Файл: Архитектура современных компьютеров (Глава 1. Основные принципы построения современных ЭВМ).pdf

Современные мониторы могут быть либо на основе электронно-лучевой трубки (CRT) или жидко-кристаллические (LCD).  CRT мониторы уже не выпускаются, так как существенно отстают от LCD мониторов. В CRT-мониторах изображение получается в результате свечения специального вещества - люминофора под воздействием потока электронов. LCD-мониторы сделаны из вещества, находящегося в жидком состоянии, но имеющего при этом некоторые свойства кристаллов. Молекулы жидких кристаллов меняют свойство проходящего сквозь них светового луча, таким образом на мониторе создается изображение.  В LCD-мониторах совершенно отсутствует вредное электро-магнитное излучение, а также уровень потребления энергии примерно на 70% ниже, чем у CRT в связи с этим CRT мониторы были вытеснены из рынка.

LCD монитор		Видеокарта

Рисунок 3. Элементы видеосистемы [21]

Одним из показателей, который характеризует мониторы является их размер экрана. В наше время можно купить мониторы с различными размерами экрана начиная от 15 дюймов по диагонали (1 дюйм=2,54см). Экран монитора работает в двух основных режимах - текстовом и графическом. Текстовый режим для экрана монитора является стандартным, а переход в графический режим достигается под управлением программ.

В текстовом режиме экран монитора разбивается на 25 строк по 80 символов в строке. В каждую позицию экрана, называемую иногда техническим термином "знакоместо", из 9*14 пикселов может быть выведен один из 256 символов.

В графическом режиме экран монитора делится более детально на отдельные светящиеся точки. Их количество зависит от типа и формата дисплея, например 640 по горизонтали и 480 по вертикали.  Светящиеся точки на экране обычно называют пикселями, у которых меняется цвет и яркость. Благодаря графическому режиму на мониторе появляются все сложные графические изображения, которые создаются специальными программами. Данные программы производят управление параметрами каждого пикселя экрана. Графические режимы имеют свои показатели которыми они характеризуются:

- разрешающая способность (количество точек, с помощью которых на экране воспроизводится изображение)  - типичные в настоящее время уровни разрешения 800*600 точек или 1024*768 точек. Однако для мониторов с большой диагональю может использоваться разрешение 1152*864 точки.

---

- палитра (количество цветов, которые используются для воспроизведения изображения), например 4 цвета, 16 цветов, 256 цветов, 256 оттенков серого цвета, 2¹⁶ цветов в режиме называемом High color или 2²⁴  цветов в режиме True color [14].

III. Устройства ввода. Клавиатура компьютера работает под управлением программ, которые определяют, какую информацию получает компьютер в результате нажатия клавиш. Механизм обработки сигналов, которые поступают от клавиатуры, примерно следующий.

Клавиатура [21]

У каждой клавиши на клавиатуре имеется номер, который называется кодом. В результате нажатия какой либо из клавиш клавиатурой процессору посылается сигнал прерывания, который заставляет процессор приостановить основную работу и переключиться на программу которая обрабатывает прерывания клавиатуры. При этом в памяти клавиатуры запоминается до двадцати кодов нажатых на ней клавиш, это сделано для того чтобы в случае если процессор не успел вовремя ответить на прерывание нажатие клавиш не пришлось вводить повторно.

После того как код нажатой клавиши был передан процессору информация о нажатых клавишах из памяти клавиатуры удаляется.

Помимо кодов нажатия клавиш клавиатурой запоминается так же процесс отпускания каждой клавиши, процессору при этом посылается сигнал прерывания с соответствующим кодом, для того чтобы ЭВМ "знала" удерживается клавиша либо ее уже отпустили. Данное свойство обычно используется при совмещении комбинации нескольких клавиш, например может использоваться для написания заглавной буквы, в данном случае используется зажатая клавиша SHIFT, либо при вызове диспетчера задач – в данном случае заживаются аж 3 кнопки Crtl+Shift+Esc. В случае если клавиша зажата дольше, чем полсекунды срабатывает "порог повтора" [7].

