Файл: Функциональная структура компьютера и его отдельных составляющих.pdf

Главными характеристиками центрального процессорного устройства являются: производительность, тактовая частота, нормы используемого при производстве литографического процесса, энергопотребление и архитектура^[22].

Ранние центральные процессоры имели назначение уникальных составных частей с целью использования в уникальных или даже единственных компьютерных системах. Позже производители компьютеров перешли от невыгодной разработки узкоспециализированных процессоров к изготовлению многоцелевых устройств. В эпоху бурного развития мейнфреймов, полупроводниковых элементов и миникомпьютеров зародилась тенденция к стандартизации комплектующих, а при появлении интегральных схем она получила еще большую популярность. Путем создания микросхем была еще больше увеличена сложность центральных процессоров с одновременным уменьшением их физических размеров. Миниатюризация и стандартизация процессорных устройств стали приводить к глубокому внедрению в повседневную жизнь человека различных цифровых устройств. Устройства, основанные на современных процессорах, могут быть не только такими высокотехнологичными устройствами, как компьютеры, но и мобильными телефонами, калькуляторами и автомобилями. Обычно в подобных устройствах на микроконтроллере помимо вычислительного устройства расположены дополнительные компоненты на кристалле. Вычислительные возможности современных микроконтроллеров сравнимы с показателями аналогичных процессоров десятилетней давности^[23] [5, 10, 12].

2.2. Внешнее запоминающее устройство

Жесткий диск является запоминающим устройством произвольного доступа, основанным на принципе магнитной записи. Является основным накопителем данных в большинстве компьютеров^[24].

В отличие от дискеты, информация в накопителе на жестких магнитных дисках записывается на жесткие стеклянные или алюминиевые пластины, которые покрыты слоем ферромагнитного материала, чаще всего двуокиси хрома. В накопителе на жестких магнитных дисках используется одна или несколько пластин на одной оси. Считывающие головки в рабочем режиме не касаются поверхности пластин благодаря прослойке набегающего потока воздуха, образующейся у поверхности при быстром вращении. Расстояние между головкой и диском составляет несколько нанометров, а отсутствие механического контакта обеспечивает долгий срок службы устройства. При отсутствии вращения дисков головки находятся у шпинделя или за пределами диска в безопасной парковочной зоне, где исключён их нештатный контакт с поверхностью дисков^[25].

Также, в отличие от гибкого диска, носитель информации обычно совмещают с накопителем, приводом и блоком электроники. Такие жёсткие диски часто используются в качестве несъёмного носителя информации^[26] [8, 10, 12].

2.3. Оперативное запоминающее устройство

Оперативная память является энергозависимой частью системы компьютерной памяти, в которой во время работы компьютера хранится выполняемый машинный код, а также входные, выходные и промежуточные данные, обрабатываемые процессором^[27].

Используется для работы операционной системы, программ и для временного хранения текущих данных. Она выполнена в виде модулей, установленных на системную плату, и может хранить информацию только при включенном питании^[28] [1, 7].

2.4. Устройства ввода

Устройства ввода являются периферийным оборудованием для занесения сигналов или данных в компьютер либо в другое электронное устройство во время его работы. Устройства ввода и вывода составляют аппаратный интерфейс между компьютером и контроллером.

Устройства ввода являются, в основном, датчиками преобразования не электрических и электрических величин в воспринимаемые процессором электрические сигналы для дальнейшей их обработки в основном в цифровом виде^[29].

В качестве преобразуемых неэлектрических величин могут выступать:

• давление;
• расположение в пространстве;
• скорость;
• вязкость;
• освещенность;
• ускорение;
• перемещение;
• влажность;
• температура;
• количественные и другие подобные величины^[30].

Устройства ввода подразделяются на следующие категории:

• устройства для пространственного использования;
• непрерывные устройства ввода;
• аудио, видео и механические устройства.

Практически единственным основным и обычно необходимым, устройством ввода текстовых последовательностей и символов является клавиатура.

К устройствам ввода графической информации относятся сканер, видео- и web-камера, цифровой фотоаппарат и плата видеозахвата^[31].

К устройствам ввода звуковой информации относят такие устройства, как микрофон или цифровой диктофон.

К указательным устройствам относят:

• мышь;
• тачпад;
• трекбол;
• тачскрин;
• графический планшет и дигитайзер;
• световое перо;
• устройства, основанные на компьютерном зрении, типа Kinect^[32].

К игровым устройствам ввода относят:

• руль;
• геймпад;
• джойстик;
• танцевальная платформа и другие подобные устройства^[33] [2, 3, 11].

2.4.1. Клавиатура

Клавиатура представляет собой устройство, предназначенное для ввода пользователем информации в компьютер. Стандартная клавиатура имеет более 100 клавиш. Клавиши клавиатуры разделяются на 6 групп:

• клавиши пишущей машинки;
• клавиши редактирования;
• цифровые клавиши;
• специальные клавиши;
• функциональные клавиши F1 – F12;
• две группы клавиш управления курсором^[34].

Размещение клавиш первой группы соответствует пишущей машинке. Расположение латинских букв на клавиатуре персонального компьютера обычно такое же, как на английской пишущей машинке, а кириллических букв – как на русской пишущей машинке.

Для ввода прописных букв и других располагающихся на верхнем регистре символов имеется клавиша [Shift].

