Лекция по "Информатике"

      Важнейшей характеристикой процессора является тактовая частота величина, показывающая, сколько элементарных операций – тактов микропроцессор выполняет за одну секунду. Тактовая частота измеряется в мегагерцах (МГц) (1 МГц = 1 млн. тактов в секунду) и для разных процессоров имеет следующие значения: 4,77 МГц (Intel 8088), 16-25 МГц (Intel 80286), 25-40 МГц (Intel 80386), 33-100 МГц (Intel 80486), 75-500 МГц (Pentium).

      Быстродействие  процессора определяется отношением тактовой частоты к количеству тактов, требующихся  процессору для выполнения простой  команды, т. е. количеством элементарных операций (например, сложение), выполняемых  за одну секунду.

      Процессоры  могут дополняться арифметическими сопроцессорами, дополняющими функциональные возможности центрального процессора и увеличивающими производительность компьютера при выполнении трудоемких математических расчетов при работе с графикой. Фирмы-производители процессоров стремятся создать процессоры со все большей производительностью. В начале 2000 г. был  достигнут рубеж частоты процессора 1 ГГц (10⁹ МГц); современные комп`ы оснащены процессорами с тактовой частотой до 2 ГГц.

Память

      Память (memory) предназначена для хранения данных и программ их обработки. Различают следующие виды памяти компьютера: внутреннюю и внешнюю.

      Встроенная  в компьютер и непосредственно  управляемая им память называется внутренней. Она разделяется на постоянное запоминающее устройство (ПЗУ, или ROM - Read Опlу Memory - память только для чтения) и оперативную память (RAM - Random Access Memory). В ПЗУ компьютера хранится базовая система ввода-вывода (BIOS - Basic Input Output System), которая состоит из программы тестирования памяти и периферийного оборудования компьютера, а также программы запуска операционной системы.

      Оперативной памятью называется программно-адресуемая память, быстродействие которой соизмеримо с быстродействием процессора. В ней хранятся исполняемые в данный момент программы и оперативно необходимые для этого данные. Недостатком оперативной памяти является ее энергозависимость, т. е. при выключении компьютера все содержимое оперативной памяти стирается. Объем оперативной памяти - это одна из важнейших характеристик компьютера.

      Для того чтобы процессор не простаивал в связи с ожиданием получения данных из оперативной памяти, компьютеры оснащаются кэш-памятью, т. е. «сверхоперативной» памятью относительно небольшого объема (от 64 до 256 Кбайт). Кэш-память (cache memory - память немедленного доступа) является «посредником» между процессором и оперативной памятью. В ней хранятся наиболее часто используемые участки оперативной памяти. Вследствие того, что время доступа процессора к кэш-памяти в несколько раз меньше, чем к обычной памяти, среднее время доступа к памяти значительно уменьшается.

      Размер  оперативной памяти современных персональных компьютеров от 16 до 4000 Мбайт.

 

      Внешней памятью называются энергонезависимые средства памяти на сменных носителях (магнитные диски, магнитные ленты, перфоленты и другие носители информации: оптические диски, магнито-оптические диски), предназначенные для хранения больших массивов данных.

      До  недавнего времени для хранения архивов, переноса информации с одного компьютера на другой использовались гибкие магнитные диски (FDD - Flорру Disk Drive). Для работы с ними в системный блок был встроен накопитель информации на гибких магнитных дисках (НГМД - дисковод) емкостью от 360 Кбайт до 2,88 Мбайт  
(1 Мбайт памяти позволяет запомнить около 700 страниц машинописного текста).

      Были широко распространены следующие типы дискет: диаметром 5,25 дюйма (объем памяти от 360 Кбайт до 1,2 Мбайта) и 3,5 дюйма (объем памяти от 720 Кбайт до 1,44 Мбайта). 1 дюйм - английская мера длины (примерно равен 2,54 см.

      В настоящее время для хранения архивов, переноса информации с одного компьютера на другой широко используются устройства внешней памяти большой ёмкости - оптические магнитные диски (компакт-диски). Для работы с ними в системный блок встроен накопитель информации на оптических дисках (НОД–дисковод, или привод для компакт-дисков).

