Файл: Строение современного компьютера.pdf

1.7 Периферийные устройства

Сканер (англ. scanner, от scan «пристально разглядывать, рассматривать»)  - устройство ввода в компьютер информации с бумажного или другого немашинного носителя. Сканер используется для ввода текста, графических изображений. Отраженный от сканируемого изображения свет попадает на матрицу или линейку светочувствительных элементов на основе приборов с зарядовой связью (ПЗС), которые преобразуют аналоговый сигнал в цифровой. Виды сканеров: ручные, планшетные, рулонные, барабанные.

Ручные сканеры необходимо перемещать рукой, стараясь выдерживать определенную скорость и равномерность перемещения. Они имеют небольшую ширину захвата и невысокое разрешение.

В планшетных сканерах сканирующая головка перемещается относительно изображения с помощью шагового двигателя.

Рулонные сканеры протягивают сканируемые изображения через сканирующее устройство.

Барабанные сканеры в качестве светочувствительного элемента используют фотоэлектронный умножитель, что позволяет получать высококачественный результат.

Принтер (англ. Printer, от print — печать) — это внешнее периферийное устройство компьютера, предназначенное для вывода текстовой или графической информации, хранящейся в компьютере, на твёрдый физический носитель, обычно бумагу, малыми тиражами (от единиц до сотен) без создания печатной формы. Этим принтеры отличаются от полиграфического оборудования и ризографов, которое за счёт печатной формы быстрее и дешевле на крупных тиражах (сотни и более экземпляров).

Принтер — это высокотехнологичное устройство печати, созданное в первую очередь для работы с компьютером. Принтер предназначен для преобразования информации, хранящейся в вычислительном устройстве, из цифровой формы в аналоговый вид для доступного понимания этой информации пользователем и последующего долговременного её хранения.

Получили также распространение и другие устройства печати, такие, как многофункциональные устройства (МФУ), в которых в одном приборе объединены функции принтера, сканера, копировального аппарата и телефакса. Такое объединение рационально с технической и экономической стороны, а также удобно в работе.

Микрофо­ном называется прибор, преоб­разующий зву­ки, голос, му­зыку в элект­рические коле­бания. C микрофона компьютер вводит звук в свою память. Микрофон — это устройство ввода.

Принцип работы микрофона заключается в том, что давление звуковых колебаний воздуха, воды или твёрдого вещества действует на тонкую мембрану микрофона. В свою очередь, колебания мембраны возбуждают электрические колебания; в зависимости от типа микрофона для этого используются явление электромагнитной индукции, изменение ёмкости конденсаторов или пьезоэлектрический эффект.

Свойства акустико-механической системы сильно зависят от того, воздействует ли звуковое давление на одну сторону диафрагмы (микрофон давления) или на обе стороны, а во втором случае от того, симметрично ли это воздействие (микрофон градиента давления) или на одну из сторон диафрагмы действуют колебания, непосредственно возбуждающие её, а на вторую — прошедшие через какое-либо механическое или акустическое сопротивление или систему задержки времени (асимметричный микрофон градиента давления).

Большое влияние на характеристики микрофона оказывает его механоэлектрическая часть.

В большинстве случаев пользователи ПК приобретают микрофон, чтобы общаться друг c другом посредством различных Интернет-сервисов голосовой связи (Skype, Ventrilo), а также для лучшей координации в онлайн-играх.

Вебкамера (web-камера) - это цифровая камера, способная в реальном времени фиксировать изображения, предназначенные для дальнейшей передачи по компьютерным сетям.

Современная web-камера представляет собой цифровое устройство, производящее видеосъемку, оцифровку, сжатие и передачу по компьютерной сети видеоизображения. Поэтому в состав web-камеры входят следующие компоненты:

• ПЗС-матрица,
• объектив,
• оптический фильтр,
• плата видеозахвата,
• блок компрессии (сжатия) видеоизображения,
• центральный процессор и встроенный web-сервер,
• ОЗУ,
• флэш-память,
• сетевой интерфейс,
• последовательные порты,
• тревожные входы/выходы.