Манипулятор "мышь" не менее важное устройство в составе ЭВМ, так как совместно с клавиатурой она используется для ввода информации, а так же управления этой информацией внутри ЭВМ.   В зависимости от принципов действия мыши делятся на оптико-механические и оптические. Оптико-механические мыши уже морально устарели не производятся. Оптические мыши отличаются высокой надежностью и точностью позиционирования на экране. В наше время существуют как проводные так и беспроводные мыши передающие сигнал по WI-Fi или блютуз. Еще мыши различаются и по своим управляющим возможностям. Обычно мышь содержит две кнопки и колесо прокрутки, но для геймеров существуют и дополнительные кнопки [9].

---

Мышь [21]

2.2. Функциональная организация аппаратного обеспечения ЭВМ

Коды, система команд, алгоритмы выполнения машинных операций, технология выполнения различных процедур и взаимодействия аппаратной части и программного обеспечения, способы использования устройств при организации их совместной работы, составляющие принципы функционирования ЭВМ, образуют функциональную организацию аппаратного обеспечения ЭВМ.

Для ЭВМ основными функциональными характеристиками являются:

1. Быстродействие, производительность, тактовая частота.

Для быстродействия единицами измерения служат:

– МИПС (MIPS - Mega Instruction Per Second) — миллион операций над

числами с фиксированной запятой (точкой);

– МФЛОПС (MFLOPS - Mega FLoating Operations Per Second) – миллион операций над числами с плавающей запятой (точкой);

– КОПС (KOPS - Kilo Operations Per Second) для низкопроизводительных ЭВМ - тысяча неких усредненных операций над числами;

– ГФЛОПС (GFLOPS - Giga FLoating Operations Per Second) – миллиард операций в секунду над числами с плавающей запятой (точкой) [11].

Оценка производительности ЭВМ всегда приблизительная, ибо при этом ориентируются на некоторые усредненные или, наоборот, на конкретные виды операций. Реально при решении различных задач используются и различные наборы операций. Поэтому для характеристики ПК вместо производительности обычно указывают тактовую частоту, более объективно определяющую быстродействие машины, так как каждая операция требует для своего выполнения вполне определенного количества тактов. Зная тактовую частоту, можно достаточно точно определить время выполнения любой машинной операции.

2. Разрядность машины и кодовых шин интерфейса.

Под разрядностью понимается максимальное количество разрядов двоичного числа, над которым одновременно может выполняться машинная операция, в том числе и операция передачи информации; чем больше разрядность, тем, при прочих равных условиях, будет больше и производительность ЭВМ.

3. Типы системного и локальных интерфейсов.

Различные типы интерфейсов могут обеспечивать разными скоростями передачи информации между узлами машины, а так же позволять подключить различные виды и количество внешних устройств.

4. Емкость оперативной памяти.

---

Емкость оперативной памяти измеряется в мегабайтах (Мбайт) или в гигобайтах (Гбайт).

Следует иметь в виду, что увеличение емкости основной памяти в 2 раза, помимо всего прочего, дает повышение эффективной производительности ЭВМ при решении сложных задач примерно в 1,7 раза.

5. Емкость накопителя на жестких магнитных дисках (винчестера).

Емкость винчестера измеряется обычно в гигабайтах (Гбайт) или терабайтах (Тбайт). Современные винчестеры могут быть как механическими так и твердотельными. У твердотельных скорость передачи выше, поэтому операционную систему на современные ЭВМ лучше устанавливать на твердотельные диски.

6. Тип и емкость накопителей на гибких магнитных дисках.

Данные накопители в наше время практически не используются, на некоторых специализированных устройствах и устаревших ЭВМ могут применяться накопители на гибких магнитных дисках, использующие дискеты диаметром 3,5, которые имеют стандартную емкость 1,44 Мбайта.

