Файл: Архитектура современных компьютеров (Зарождение архитектуры ПК и принципы Джона фон Неймана).pdf

Программа начальной загрузки является частью операционной системы и носит название базовой системы ввода-вывода (BIOS – Basic Input Output System). ПП представляет собой микросхему, которая может быть однократно программируемой (ПЗУ – постоянное запоминающее устройство) или многократно программируемой (ППЗУ – перепрограммируемое постоянное запоминающее устройство). На текущий момент в ПК используются в основном ППЗУ.

Для обмена информацией между компонентами ПК применяется системная магистраль, включающая в себя два типа шин: системную и локальную. В качестве локальных шин используются шины, непосредственно подключенные к МП.

Локальная шина для подключения видеоконтроллера, которая в ПК называется также AGP (Advanced Graphic Port), позволяет организовать непосредственную связь между видеоконтроллером и ОП, что значительной степени повышает скорость обмена видеоданными между ними за счет устранения задержек при обращении к ОП. Эта шина является 32-разрядной и работает на частоте 66 МГц.

В качестве шин для подключения внешних накопителей информации могут использоваться шины на основе разных стандартов, тем не менее наиболее широко используются в ПК шины IDE (Integrated Device Electronics) или ее модификация EIDE (Enhanced IDE), а также шина SCSI (Small Computer System Interface).

Шина для подключения средне – и низкоскоростных внешних устройств носит название USB (Universal Serial Bus), в настоящее время широко используется шина USB версии интерфейса 2.0. Скорость передачи данных по этой шине достигает 480 Мбит/с.

Общая, или системная шина нужна для обеспечения обмена информацией между внешними устройствами и МП. Системная шина состоит из трех отдельных шин: шины адреса, шины данных и шины управления. Каждая из данных шин характеризуется своей разрядностью, а именно числом параллельных проводников для передачи информации, и тактовой частотой, т. е. частотой, на которой работает контроллер шины при формировании циклов передачи информации.

Шина адреса предназначена для передачи адреса ячейки памяти или порта ввода-вывода. Разрядность шины адреса определяет максимальное число ячеек памяти, к которым может обратиться МП.

Шина данных обеспечивает передачу команд и данных. Разрядность данной шины во многом определяет пропускную способность системной шины и производительность ПК.

Шина управления предназначена для управления системной шиной, другими словами обеспечивает ее работу. Разрядность данной шины определяется алгоритмом ее работы, задающийся контроллером шины.

В роли системной шины в настоящее время в ПК преимущественно используется шина PCI (Peripheral Component Interconnect Bus – взаимосвязь периферийных компонентов). Шина данных PCI может быть 32 или 64 разрядной, тактовая частота контроллера этой шины в свою очередь ровна равна 33 или 66 МГц. Шина адреса имеет 32 разряда.

Помимо системной платы, как уже говорилось ранее, в системный блок устанавливается сетевой адаптер (СА). Сетевой адаптер (сетевая карта) устанавливается в ПК в том случае, если его нужно подключить к компьютерной сети, т. е. совокупности компьютеров, между которыми идет обмен информацией по высокоскоростным каналам связи: радиоканалам, оптоволоконным, кабельным и т. д. У сетевой карты есть свой уникальный адрес, который однозначно определяет адрес ПК в сети. Данные, необходимые для передачи с одного компьютера на другой, сетевая карта формирует в специальные пакеты и пересылает их адресату – другой сетевой карте, которая установлена в другом компьютере сети. Данные поступают к сетевой карте по системной магистрали ПК.^[9]

2.3 Внешние устройства современных персональных компьютеров

Традиционно, все внешние устройства ПК делятся на устройства ввода и вывода. Рассмотрим подробно каждый отдельно взятый элемент.

В качестве устройств ввода информации в ПК используются клавиатура, координатные устройства ввода (манипуляторы типа мышь, трекбол, контактная или сенсорная панель, джойстик), сканер, цифровые камеры (цифровые фотоаппараты, видеокамеры), микрофон и т. д.

Клавиатурой называют устройство для ввода данных в компьютер: букв, цифр и знаков. Также используется для управления системой, то есть является аналогом компьютерной мыши. В наше время типы клавиатур различают конструктивным исполнением, количеством и назначением клавиш, способом формирования кода символа при нажатии клавиши и т. д.