  Методы  оптической записи на поверхности подвижного носителя основаны на способности некоторых  материалов изменять отражательные  свойства на участках, которые подвергались тепловому, магнитному или комбинированному воздействию.

  Основой оптического диска служит круглая  подложка из полимеров, обладающая механической прочностью. В качестве информационного  носителя используются многослойные пленочные  структуры. На исходную подложку наносится  отражающий слой, затем слой диэлектрика, информационный слой и защитное покрытие.

   Первоначально для оптической записи использовалось свойство лазерного  луча прожигать отверстия в тонком слое металла (рис 1, а, б). Прожженное отверстие (пит) является оптическим отпечатком, который может быть распознан с помощью лазерного луча считывания меньшей мощности и фотодетектора. В зависимости от интенсивности отраженного луча формируется электрический сигнал, соответствующий наличию или отсутствию отпечатка. Такой способ записи используется для НОД с однократной записью.

  Возможность многократной записи обеспечивается при  использовании магнитооптических  носителей. Под воздействием магнитного поля нагретые участки изменяют состояние намагниченности (рис. 1, в, г). Для считывания на поверхность носителя направляется пучок поляризованного света. Намагниченные участки изменяют угол поляризации, по которому и воспринимаются. Стирание информации происходит аналогично записи, однако направление магнитного поля при этом должно быть противоположным.

  По  способу организации записи-считывания НОД могут быть разделены на три  больших класса:

  1) постоянные НОД, с которых возможно  только считывание информации (CD ROM - Compact Disk Read Only Memory). Емкость CD-ROM дисков - 600-650 МГбайт);

  2) НОД с однократной записью  и многократным считыванием. Запись  на такие НОД может сделать  пользователь, но только один  раз (CD-Read);

  3) НОД, допускающие стирание и многократную перезапись (CD ReadWrite).

  В отличие от НМД оптический диск, имеет всего одну физическую дорожку  в форме непрерывной спирали, идущей от внутреннего диаметра к  наружному. Но физическая дорожка может  быть разбита на несколько логических. Если для НМД возможна запись на разные дорожки, то запись на оптические диски происходит последовательно  по спирали.

  Все магнитные диски вращаются с  постоянным числом оборотов в минуту, т.е. с неизменной угловой скоростью. Оптический диск вращается с переменной угловой скоростью, чтобы обеспечить постоянную линейную скорость при чтении. Чтение внутренних секторов осуществляется с увеличенным, а наружных – с  уменьшенным числом оборотов. Поэтому  у НОД низкая скорость доступа  к данным.

  Обычно  НОД подсоединяются через параллельные интерфейсы SCSI и IDE.

      В настоящее время используются следующие  виды компакт-дисков:  
CD-R – для однократной записи и многократного считывания. Запись на такие НОД может сделать пользователь, но только один раз, используя возможности ОС Windows XP;  
CD-RW - допускают стирание и многократную перезапись, используется возможность ОС Windows XP; 
DVD-R - для однократной записи и многократного считывания. Для записи на такие НОД используются специальные программы, которые д.б. установлены на компьютере;  
DVD-RW - допускают стирание и многократную перезапись, используются специальные программы.

     Функции внешней несменной памяти компьютера, предназначенной для долговременного и энергонезависимого хранения информации, выполняют жесткие магнитные диски (HDD-Hard Disk Drive). Часто их называют винчестерами. Они представляют собой малогабаритный пакет из нескольких жестких магнитных дисков, вращающихся с высокой скоростью на одной оси и размещенных в герметичном корпусе вместе с головками чтения-записи. Информация располагается дорожками и секторами, при этом группа дорожек на всех дисках винчестера, расположенных на одинаковом расстоянии от их общей оси, называется цилиндром. Считывание и запись информации осуществляются сразу несколькими магнитными головками одновременно со всех дисков пакета.

Название  «винчестер» возникло из-за того, что первые модели таких дисков накопителя обозначалась цифрами 30/30, подобно  калибру старинного охотничьего ружья  «Винчестер».