Web-камеры, предназначенные для видеоконференций - это, как правило, простые модели камер, подключаемые к компьютеру, на котором запущена программа типа Instant Messenger. Модели камер, используемые в охранных целях, могут снабжаться дополнительными устройствами и функциями (такими, как детекторы движения, подключение внешних датчиков и т. п.). Большое распространение получили вебкамеры со встроенным микрофоном.

USB-флеш-накопитель (сленг. флешка, флэшка , флеш-драйв) - запоминающее устройство, использующее в качестве носителя флеш-память, и подключаемое к компьютеру или иному считывающему устройству по интерфейсу USB.

Флеш-накопитель — это один из самых распространённых носителей данных на сегодня. Вследствие включенной по умолчанию возможности одной из наиболее распространенных операционных систем - Windows (начиная с Windows 95) – позволять автозапуск со сменных носителей, флеш-накопители способствуют распространению вирусов в среде Windows при обмене информацией.

В качестве аппаратных решений этой проблемы существуют следующие решения – флеш-накопители с определением отпечатка пальцев, блокировка с помощью специального программного обеспечения, флеш-накопители с системой защиты от записи (чаще всего реализуется в виде механического переключателя, разрешающего или запрещающего запись на накопитель).

Из-за утери флеш-накопителя с конфиденциальной информацией под угрозой может оказаться личная жизнь владельца. Для решения этой проблемы применяется стороннее криптографическое программное обеспечение (например, FreeOTFE). Некоторые флеш-накопители оборудованы системой шифрования, реализованной на аппаратном уровне.

Основное назначение USB-накопителей - хранение, перенос и обмен данными, резервное копирование, загрузка операционных систем (Live USB, Rufus) и др.

Основные компоненты флешки:

• USB-интерфейс (чаще USB 2.0 или 3.0 Стандарт-А, иногда microUSB) - обеспечивает физическое соединение с компьютером.
• Контроллер - небольшой микроконтроллер со встроенными ROM и RAM.
• NAND-чип флеш-памяти - хранит информацию.
• Осциллятор - генерирует синхронизирующий сигнал (12 MHz) для шины USB.

На большинстве флешек повсеместно используются файловые системы семейства FAT. В зависимости от размера накопителя применяются FAT16, FAT32 или exFAT. Для флешек размером 64ГБ и более используются NTFS или exFAT.

Модем (аббревиатура, составленная из слов модулятор-демодулятор) - устройство, применяющееся в системах связи и выполняющее функцию модуляции и демодуляции. Модулятор осуществляет модуляцию несущего сигнала, то есть изменяет его характеристики в соответствии с изменениями входного информационного сигнала, демодулятор осуществляет обратный процесс. Частным случаем модема является широко применяемое периферийное устройство для компьютера, позволяющее ему связываться с другим компьютером, оборудованным модемом, через телефонную сеть (телефонный модем) или кабельную сеть (кабельный модем).
Модем выполняет функцию оконечного оборудования линии связи. При этом формирование данных для передачи и обработку принимаемых данных осуществляет терминальное оборудование, в простейшем случае - персональный компьютер.

В настоящее время, очень часто, неспециалистами, модемом ошибочно называются домашние сетевые ethernet роутеры (обычно, роутер+ethernet коммутатор+беспроводная точка доступа), из-за внешнего сходства с ADSL или DialUP модемом. :)
Бывают, также, GSM/GPRS/3G/CDMA/Wi-Max модемы, чаще всего, подключаемые к USB порту компьютера. DialUp модемы (модемы коммутируемого доступа), 15-20 лет назад бывшие основным способом доступа в сеть интернет, находятся на стадии вымирания из-за низкой скорости соединения и их вытеснения более новыми моделями, использующими более скоростные способы доступа в сеть.

Итак, на этом закончим разбор основных устройств внешней архитектуры современного ПК и перейдем непосредственно к архитектуре внутренней.

Глава 2. Внутренняя архитектура компьютера

2.1 Основные положения

Внутренняя архитектура компьютера — это те устройства, которые обеспечивают процессы накопления, обработки, хранения, представления и передачи информации внутри машины. 

