Архитектура персонального компьютера. Характеристика основных устройств

30

МОСКОВСКИЙ ЦЕНТР ОБРАЗОВАНИЯ НАТАЛИИ НЕСТЕРОВОЙ

НОВЫЙ ГУМАНИТАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Реферат по информатике

на тему: « Архитектура персонального компьютера. Характеристика основных устройств»

Исполнитель: Боянова Светлана Васильевна

МОСКВА 1998 г.

СОДЕРЖАНИЕ:

Введение...........................................................................................стр.3

Архитектура персонального компьютера.....................................стр.7

3. Внешние устройства......................................................................стр13.

а) клавиатура......................................................................................стр.13

б) дисплей...........................................................................................стр.14

в) манипуляторы................................................................................стр.16

г) внешние запоминающие устройства...........................................стр.17

Печатающие устройства................................................................стр.21

Библиография..................................................................................стр.24

Введение.

Актуальность, цели и задачи настоящего реферата будут определены следующими реалиями и положениями. Появление в 1975 г. в США первого серийного персонального компьютера (персональной ЭВМ - ПЭВМ) вызвало революцион-ный переворот во всех областях человеческой деятельности.

Первые персональные компьютеры создавались в виде электронных блоков, обеспечивающих возможность конструировать различные ЭВМ из отдельных узлов. Такие наборы пользовались большим успехом у любителей-электронщиков. Однако уже в 1981 г. стали выпускаться. ПЭВМ, имеющие блочно-модульную конструкцию. Эти машины, простые в эксплуатации и сравнительно дешевые, предназначались для потребителей, не обладающих знаниями в области вычисли-тельной техники и программирования.

Широкое распространение мини-ЭВМ в начале 70-х годов определялось необходимостью приблизить компьютер к пользователю. Мини-ЭВМ устанавливались непосредственно на предприятиях и в организациях, где использование больших ЭВМ было экономически невыгодным.

ПЭВМ относится к классу микроЭВМ и является машиной индивидуального пользования. Это общедоступный и универсальный инструмент, многократно повышающий производительность интеллектуального труда специалистов различного профиля. ПЭВМ предназначена для автономной работы в диалоговом режиме с пользователем. Общедоступность ПЭВМ определяется сравнительно низкой стоимостью, компактностью, отсутствием специальных требований как к условиям эксплуатации, так и к степени подготовленности пользователя. Универсальность связана с ориентацией ПЭВМ на широкий круг задач, решаемых одним пользователем с помощью удобных технических и программных средств. Комплекс аппаратуры ПЭВМ размещается на рабочем месте пользователя.

Основой ПЭВМ является микропроцессор (МП). Развитие техники и технологии микропроцессоров определило смену поколений ПЭВМ:

* первое поколение (1975-1980 гг.) - на базе 8-разрядного МП;

* второе поколение (1981-1985 гг.) - на базе 16-разрядного МП;

* третье поколение (1986-1992 гг.) - на базе 32-разрядного МП;

* четвертое поколение (1993 г. - по настоящее время) - на базе 64-разрядного МП.

Большую роль в развитии ПЭВМ сыграло появление компьютера IBM PC, произведенного корпорацией IBM (США) на базе микропроцессора Intel-8086 в 1981 г. Этот персональный компью-тер занял ведущее место на рынке ПЭВМ. Его основное преи-мущество - так называемая "открытая архитектура", благодаря которой пользователи могут расширять возможности приобретенной ПЭВМ, добавляя различные периферийные устройства и модернизируя компьютер.

В дальнейшем другие фирмы начали создавать компьютеры, совместимые с IBM PC, и, таким образом, компьютер IBM PC стал как бы стандартом класса ПЭВМ. В наши дни около 85 % всех продаваемых ПЭВМ базируется на архитектуре IBM PC.

Стремительный рост производства ПЭВМ определяется главным образом следующими факторами:

* невысокой стоимостью;

* простотой обслуживания и эксплуатации с помощью удобных и понятных диалоговых программных средств;

* возможностью использования на рабочем месте для индивидуальной работы;

* сравнительно большими возможностями для обработки информации (технические параметры, вполне достаточные для решения значительного большинства задач);

* наличием программного обеспечения, позволяющего применять ПЭВМ практически в любой сфере человеческой деятельности;

* возможностью объединения ПЭВМ в вычислительную сеть. С учетом назначения и функциональных возможностей ПЭВМ можно разбить на три группы: бытовые, общего назначения и профессиональные. Смирнов АД. Архитектура вычислительных систем. - М.: Наука, 1990

Бытовые ПЭВМ предназначены для массового потребителя, поэтому они должны быть достаточно дешевыми, надежными и иметь, как правило, простейшую базовую конфигурацию. Бытовые ПЭВМ используются в домашних условиях для развлечений (видеоигры), для обучения и тренировки, управления бытовой техникой. Однако архитектура этих машин позволяет подключать их к каналам связи, расширять набор периферийного оборудования. При некоторой модернизации эти модели могут использоваться для индивидуальной обработки текста, решения небольших научных и инженерных задач.

Отечественные фирмы выпустили серию бытовых компьютеров под названием "Амата". Эта машина построена на базе МП 80386DX, работающего с тактовой частотой 40 Мгц; емкость ее оперативной памяти достигает 1 Мбайт. Загрузка программ осуществляется с НГМД. Третья модель - "Амата-Гелик" на МП 80486SX с оперативной памятью емкостью 2 Мбайта.

Модели снабжаются пакетом игр, программным обеспече-нием локальной сети и др. Фирмы предлагают за дополнительную плату нарастить комплектность компьютера НЖМД типа "винчестер", музыкальной картой, монитором и т.д. Модель "Амата" легко превращается в ПЭВМ общего назначения.

Персональные ЭВМ общего назначения применяются для решения задач научно-технического и экономического характера, а также для обучения и тренировки. Они размещаются на рабочих местах потребителей: на предприятиях, в учреждениях, в магазинах, на складах и т.п.

