Общий состав ПК
Системный блок
В системном блоке размещаются:
• Блок питания
• Системная плата
• Платы расширения
• Процессор
• Устройства внутренней памяти
• Устройства внешней памяти и др.
Вместо термина "системный блок" иногда употребляют термин "платформа".
Системная плата
Системная плата является основной в системном блоке. Она содержит компоненты, определяющие архитектуру компьютера:
• центральный процессор
• постоянную (ROM) и оперативную (RAM) память, кэш-память
• интерфейсные схемы шин
• гнёзда расширения
• обязательные системные средства ввода-вывода и др.
Системные платы исполняются на основе наборов микросхем, которые называются чипсетами (ChipSets). Часто на системных платах устанавливают и контроллеры дисковых накопителей, видеоадаптер, контроллеры портов и др.
В гнёзда расширения системной платы устанавливаются платы таких периферийных устройств, как модем, сетевая плата, видеоплата и т.п.
Системная плата компьютера класса Pentium
1 —Разъём под центральный процессор;
2 — Дополнительный кэш объёмом 256 Кбайт;
3 — Разъём под дополнительный кэш;
4 — Контроллеры внешних устройств;
5 — Разъёмы накопителей на жёстких магнитных дисках;
6 — Разъёмы под оперативную память, 4 планки;
7 — Коннектор (соединитель) клавиатуры и мыши;
8 — Микросхема, обслуживающая флоппи-дисковод, последовательные порты и параллельный порт;
9 — Разъёмы 32-битной шины (для видеокарты, карты Интернет и др.);
10 — Перезаписываемая BIOS (Flash-память);
11 — Мультимедийная шина;
12 — Разъёмы 16-битной шины.
Процессор
Процессор осуществляет выполнение программ, работающих на компьютере, и управляет работой всех устройств компьютера.
Та часть процессора, которая выполняет команды, называется арифметико-логическим устройством (АЛУ), а другая его часть, выполняющая функции управления устройствами, называется устройством управления (УУ). Обычно эти два устройства выделяются чисто условно, конструктивно они не разделены. В составе процессора находится еще несколько устройств, называемых регистрами.
У компьютеров четвертого поколения функции центрального процессора выполняет микропроцессор (МП) - сверхбольшая интегральная схема (СБИС), реализованная в едином полупроводниковом кристалле (кремния или германия) площадью меньше 10 кв. см, которая выполняет все функции управляющего устройства. Кристалл-пластинка обычно помещается в пластмассовый или керамический плоский корпус и соединяется золотыми проводками с металлическими штырьками, чтобы его можно было присоединить к системной плате компьютера.
Микропроцессоры различаются рядом важных характеристик:
• тактовой частотой обработки информации;
• разрядностью;
• адресным пространством.
Тактовая частота обработки информации
Тактом называют время между началом подачи двух последовательных импульсов электрического тока, синхронизирующих работу различных устройств компьютера. Специальные импульсы для отсчета времени для всех устройств вырабатывает тактовый генератор частоты, расположенный на системной плате. Тактовая частота определяется как количество тактов в секунду и измеряется в мегагерцах(1МГц= 1 млн. тактов/сек). Микропроцессоры с наибольшей тактовой частотой обладают и наибольшим быстродействием - количество операций, выполняемых ими в секунду - MIPS(миллион инструкций в сек).
Разрядность процессора
Разрядность процессора - это число битов, обрабатываемых процессором одновременно. Процессор может быть 8-, 16-, 32- и 64-разрядным. Вместе с быстродействием разрядность характеризует объем информации, перерабатываемый процессором компьютера за единицу времени.
Адресное пространство (адресация памяти)
Объем физически адресуемой МП оперативной памяти называется его адресным пространством. Он определяется разрядностью внешней шины адреса. Поэтому разрядность процессора часто уточняют записывая, например, 32/32, это значит МП имеет 32-х разрядную шину данных и 32-х разрядную шину адреса, т.е. одновременно обрабатывается 32 бита информации, а объем адресного пространства МП составляет 4Гбайта.
