Функциональная схема компьютера. Основные устройства компьютера, их назначение и взаимосвязь

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Функциональная схема компьютера. Основные устройства компьютера, их назначение и взаимосвязь

 
 
 
 
          1. Функциональная схема компьютера. Основные устройства компьютера, их назначение и взаимосвязь. Общее представление о компьютере проще всего получить, последовательно раскрывая функциональное назначение тех или иных его аппаратных компонентов, обращая особое внимание на информационное взаимодействие компонентов компьютера.

Информация, обрабатываемая на компьютере, называется данными. Компьютер обрабатывает информацию по определенной инструкции, представляющей собой последовательность команд, которые компьютер может выполнить. Такая последовательность команд называется программой. Центральным устройством компьютера, устройством, которое выполняет программу по обработке данных, является процессор. Процессор может обрабатывать числовую, текстовую, графическую, видео и звуковую информацию. Все эти виды информации кодируются в последовательности электрических импульсов: есть импульс(1), нет импульса(0), т. е. в последовательности нулей и единиц. Однако пользователь очень плохо понимает информацию представленную в виде последовательности нулей и единиц(машинный язык). Поэтому в состав компьютера входят специальные устройства ввода и вывода информации. Устройства ввода переводят информацию с языка человека на язык компьютера, а устройства вывода, наоборот, переводят информацию с языка компьютера в форму, понятную человеку. Рассмотрим устройства ввода информации. Для ввода числовой и текстовой информации используется клавиатура. Для ввода графической информации или для работы с графическим интерфейсом программ чаще всего используется мышь или трекбол. Чтобы ввести в компьютер фотографию или рисунок используют сканер. Для ввода звуковой информации используют микрофон. Для управления компьютерными играми используют джойстик. Наиболее универсальным устройством вывода является монитор. Для сохранения числовой, текстовой и графической информации в виде "твердой копии" на бумаге используется принтер. Для вывода на бумагу сложных чертежей, рисунков и схем большого формата используется плоттер. Вывод звуковой информации осуществляется с помощью акустических колонок или наушников. 
Программа и данные должны быть загружены в специальное устройство оперативную память. Однако при выключении компьютера вся информация из оперативной памяти стирается. Для долговременного хранения различных программ и данных используются накопители на гибких магнитных дисках, жесткие диски и дисководы CD-ROM .  
Обмен информацией между отдельными устройствами компьютера производится по магистрали, соединяющей все устройства компьютера.

 

 

Процессор и внутренняя (оперативная) память.

Процессор ( микропроцессор) - самая главная часть компьютера. Он руководит всей работой компьютера и осуществляет связь между остальными частями компьютера, а также между компьютером и человеком. Нередко название компьютера ассоциируется с типом процессора, например Pentium. Процессор выполнен в виде сверхбольшой интегральной схемы. Он содержит большое число электронных компонентов, размещенных на маленькой кремниевой пластинке. Их число достигает нескольких миллионов. Чем больше компонентов содержит микропроцессор, тем выше производительность компьютера. Микропроцессор штырьками вставляется в специальное гнездо на системной плате, которое имеет форму квадрата с несколькими рядами отверстий по периметру. Обязательными компонентами микропроцессора являются арифметико-логическое устройство и блок управления. Арифметико-логическое устройство отвечает за выполнение арифметических и логических операций, а устройство управления координирует работу всех компонентов и выполнение процессов, происходящих в компьютере. Характеристиками микропроцессора служат тактовая частота и разрядность. Тактовая частота задает ритм жизни компьютера. Чем выше тактовая частота, тем меньше длительность выполнения одной операции и тем выше производительность компьютера. Производительность компьютера- это количество элементарных операций, выполняемых процессором за одну секунду. Тактовая частота определяет число тактов работы процессора в секунду. Под тактом понимают промежуток времени, в течение которого может быть выполнена элементарная операция. Современный персональный компьютер может выполнять миллионы элементарных операций в секунду. Тактовую частоту можно измерить и определить ее значение. Для этого используется единица измерения частоты-мегагерц (МГц)-миллион тактов в секунду. Разрядность процессора определяет размер машинного слова, обрабатываемого компьютером. Машинное слово-число бит, к которым процессор имеет одновременный доступ. С увеличением размера слова увеличивается объем информации, обрабатываемой процессором за один такт, что ведет к уменьшению количества тактов, необходимых для выполнения сложных операций. Чем больше размер слова, тем с большим объемом памяти может работать компьютер. Внутренняя(оперативная) память реализуется с помощью набора микросхем, установленных на материнской плате. Она предназначена для хранения программ и данных, с которыми процессор непосредственно работает. Память компьютера состоит из ячеек, местонахождение которых определяется уникальным адресом. В каждой ячейке хранится машинное слово, соответствующее какому-либо данному или элементу программы. От разрядности машинного слова зависит объем внутренней памяти. Емкость памяти измеряется в килобайтах, мегабайтах и гигабайтах. Кроме временных данных, которые определяются тем, что компьютер делает в настоящий момент, он должен знать и постоянно помнить некоторые стандартные программы и данные. Выключение питания компьютера не должно приводить к потере этой важной информации. Решение проблем хранения различных видов информации и надежного функционирования персонального компьютера привело к использованию оперативной памяти. 