Машины этого класса обладают достаточно большой емкостью оперативной памяти, имеют внешнюю память на гибких и жестких магнитных дисках, собственный дисплей. Интерфейсы позволяют подключать большое количество периферийных устройств, средства для работы в составе вычислительных сетей. ПЭВМ общего назначения используются прежде всего потребителями-непрофессионалами. Поэтому они снабжаются развитым программным обеспечением, включающим операционные системы, трансляторы с алгоритмических языков,пакеты прикладных программ. Флинт Д. Локальные системы ЭВМ. Архитектура, прин-ципы построения, реализация.: Пер. с англ. - М.: Финансы и ста-тистика, 1986.

В состав аппаратуры входят устройства для вывода как текстового, так и графического материала, принтеры с высоким качеством печати.

Этот класс ПЭВМ получил наибольшее распространение на мировом рынке.

Профессиональные ПЭВМ используются в научной сфере, для решения сложных информационных и производственных задач, где требуются высокое быстродействие, эффективная передача больших массивов информации, достаточно большая емкость оперативной памяти. Потребителями профессиональных ПЭВМ, как правило, являются профессионалы-программисты, поэтому программное обеспечение должно быть достаточно богатым и гибким, включать инструментальные программные средства.

Благодаря подключению широкой номенклатуры периферийных устройств функциональные возможности ПЭВМ значительно расширяются. Они могут работать в многозадачном режиме, с алгоритмическими языками высокого уровня, в составе вычислительных сетей. По своим функциональным возможностям многопроцессорные профессиональные ПЭВМ не только приближаются, но и вполне могут конкурировать с большими ЭВМ предыдущего поколения.

В настоящее время появился новый признак классификации ПЭВМ по конструктивному исполнению, связанному с микро-миниатюризацией изделий. Снижение веса и уменьшение габаритов привело к выпуску компьютеров, называемых LAPTOP ("наколенные" компьютеры), NOTEBOOK (компьютеры-блокноты) и HANDHELD (ручной компьютер). Якубайтис Э.А. Информатика - Электроника - Сети. - М.:

Финансы и статистика, 1984.

В LAPTOP-компьютере клавиатура и системный блок выполнены в одном корпусе, который сверху, как крышкой, закрывается жидкокристаллическим дисплеем, неразъемно соединенным со своим электронным основанием. Соединительные провода между дисплеем и ЭВМ скрыты в корпусе. Компьютер можно легко переносить и держать на коленях пользова-теля. Эти модели немного уступают по своим техническим параметрам настольным ПЭВМ. Они построены на МП i80386, имеют встроенные НГМД и НЖМД. В большинстве моделей LAPTOP используются монохромные дисплеи, так как применение цветных дисплеев приводит к резкому удорожанию компьютера. Компьютеры класса LAPTOP не должны весить более 3,5 кг. Гершторин Л.Г. Что такое АРМ бухгалтера. - М.: Финансы и статистика, 1988.

NOTEBOOK (компьютеры-блокноты) имеют размеры одного листа бумаги стандарта А4 (297х210), обладают неполной клавиатурой (около 80 клавиш). В них используются НЖМД (например, дисковод емкостью 120 Мбайт, диаметром 2,5 дюйма) и НГМД.

В комплекте с NOTEBOOK можно применять модем или факс-модем, выполненные в виде отдельного настольного блока, присоединенного кабелем к компьютеру и телефонной сети. Однако существуют блоки модемов и факс-модемов, вставляемые в корпус NOTEBOOK и работающие, как правило, только на передачу сообщений.

Компьютеры NOTEBOOK могут использоваться в деловых поездках, не требуют места на рабочем столе, могут храниться в ящике для бумаг, в портфеле.

ПЭВМ HANDHELD - ПЭВМ, размер которой меньше одного листа бумаги стандарта А4 (например, модель Hewlett Packard 95LX имеет размеры 160х86х25 мм), поэтому они всегда под рукой (в кармане) в готовом к работе состоянии. Эти модели могут работать независимо от электросети. Программы при автономной работе вводятся с помощью твердой карточки (ROM CARD), на которых записаны программы емкостью 32, 64 или 128 Кбайт. Карточки можно перепрограммировать. Персональный компьютер для всех/ Под ред. А.Я. Савелье-ва. - В 4-х кн. - М.: Высшая школа, 1991.

Для хранения результатов расчетов, введенного текста, составленных электронных таблиц и других результатов работы пользователь применяет ROM CARD со встроенной в них батарейкой. Это карточки очень небольшого размера (2х5 мм), что позволяет вставлять их в специальные отверстия в корпусе персонального компьютера для чтения с них программ, данных или записи результатов работы пользователя. По мере надобности результаты работы могут быть по кабелю перенесены на настольный компьютер. В конструкциях этих моделей ПЭВМ предусматривается гораздо больший объем постоянной памяти, чем в конструкциях настольных ПЭВМ. Свириденко С.С. Современные информационные техно-логии. - М.: Радио и связь, 1989.

По прогнозам специалистов, миниатюрные компьютеры в ближайшем будущем смогут включаться в вычислительные сети без проводов (с помощью радиоволн), что потребует минимальных затрат. Такая технология получила название "полевая компьютеризация" (Field Computing). К концу 90-х годов ее внедрение вызовет новый революционный скачок в информа-тизации общества.

Архитектура персонального компьютера.

Обычно ПЭВМ включает три основных устройства: системный блок, клавиатуру и дисплей (монитор).

Однако для расширения функциональных возможностей ПЭВМ можно подключить различные дополнительные периферийные устройства, в частности: печатающие устройства (принтеры), накопители на магнитной ленте (стриммеры), различные манипуляторы (мышь, джойстик, трекбол, световое перо), устройства оптического считывания изображений (сканеры), графопостроители (плоттеры) и др.