Клавиша [Caps Lock] служит для фиксации режима прописных букв.

Клавиша [Space] служит для создания пробела между символами.

Клавиша [Enter] при редактировании текста работает как «возврат каретки» на пишущей машинке. Также нажатие этой клавиши может означать окончание ввода команды или другой информации и обращение к компьютеру.

Переключение языка клавиатуры можно осуществить с помощью переключателя клавиатуры, расположенного на панели задач, либо с помощью сочетаний клавиш [Shift] + [Ctrl] или [Shift] + [Alt]^[35] [3, 11].

2.4.2. Мышь, тачпад и трекбол

Подобные устройства ввода классифицируются по способу управления курсором:

• прямой ввод, когда управление осуществляется непосредственно в месте видимости курсора;
• непрямые указывающие устройства.

К устройствам прямого ввода относят сенсорные панели и экраны, а к непрямым указывающим устройствам относят трекбол или мышь^[36].

Манипулятор мышь является устройством управления манипуляторного типа, выглядящим как небольшая коробочка с клавишами. Перемещение мыши по плоской поверхности синхронизировано с перемещением указателя мыши на экране монитора^[37].

Ввод информации осуществляется перемещением курсора в определенную область экрана и кратковременным нажатием кнопок манипулятора или щелчками. По принципу работы манипуляторы делятся на механические, оптомеханические, оптические и лазерные.

В портативных персональных компьютерах в качестве мыши используются трекболы, пойнтеры и тачпады. Комбинация монитора и мыши обеспечивает диалоговый режим работы пользователя с компьютером, это наиболее удобный и современный тип интерфейса пользователя^[38].

Трекбол представляет собой шарик, встроенный в верхнюю часть корпуса. Пользователь вращением шарика меняет положение курсора на экране монитора. В от­личие от мыши, трекбол не требует свободного пространства около компьютера. Используется, чаще всего, в портативных ПК. Его ещё называют «мышкой вверх ногами».

Тачпад представляет собой сенсорную панель, при прикосновении особым предметом или пальцем к которой координаты места касания определяются и передаются в ПК. Сенсорные панели используются для замены клавиатуры в бытовом и промышленном оборудовании и замены мыши в переносной электронике^[39] [2, 10, 11, 12].

2.4.3. Планшет, световое перо и дигитайзер

Дигитайзер является устройством для преобразования готовых изображений, таких как чертежи или карты, в цифровую форму. Дигитайзер представляет собой плоскую панель, называемую планшетом, рас­полагаемую на столе, и специальный инструмент, называемый световым пером, с помощью которого указывается позиция на планшете. При перемещении светового пера по планшету, координаты пера фиксируются и преобразуются в компьютере в требуемые единицы измерения. Дигитайзеры обычно используются для ввода планов или карт в компьютер^[40] [3].

2.4.4. Игровые устройства

Джойстик чаще всего представляет собой стержень, который закреплен на устойчивом основании. Отклонение джойстика от вертикального положения приводит к перемещению курсора в соответствующем направлении по экрану монитора. Чаще всего подобные устройства применяются в ком­пьютерных играх.

Помимо джойстика в ком­пьютерных играх часто используются такие манипуляторы как геймпад, руль и шлемы виртуальной реальности^[41] [2].

2.4.5. Устройства ввода графической информации

Web-камера является устройством, производящим видеосъёмку, оцифровку, сжатие, сохранение и передачу цифрового видео в компьютер. По тому же принципу, без некоторых этапов, работают видеокамера, цифровой фотоаппарат и плата видеозахвата.

Сканер является устройством, создающим цифровую копию изображения объекта при анализе самого объекта^[42].

Существует три основные категории сканеров, разделяющиеся по скорости сканирования, качеству и функциональным возможностям.

Ручной сканер протягивается над поверхностью документа вручную, обеспечивая минимальное качество сканирования. Ручной сканер непригоден для сканирования иллюстраций и применяется в условиях, при которых использование стандартных устройств сканирования неудобно или невозможно^[43].

Листовой сканер при сканировании протягивает отдельные страницы мимо светочувствительного элемента. Его недостатком является невозможность сканирования журналов и книг без разборки на отдельные страницы. В связи со значительным снижением стоимости планшетных сканеров, практически вышел из употребления.

В планшетном сканере в ходе сканирования внутри корпуса устройства перемещается подвижный светочувствительный элемент. Сканируемый документ располагается напротив прозрачного окна в корпусе прибора. Этот вид сканера лишен недостатков, характерных для ручных и листовых сканеров. На сегодняшний день планшетный сканер является наиболее распространенным типом сканера^[44] [2, 10, 12].

2.4.6. Устройства ввода звуковой информации

Микрофон является прибором, который преобразует музыку, звуки и голос в электрические колебания.

Наиболее распространенный тип микрофона состоит из пластмассовой диафрагмы, которая вибрирует от звуковых волн. За этой мембраной находится емкость, заполненная угольными шариками, которые то сближаются, то отталкиваются друг от друга^[45].

Напряжение тока увеличивается в зависимости от частоты звуков, проходящих через угольные шарики. Этот ток можно передавать на большие расстояния по проводам или по радио. За­тем ток преобразуется в акустические колебания, благодаря громкоговорителям в радиоприемниках и телевизорах.