Архитектура персонального компьютера

    Достоинства CD-ROM:

• При малых физических размерах CD-ROM обладают высокой информационной ёмкостью, что позволяет использовать их в справочных системах и в учебных комплексах с богатым иллюстративным материалом; один CD, имея размеры примерно дискеты, по информационному объёму равен почти 500 таким дискетам.
• Считывание информации с CD происходит с высокой скоростью, сравнимой со скоростью работы винчестера.
• CD просты и удобны в работе, практически не изнашиваются.
• CD не могут быть поражены вирусами.
• На CD-ROM невозможно случайно стереть информацию.
• Стоимость хранения данных (в расчете на 1 Мбайт) низкая.

    В отличие от магнитных дисков, компакт-диски  имеют не множество кольцевых дорожек, а одну — спиральную, как у грампластинок. В связи с этим, угловая скорость вращения диска не постоянна. Она линейно уменьшается в процессе продвижения читающей магнитной головки к центру диска.

    Для работы с CD ROM нужно подключить к компьютеру накопитель CD-ROM (CD-ROM Drive), в котором компакт-диски сменяются как в обычном проигрывателе. Накопители CD-ROM часто называют проигрывателями CD-ROM или приводами CD-ROM.

    Участки CD, на которых записаны символы "0" и "1", отличаются коэффициентом отражения лазерного луча, посылаемого накопителем CD-ROM. Эти отличия улавливаются фотоэлементом, и общий сигнал преобразуется в соответствующую последовательность нулей и единиц. Многие накопители CD-ROM способны воспроизводить обычные аудио-CD. Это позволяет пользователю, работающему за компьютером, слушать музыку в фоновом режиме.

    Есть CD-RW для записи на специальные компакт  диски CD-R от 650 – 700 Mb и CD-RW для неоднократной  записи емкостью от 650 – 700 Mb. Со временем на смену CD-ROM могут прийти цифровые видеодиски DVD (читается "ди-ви-ди"). Эти диски имеют тот же размер, что и обычные CD, но вмещают до 28 Гбайт данных, т. е. по объёму заменяют семь и более стандартных дисков CD-ROM. В скором времени ёмкость дисков DVD возрастет до 48 Гбайт. DVD диски бывают 1, 2 и 4-х слойные, для проигрывания DVD дисков необходим DVD-ROM.

    Накопитель  на магнитооптических компакт-дисках CD-MO (Compact Disk-Magneto Optical). Диски CD-MO можно многократно использовать для записи, но они не читаются на традиционных дисководах CD-ROM. Ёмкость от 128 Мбайт до 2,6 Гбайт. Записывающий накопитель CD-R (Compact Disk Recordable) способен, наряду с прочтением обычных компакт-дисков, записывать информацию на специальные оптические диски. Ёмкость 650 Мбайт. Накопитель WARM (Write And Read Many times), позволяет производить многократную запись и считывание. Накопитель WORM (Write Once, Read Many times), позволяет производить однократную запись и многократное считывание. Накопитель ZIP и JAZZ на дисках емкостью от 100 Mb до 2,2 Gb.

    Стример (англ. tape streamer) — устройство для  резервного копирования больших  объёмов информации. В качестве носителя здесь применяются кассеты с  магнитной лентой ёмкостью 1 – 2 Гбайта и больше. Стримеры позволяют записать на небольшую кассету с магнитной лентой огромное количество информации. Встроенные в стример средства аппаратного сжатия позволяют автоматически уплотнять информацию перед её записью и восстанавливать после считывания, что увеличивает объём сохраняемой информации. Недостатком стримеров является их сравнительно низкая скорость записи, поиска и считывания информации.

    В последнее время всё шире используются накопители на сменных дисках, которые  позволяют не только увеличивать  объём хранимой информации, но и  переносить информацию между компьютерами. Объём сменных дисков — от сотен Мбайт до нескольких Гигабайт.

Основные  внешние устройства ПК

Клавиатура

    Клавиатура  служит для ввода информации в  компьютер и подачи управляющих  сигналов. Она содержит стандартный  набор алфавитно-цифровых клавиш и некоторые дополнительные клавиши — управляющие и функциональные, клавиши управления курсором, а также малую цифровую клавиатуру. Курсор — светящийся символ на экране монитора, указывающий позицию, на которой будет отображаться следующий вводимый с клавиатуры знак. Все символы, набираемые на клавиатуре, немедленно отображаются на мониторе в позиции курсора.

    Наиболее  распространена сегодня 101-клавишная  клавиатура с раскладкой клавиш QWERTY (читается “кверти”), названная так  по клавишам, расположенным в верхнем левом ряду алфавитно-цифровой части клавиатуры. Такая клавиатура имеет 12 функциональных клавиш, расположенных вдоль верхнего края. Нажатие функциональной клавиши приводит к посылке в компьютер не одного символа, а целой совокупности символов. Функциональные клавиши могут программироваться пользователем. Например, во многих программах для получения помощи (подсказки) задействована клавиша F1, а для выхода из программы — клавиша F10.