Оперативная память- это электронная память для хранения программ и данных, которые обрабатываются процессором в данный момент времени. В оперативной памяти хранится временная информация, которая изменяется входе выполнения микропроцессором различных операций. Оперативная память обеспечивает режимы записи, считывания и хранения информации, причем в любой момент времени возможен доступ к любой произвольно выбранной ячейке памяти. Это свойство отражено в англоязычном названии оперативной памяти RAM (Random Access Memory-память с произвольным доступом). 
При выключении питания компьютера стирается вся находящаяся в оперативной памяти информация. Чтобы сохранить результаты обработки надолго, следует воспользоваться каким-либо внешним запоминающим устройством. Оперативная память характеризуется высоким быстродействием и относительно малым объемом. Для современных компьютеров диапазон емкости памяти составляет 8-256 Мбайт. Микросхемы оперативной памяти монтируются на маленькой плате. Каждая такая плата снабжена контактами, расположенными вдоь нижнего края. С их помощью плата вставляется в специальный разъем на системной плате. Системная плата имеет несколько разъемов для расширения памяти.  Устройства ввода информации. Компьютер понимает только два уровня сигналов, закодированных цифрами. Все проблемы помогают понять компьютеру устройства ввода. Устройства вывода решают обратную задачу. Результаты обработки данных компьютером устройства вывода преобразуют в форму, понятную человеку. Для подключения устройств ввода или вывода компьютер должен иметь или свободный порт, или свободный слот для платы расширения. Для обеспечения интерфейса компьютера с устройством необходимо не только аппаратное подключение, но и установка специальной программы, называемой драйвером. Драйвер устройства- это программа, управляющая работой конкретного устройства ввода-вывода информации. Многообразие периферийных устройств ввода определяется принципом ввода и видом вводимой информации. Устройства ввода можно разделить на два основных класса: 
с клавиатурным вводом, при котором осуществляется ручной ввод с клавиатуры; 
с прямым вводом, при котором данные считываются непосредственно компьютерными устройствами. В свою очередь, среди устройств с прямым вводом данных выделяются подклассы устройств: манипуляторы, сенсорные устройства, сканеры, устройства распознавания речи. Рассмотрим основные характеристики этих классов технических средств. 
 
Клавиатура 
 
Стандартным устройством ввода является клавиатура. Контроль вводимых данных осуществляется на экране монитора. Для работы в режиме национального алфавита необходима специальная программа- драйвер клавиатуры.

Манипуляторы 
 
Манипуляторы осуществляют непосредственный ввод информации, указывая курсором на экране монитора команду или место ввода данных. Манипуляторы, как правило, подключаются к коммуникационному порту.

Джойстик 
 
Джойстик представляет собой ручку управления и наиболее часто используется в компьютерных играх. Джойстики управляют перемещениями курсора по экрану.  
 
Мышь 
 
Мышь- наиболее распространенный вид манипулятора. Движение мыши отражается на экране монитора перемещением ее указателя. Качество мыши определяется ее разрешающей способностью, которая измеряется числом точек на дюйм- dpi (dot per inch). Эта характеристика определяет, насколько точно курсор будет передвигаться по экрану. Для мыши среднего класса разрешение составляет 400-800 dpi. Отличительные черты мыши: 
 
1)способ считывания информации: механический, оптический, оптико-механи- 
-ческий;

2)кол-во кнопок;

3)способ соединения(проводные  и беспроводные мыши).