Устройства ввода
Устройства ввода - это устройства, которые преобразуют информацию из формы, понятной человеку, в форму, понятную компьютеру. К ним относятся:
- Манипуляторы
- Сканер
- Клавиатура
- Микрофон
- Фотоаппарат
- Камеры
Манипулятор "Мышь"
По принципу действия мыши делятся на оптико-механические и оптические. Пока большинство мышей оптико-механические - они дешевы, но требуют периодической чистки. Оптические мыши отличаются высокой надежностью и точностью позиционирования на экране, но они дороги.
Беспроводная (по-английски - cordless) мышка - состоит из двух частей: самой мышки и приемника сигнала, соединенного с портом компьютера. Внутри мышки установлен радиопередатчик. который действует на расстоянии до 3 метров. В приемнике, соответственно, радиоприемник. Питание мышки осуществляется от батарейки. Беспроводные мышки создавались и ранее, но сигнал передавался при помощи инфракрасных или ультрафиолетовых лучей, как в пультах управления телевизоров.
Неудобство заключалось в том, что приемник должен был находиться на столе и излучатель мышки должен был быть направленным на него. Но, тем не менее, эта мышка все равно была удобнее обычной. Приемник современной беспроводной радио мышки может находиться за компьютером. Такая мышка очень удобна.
Еще мыши различаются и по своим управляющим возможностям. Раньше по этому признаку мыши разделялись в основном на "двухкнопочные" и "трехкнопочные".
История создания мыши
Первые персональные компьютеры имели единственное устройство для ввода информации и управления работой компьютера — клавиатуру. Но для более простого управления нужно было придумать другую, параллельную клавиатуре, систему. За эту работу взялся Дуглас Энджелбарт из Стенфордского исследовательского института (США). Он разработал систему меню, которая могла управляться двигающимся графическим объектом, изображенном на экране (курсором). Управлять этим курсором можно было при помощи миниатюрного устройства — манипулятора с несколькими (2-3) кнопками.
Манипулятор разрабатывался в 1963-65 г.г. В 1970 Энджелбарт получил патент на манипулятор. Вначале манипулятор назывался “Индикатор позиции X-Y”. Созданный манипулятор соединяется с компьютером при помощи шнура и внешне напоминает мышку. Его шутя назвали "мышка", а потом этот термин закрепился и стал официальным.
Принцип работы мышки
Наиболее распространенные мышки имеют в качестве элемента, следящего за ее движением шарик, сделанный из плотного резинопластика. При движении мышки по поверхности, шарик вращается и передает вращение двум металлическим валикам, которые вращаются один вдоль направления движения мышки, а другой — поперек. Вращение валиков регистрируется специальными устройствами. Валики существуют для того, чтобы выделять направления вдоль оси X и вдоль оси Y. Таким образом в каждый момент времени для положения мышки фиксируются координаты X и Y в условной координатной плоскости. Эти координаты передаются в компьютер. Компьютер устанавливает курсор на экране в соответствии с этими координатами.
Трекбол
Одной из разновидностей мышки является манипулятор Trackball (можно перевести как шарик, прокладывающий путь), который выглядит как перевернутая мышка с большим шариком. Русского названия этого манипулятора пока нет, поэтому используется английское, которое произносится "трекбол". Этот манипулятор сам не движется, поэтому не требует подкладки, как мышка, и не занимает много места на столе. Движущуюся часть - шарик вращают рукой. На манипуляторе "трекбол", как и на мышке, есть две или три кнопки.
Световой карандаш
Световой карандаш — это устройство, напоминающее обычную авторучку с проводом. На конце ручки находится светоприемник, который может регистрировать изменение яркости точек экрана. Световым пером можно указывать на элементы экрана и управлять ими. Например, можно рисовать. Аналог светового пера — световой пистолет применяется в игровых приставках.
Сенсорный экран (тачпад)
Сенсорный экран служит для управления компьютером при помощи касания экрана пальцами. Обычно сенсорный экран применяется в справочных компьютерах в музеях, на выставках, на вокзалах и в аэропортах. Сенсорный экран может быть встроен в обычный монитор или помещаться поверх экрана монитора, в этом случае он соединяется с одним из портов компьютера. Часто используется в ноутбуках, на некоторых видах клавиатуры.