Эти устройства подсоединяются к системному блоку с помощью кабелей через специальные гнезда (разъемы), которые размещаются обычно на задней стенке системного блока.

В некоторых моделях ПЭВМ при наличии свободных гнезд дополнительные устройства вставляются непосредственно в системный блок, например, модем для обмена информацией с другими ПЭВМ через телефонную связь или стриммер для хранения больших массивов информации на МЛ. Нортон П. Персональный компьютер фирмы IBM и опера-ционная система MS DOS: Пер. с англ. - М.: Радио и связь, 1991.

ПЭВМ, как правило, имеет модульную структуру. Все модули связаны с системной магистралью (шиной).

Системная магистраль. Она выполняется в виде совокупности шин, используемых для передачи данных, адресов и управляющих сигналов. Количество линий в адресно-информационной шине определяется разрядностью кодов адреса и данных, а количество линий в шине управления - числом управляющих сигналов, используемых в ПЭВМ.

Системный блок. Являясь главным в ПЭВМ, этот блок включает в свой состав: центральный микропроцессор, сопроцессор, модули оперативной и постоянной памяти, контролле-ры, накопители на магнитных дисках и другие функциональные модули. Набор модулей определяется типом ПЭВМ. Пользо-ватели по своему желанию могут изменять конфигурацию ПЭВМ, подключая дополнительные периферийные устройства.

В системный блок может быть встроено звуковое устройство, с помощью которого пользователю удобно следить за работой машины, вовремя обращать внимание на возникшие сбои в отдельных устройствах или на возникновение необычной ситуации при решении задачи на ПЭВМ. Гольц Г. Рабочие станции и информационные сети/ Пер. с англ. В.П. Нестерова; Под ред. П.В. Нестерова. - М.: Машиност-роение, 1990.

Со звуковым устройством часто связан таймер, позволяющий вести отсчет времени работы машины, фиксировать календар-ное время, указывать на окончание заданного промежутка времени при выполнении той или иной задачи.

Контроллеры (К). Эти устройства служат для управления внешними устройствами. Каждому ВУ соответствует - свой контроллер. Электронные модули-контроллеры реализуются на отдельных печатных платах, вставляемых внутрь системного блока. Такие платы часто называют адаптерами ВУ (от адаптировать - приспосабливать). После получения команды от микропроцессора контроллер функционирует автономно, освобождая микропроцессор от выполнения специфических функций, требуемых для того или другого конкретного ВУ.

Контроллер содержит регистры двух типов - регистр состояния (управления) и регистр данных. Эти регистры часто называют портами ввода-вывода. За каждым портом закреплен определенный номер - адрес порта. Через порты пользователь может управлять ВУ, используя команды ввода-вывода. Программа, выполняющая по обращению из основной выполняемой программы операции ввода-вывода для конкретного устройства или группы устройств ПЭВМ, входит в состав ядра операционной системы ПЭВМ. Вершинин ОД. Компьютер для школ, 1990.

Для ускорения обмена информацией между микропроцессором и внешними устройствами в ПЭВМ используется прямой доступ к памяти (ПДП). Контроллер ПДП, получив сигнал запроса от внешнего устройства, принимает управление обменом на себя и обеспечивает обмен данными с ОП, минуя центральный микропроцессор. В это время микропроцессор продолжает без прерывания выполнять текущую программу. Прямой доступ к памяти, с одной стороны, освобождает микропроцессор от непосредственного обмена между памятью и внешними устройствами, а с другой стороны, позволяет значительно быстрее по сравнению с режимом прерываний удовлетворять запросы на обмен.

Микропроцессор. Ядром любой ПЭВМ является центральный микропроцессор, который выполняет функции обработки информации и управления работой всех блоков ПЭВМ.

Конструктивно МП, как правило, выполнен на одном кристал-ле (на одной СБИС). В состав МП входят:

* центральное устройство управления;

* арифметико-логическое устройство;

* внутренняя регистровая память;

* КЭШ-память;

* схема формирования действительных адресов операндов для обращения к оперативной памяти;

* схемы управления системной шиной и др. Рассмотрим структуру и функционирование микропроцессора на примере разработанной фирмой Intel модели 486.

АЛУ выполняет логические операции, а также арифмети-ческие операции в двоичной системе счисления и в двоично-десятичном коде, причем арифметические операции над числами, представленными в форме с плавающей точкой, реализуются в специальном блоке. В некоторых конфигурациях с этой целью используется арифметический сопроцессор. Он имеет собственные регистры данных и управления, работает параллельно с центральным МП, обрабатывает данные с плавающей точкой.

Устройство управления микропроцессорного типа обеспечи-вает конвейерную обработку данных с помощью блока предварительной выборки (очереди команд).

Блок предварительной выборки команд и данных осуществляет заполнение очереди команд длиной 32 байта, причем выборка байтов из памяти выполняется в промежутках между магистральными циклами команд.

Производительность микропроцессора значительно повышается за счет буферизации часто используемых команд и данных во внутренней КЭШ-памяти размером (в данном случае) 8 Кбайт. При этом сокращается число обращений к внешней памяти. Внутренняя КЭШ-память имеет несколько режимов работы, что обеспечивает гибкость отладки и выполнения рабочих программ.

Блоки формирования адресов операндов (диспетчер памяти) состоит из блока сегментации и блока страничной адресации. Физический адрес ячейки памяти формируется последовательно: сначала в пределах сегмента, а затем в пределах страницы.

В МП i486 реализуются два режима работы - режим реальных адресов и многозадачный режим (защищенный режим).

В режиме реальных адресов выполняется расширенный набор команд над 32-разрядными операндами. В этом режиме МП i486 работает совместимо с МП i086. При работе МП i486 в режиме реальных адресов применяется относительная адресация.

В многозадачном (защищенном) режиме работы МП i486 применяется виртуальная адресация, соединяющая сегментацию памяти и страничную адресацию.

