2.2. Устройство компьютера

Современный персональный компьютер может быть настольным, портативным или карманным, при этом его устройство может быть отображено с помощью одной и той же функциональной схемы (см. рис. 2.1).

 

2.2.1. Процессор и системная плата

Процессор. Производительность процессора зависит от частоты, т. е. количества базовых операций (например, операций сложения), которые производит процессор за 1 секунду.

На производительность процессора влияет такж его разрядность. Разрядность процессора определяется длиной двоичного компьютерного кода, который процессор может обрабатывать одновременно в процессе выполнения базовых операций.

Чем выше частота процессора и больше его разрядность, тем больше его производительность.

За последнюю четверть века (с 1979 по 2004 год) характеристики процессоров существенно улучшились:

  • тактовая частота процессора увеличилась в 760 раз, с 5 миллионов операций в секунду до 3,8 миллиарда операций в секунду;

image024

  • разрядность процессора увеличилась в 4 раза, с 16 битов до 64 битов.

image025 

Процессор аппаратно реализуется на большой интегральной схеме (БИС), которая содержит десятки миллионов микропереключателей и представляет собой маленькую плоскую полупроводниковую пластину площадью несколько квадратных сантиметров, заключенную в плоский корпус с рядами металлических штырьков (контактов).

Процессор устанавливается в специальный разъем на системной плате. Для различных типов процессоров требуются различные типы разъемов.

Системная плата. Системная плата является основным аппаратным устройством компьютера. На системной плате

 

реализована магистраль обмена информацией, имеются разъемы для установки процессора и модулей оперативной памяти. Для подключения контроллеров внешних устройств (например, звуковой платы) имеются специальные слоты (рис. 2.4).

image026

Контрольные вопросы

  1. Какие характеристики процессора влияют на его производительность?
  2. Какие разъемы и слоты имеются на системной плате?

Задания для самостоятельного выполнения

2.1. Задание с кратким ответом. Во сколько раз увеличилась производительность процессоров за последние четверть века?

2.2.2. Устройства ввода информации

Клавиатура. Для ввода числовой и текстовой информации используется клавиатура. Стандартная клавиатура имеет 104 клавиши и 3 световых индикатора в правом верхнем углу, информирующих о режимах работы (рис. 2.5).

image027 

Алфавитно-цифровые клавиши (49 клавиш, включая клавишу {Пробел} и клавишу перевода строки {Enter}) размещаются в центре клавиатуры. Переключение между русской раскладкой и латинской раскладкой клавиатуры производится нажатием комбинации специальных клавиш.

Клавиши редактирования и листания документа (7 клавиш) размещаются справа от алфавитно-цифровых клавиш и позволяют вставлять символы (клавиша {Insert}), удалять символы (клавиши {Backspace} и {Delete}), а также перемещаться по документу.

Клавиши управления курсором (4 клавиши со стрелками) размещаются под клавишами редактирования и листания документа и предназначены для перемещения курсора.

Специальные клавиши (12 клавиш) размещаются в верхнем, левом и нижнем рядах и предназначены для переключения клавиатуры в верхний регистр (клавиши {CapsLock} и {Shift}), прямого воздействия на функционирование компьютера (клавиши {Esc}, {Pause}, {Ctrl}, {Alt}) и выполнения других действий.

Функциональные клавиши (12 клавиш от {F1} до {F12}) занимают верхний ряд клавиатуры и предназначены для выбора или изменения режима работы некоторых программ.

Windows-клавиши (3 клавиши) размещаются в нижнем ряду между клавишами {Ctrl} и {Alt} и предназначены для работы с графическим интерфейсом операционной системы Windows.

Цифровой блок (17 клавиш) размещается с правой стороны клавиатуры и дублирует цифровые клавиши из алфавитно-цифрового блока.

В некоторых современных клавиатурах имеются дополнительные клавиши управления питанием (3 клавиши), которые размещаются над клавишами управления курсором и предназначены для включения/выключения компьютера, а также для перевода его в «спящий» режим и обратно.

Для подключения клавиатуры к настольному компьютеру обычно используется разъем PS/2.

Координатные устройства ввода. Для ввода графической информации и для работы с графическим интерфейсом программ используются координатные устройства ввода информации: манипуляторы (мышь, трекбол), сенсорные панели и графические планшеты.

В оптико-механических манипуляторах мышь и трекбол основным рабочим органом является массивный шар (металлический, покрытый резиной), вращение которого преобразуется в движение указателя мыши на экране монитора. У мыши шар вращается при перемещении ее корпуса по горизонтальной поверхности, а у трекбола вращается непосредственно рукой.

В настоящее время широкое распространение получили оптические мыши, в которых источник света, размещенный внутри мыши, освещает поверхность, а отраженный свет фиксируется и преобразуется в перемещение указателя мыши на экране.