Разрешающая способность сенсорного экрана невелика. Самый мелкий элемент сенсорного экрана — это 1/256 часть экрана.
Существуют две технологии создания сенсорных экранов:
1. Емкостный сенсорный экран - фиксация изменения электрической емкости при соприкосновении пальца с экраном (имеют более широкое применение).
2. На двух перпендикулярных сторонах сенсорного экрана находятся излучатели инфракрасного или ультрафиолетового света, а на двух противоположных сторонах находятся приемники этого излучения. Когда палец перекрывает невидимые лучи, это фиксируется приемниками.
Емкостный сенсорный экран Наладонный компьютер Излучательный сенсорный экран
Джойстик
Джойстик - внешнее устройство компьютера - средство для выполнения игровых функций. Поэтапное развитие джойстиков привело к тому, что сегодня с помощью этих уже достаточно сложных манипуляторов игрок в состоянии полностью отказаться от использования клавиатуры. Джойстик для того и предназначен, чтобы играть, а клавиатуру лучше оставить для чего-нибудь другого.
Клавиатура
Клавиатура — это устройство ввода в компьютер текстовой информации. Показан внешний вид стандартной клавиатуры для работы в Windows.
Сильно упрощенная принципиальная схема клавиатуры
Сканер
Сканер (Scanner) — устройство для копирования графической и текстовой информации и ввода ее в компьютер. Сканеры бывают четырех типов — ручные, планшетные, барабанные сканеры и фотосканеры.
Ручной сканер Планшетный сканер Барабанный сканер Фотосканер
Ручной сканер. Сканер держат рукой и проводят по тексту или изображению. Полупроводниковый лазер посылает луч на изображение. Луч отражается от листа и попадает на полупроводниковый элемент - светоприемник. В светоприемнике свет преобразуется в электрический сигнал, который затем переводится в цифровую форму. В компьютере цифровой сигнал записывается в виде графического файла. Если ручной сканер не может захватить лист по всей ширине, то приходится проводить сканером повторно. Для того, чтобы "сшить" два изображения, к сканеру прилагается специальная программа.
Планшетный сканер. Эти сканеры бывают разных форматов: А4 и Letter. В планшетных сканерах лист кладется на прозрачное стекло. Под стеклом находится мощный источник ультрафиолетового света в виде световой трубки, расположенной по ширине листа. Рядом с трубкой расположен светоприемник. При помощи электрического механизма трубка со светоприемником протягивается вдоль листа, сканируя изображение.
Барабанный сканер. Этот тип сканеров служит для быстрого сканирования одиночных листов. Лист протягивается через сканер, а в это время происходит сканирование изображения.
Фотосканер служит для получения изображения со слайдов или фотопленок. В сканере есть съемные картриджи для заправки слайдов или пленок.
Сканирование выполняется при помощи светового луча. Источник света перемещается вдоль оригинала, считывая изображение.
Дигитайзер
Дигитайзер (Digitizer) — устройство для оцифровки чертежей и других изображений.
Большой дигитайзер Планшетный дигитайзер
Дизайнер, работающий с настольным дигитайзером
Дигитайзер позволяет преобразовать изображения в цифровую форму для обработки в компьютере. Оцифровка чертежей производится при помощи манипулятора, напоминающего мышку, но имеющего большее количество кнопок. Нажатием кнопок фиксируется положение основных элементов чертежа, затем чертеж достраивается при помощи специальной программы.
Микрофон
Микрофон, изобретенный 1878 Юзом (Hughes) прибор для усиления и передачи очень слабых звуков.
Сущность микрофона в том, что самые слабые звуки приводят при помощи резонансной пластинки в колебание уголька, через который проходит гальванический ток.
Цифровой фотоаппарат
Цифровой фотоаппарат — это фотоаппарат, который записывает изображение не на фотопленку, а на приемный экран - иконоскоп. Изображение с иконоскопа переводится в цифровую форму и хранится в памяти фотокамеры. В зависимости от применяемых носителей памяти фотокамера может хранить от нескольких до десятков кадров. После съемки фотокамера присоединяется к компьютеру и кадры в виде файлов переписываются в компьютер. Также есть возможность переписывать изображение сразу в память фотопринтера.