По способу соединения с системным блоком различаются проводные и беспроводные клавиатуры. В IBM-совместимых ПК проводная клавиатура соединяется с системным блоком путем электрического кабеля, подключаемого к СОМ, PS/2 или USB портам системного блока. В беспроводной же клавиатуре передача информации в системный блок идет с помощью передатчика инфракрасного излучения, приемник инфракрасного излучения подключается к порту USB.

В IBM-совместимых ПК стандартной конфигурации есть два последовательных порта – СОМ1 и COM2 (от англ. communicate – передавать), в которых, данные перед этим сформированные в пакеты, передаются побитно. Передача данных идет под управлением интерфейса RS-232. Обмен данными в соответствии со спецификацией протокола RS-232 происходит последовательно, путем асинхронной передачи. На ряду с этим каждому байту предшествует, как мы привыкли называть, старт-бит (постоянно имеющий значение логического). Он сообщает приемнику о начале пакета. За ним идут биты данных и иногда бит четности. Завершает посылку стоп-бит, который сигнализирует о начале паузы между данными пакетами.

Клавиатура, которая выпускается в наши дни, не подключается к системному блоку ПК при помощи порта СОМ, так как этот порт, также, как и LPT (параллельный), ориентирован на архитектуру ПК, в которых применялась системная шина ISA. Для того, чтобы подключить клавиатуру используются в основном последовательные порты ввода данных PS/2 и USB, в которых работа осуществляется под управлением протоколов передачи данных PS/2 и USB.

К координатным устройствам ввода относятся манипуляторы типа мышь, трекбол, контактная или сенсорная панель (TouchPad), джойстик. Перечисленные выше устройства позволяют перемещать курсор и другие объекты соответствующих программ по двухмерному пространству экрана монитора для того, чтобы облегчить взаимодействие пользователя с ПК при вводе информации.

По способу соединения с системным блоком различают два типа: проводные и беспроводные мыши. В IBM-совместимых ПК проводная мышь соединяется с системным блоком с помощью электрического кабеля, подключаемый к PS/2– или USB-портам системного блока. В беспроводной же мыши передача информации в системный блок идет с помощью передатчика инфракрасного излучения, приемник инфракрасного излучения подключается к порту USB.

Помимо мыши к координатным устройствам ввода относятся также трекбол, контактная, или сенсорная, панель, джойстик.

Трекбол по своему принципу действия подобен электронно-механической мыши, разница состоит лишь в том, что вместо перемещения мыши для вращения шарика, пользователь пальцем вращает сам шарик, встраиваемый обычно в верхнюю часть клавиатуры ПК или корпуса мобильного ПК.

Сенсорная панель (TouchPad) представляет собой панель прямоугольной формы, которая чувствительна к нажатию пальцев и выполняет те же функции, что и манипулятор типа мышь. При касании пальцем руки экрана сенсорной панели в области касания идет изменение электрических параметров (например, электрического заряда), что фиксируется электронным устройством сенсорной панели, и после изменение электрического сигнала передается в контроллер. Там уже с помощью программы обработки определяются координаты пальца на поверхности панели и так же координаты курсора на экране монитора ПК. Одинарный или двойной щелчок пальцем по экрану сенсорной панели соответствует нажатию кнопок мыши. Сенсорная панель используется в основном в мобильных ПК и встраивается в их корпус.

Джойстик – это устройство для ручного ввода информации, а также управления движением курсора на экране монитора ПК. В тоже время в качестве курсора могут использоваться разнообразные объекты виртуальной реальности: люди, животные, машины и т. п. Используется джойстик с игровыми программами, иными словами он является игровым манипулятором.

Для ввода графической информации в ПК используются всевозможные устройства: дигитайзеры или же графические планшеты, сканеры, цифровые фотоаппараты, цифровые видеокамеры.

Дигитайзер (digitizer) (графический планшет), представляет собой устройство, предназначенное для ввода в ПК графической информации повышенной сложности рукописным способом. Применение дигитайзеров обусловлен созданием сложного графического изображения в графических редакторах (специальных компьютерных программах, таких как: Paint и Adobe Photoshop).