Трекбол 
 
Трекбол(шаровой манипулятор)-это шар, расположенный на поверхности клавиатуры вместе с кнопками. Перемещение указателя по экрану обеспечивается вращением шара. 
 
Сенсорные устройства ввода.

Принцип ввода данных в сенсорных устройствах аналогичен принципу ввода в манипуляторах-координаторах. Сенсорный манипулятор. Сенсорный манипулятор-класс координатных устройств представляет собой коврик без мыши. В данном случае управление курсором производится простым движением пальца по коврику. Осуществляется полноэкранное управление курсором и разрешающая способность в 1000 точек на дюйм.

Сенсорный экран

Сенсорный экран представляет собой поверхность, которая покрыта специальным слоем. Это устройство дает возможность выбирать действие или команду, дотрагиваясь до экрана пальцем. Такими устройствами ввода пользуются в банковских компьютерах, аэропортах, а также в военной сфере и промышленности.

Световое перо

Световое перо имеет светочувствительный элемент на своем кончике. Соприкосновение пера с экраном замыкает фотоэлектрическую цепь и определяет место ввода или коррекции данных. Световое перо используется в различных системах проектирования и дизайна 
 
Графический планшет, дигитайзер

Графический планшет, дигитайзер, используется для ввода в компьютер чертежей или рисунков. Изображение преобразуется в цифровые данные, отсюда название устройства от английского слова digit, что означает- "цифра". Условия создания изображения приближены к реальным, достаточно специальным пером или пальцем сделать рисунок на специальной поверхности. Результаты работы дигитайзера воспроизводятся на экране монитора и в случае необходимости могут быть распечатаны на бумаге. Дигитайзерами пользуются архитекторы, дизайнеры.

Устройства сканирования

Термин "сканирование" происходит от английского слова to scan, что означает "пристально всматриваться". Изображение преобразуется в цифровую форму для дальнейшей обработки компьютером или воспроизведение на экране монитора. 
 
Cканер  
 
Сканер распознает изображение, автоматически создает его электронную копию, которая может быть сохранена в памяти компьютера. Отличительные черты сканеров: 

1) глубина распознавания цвета: черно-белые, с градацией серого, цветные;

2)оптическое разрешение, измеряющееся в точках на дюйм  и определяющее количество точек, которые сканер различает на  каждом дюйме; стандартные разрешения-200,300,600,1200 точек на дюйм;

3)программное обеспечение: обучаемые сканеры имеют образцы  почерков рукописного текста, интеллектуальные  сами обучаются;

4)конструкция: ручные, страничные  и планшетные.

К важнейшим характеристикам сканера также относятся время сканирования и максимальный размер сканируемого документа.

Сканеры находят широкое применение в издательской деятельности, системах проектирования, анимации, а также при создании иллюстративных материалов для презентаций, докладов, рекламы.

Устройства распознавания символов 

К устройствам распознавания символов относятся, например, терминалы больших универмагов они оснащены разнообразными устройствами считывания штрихкодов, специальных символов и меток для определения условий приобретения товара. Считанная информация преобразуется, выводится на экран или бумажный чек и по линиям связи передается на главный, более мощный компьютер.

 

 

Устройства распознавания речи

С помощью микрофона речь человека вводится в компьютер и преобразуется в цифровой код. Большинство систем распознавания речи могут быть настроены на особенности человеческого голоса. Это реализуется путем сравнения сказанного слова с образцами, записанными в памяти компьютера. Некоторые системы могут определять одинаковые слова, сказанные разными людьми. Системы распознавания речи находят широкое применение в сфере образования. 

Устройства вывода

Устройства вывода преобразуют машинное представление информации в форму, понимаемую человеком. К основным устройствам вывода относятся мониторы, принтеры, плоттеры, а также устройства вывода звуковой информации.  
 
Мониторы 
 
Монитор, или видеотерминал, предназначен для отображения символьной и графической информации. Большинство мониторов реализовано на базе электронно-лучевых трубок. Мониторы портативных компьютеров реализуются на основе жидко-кристаллических индикаторов. 
 
Основными характеристиками мониторов реализованных на базе электронно-лучевых трубок являются: разрешающая способность экрана, расстояние между точками на экране, величина диагонали экрана.