Сегментация памяти является средством управления пространством логических адресов. Сегментированная память представляет собой набор блоков, характеризуемых определенными атрибутами, такими, как расположение, размер, тип (стек, программа, данные), класс защиты памяти. В МП i486 каждой задаче доступно, до 16384 сегментов размером до 4 Гбайт каждый. Таким образом, каждая задача может использовать до 64 Тбайт виртуальной памяти.

Страничная адресация действует на более низком уровне. Каждый сегмент делится на страницы размером по 4 Кбайт, которые могут размещаться в любом месте памяти.

Сегментация полезна для организации в памяти локальных модулей. Это инструмент прикладного программиста, в то время как страничное распределение удобно системному программисту для эффективного использования физической памяти ПЭВМ.

В состав внутренней памяти МП входят доступные программисту функциональные регистры: регистры общего назначения, указатель команд, регистр флагов и регистры сегментов.

Восемь 32-разрядных регистров общего назначения используются для хранения данных и адресов. Они обеспечивают работу с данными разрядностью 1, 8, 16, 32 и 64 бита и адресами размером 16 и 32 бита. Каждый из таких регистров имеет свое имя, например ЕАХ или ESP.

32-разрядный указатель команд содержит смещение при определении адреса следующей команды.

32-разрядный регистр флагов указывает признаки результата выполнения команды.

Регистры сегментов содержат значения селекторов сегмен-тов, определяющих текущие адресуемые сегменты памяти.

Кроме вышеуказанных, регистровая память МП содержит регистры процессора обработки чисел с плавающей точкой, системные и некоторые другие регистры.

Устройство управления микропроцессора обеспечивает многозадачность. Многозадачность - способ организации работы ПЭВМ, при котором в ее памяти одновременно содержатся программы и данные для выполнения нескольких задач. В составе МП i486 имеются аппаратно-программные средства, позволяющие эффективно организовать многозадачный режим, в том числе системы прерывания и защиты памяти.

Система прерываний обрабатывает запросы на прерывание, как от внешних устройств, так и от внутренних блоков МП. Поступление запроса на прерывание от внутреннего блока МП свидетельствует о возникновении исключительной ситуации, например о переполнении разрядной сетки. Внешнее прерывание может быть связано с обслуживанием запросов от периферийных устройств. Требуя своевременного обслуживания, внешнее устройство посылает запрос прерывания микропроцессору. Микропроцессор в ответ приостанавливает нормальное выполнение текущей программы и переходит на обработку этого запроса, чтобы в дальнейшем выполнить определенные действия по вводу-выводу данных. После совершения таких действий происходит возврат к прерванной программе. МП i486 способен обрабатывать до 256 различных типов прерываний, причем первые 32 типа отведены для внутрисистемных целей и недоступны пользователю.

Зашита памяти от несанкционированного доступа в много-задачном режиме осуществляется с помощью системы привиле-гий, регулирующих доступ к тому или иному сегменту памяти в зависимости от уровня его защищенности и степени важности.

Защищенность определяется уровнем привилегии, требуемым для доступа к соответствующему сегменту. Уровни привилегии задаются номерами от 0 до 3. Наиболее защищенная область памяти - отведенная под ядро операционной системы - имеет уровень 0. При обращении программы к сегментам программ или данных в защищенном режиме происходит проверка уровня привилегии, и в случае, если этот уровень недостаточен, происходит прерывание.

Обмен информацией между блоками МП происходит через магистраль микропроцессора, включающую 32-разрядную шину адреса, 32-разрядную двунаправленную шину данных и шину управления.

Шина адреса используется для передачи адресов ячеек памяти и регистров для обмена информацией с внешними устройствами.

Шина данных обеспечивает передачу информации между МП, памятью и периферийными устройствами. По этой шине возможна пересылка 32, 16 и 8-разрядных данных. Шина двунаправленная, т.е. позволяет осуществлять пересылку данных, как в прямом, так и в обратном направлении.

Шина управления предназначена для передачи управляющих сигналов - управления памятью, управления обменом данных, запросов на прерывание и т.д.

Внутренняя память ПЭВМ состоит из оперативной памяти и постоянной памяти (ПП).

Оперативная память (ОП) ПЭВМ. Она построена на БИС или СБИС и является энергозависимой: при отключении питания информация в ОП теряется. В оперативной памяти хранятся исполняемые машинные программы, исходные и промежуточные данные и результаты. Емкость ОП в ПЭВМ измеряется в Килобайтах и Мегабайтах. Иногда адресное пространство увеличивается до Гигабайта. В наиболее распространенных конфигурациях ПЭВМ емкость ОП составляет 1-16 Мбайт.

В ОП обычно выделяется область, называемая стеком. Обращение к стековой памяти возможно только в той ячейке, которая адресуется указателем стека. Стек удобен при орга-низации прерываний и обращении к подпрограммам.

Постоянная память (ПП). Она является энергонезависимой, используется для хранения системных программ, в частности, так называемой базовой системы ввода-вывода (BIOS - Basic Input and Output System), вспомогательных программ и т.п. Программы, хранящиеся в ПП, предназначены для постоянного использования микропроцессором.

3. ВНЕШНИЕ УСТРОЙСТВА

Эффективность использования ПЭВМ в большой степени определяется количеством и типами внешних устройств, которые могут применяться в ее составе. Внешние устройства обеспечивают взаимодействие пользователя с ПЭВМ. Широкая номенклатура внешних устройств, разнообразие их технико-эксплуатационных и экономических характеристик дают возможность пользователю выбрать такие конфигурации ПЭВМ, которые в наибольшей мере соответствуют его потребностям и обеспечивают рациональное решение его задач.

Внешние устройства составляют до 80 % стоимости ПЭВМ и оказывают значительное (иногда даже решающее) влияние на характеристики машины в целом.