Сканеры (от англ. scan – пристально разглядывать) являются наиболее распространенными в наше время устройствами для ввода графической, текстовой информации с бумажного листа и пленки. В зависимости от возможности воспроизведения цвета графического изображения они делятся на черно-белые и цветные. По конструктивному же признаку – на ручные, роликовые и планшетного типа.

Принцип преобразования графического изображения в цифровую форму в сканерах базируется на сканировании изображения, а именно на его последовательного считывания по строкам, преобразования в двоичный код и последующего ввода в ПК.

Для того, чтобы получить графическую информацию в виде фотоснимков и видеоизображений, представленной в цифровой (компьютерной) форме, и последующего ввода этой информации в ПК применяются цифровые фотоаппараты и видеокамеры.

Для переноса полученного графического файла на компьютер с целью его предварительного просмотра, корректировки с помощью соответствующих компьютерных программ и последующей печати на принтере применяется кабель, подключаемый к порту USB системного блока ПК.

Для ввода звуковой информации в ПК используется микрофон, который подключается с помощью электрического кабеля к звуковой карте. Звуковая карта устанавливается в один из слотов (разъемов) на системной плате ПК. Микрофон изменяет звуковой сигнал в электрический, который потом следует в звуковую карту. Она принимает электрический сигнал от микрофона, преобразует его из аналоговой формы в цифровую и сохраняет звуковую информацию в виде файла, формат которого определяется компьютерной программой обработки звуковой информации (например, WMA – Windows Media Audio). Качество оцифрованной звуковой информации определяется параметрами АЦП звуковой карты, а именно ее разрядностью (16–24 бит) и частотой дискретизации (44,1; 48; 96 или 192 кГц). Кроме того, современные звуковые карты имеют частотный диапазон воспроизводимого звука от 20 Гц до 20 КГц. Для ввода звуковой информации в ПК применяют преимущественно электростатические или как их еще можно назвать-конденсаторные микрофоны.^[10]

Устройства вывода информации с персонального компьютера

Монитор, принтер, графопостроитель, звуковые колонки и наушники-это все относится к устройствам ввода информации

Монитор (дисплей) относится к главным устройствам вывода информации в ПК и предназначен для визуального отображения графической и так же текстовой информации на экране. В отличие от принтера и плоттера монитор может отображать на экране как статическую, так и динамическую, (т.е изменяющуюся) информацию без ее долгосрочной фиксации. Монитор вместе с видеоконтроллером (видеоадаптером) обычно входит в состав видеосистемы или видеотерминала ПК.

По принципу действия мониторы в настоящий момент различаются на следующие типы:

• на основе электронно-лучевой трубки (ЭЛТ или CRT – Cathode Ray Tube);

• на основе жидкокристаллических индикаторов (ЖКИ или LCD – Liquid Crystal Display);

• плазменные (PDP – Plasma Display Panels);

• светоизлучающие на основе органических материалов (LEP – Light Emission Plastics);

• на основе автоэлектронной эмиссии (FED – Field Emission Display);

• на основе низкотемпературного поликристаллического кремния (LTPS – Low Temperature Poly Silicon).

На данный момент в ПК находят в основном применение два первых типа мониторов, отличие которых состоит в способе формирования изображения на экране. В мониторах первого типа главным элементом является электронно-лучевая трубка. Создается изображение у такого монитора на внутренней поверхности экрана ЭЛТ, который покрыт слоем люминофора. Люминофор – специальное вещество, светящиеся под воздействием электронного луча, создающийся с помощью электронной пушки и управляется системами горизонтального и вертикального отклонения луча.

К основным характеристикам монитора типа CRT относятся:

• разрешающая способность, определяющаяся числом пикселей по горизонтали и вертикали, которая может принимать значения 800 х 600, 1024 х 768, 1152 х 864, 1280 х 720 и т. д.;

• глубина цвета, измеряется в битах, например, 16 или 32 бит;

• размер пикселя, например, 0,22, 0,24, 0,28 мм и т. д. Чем меньше размер пикселя, тем лучше качество монитора;

• размер экрана, который задается величиной его диагонали в дюймах, например, 15", 17", 21" и т. д.;

• частота вертикальной (кадровой) развертки, определяющая скорость смены кадров изображения и может варьироваться от 50 до 240 Гц. Чем выше частота кадров, тем меньше утомляемость глаз. Частота смены кадров зависит от разрешающей способности монитора – чем выше способность, тем меньше должна быть частота;