Манипуляторы имеют обычно две кнопки управления, которые используются при работе с графическим интерфейсом программ.

В настоящее время появились мыши с дополнительным колесиком, которое располагается между кнопками. Оно предназначено для прокрутки вверх или вниз изображений и текстов, не умещающихся целиком на экране (рис. 2.6).

Для подключения манипуляторов к компьютеру могут использоваться разъемы PS/2, СОМ или USB. Некоторые современные модели мышей являются беспроводными, т. е. подключаются к компьютеру без помощи кабеля.

image028 

В портативных компьютерах вместо манипуляторов используется сенсорная панель, перемещение пальца по ее поверхности преобразуется в перемещение курсора на экране монитора. Нажатие на поверхность сенсорной панели эквивалентно нажатию кнопки мыши (рис. 2.7). 

image029

 

Рис. 2.7. Сенсорная панель на корпусе портативного компьютера

Для рисования и ввода рукописного текста используются графические планшеты. С помощью специальной ручки и мыши на графическом планшете можно рисовать, чертить схемы и добавлять подписи к электронным документам (рис. 2.8).

Сканер. Для оптического ввода в компьютер и преобразования в компьютерную форму изображений (фотографий, рисунков, слайдов), а также текстовых документов используется сканер (рис. 2.9). Сканируемое изображение последовательно освещается светом источников, размещенных на движущейся вдоль изображения линейке, а отраженный свет преобразуется в высококачественное изображение в компьютерном формате.

Для подключения графических планшетов, сканеров и цифровых камер к компьютеру обычно используется разъем USB. Для передачи высококачественного цифрового видеоизображения с цифровых видеокамер используется специальный разъем DV.

image030 image031

Цифровые камеры. Последние годы все большее распространение получают цифровые камеры (видеокамеры и фотоаппараты). Цифровые камеры позволяют получать видеоизображение и фотоснимки непосредственно в цифровом (компьютерном) формате. Для передачи «живого» видео по компьютерным сетям используются недорогие цифровые Web-камеры (рис. 2.10).

Важнейшей характеристикой устройств ввода графической информации является разрешающая способность, которая измеряется в dpi (dot per inch — точек на дюйм).

Для координатных устройств ввода разрешающая способность обычно составляет около 500 dpi. Это означает, что при перемещении мыши на 1 дюйм (1 дюйм = 2,54 см) указатель мыши на экране перемещается на 500 точек.

image032 

Разрешающая способность сканеров и цифровых камер может достигать 2400 dpi и более. Это означает, что на 1 дюйме полученного изображения может уместиться 2400 точек различного цвета.

image033 

Звуковая карта и микрофон. Для ввода звуковой информации используется микрофон, который подключается ко входу звуковой карты. Звуковая карта имеет также возможность синтезировать звук (в ее памяти хранятся звуки различных музыкальных инструментов, которые она может воспроизводить) (рис. 2.11).

 image034

Джойстик. Джойстики (игровые манипуляторы) предназначены для более удобного управления ходом компьютерных игр. Обычно они представляют собой рукоятку с кнопками на подставке (рис. 2.12).

 

Многие звуковые платы имеют специальный игровой порт, к которому подключаются джойстики.

Контрольные вопросы

  1. Какую функцию обеспечивают устройства ввода информации?
  2. Какие основные группы клавиш можно выделить на клавиатуре и каково их назначение?
  3. Какие существуют типы координатных устройств ввода и каков их принцип действия?
  4. Для каких целей предназначен сканер?
  5. Чем отличаются цифровые камеры от обычных видеокамер и фотоаппаратов?

Задания для самостоятельного выполнения

2.2. Задание с кратким ответом. Какова разрешающая способность мыши, выраженная в точках на сантиметр?

2.2.3. Устройства вывода информации

Монитор. Монитор является универсальным устройством вывода информации. В настольных компьютерах обычно используются мониторы на электронно-лучевой трубке (рис. 2.13), которые подключаются к компьютеру с помощью аналогового входа VGA.

image035

Мониторы на электроннолучевой трубке могут являться источником вредных для человека излучений. Современные мониторы соответствуют жестким санитарно-гигиеническим требованиям и не оказывают неблагоприятного воздействия на здоровье человека..

 

В портативных и карманных компьютерах применяют плоские мониторы на жидких кристаллах (рис. 2.14). В настольных компьютерах для подключения таких мониторов используется цифровой вход DVI. Преимущество мониторов на жидких кристаллах состоит в отсутствии излучений и компактности.

Информация на экране монитора представляется в виде растрового изображения, которое формируется из отдельных точек (пикселей). Растровое изображение состоит из определенного количества строк, каждая из которых в свою очередь содержит определенное количество точек (рис. 2.15).