Конструктивно каждая модель ПЭВМ имеет так называемый "базовый набор" внешних устройств - клавиатуру, дисплей, НЖМД и один или два НГМД, составляющий вместе с системным блоком "базовую конфигурацию" этой модели. Пользователь, как правило, сам подбирает желательное ему печатающее устройство. В случае необходимости к ПЭВМ могут подключаться также дополнительные внешние устройства, например, сканеры, стриммеры, плоттеры или диджитайзеры. В последние годы многие фирмы прилагают значительные усилия для разработки совершенно новых видов внешних устройств, ориентированных на стремительно растущие запросы пользова-телей, в частности, для приложений в области мультимедиа.

КЛАВИАТУРА

Клавиатура (клавишное устройство) реализует диалоговое общение пользователя с ПЭВМ:

* ввод команд пользователя, обеспечивающих доступ к ресурсам ПЭВМ;

* запись, корректировку и отладку программ;

* ввод данных и команд в процессе решения задач. Центральную часть клавиатуры обычно занимают клавиши букв латинского и русского алфавита, служебных знаков (%, ?, !, ,, , ) и др.), а также цифровые клавиши. В большинстве случаев одна клавиша используется для ввода нескольких разных знаков, причем переход между ними производится за счет одновременного нажатия соответствующей клавиши и одной или двух служебных функциональных клавиш (обычно - клавиш Shift, Alt и Ctrl). В большинстве моделей клавиатуры (за исключением клавиатуры ПЭВМ классов LAPTOP, NOTEBOOK и HANDHELD) с правой стороны размещается дополнительная цифровая клавиатура, что создает удобства при необходимости частого ввода чисел. По периферии клавиатуры размещаются служебные функциональные клавиши: Enter, Esc, Delete, Insert, Tab и др., а также "программируемые" функциональные клавиши (FI - F12). Функциональные клавиши в программах выполняют в основном специальные операции. К примеру, клавиша Esc обычно означает "отмену" или "возврат", клавиша Insert-"вставку" и т.п. Назначение программируемых функциональных клавиш FI-F12 более гибко: как правило, определяется в соответствующих программах и приводится в их документации. Служебные клавиши (Shift, Alt, Ctrl) и индикаторы режимов (Print screen. Caps Lock, Break) служат для переключения назначения алфавитно-цифровых клавиш, вывода "образа экрана дисплея" на принтер, изменения режима работы и прерывания программ. Клавиши управления (*-, Т, -** и 1) необходимы для позиционирования курсора на экране дисплея. Ряд клавиш обеспечивают перемещение курсора в начальную или конечную позицию на строке экрана дисплея (Home, End), а также на страницу вперед или назад (PgUp и Pgdn).

клавиатура конструируется в соответствии с эргономическими требованиями: она должна создавать удобство для длительной работы; расположение алфавитно-цифровых клавиш должно соответствовать стандартам на клавиатуры для пишущих машинок. Типичные размеры клавиатуры - 40х450х180 мм. При разработке клавиатуры учитывается возможность предельного сокращения нажатий на клавиши пользователя. Это достигается изменением значений отдельных клавиш програм-мным путем. Клавиатура ПЭВМ передает МП не код символа, а порядковый номер нажатой клавиши и продолжительность времени каждого нажатия. Интерпретация смысла нажатой клавиши выполняется программным путем. Таким образом, кодировка клавиши оказывается независимой от кодировки символов, что значительно упрощает работу с клавиатурой.

ДИСПЛЕЙ

Дисплей (монитор) - основное устройство для отображения информации, выводимой во время работы программ на ПЭВМ. Дисплеи могут существенно различаться; от их характеристик зависят возможности машин и используемого программного обеспечения. Различают дисплеи, пригодные для вывода лишь алфавитно-цифровой информации, и графические дисплеи. Другой важный признак - возможность поддержки цветного или только монохромного изображения. Важными техническими параметрами являются текстовой формат и разрешающая способность изображения. Текстовой формат (в текстовом режиме) характеризуется числом символов в строке и числом текстовых строк на экране. В графическом режиме разрешающая способность задается числом точек по горизонтали и числом точечных строк по вертикали. Другой характерный параметр - количество поддерживаемых уровней яркости в монохромном режиме и соответственно количество цветов при цветном изображении. Не менее важным параметром является и размер экрана: он определяет различимость изображения в целом и четкость его отдельных элементов, в том числе букв и цифр.

Указанные параметры зависят как от конструкции экрана, так и от схемы управления, сосредоточенной в системном блоке. В настоящее время в большинстве случаев применяется схема формирования изображения на основе растровой памяти (bit mapping). Каждый элемент изображения - одна точка на экране дисплея - формируется из фрагмента растровой памяти, состоящего из 1, 2 или 4 бит. Информация, записанная в указанных битах, управляет яркостью (или цветом) точки на экране, а также ее миганием и другими возможными атрибутами. Нортон П. Программно-аппаратная организация IBM PC: Пер с англ. - М.: Радио и связь, 1991.

Объем растровой памяти прямо связан с разрешающей способностью дисплея. Дисплею, к примеру, с двумя уровнями яркости и разрешающей способностью 640х200 точек требуется 26 Кбайт растровой памяти. Если же при этом необходимо управлять 16 цветами для каждой точки, требуемый объем растровой памяти составит не менее 64 Кбайт; а при двуцвет-ном экране с разрешающей способностью 1024х1024 потребуется уже 132 Кбайт растровой памяти. Фигурнов В.Э. IBM PC для пользователя. - М.: Финансы и статистика, 1994. При таком методе управления изображением знаки выводятся на экран при помощи специальных знакогенераторов - особых электронных схем, управляемых точечными матрицами, на которых формируется изображение каждого символа.

Большинство профессиональных ПЭВМ использует дисплеи, основанные на монохромных или цветных ЭЛТ.