Управляющие клавиши  имеют следующее назначение:

• Enter — клавиша ввода;
• Esc (Escape — выход) клавиша для отмены каких-либо действий, выхода из программы, из меню и т. п.;
• Ctrl и Alt — эти клавиши самостоятельного значения не имеют, но при нажатии совместно с другими управляющими клавишами изменяют их действие;
• Shift (регистр) — обеспечивает смену регистра клавиш (верхнего на нижний и наоборот);
• Insert (вставлять) — переключает режимы вставки (новые символы вводятся посреди уже набранных, раздвигая их) и замены (старые символы замещаются новыми);
• Delete (удалять) — удаляет символ с позиции курсора;
• Back Space или — удаляет символ перед курсором;
• Home и End — обеспечивают перемещение курсора в первую и последнюю позицию строки, соответственно;
• Page Up и Page Down — обеспечивают перемещение по тексту на одну страницу (один экран) назад и вперед, соответственно;
• Tab — клавиша табуляции обеспечивает перемещение курсора вправо сразу на несколько позиций до очередной позиции табуляции;
• Caps Lock — фиксирует верхний регистр, обеспечивает ввод прописных букв вместо строчных;
• Print Screen — обеспечивает печать информации, видимой в текущий момент на экране.

    Длинная нижняя клавиша без названия —  предназначена для ввода пробелов.

    Малая цифровая клавиатура используется в  двух режимах — ввода чисел  и управления курсором. Переключение этих режимов осуществляется клавишей Num Lock.

    Клавиатура  содержит встроенный микроконтроллер (местное устройство управления), который  выполняет следующие функции:

• последовательно опрашивает клавиши, считывая введенный сигнал и вырабатывая двоичный скан-код клавиши;
• управляет световыми индикаторами клавиатуры;
• проводит внутреннюю диагностику неисправностей;
• осуществляет взаимодействие с центральным процессором через порт ввода-вывода клавиатуры.

    Клавиатура  имеет встроенный буфер — промежуточную  память малого размера, куда помещаются введённые символы. В случае переполнения буфера нажатие клавиши будет  сопровождаться звуковым сигналом —  это означает, что символ не введён (отвергнут). Работу клавиатуры поддерживают специальные программы, "зашитые" в BIOS, а также драйвер клавиатуры, который обеспечивает возможность ввода русских букв, управление скоростью работы клавиатуры и др.

Видеосистема  компьютера

    Видеосистема  компьютера состоит из трех компонент:

• монитор (называемый также дисплеем);
• видеоадаптер;
• программное обеспечение (драйверы видеосистемы).

    Видеоадаптер  посылает в монитор сигналы управления яркостью лучей и синхросигналы  строчной и кадровой развёрток. Монитор  преобразует эти сигналы в  зрительные образы. А программные  средства обрабатывают видеоизображения, выполняют кодирование и декодирование сигналов, координатные преобразования, сжатие изображений и др.

    Монитор — устройство визуального отображения  информации (в виде текста, таблиц, рисунков, чертежей и др.). Подавляющее большинство мониторов сконструированы на базе электронно-лучевой трубки (ЭЛТ), и принцип их работы аналогичен принципу работы телевизора. Мониторы бывают алфавитно-цифровые и графические, монохромные и цветного изображения. Современные компьютеры комплектуются, как правило, цветными графическими мониторами.

    Основной  элемент дисплея — электронно-лучевая  трубка. Её передняя, обращенная к зрителю  часть, с внутренней стороны покрыта  люминофором — специальным веществом, способным излучать свет при попадании  на него быстрых электронов. Люминофор наносится в виде наборов точек трёх основных цветов — красного, зелёного и синего. Эти цвета называют основными, потому что их сочетаниями (в различных пропорциях) можно представить любой цвет спектра. Наборы точек люминофора располагаются по треугольным триадам. Триада образует пиксел — точку, из которых формируется изображение (англ. pixel — picture element, элемент картинки). Расстояние между центрами пикселов называется точечным шагом монитора. Это расстояние существенно влияет на чёткость изображения. Чем меньше шаг, тем выше чёткость. Обычно в цветных мониторах шаг составляет 0,24 мм. При таком шаге глаз человека воспринимает точки триады как одну точку "сложного" цвета.

    На  противоположной стороне трубки расположены три (по количеству основных цветов) электронные пушки. Все три пушки "нацелены" на один и тот же пиксел, но каждая из них излучает поток электронов в сторону "своей" точки люминофора. Чтобы электроны беспрепятственно достигали экрана, из трубки откачивается воздух, а между пушками и экраном создаётся высокое электрическое напряжение, ускоряющее электроны.