Качество изображения определяется разрешающей способностью монитора, т. е. количеством точек, из которых оно складывается. Чем больше разрешающая способность, т. е. чем больше количество строк растра и точек в строке, тем выше качество изображения. В современных персональных компьютерах обычно используются три основные разрешающие способности экрана: 800 х 600, 1024 х 768 и 1280 х 1024 точки.

Принтеры. Принтеры предназначены для вывода на бумагу (создания «твердой копии») числовой, текстовой и графической информации. По своему принципу действия принтеры делятся на матричные, струйные и лазерные.

image036 

Матричные принтеры (рис. 2.16) — это принтеры ударного действия. Печатающая головка матричного принтера состоит из вертикального столбца маленьких стержней (9 или 24), которые под воздействием магнитного поля «выталкиваются» из головки и ударяют по бумаге через красящую ленту. Перемещаясь, печатающая головка оставляет на бумаге строку символов.

Недостатки матричных принтеров состоят в том, что они печатают медленно, производят много шума, и качество печати оставляет желать лучшего. Однако матричные принтеры применяются до сих пор в банках, так как они обеспечивают защиту документов от подделок, оставляя на них не только напечатанные символы, но и их механические отпечатки.

В струйных принтерах (рис. 2.17) используются чернильные печатающие головки, которые под давлением выбрасывают на бумагу из ряда мельчайших отверстий капельки чернил различных цветов. Перемещаясь вдоль бумаги, печатающая головка оставляет строку символов или полоску изображения.

Струйные принтеры позволяют достаточно быстро (до нескольких десятков страниц в минуту) печатать тексты. Последнее время они широко используются в цифровой фотографии для печати цветных изображений высокого качества, полученных с помощью цифровых фотокамер. Недостатком струйных принтеров следует считать большой расход чернил при их довольно высокой стоимости.

Лазерные принтеры обеспечивают типографское качество печати и высокую скорость печати (несколько десятков страниц в минуту), поэтому они применяются для печати документов, рефератов и т. д. (рис. 2.18).

image037image038 

Современные лазерные принтеры могут обеспечивать также высококачественную цветную печать при меньших затратах на расходные материалы по сравнению со струйными принтерами.

 

Качество печати определяется разрешающей способностью принтера, т. е. количеством точек изображения на линии длиной 1 дюйм. В струйных и лазерных принтерах разрешающая способность может достигать 2400 dpi и более.

Для подключения принтеров к компьютеру ранее использовался порт LPT, в настоящее время обычно используется более скоростной порт USB.

Акустические колонки и наушники. Для прослушивания звука используются акустические колонки или наушники, которые подключаются к выходу звуковой платы (рис. 2.19).

image039 

Контрольные вопросы

  1. Какую функцию обеспечивают устройства вывода информации?
  2. Какой тип принтера целесообразно использовать для печати финансовых документов? Фотографий? Рефератов?

Задания для самостоятельного выполнения

2.3. Задание с выборочным ответом. При несоблюдении санитарно-гигиенических требований вредное влияние на здоровье человека может оказать следующее устройство компьютера: 1) принтер; 2) монитор; 3) системный блок; 4) мышь.

2.2.4. Оперативная память

Оперативная память. Данные и программы хранятся в оперативной (внутренней) памяти компьютера. Оперативная память представляет собой последовательность пронумерованных, начиная с нуля, ячеек. В каждой ячейке оперативной памяти может храниться двоичный код (рис. 2.20).

Объем 10п оперативной памяти компьютера можно определить, если количество информации 1ЯЧ, хранящейся в каждой ячейке, умножить на N — количество ячеек:

image040 

В современных персональных компьютерах количество ячеек оперативной памяти очень велико, например N = 268 435 456. Количество информации, хранящееся в каждой ячейке, 1Я = 8 битов = 1 байт. Тогда информационный объем оперативной памяти данного компьютера равен:

image041 

1оп = 1я. N =1 байт • 268 435 456 = = 268 435 456 байтов = 262 144 Кбайт = 256 Мбайт.

Оперативная память изготавливается в виде модулей памяти. Модули памяти представляют собой плоские пластины с электрическими контактами, по бокам которых размещаются БИС памяти (рис. 2.21). Модули памяти устанавливаются в специальные разъемы на системной плате компьютера.

Современные модули памяти обычно имеют информационную емкость 128, 256 или 512 Мбайт.

Контрольные вопросы

1. Что и как хранится в ячейках оперативной памяти?

Задания для самостоятельного выполнения

image042 

2.4. Задание с кратким ответом. Какое количество ячеек имеет оперативная память объемом 512 Мбайт?