     Емкость винчестеров значительно больше, чем гибких магнитных дисков, и  может иметь значение от 1 ГБ до нескольких сот ГБ.

 

Видеомонитор

      Результаты  обработки информации выводятся  из компьютера на экран дисплея (видеомонитора). По устройству и принципу действия видеомонитор похож на цветной телевизор.

      Для генерации видеосигнала монитору в  компьютере имеется специальное  устройство - видеоадаптер. Информация об изображении на экране хранится в видеопамяти - специальных микросхемах  видеоадаптера.

      Видеомониторы бывают цветными и монохромными. Качество изображения информации на видеомониторе  определяется разрешающей способностью - размером минимального элемента изображения или количеством точек, изображаемых на экране, а также воспроизводимой цветовой гаммой.

Известны  видеомониторы следующих типов:

CGA (Color Graphics Adapter) имеет разрешающую способность 320х200 точек (320 точек по горизонтали и 200 по вертикали) при воспроизведении 4 цветов;

EGA (Enhanced Graphics Adapter) имеет разрешающую способность 640х350 точек при воспроизведении 16 цветов;

VGA (Virtual Graphics Аrrау) имеет разрешающую способность 640х480 точек (минимальный размер изображения 0,31- 0,39 мм) при воспроизведении 16 цветов.

SVGA (Super VGA) в зависимости от графического режима имеет разрешающую способность: 320х200, 640х480, 800х600, 1024х768 (и выше) точек при воспроизведении от 16 до 16 млн. цветов.

      Видеомонитор  может работать в двух режимах: текстовом  и графическом. В текстовом режиме на экране чаще всего располагается 80 столбцов и 25 строк, но возможны и  другие режимы (80х43 и 40х25).

      В графическом режиме существует доступ к каждой точке экрана, что дает возможность сформировать любое  изображение. При работе в графическом  режиме необходимо хранить информацию о цвете каждой точки экрана, поэтому  требуется значительно больший  объем видеопамяти.

Дополнительные  устройства компьютера

      Принтер. С подключением к компьютеру различных устройств он приобретает дополнительные возможности. Например, если к компьютеру подключить принтер, то вы сможете напечатать информацию на бумаге. По принципу формирования изображения на бумаге различают принтеры следующих видов: матричные, струйные и лазерные.

      В матричных игольчатых принтерах элементы изображения на бумаге формируются с помощью точечной матрицы. Печатающая головка матричного принтера содержит ряд тонких металлических стержней (иголок). Головка движется вдоль печатаемой строки, а стержни в нужный момент ударяют по бумаге через красящую ленту, и в этом месте на бумаге образуется черная точка. Матричные принтеры могут работать в двух режимах: текстовом и графическом. В текстовом режиме на принтер посылаются коды символов, которые следует распечатать. Наборы возможных символов определяются программно или путем переключателей на панели управления принтера. В графическом режиме на принтер пересылаются коды, определяющие последовательность и местоположение точек изображения. Из отдельных точек формируются элементы графического изображения.

      В струйных принтерах изображение формируется микрокаплями специальных чернил. Этот способ обеспечивает более высокое качество печати, удобен для цветной печати.

      Самое высокое качество печати в настоящее  время обеспечивают лазерные принтеры. В этих принтерах изображение переносится на бумагу со специального барабана, к которому электрически притягиваются частички краски. Барабан электризуется за счет облучения лазером.

      Сканер. Для считывания графических изображений или текстов с бумаги в память компьютера широко используются сканеры. Принцип действия сканера имеет много общего с лазерным принтером или ксероксом. Луч света освещает лист бумаги с оригиналом текста или графического изображения. Отраженный свет улавливается датчиками и преобразуется в цифровые электрические импульсы, которые передаются в память компьютера. Для распознавания символов текстов применяются специальные программы. Сканеры бывают черно-белые, цветные, портативные (ручные) и настольные. Одной из основных характеристик сканера является разрешающая способность, т.е. количество точек на 1 дюйме, которые он способен распознать.