7. Тип и емкость накопителей на гибких оптических дисках.

Данные накопители различаются типом записи данных и емкостью хранения. Они подразделяются на CD, DVD, Blu-Ray диски.

8. Виды и емкость КЭШ-памяти.

КЭШ-память — это буферная, не доступная для пользователя быстродействующая память, автоматически используемая компьютером для ускорения операций с информацией, хранящейся в более медленно действующих запоминающих устройствах.

9. Монитор и видеоадаптер.

10. Имеющееся программное обеспечение и вид операционной системы.

В настоящий момент можно выделить три основных вида операционных систем – это семейство Windows, MAC-OS и Linux. Под программным обеспечением подразумеваются различные программные средства работающие на вышеперечисленных операционных системах и выполняющие различные функции.

11. Аппаратная и программная совместимость с другими типами ЭВМ.

Аппаратная и программная совместимость с другими типами ЭВМ означает возможность использования на компьютере соответственно тех же технических элементов и программного обеспечения, что и на других типах машин.

12. Возможность работы в вычислительной сети.

13. Возможность работы в многозадачном режиме.

Многозадачный режим позволяет выполнять вычисления одновременно по нескольким программам, а так же для нескольких пользователей (многопользовательский режим). Совмещение во времени работы нескольких устройств машины, возможное в таком режиме, позволяет значительно увеличить эффективное быстродействие ЭВМ.

---

14. Надежность.

Надежность - это способность системы выполнять полностью и правильно все заданные ей функции. Надежность ПК измеряется обычно средним временем наработки на отказ.

15. Стоимость.

16. Габариты и масса [18, c.26].

Под современной ЭВМ подразумевается комплекс различных автономных ус­тройств, каждое из которых выполняет свои функции под управлени­ем местного устройства управления независимо oт других устройств машины. Устройство включается в работу центральным процессором, который передает устройству команду и все необходимые для ее исполнения параметры. После начала работы устройства централь­ный процессор отключается от него и переходит к обслуживанию дру­гих устройств или к выполнению других функций.

Можно считать, что центральный процессор переключает свое внимание с устройства на устройство и с функции на функцию. На что именно обращено внимание центрального процессора в каждый данный момент, опре­деляется выполняемой им программой.

Во время работы в центральный процессор поступает большое количество различных сигналов. Сигналы, которые выполняемая в центральном процессоре программа способна воспринять, обработать и учесть, составляют поле зрения центрального процессора или, другими словами, входят в зону его внимания.

Например, если процессором исполняется программа сложения двух двойных слов, которая анализирует регистр флагов центрального процессора, то в ее «поле зрения» находятся флаги микропроцессора, определяющие знаки исходных данных и результата, наличие переноса из тетрады или байта, переполнения разрядной сетки и др.

Такая программа готова реагировать на любой из сигналов, находящихся в ее зоне внимания (а поскольку именно программа управляет работой центрального процессора, то она опреде­ляет и «зону внимания» центрального процессора). Но если во время выполнения такой программы нажать какую-либо клавишу, то эта программа «не заметит» сигнала от этой клавиши, так как он не вхо­дит в ее «поле зрения».

Для того чтобы центральный процессор, выполняя свою работу, имел возможность реагировать на события, происходящие вне его зоны внимания, и на­ступления которых он «не ожидает», существует система прерыва­ний ЭВМ. При отсутствии системы прерываний все заслуживающие внимания события должны находиться в поле зрения процессора, что сильно усложняет программы и требует большой их избыточности. Кроме того, поскольку момент наступления события заранее неизве­стен, процессор в ожидании какого-либо события может находиться длительное время, и, чтобы не пропустить его появления, центральный процессор не мо­жет «отвлекаться» на выполнение другой работы. Такой режим рабо­ты (режим сканирования ожидаемого события) связан с большими по­терями времени центрального процессора на ожидание.

---