Каждая компания, производящая цифровые фотоаппараты, выпускает модельный ряд аппаратов от любительских до профессиональных. Для примера приведем 6 из 16 моделей, выпускаемых компанией Sony к середине 2003 года.
Устройства вывода
Устройства вывода - это устройства, которые преобразуют информацию из формы, понятной компьютеру, в форму, понятную человеку.
Принтер
Принтер (Printer), или печатающее устройство, предназначеное для вывода информации из компьютера на бумагу. Все современные принтеры могут выводить текстовую информацию, а также рисунки и другие изображения. Существует несколько тысяч моделей принтеров, которые могут использоваться с персональными компьютерами, все они могут быть разделены на четыре основных типа — матричные, струйные, лазерные и фотопринтеры.
Матричные принтеры — ранее были наиболее распространенными, но в настоящее время они вытесняются струйными и лазерными. Принцип печати этих принтеров таков: печатающая головка принтера содержит вертикальный ряд тонких металлических стержней (их называют иголками). Головка движется вдоль печатаемой строки, а иголки в нужный момент ударяют по бумаге через красящую ленту. Это и обеспечивает формирование на бумаге символов и изображений. Движением иголок управляют миниатюрные электромагниты. В недорогих моделях принтеров используется печатающая головка с 9 иголками. Качество печати у таких принтеров невысокое. Более качественная печать обеспечивается принтерами с 18 и 24 иголками.
В струйных принтерах изображение формируется микроскопическими каплями краски, вылетающих на бумагу через маленькие отверстия. В качестве элементов, выталкивающих струи чернил, используются пьезокристаллы. Пьезокристаллы имеют свойство расширяться, если к ним подводится электричество. Пьезокристаллы устанавливают в печатающую головку таким образом, что они расширяются в том направлении, в котором должны вылетать капельки чернил. Этот способ печати обеспечивает более высокое качество печати по сравнению с матричными принтерами, он очень удобен для цветной печати. Разрешающая способность струйных принтеров - 300 точек на дюйм, т.е. на одном дюйме (1 дюйм = 2,54 см) помещается 300 хорошо различимых точек. Эта характеристика показывает величину точки. Чем больше разрешающая способность, тем меньше точка, и тем качественнее изображение.
Лазерные принтеры обеспечивают в настоящее время наилучшее (часто лучше типографского) качество печати. В этих принтерах для печати используются лазерный луч, управляемый компьютером. В лазерном принтере имеется валик, покрытый полупроводниковым веществом, которое электризуется от попадания лазерного света. Луч при помощи поворотного зеркала направляется в то место валика, где должно быть изображение. Это место электризуется и к нему "прилипают" мельчайшие частицы сухой краски, которая находится в контейнере под валиком. После этого валик прокатывается по листу бумаги и краска переходит на бумагу. Чтобы красящий порошок закрепился, специальный механизм проводит бумагу через нагревательный элемент и краска спекается.
В фотодиодных принтерах вместо лазера имеется полоса, состоящая из большого количества фотодиодов, свет которых электризует полупроводниковый барабан, все остальное происходит так же как и в лазерном принтере. Фотодиоды — это полупроводниковые элементы, которые светятся, если к ним подвести электрический ток. Разрешающая способность лазерных и фотодиодных принтеров от 300 до 1200 точек на дюйм.
С появлением цифровых фотоаппаратов, возникла необходимость использовать их не только для создания цифровых фото изображений, но и для печати обычных бумажных фотографий. Для этой цели были разработаны сублимационные принтеры (фотопринтеры). Сублимационная технология печати ранее была применена в цветных копировальных аппаратах. В сублимационных принтерах красящий порошок наносится также как в фотодиодных принтерах, но затем при помощи нагревательных элементов каждая частичка порошка очень быстро плавится и спекается. Получается четкое, яркое изображение. Печать ведется на бумагу, по составу похожую на обычную фотобумагу, но без желатинового слоя. Бумага для фото принтеров бывает матовой и глянцевой. Файл с изображением подается в фотопринтер из компьютера или напрямую, из карты флеш-памяти.