Дисплей подключается к системному блоку с помощью контроллера, чаще всего выполненного в виде отдельной платы (адаптеру), вставляемой в системный блок. Адаптер обычно содержит растровую память и схему управления. Кроме того, на нем размещается микросхема ПЗУ, в которой записываются образы знаковых матриц, выводимых на экран. Сменив эту микросхему, можно тем самым изменить знакогенератор. Контроллер согласуется с типом дисплея, для которого он предназначен. Наиболее часто в IBM-совместимых ПЭВМ используются мониторы типа VGA или SVGA, а в более ранних моделях - CGA, EGA, Hercules.

В профессиональных ПЭВМ широко применяются цветные мониторы с очень высоким разрешением (1024х1024 и 2048х2048 точек) и возможностью получения изображений из 4096 базовых цветов, что обеспечивает до 16 млн. оттенков.

Пользователи ПЭВМ проводят в непосредственной близости от работающих дисплеев многие часы подряд. В связи с этим фирмы - производители дисплеев усилили внимание к оснащению экранов дисплеев специальными средствами защиты от всех видов воздействий, которые негативно сказываются на здоровье пользователя. Так, фирма Samsung выпускает дисплеи "Low Radiation" с нанесенным на экран специальным покрытием, снижающим уровень жесткого излучения. Используются и другие методы, повышающие комфортность работы с дис-плеями.

МАНИПУЛЯТОРЫ

Общение пользователя с ПЭВМ облегчается с помощью различных манипуляторов. Наиболее распространенным из них является так называемая мышь. Мышь представляет Собой небольшую коробочку с двумя или тремя клавишами и утоплен-ным свободно вращающимся в любом направлении шариком на нижней поверхности. Коробочка подключается к компьютеру при помощи специального шнура. Пользователь, перемещая мышь по поверхности стола (обычно для этого используются специальные резиновые коврики), позиционирует указатель мыши (стрелку, прямоугольник) на экране дисплея, а нажатием клавиш выполняет определенное действие, связанное с соответствующей клавишей (например, выполняет определен-ный пункт меню). Мышь требует специальной программной поддержки.

В портативных ПЭВМ мышь обычно заменяется особым встроенным в клавиатуру шариком на подставке с двумя клавишами по бокам, называемым трекбол. Позиционирование указателя трекбола на экране дисплея производится вращением этого шарика. Клавиши трекбола имеют то же значение, что и клавиши мыши. Несмотря на наличие трекбола, пользо-ватель портативной' ПЭВМ может использовать и обычную мышь, подключив ее к соответствующему порту.

Для непосредственного считывания графической информации с бумажного или иного носителя в ПЭВМ применяются оптические сканеры. Сканеры бывают настольные, позволяющие обрабатывать весь лист бумаги или пленки целиком, а также ручные. Ручные сканеры проводят над нужными рисун-ками или текстом, обеспечивая их считывание. Введенный при помощи сканера рисунок распознается ПЭВМ с помощью специального программного обеспечения. Рисунок может быть не только сохранен, но и откорректирован по желанию пользователя соответствующими графическими пакетами программ. В настоящее время выпускаются черно-белые и цветные сканеры с точностью разрешения до 8000 точек на дюйм (более 300 точек на 1 мм ), однако эти устройства весьма дороги. Использование сканеров для непосредственного ввода в ПЭВМ текстовой информации с ее последующим редактированием затруднено также значительной сложностью программного обеспечения, необходимого для правильного распознавания и интерпретации отдельных символов.

Для той же цели, т.е. для ввода рисунков в ПЭВМ, может использоваться также так называемое световое перо и различ-ные диджитайзеры.

К ручным манипуляторам относится и джойстик (joystick), представляющий собой подвижную рукоять с одной или двумя кнопками, при помощи которой можно позиционировать указатель на экране дисплея. Кнопки имеют то же назначение, что и клавиши мыши. Джойстик чаще используется в бытовых ПЭВМ, в первую очередь для игровых применений.

ВНЕШНИЕ ЗАПОМИНАЮЩИЕ УСТРОЙСТВА

Как уже указывалось выше, в ПЭВМ в основном используются НГМД и НЖМД типа "винчестер".

Накопители на гибких дисках служат для хранения программ и данных небольшого объема и удобны для перенесения информации с одной ПЭВМ на другую.

На рабочей поверхности диска (дискеты) по концентри-ческим окружностям, размещенным на определенном расстоянии от центрального отверстия, записываются данные. Стандартный формат дискеты для IBM PC и совместимых с ней ПЭВМ имеет 40 (80) дорожек. Каждая дорожка разделена на части, называемые "секторами" или "записями". Секторы представляют собой основную единицу хранения информации на дискете. При чтении или записи устройство всегда считывает или записывает целое число секторов независимо от объема запрашиваемой информации.

Емкость сектора (число байтов или слов) - основная характе-ристика формата данных на носителе. Она определяется наименьшим количеством данных, которое может быть считано или записано на дискету за одну операцию ввода-вывода.

Данные на дискете могут размещаться как на одной стороне, так и на двух ее сторонах.

Важной характеристикой дискеты является плотность записи. Дискеты могут быть с одинарной, двойной и повышенной (учетверенной) плотностью записи. При одинарной плотности записи на двусторонней дискете диаметром 5,25 дюйма сохраняется до 780 Кбайт, а при повышенной плотности записи емкость НГМД составляет до 1,2 Мбайт.

Существуют два способа разбивки (разметки) дорожек на секторы: фиксированный (или аппаратный) и программный. Если размер сектора задан жестко и определяется механическими характеристиками устройства, такая разметка называется фиксированной. При фиксированной разметке индексные отверстия, расположенные по кругу, обозначают начало каждого сектора и, следовательно, его положение на дискете точно определено.

Для стандартных дискет ПЭВМ размером 133 мм (5,25 дюйма) расположение дорожек на дискете и число сторон неизменны: они определяются характеристиками самих дискет. Однако количество секторов на дорожке и их размер могут опреде-ляться программно в процессе разметки (форматирования). Именно поэтому гибкие диски называют также дисками с программной разметкой секторов (soft-sector). Форматирование выполняется либо программами операционной системы, либо программами BIOS.