 

2.2.5. Долговременная память

Для долговременного хранения информации используется долговременная (внешняя) память. Устройство, которое обеспечивает запись и считывание информации, называется накопителем, или дисководом, а хранится информация на носителях информации. Информация на носителях хранится в двоичном компьютерном коде, т. е. в форме последовательностей нулей и единиц.

Дискеты. Внутри пластмассового корпуса дискеты размещается гибкий магнитный диск. Информация на диске хранится на концентрических дорожках, на которых чередуются намагниченные и ненамагниченные участки. Намагниченный участок хранит компьютерную единицу «1», а не- намагниченный — компьютерный нуль «О»

Для записи или считывания информации дискета вставляется в дисковод, который вращает диск внутри пластмассового корпуса дискеты. Магнитная головка дисковода устанавливается на определенную концентрическую дорожку диска и производится запись или считывание информации (рис. 2.22).

Так как количество дорожек невелико (го 80 на каждой стороне), информационная емкость дискеты доставляет всего 1,4 Мбайт.

Жесткие магнитные диски. Жесткий магнитный диск представляет собой несколько тонких металлических дисков, очень быстро вращающихся на одной оси и заключенных в металлический корпус (рис. 2.23). Сверхминиатюрные магнитные головки могут записывать или считывать информацию с сотен тысяч концентрических дорожек, поэтому информационная емкость жестких дисков очень велика и может достигать 400 Гбайт.

image043 

Оптические дисководы и диски. В оптических дисководах используется оптический принцип записи и считывания информации. Информация на оптическом диске хранится на одной спиралевидной дорожке (похожей по форме на раковину улитки), идущей от центра диска к периферии и содержащей чередующиеся участки с хорошей и плохой отражающей способностью.

В процессе считывания информации с оптического диска луч лазера, установленного в дисководе, падает на поверхность вращающегося диска и отражается. Так как поверхность оптического диска имеет участки с различной отражающей способностью, отраженный луч также меняет свою интенсивность и преобразуется в цифровой компьютерный код (отражает — компьютерная единица «1», не отражает — компьютерный нуль «О»).

Существуют два типа оптических дисков:

  • CD-диски (CD — Compact Disk, компакт-диск), на которые может быть записано до 700 Мбайт информации;
  • DVD-диски (DVD — Digital Versatile Disk, цифровой универсальный диск), которые имеют значительно большую информационную емкость (4,7 Гбайт и более), так как оптические дорожки на них имеют меньшую толщину и размещены более плотно (рис. 2.24).

image044

Рис. 2.24. CD-диск и DVD-диск

Энергонезависимая память. Энергонезависимая память (карты памяти и flash-диски) применяется для долговременного хранения информации и не требует, в отличие от оперативной памяти, подключения источника электрического напряжения (например, батарейки). Такая память не имеет движущихся частей и поэтому обеспечивает высокую сохранность данных при использовании в мобильных устройствах (портативных компьютерах, цифровых камерах и т. д.). Информационная емкость flash-памяти может достигать 1 Гбайт и более.

Карта энергонезависимой памяти представляет собой БИС памяти, помещенную в миниатюрный плоский корпус.

 

Существуют различные типы карт, которые различаются между собой формой и размером.

Для записи и считывания информации с карт памяти используются специальные адаптеры. Адаптеры встраиваются в мобильные устройства (портативные компьютеры, цифровые камеры и др.) или подключаются к настольным компьютерам с помощью USB-разъема (рис. 2.25).

Flash-диск представляет собой БИС памяти, помещенную в миниатюрный корпус. Flash-диск подключается к USB-разъему компьютера (рис. 2.26).

Для предотвращения потери информации на носителях и их выхода из строя необходимо:

  • модули оперативной памяти оберегать от электростатических зарядов при установке;
  • дискеты оберегать от нагревания и сильных магнитных полей, которые могут изменить намагниченность участков поверхности диска;
  • жесткие диски оберегать от ударов при установке, которые могут привести к поломке механизма перемещения магнитных головок и повреждению поверхности магнитных дисков;
  • оптические диски оберегать от загрязнений и царапин, которые могут привести к изменению отражающей способности отдельных участков поверхности;
  • flash-память оберегать от неправильного отключения от компьютера.

Контрольные вопросы

1. Почему информационная емкость жестких магнитных дисков во много раз больше, чем гибких?

image045

2. В чем состоит различие между CD- и DVD-дисками? В чем их сходство?

3. Почему энергонезависимую память целесообразно использовать в мобильных устройствах?

Задания для самостоятельного выполнения

2.5. Задание с развернутым ответом. Заполните таблицу, содержащую основные характеристики устройств долговременной памяти.

image046

_______________________________________________________________________

Предыдущий раздел2.1. Программная обработка данных на компьютере.

Следующий раздел2.3. Файлы и файловая система.

К оглавлению учебника - Угринович. Информатика Базовый курс. 8 класс. 2005.