Мониторы
Монитор - это устройство в составе компьютера, предназначенное для вывода на экран текстовой, графической и видео информации.
По устройству мониторы делятся на:
1. ЭЛТ мониторы (на основе электронно-лучевых трубок - CRT)
2. ЖК мониторы (на основе жидко-кристаллических панелей - DSTN или TFT)
3. Газоплазменные мониторы
В электронно - лучевом мониторе изображение выводится по “строчкам”, которые рисует электронный луч, пробегая по экрану. Эти мониторы сейчас наиболее распространены из-за хорошего качества изображения и сравнительно невысокой цены.
Один из самых больших недостатков лучевых мониторов — вредное воздействие на здоровье человека. При длительной работе и несоблюдении правил техники безопасности ухудшается зрение, возникают головные боли, бессонница. На пользователя попадают вредные лучи, экран слегка мерцает, электронная пушка “съедает” кислород в комнате.
У жидкокристаллических мониторов экран представляет собой матрицу, каждый элемент которой — жидкий кристалл (как в электронных часах). Кристаллы сами не светятся, они освещаются специальными лампами. Под действием электрических сигналов кристаллы меняют свои оптические свойства, моделируя на экране элементы изображения.
1. К достоинствам этих мониторов, прежде всего, следует отнести отсутствие вредного излучения, мерцания экрана, сжигания кислорода в помещении.
2. Приятными качествами являются малый вес, малая толщина (можно вешать на стену) и небольшое потребление электроэнергии (могут питаться от батарейки или небольшого аккумулятора).
3. Цена, в два раза больше цены лучевых мониторов, объясняется сложностью процесса изготовления.
4. Цветопередача и яркость этих мониторов зависит от угла зрения. Если смотреть на монитор сбоку, сверху или снизу, экран тускнеет. Не всегда монитор успевает перерисовывать на экране быстрые движения, и они получаются немного смазанными.
5. Следует отметить, что развитие технологий происходит очень быстро и, возможно, в момент чтения этих строк, жидкокристаллические мониторы уже освободились от указанных выше недостатков.
Экран газоплазменных мониторов, как и жидкокристаллических, содержит матрицу, но ячейки заполнены не жидкими кристаллами, а газовой смесью. Газ светится под воздействием электрического тока (плазменный разряд). Примерно так же работают лампы дневного света.
Плазменные мониторы — это, как правило, мониторы с тонким, но очень большим экраном (40 и больше дюймов по диагонали). Дело в том, что газовая ячейка не может быть пока такой же маленькой, как жидкокристаллическая. Смотреть на такие мониторы нужно с приличного расстояния, иначе будет заметна клетчатая структура экрана.
Плазменные мониторы используются сейчас в основном для показа компьютерного изображения большой аудитории и в дорогих телевизорах (домашних кинотеатрах). На плазменных мониторах изображение получается очень высокого качества, и оно не зависит (как у жидкокристаллических) от угла зрения. Сбоку, снизу, сверху — картинка видна одинаково хорошо. Плазменные мониторы, так же как и жидкокристаллические, безвредны для зрения и здоровья в целом. К положительным качествам можно добавить быструю перерисовку экрана (никакой смазанности движений). К сожалению, плазменные мониторы пока слишком дороги. Их цена превышает стоимость жидкокристаллических собратьев в несколько раз.
Существенным недостатком плазменного монитора является высокая потребляемая мощность (в несколько раз выше, чем у лучевого). Наконец, у плазменных мониторов сравнительно небольшой срок службы (5-10 лет). Это связано с довольно быстрым выгоранием элементов, свойства которых быстро ухудшаются, и экран становится менее ярким.
Плоттер
Плоттер (Plotter) или графопостроитель — устройство для вывода из компьютера различных чертежей, географических карт, плакатов и других изображений на бумагу большого формата. Плоттеры бывают монохромными и цветными. По технологии нанесения изображения плоттеры делятся на перьевые и струйные.
Колонки, наушники
Для вывода звуковой информации используются колонки, наушники, динамики.