Размер сектора 5,25-дюймового диска, поддерживаемого системой BIOS, может составлять 128,256,512 и 1024 байт.

В последние годы широкое распространение получили НГМД диаметром 3 дюйма. Их емкость достигает 1,44 Мбайт. Достоин-ством этих НГМД по сравнению с 5,25-дюймовыми дискетами являются не только большая компактность, но и наличие жесткого пластикового корпуса со специальной металлической сдвигающейся крышкой, защищающего рабочие поверхности дискеты от загрязнения и механических повреждений. Спе-циальные сдвигающиеся рычажки на корпусе дискеты обеспе-чивают ее механическую защиту от записи.

Как правило, современные настольные ПЭВМ имеют ВЗУ для обоих типов дискет, а портативные - лишь для 3-дюймовых.

Накопители на жестких магнитных дисках ("винчестер") содержат несколько дисков, объединенных в пакет. Чаще всего такой пакет включает 4-6 дисков диаметром 5,25 или (в портативных ПЭВМ) 3 дюйма. НЖМД является несменяемым, располагается внутри системного блока.

В НЖМД магнитные головки, объединенные в блок, пере-мещаются одновременно в радиальном направлении по отно-шению к дискам. Дорожки с одинаковыми номерами на разных поверхностях дисков образуют цилиндр. Цилиндр имеет тот же номер, что и объединенные им дорожки. Любой диск имеет физический и логический формат. Физический формат диска определяет размер сектора (в байтах), число секторов на дорожке (или - для жестких дисков - в цилиндре), число дорожек (цилиндров) и число сторон.

Логический формат диска задает способ организации информации на диске и фиксирует размещение информации различных типов.

В отличие от гибких дисков, физический и логический форматы которых устанавливаются в процессе форматирования дискеты, жесткие диски поступают к потребителю с определенным физическим форматом. Логическая структура жесткого эиска устанавливается пользователем, причем это должно быть сделано до применения этого диска операционной системой. Установка логической структуры диска выполняется в два этапа. Сначала жесткий диск разбивается на части, каждая из которых может использоваться своей операционной системой. Далее каждую из этих частей необходимо отформатировать в соответствии с требованиями той операционной системы, для которой она предназначена.

Наиболее часто применяются форматы данных, соответствую-щие фиксированным числам секторов на одной дорожке, например, форматы с 17 или 32 секторами на дорожке. При этом емкость информации в одном секторе колеблется от 512 до 1024 байт.

Для организации хранения и учета данных на диске можно использовать различные схемы, каждая из которых имеет свои достоинства и недостатки с точки зрения эффективности использования пространства памяти диска, скорости доступа, безопасности и качества хранения данных.

В настоящее время наиболее распространены НЖМД ем-костью от 80 до 240 Мбайт. Вместе с тем нередкими стали конфигурации ПЭВМ, включающие НЖМД типа "винчестер" емкостью в 500 Мбайт и даже в 1 Гбайт.

Важным параметром для пользователя является время доступа, характеризующее скорость чтения и записи информации на диски. Для наиболее распространенных НЖМД оно колеблется от 14 до 70 мкс. Реальная скорость работы НЖМД в большой степени зависит от типа используемой программы. Так, обработка больших массивов информации, требующая многократного поиска одиночных сведений, может неожиданно для пользователя занять весьма значительное время. Еще более продолжительной может оказаться обработка сложных изображений.

Расширение внешней памяти достигается подключением к системному блоку стриммера. Стриммер - это устройство для быстрой перезаписи данных с жесткого диска на магнитную ленту. Обычно емкость стриммера колеблется от 80 до 525 Мбайт.

В последние годы появились устройства для хранения информации на оптических (лазерных) дисках. Их емкость измеряется гигабайтами и даже десятками гигабайт, однако в большинстве случаев такие диски не допускают перезаписывания, поэтому используются для хранения постоянной информации (например, сложных компьютерных игр с высокоразвитой графикой).

4. ПЕЧАТАЮЩИЕ УСТРОЙСТВА

В ПЭВМ используются матричные, лепестковые, струйные и лазерные принтеры.

Матричные принтеры наиболее распространены. Печатаемые знаки синтезируются в матричных принтерах при помощи игольчатой матрицы (головки), двигающейся вдоль каждой печатаемой строки по специальной направляющей и ударяю-щей по красящей ленте. Чаще всего применяются принтеры с 9-и 24-игольчатыми головками. Эти принтеры позволяют получить вполне приемлемое для большинства приложений качество печати, в том числе за счет многократных проходов при печати одной строки с небольшими смещениями. Вместе с тем это снижает и без того невысокую скорость печати. Недостатком матричных принтеров следует считать и довольно значительный уровень производимого при печати шума.

При выборе матричного принтера следует обратить внимание на максимальную ширину применяемой бумаги ("узкий" или "широкий" принтер), возможность использования рулонной бумаги, количество игл в матрице (головке), скорость печати, указываемые в паспортных данных. Важной характеристикой матричного принтера, также указываемой в его паспорте, являются количество и виды встроенных шрифтов и возможность печати кириллицы. Вместе с тем большинство современ-ных программных систем обработки текстов (Word, Word. for Windows, Word Perfect, Lexicon и др.) включают специальные "загружаемые" шрифты (soft fonts).

Качество печати, обеспечиваемое матричными принтерами, практически не уступает качеству, обеспечиваемому пишущей машинкой, однако оно совершенно недостаточно при работе с графикой, а также для изготовления оригинал-макетов, которые можно было бы использовать в полиграфии.

Лазерные принтеры обладают многообразными возможностя-ми печати, обеспечивают ее высокое качество при значительной скорости.