Все основные компоненты персонального компьютера находятся внутри системного блока (Приложение 7): системная (материнская) плата с процессором и оперативной памятью, накопители на жестких и гибких дисках, CD-ROM и др. Кроме этого, в системном блоке находится блок питания, но у Mini-ITX компьютеров (таких, как Alienware-X51) он может располагаться снаружи.

Итак, главный принцип хранения информации в ЭВМ состоит в том, что любая информация кодируется в последовательность сигналов 2-х типов (намагниченный и ненамагниченный), которые соответствуют "0" и "1".

Главным хранилищем информации ЭВМ является память.

2.2 Память

Память - устройство для хранения информации в виде данных и программ. Память – важнейший ресурс вычислительной системы, требующий эффективного управления. Несмотря на то, что в наши дни память среднего домашнего компьютера в тысячи раз превышает память больших ЭВМ 70-х годов, программы увеличиваются в размере быстрее, чем память. Достаточно сказать, что только операционная система занимает сотни Мбайт (например, Windows 2000 – до 30 млн строк), не говоря о прикладных программах и базах данных, которые могут занимать в вычислительных системах десятки и сотни Гбайт.

Память делится прежде всего на внутреннюю (расположенную на системной плате) и внешнюю (размещенную на разнообразных внешних носителях информации). 

Внутренняя память ПК включает в себя оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), Кэш-память,CMOS.

Внешняя память ПК является, как правило, долговременной. Если в оперативной памяти данные хранятся не дольше времени работы программы, то во внешней памяти информация может храниться месяцами и годами. По этой причине устройства внешней памяти называют также накопителями. Ещё одно отличие внешней памяти от оперативной памяти состоит в том, что она является энергонезависимой, то есть при отключении питания данные, содержащиеся во внешней памяти, сохраняются.

Оперативная память. Называется также ОЗУ или RAM (Random Access Memory), т. е. память с произвольным доступом. Этот вид памяти имеет такое название потому, что позволяет не только считывать информацию из памяти по указанным адресам, но и записывать информацию в память (т.е. менять содержимое памяти). Именно с этой памятью процессор постоянно обменивается информацией при решении компьютером каждой конкретной задачи. ОЗУ – быстрая, полупроводниковая, энергозависимая память, реализована на электронных микросхемах. В ОЗУ хранятся исполняемая в данный момент программа и данные, с которыми она непосредственно работает. Оперативная память предназначена для временного хранения информации и программ.

Когда компьютер выключается, всё её содержимое стирается. А что же происходит с данными, которые обрабатывались во время работы компьютера? Они предварительно сохраняются на жестком диске, который является устройством для длительного хранения информации (даже при отсутствии питания). Оперативная память примерно в сотню раз (при равном объеме хранения данных) дороже жесткого диска. Поэтому в системе устанавливают некоторое количество оперативной памяти, которое намного меньше, чем объём современного жесткого диска. Оперативная память измеряется в Мбайтах и Гбайтах. Например, 512Мб, 1024Мб, 1,00 Гб.

32-битная операционная система может адресовать (т.е. может использовать, "видеть") не более 4 ГБ оперативной памяти. Это самое главное отличие, и самое существенное. Если в вашем компьютере установлено, скажем, 2 ГБ, то 32-битная операционная система работает с таким объемом нормально.

Если вы установите 4 ГБ памяти и будете работать под управлением 32-битной ОС, то она просто не увидит такой объем. Все, что она сможет использовать — это примерно 3.5 ГБ из 4 ГБ. Остальной объем она не может предоставить для работающих программ. Разумеется, если вы установите в компьютер 8 ГБ памяти, скажем, и при этом будете оставаться на 32-битной системе, то она так же не увидит более 3.5 ГБ из всего установленного объема.

64-битная операционная система может работать с гораздо большими объемами памяти — до 192 ГБ (для Windows 7). Т.е. если вы, скажем, захотели установить 8 ГБ памяти, то обязательно нужно переходить на 64-битную ОС, в противном случае, вы просто не сможете использовать столь большой доступный объем.

Также ввиду несоответствия интерфейсов памяти и процессора, для совместного взаимодействия им необходим посредник - контроллер памяти. Контроллер памяти в значительной мере определяет скорость обмена с памятью а, значит, и быстродействие всей системы в целом.