    Перед экраном на пути электронов ставится маска — тонкая металлическая  пластина с большим количеством  отверстий, расположенных напротив точек люминофора. Маска обеспечивает попадание электронных лучей только в точки люминофора соответствующего цвета. Величиной электронного тока пушек и, следовательно, яркостью свечения пикселов, управляет сигнал, поступающий с видеоадаптера.

Рис. 3. Ход  электронного пучка по экрану.

    На  ту часть колбы, где расположены  электронные пушки, надевается отклоняющая  система монитора, которая заставляет электронный пучок пробегать  поочерёдно все пикселы строчку за строчкой от верхней до нижней, затем возвращаться в начало верхней строки и т. д.

    Количество  отображённых строк в секунду  называется строчной частотой развертки. А частота, с которой меняются кадры изображения, называется кадровой частотой развёртки. Последняя не должна быть ниже 60 Гц, иначе изображение будет мерцать.

    Наряду  с традиционными ЭЛТ-мониторами все шире используются плоские жидкокристаллические (ЖК) мониторы. Жидкие кристаллы —  это особое состояние некоторых  органических веществ, в котором они обладают текучестью и свойством образовывать пространственные структуры, подобные кристаллическим. Жидкие кристаллы могут изменять свою структуру и светооптические свойства под действием электрического напряжения. Меняя с помощью электрического поля ориентацию групп кристаллов и используя введённые в жидкокристаллический раствор вещества, способные излучать свет под воздействием электрического поля, можно создать высококачественные изображения, передающие более 15 миллионов цветовых оттенков.

    Большинство ЖК-мониторов использует тонкую плёнку из жидких кристаллов, помещённую между  двумя стеклянными пластинами. Заряды передаются через так называемую пассивную матрицу — сетку  невидимых нитей, горизонтальных и  вертикальных, создавая в месте пересечения нитей точку изображения (несколько размытого из-за того, что заряды проникают в соседние области жидкости).

    Активные  матрицы вместо нитей используют прозрачный экран из транзисторов и  обеспечивают яркое, практически не имеющее искажений изображение. Панель при этом разделена на 308160 (642х480) независимых ячеек, каждая из которых состоит из четырех частей (для трёх основных цветов и одна резервная). Таким образом, экран имеет почти 1,25 млн. точек, каждая из которых управляется собственным транзистором.

    По  компактности такие мониторы не знают  себе равных. Они занимают в 2 – 3 раза меньше места, чем мониторы с ЭЛТ  и во столько же раз легче; потребляют гораздо меньше электроэнергии и  не излучают электромагнитных волн, воздействующих на здоровье людей.

    Разновидность монитора — сенсорный экран. Здесь  общение с компьютером осуществляется путём прикосновения пальцем  к определённому месту чувствительного  экрана. Этим выбирается необходимый  режим из меню, показанного на экране монитора. Меню — это выведенный на экран монитора список различных вариантов работы компьютера, по которому можно сделать конкретный выбор. Сенсорными экранами оборудуют рабочие места операторов и диспетчеров, их используют в информационно-справочных системах и т. д.

    Видеоадаптер — это электронная плата, которая обрабатывает видеоданные (текст и графику) и управляет работой дисплея. Содержит видеопамять, регистры ввода вывода и модуль BIOS. Посылает в дисплей сигналы управления яркостью лучей и сигналы развертки изображения. Наиболее распространенный видеоадаптер на сегодняшний день — адаптер SVGA (Super Video Graphics Array — супервидеографический массив), который может отображать на экране дисплея 1280х1024 пикселей при 256 цветах и 1024х768 пикселей при 16 – 32 миллионах цветов.

    С увеличением числа приложений, использующих сложную графику и видео, наряду с традиционными видеоадаптерами  широко используются разнообразные  устройства компьютерной обработки  видеосигналов:

• Графические акселераторы (ускорители) — специализированные графические сопроцессоры, увеличивающие эффективность видеосистемы. Их применение освобождает центральный процессор от большого объёма операций с видеоданными, так как акселераторы самостоятельно вычисляют, какие пиксели отображать на экране и каковы их цвета.
• Фрейм-грабберы, которые позволяют отображать на экране компьютера видеосигнал от видеомагнитофона, камеры, лазерного проигрывателя и т. п., с тем, чтобы захватить нужный кадр в память и впоследствии сохранить его в виде файла.
• TV-тюнеры — видеоплаты, превращающие компьютер в телевизор. TV-тюнер позволяет выбрать любую нужную телевизионную программу и отображать ее на экране в масштабируемом окне. Таким образом можно следить за ходом передачи, не прекращая работу.