Лазерные принтеры имеют собственный расширяемый блок памяти. Они позволяют масштабировать шрифты, широко использовать "загружаемые" шрифты. "Паспортная" скорость печати у различных моделей лазерных принтеров, как правило, колеблется от 4 до 16 страниц в минуту. Вместе с тем эта скорость зависит от объема собственной памяти принтера и может заметно сократиться при ее недостатке для конкретной печатаемой информации.

Лазерные принтеры используют исключительно листовую бумагу (форматов А4, A3 и др.), в связи с чем существенное значение приобретает емкость подающего бумагу лотка, так как от нее зависит скорость работы принтера: бумагу необходимо периодически подкладывать в лоток вручную. Недостатком лазерных принтеров являются довольно жесткие требования к качеству бумаги - она должна быть достаточно плотной (обычно не менее 80 г) и не должна быть рыхлой, недопустима печать на бумаге с пластиковым покрытием и т.д.

Особенно эффективны лазерные принтеры при изготовлении оригинал-макетов книг и брошюр, рекламных проспектов, деловых писем и иных материалов, требующих высокого качества. Они позволяют с большой скоростью печатать графики, рисунки.

В последние годы появилась целая гамма лазерных принтеров, обеспечивающих не только черно-белую, но и многокрасочную цветную печать.

Даже самые простые модели лазерных принтеров в пять - десять раз дороже средних моделей матричных принтеров, а цена цветных лазерных принтеров более чем стократно превосходит цену матричных. Весьма дороги и сменные картриджи, содержащие красящий порошок. Все это делает лазерные принтеры малопригодными для изготовления значительных тиражей, поскольку печать одного листа обходится существен-но дороже ксерокопии.

В последние годы все более широкое распространение среди пользователей ПЭВМ получают струйные принтеры. Этот тип принтера занимает промежуточное положение между матричными и лазерными принтерами. Струйные принтеры, являясь, как и матричные, построчно печатающими, обеспечивают качество печати, приближающееся к качеству лазерных принтеров. Они просты в эксплуатации и работают практически бесшумно. При работе под управлением соответствующих программных средств струйные принтеры позволяют печатать вполне удовлетворительные по качеству графические материалы. Вместе с тем скорость печати, обеспечиваемая струйными принтерами, ненамного превосходит скорость печати матричными принтерами, а их стоимость - в два-три раза выше. Струйные принтеры вполне успешно применяются во всех случаях, когда скорость печати и качество не являются критическими факторами. Красящая жидкость ("чернила") для струйных принтеров помещается в специальных компактных картриджах. Она производится нескольких цветов, так что простой заменой картриджа можно обеспечить печать мно-гоцветных изображений. Ряд моделей струйных принтеров допускает одновременную многоцветную печать.

Для вывода графической информации в ПЭВМ применяются графопостроители (плоттеры). Плоттеры значительно дешевле, чем лазерные принтеры, хотя скорость вывода изображений у них значительно ниже. Достоинством плоттеров по сравнению с лазерными принтерами является также возможность использования для печати крупноформатной бумаги и пленки (вплоть до формата АО). Плоттеры выпускаются двух типов - рулонные и планшетные. В рулонных плоттерах бумажный лист перемещается транспортирующим валиком в вертикальном направлении, а пишущий узел - в горизонтальном. Рулонные плоттеры позволяют получать полноцветные изображения хорошего качества. В планшетных плоттерах лист бумаги фиксируется горизонтально на плоском столе, а пишущий узел (одно или несколько разноцветных перьев) перемещается по направляющим в двух направлениях - по осям Х и Y. Планшетные плоттеры обеспечивают более высокую по сравнению с рулонными точность печати рисунков и графиков.

5. ЛИТЕРАТУРА

1. Брябрин В.М. Программное обеспечение ЭВМ. - М.: Наука, 1988.

2. Вершинин ОД. Компьютер для школ, 1990.

3. Вычислительные машины, системы и сети / Под ред. А.П. Пятибратова. -М.: Финансы и статистика, 1991.

4. Герасименко В.А. Защита информации в автоматизирован-ных системах обработки данных. - В 2-х кн. - М.: Энергоатомиздат, 1994.

5. Гершторин Л.Г. Что такое АРМ бухгалтера. - М.: Финансы и статистика, 1988.

6. Гольц Г. Рабочие станции и информационные сети/ Пер. с англ. В.П. Нестерова; Под ред. П.В. Нестерова. - М.: Машиностроение, 1990.

7. Доил У. Табличный процессор Суперкалк. для персонально-го компьютера/ Пер. с англ. - М.: Финансы и статистика, 1987.

8. Жигарев А.Н., Макарова Н.В., Путинцева М.А. Основы компьютерной грамоты. -Л.: Машиностроение, 1987.

9. Локальные вычислительные сети/Под ред. С.В. Назарова. -В 3-х кн. - М.: Финансы и статистика, 1994 - 1995.

10. Нортон П. Программно-аппаратная организация IBM PC: Пер с англ. - М.: Радио и связь, 1991.

II. Нортон П. Персональный компьютер фирмы IBM и операционная система MS DOS: Пер. с англ. - М.: Радио и связь, 1991.

12. Охрименко С~А. Защита от компьютерных вирусов. -Кишинев, Штиинца, 1991.

13. Персональный компьютер для всех/ Под ред. А.Я. Савельева. - В 4-х кн. - М.: Высшая школа, 1991.

14. Свириденко С.С. Современные информационные технологии. - М.: Радио и связь, 1989.

15. Смирнов АД. Архитектура вычислительных систем. - М.: Наука, 1990.

16. Смирнов Н.Н. Программные средства персональных ЭВМ. -Л.: Машиностроение, 1990.

17. Фигурнов В.Э. IBM PC для пользователя. - М.: Финансы и статистика, 1994.

Флинт Д. Локальные системы ЭВМ. Архитектура, прин-ципы построения, реализация.: Пер. с англ. - М.: Финансы и статистика, 1986.

Якубайтис Э.А. Информатика - Электроника - Сети. - М.:

Финансы и статистика, 1984.