном байте можно закодировать значение одного символа из 256 возможных (256=28). Более круп­ными единицами информации являются килобайт (сокращенно обозначаемый Кбайт), равный 1024 байтам (1024=210), мегабайт (сокращенно обозначаемый Мбайт), равный 1024 Кбайт, и гита байт (сокращенно обозначаемый Гбайт), равный 1024 Мбайт.

Для того, чтобы найти на диске нужную информацию, все данные находящиеся на нем нужно привести в систему аналогично тому, как например в архивах, библиотеках, офисах приводят в систему хранящиеся там документы и книги - по шкафам, полкам, ящикам, папкам.
Для хранения информации в компьютере используется -жесткий диск (винчестер). Практически всегда это несъемное устройство, постоянно пребывающее в компьютере. Для обмена информацией с другими компьютерами используются дискеты (иногда их называют гибкими дисками), которые вставляют в дисковод. Запись и считывание информации осуществляется по тому же принципу, что и в магнитофоне. В жесткий диск и дискеты входят диски из магнитного материала, на которые концентрическими окружностями записывается информация.
Для дисководов и жестких дисков предусмотрены логические имена, в качестве которых используются буквы с двоеточием. Для дисководов, в которые вставляются дискеты, зарезервированы имена А: и В: . Если в компьютере установлен только один дисковод, то у него всегда будет имя А: Для жестких дисков зарезервированы имена начиная с С:. В компьютере можно установить, например, два жестких диска, и им будут присвоены имена С:, D:. Один жесткий диск можно подготовить к работе таким образом, что он будет разделен на несколько разделов. В этом случае каждому из них будет присвоено свое имя (С:, D: и т.д. по алфавиту), и пользователь будет работать с ним как с самостоятельными дисковыми устройствами, хотя физически все они будут находиться на одном жестком диске. Большинство современных компьютеров оснащены одним 3,5 - дюймовым дисководом с именем А: и одним жестким диском с именем С:

Вопрос 3. Файлы и каталоги. Сжатие информации на диске
Информация на магнитных дисках хранится в файлах.
Файл - это поименованная область на диске или другом машинном носителе. В файлах могут храниться тексты программ, документы, картинки.
Каждый файл на диске имеет обозначение, которое состоит из двух частей: имени и расширения. Имя и расширение могут состоять из прописных и строчных букв, цифр и символов: $,#,-,_,&,@,!,%,(,),{,},",^,~. Расширение имени файла является необязательным. Оно, как правило, описывает содержание файла, поэтому использование расширения весьма удобно. По расширению пользователь и компьютер определяют, к какому типу относится данный файл.
Вообще говоря, расширения, как и имена можно придумывать произвольно, однако определенные программы работают с файлами определенного типа, и, чтобы отличить эти файлы от других, следует придерживаться общепринятых расширений, например:
Таблица 1. Распространенные расширения файлов.