Аппаратное обеспечение информационных технологий

Аппаратное  обеспечение информационных технологий 

1. Классификация средств компьютерной техники

     Современные средства компьютерной техники можно  классифицировать. Персональные компьютеры - это вычислительные системы с  ресурсами, полностью направленными  на обеспечение деятельности одного управленческого работника. Это  наиболее многочисленный класс вычислительной техники, в составе которого можно  выделить персональные компьютеры IBM PC и совместимые с ними компьютеры, а также персональные компьютеры Macintosh. Интенсивное развитие современных информационных технологий обусловлено как раз широким распространением с начала 1980-х гг. персональных компьютеров, сочетающих в себе такие качества, как относительная дешевизна и достаточно широкие для непрофессионального пользователя функциональные возможности.

     Корпоративные компьютеры (иногда называемые мини-ЭВМ  или main frame) представляют собой вычислительные системы, обеспечивающие совместную деятельность большого количества интеллектуальных работников в какой-либо организации, проекте при использовании единых информационно-вычислительных ресурсов. Это многопользовательские вычислительные системы, имеющие центральный блок большой вычислительной мощности и со значительными информационными ресурсами, к которому подсоединено большое количество рабочих мест с минимальной оснащенностью (обычно это клавиатура, устройства позиционирования типа «мышь» и, возможно, устройство печати). В качестве рабочих мест, подсоединяемых к центральному блоку корпоративного компьютера, могут выступать и персональные компьютеры. Сфера использования корпоративных компьютеров - обеспечение управленческой деятельности в крупных финансовых и производственных организациях. Организация различных информационных систем для обслуживания большого количества пользователей в рамках одной функции (биржевые и банковские системы, бронирование и продажа билетов населению и т.п.).

     Суперкомпьютеры представляют собой вычислительные системы с предельными характеристиками вычислительной мощности и информационных ресурсов и используются в военной  и космической областях, и фундаментальных  научных исследованиях, глобальном прогнозировании погоды. Данная классификация довольно условленна, так как интенсивное развитие технологий электронных компонентов и совершенствование архитектуры компьютеров, а также наиболее важных их элементов приводят к размыванию границ между средствами вычислительной техники.

     Интеллектуальные  обучающие системы - это качественно  новая технология, особенностями  которой являются моделирование  процесса обучения, использование динамически  развивающейся базы знаний; автоматический подбор рациональной стратегии обучения для каждого обучаемого, автоматизированный учет новой информации, поступающей в базу данных.

     Технологии  мультимедиа (от англ. multimedia - многокомпонентная среда), которая позволяет использовать текст, графику, видео и мультипликацию в интерактивном режиме и том самым расширяет рамки применения компьютера в учебном процессе.

     Виртуальная реальность (от англ. virtual reality -возможная реальность) - это новая технология неконтактного информационного взаимодействия, создающая с помощью мультимедийной среды иллюзию присутствия в реальном времени в стереоскопически представленном «экранном мире». В таких системах непрерывно поддерживается иллюзия места нахождения пользователя среди объектов виртуального мира. Вместо обычного дисплея используются очки телемониторы, в которых воспроизводятся непрерывно изменяющиеся события виртуального мира. Управление осуществляется с помощью реализованного в виде «информационной перчатки» специального устройства, определяющего направление перемещения пользователя относительно объектов виртуального мира. Кроме этого в распоряжении пользователя есть устройство создания и передачи звуковых сигналов.

     Автоматизированная  обучающая система на основе гипертекстовой технологии позволяет повысить усвояемость  не только благодаря наглядности  представляемой информации. Использование  динамического, т.е. изменяющегося, гипертекста  дает возможность провести диагностику  обучаемого, а затем автоматически  выбрать один из оптимальных уровней  изучения одной и той же темы. Гипертекстовые обучающие системы  дают информацию таким образом, что  и сам обучающийся, следуя графическим  или текстовым ссылкам, может  применять различные схемы работы с материалом. Все это позволяет  реализовать дифференцированный подход к обучению.

     Специфика технологий Интернет - WWW (от англ. World Wide Web - всемирная паутина) заключается в том, что они предоставляют пользователям громадные возможности выбора источников информации: базовая "информация на серверах сети; оперативная информация, пересылаемая по электронной почте; разнообразные базы данных ведущих библиотек, научных и учебных центров, музеев; информация о гибких дисках, компакт-дисках, видео- и аудиокассетах, книгах и журналах, распространяемых через Интернет-магазины, и другие. 

2. Персональный  компьютер: структура  ПК, базовая конфигурация ПК, основные характеристики ПК

2.1 Структура персонального компьютера 

Обычно  персональный компьютер состоит  из трех частей:

·        системного блока;

·        клавиатуры, позволяющей вводить  символы в компьютер;

·        монитора (или дисплея) – для изображения  текстовой или графической информации.

Компьютеры  выпускаются и в портативном  варианте (как дипломат) или блокнотном (ноутбук) исполнении. Здесь системный  блок, монитор и клавиатура заключены  в один корпус: системный блок "спрятан" под клавиатурой, а монитор сделан как крышка к клавиатуре.

Хотя  из этих частей компьютера системный  блок выглядит наименее эффектно, именно он является в компьютере "главным". В нем располагаются все основные узлы компьютера:

·        электронные схемы, управляющие  работой компьютера (микропроцессоры, оперативная память, контроллеры  устройств);

·        блок питания, преобразующий электропитание сети в постоянный ток низкого  напряжения, подаваемый на электронные  схемы компьютера;

·        накопители (или дисководы) для гибких магнитных дисков, используемые для  чтения и записи на гибкие магнитные  диски (дискеты);

·        накопитель на жестких магнитных  дисках, предназначенные для чтения и записи на несъемные жесткие  магнитные диски (винчестер).

Микропроцессор  – важнейший элемент компьютера, так как им определяется скорость выполнения машиной программ пользователя. Со времени появления персональных компьютеров (ПК) сменилось несколько  поколений процессоров, что составляет следующий ряд в порядке увеличения скорости: 8088, 286, 386SX, 386DX, 486SX, 486DX, 486DX2, Pentium, Pentium Pro и другие.

Параметры процессора:

·        разрядность – ширина "такта", по которому передается компьютерная информация: 8, 16, 32 или 64 бита;

·        тактовая частота, характеризующая  число команд, выполняемых процессором  за одну секунду (измеряется в мегагерцах (МГц)). Обычно тактовая частота соответствует 160…200МГц.

Микропроцессор  включает в себя:

·        арифметико-логическое устройство (АЛУ), которое выполняет операции (микрооперации), необходимые для выполнения команд микропроцессора;

·        устройство управления (УУ) – управляет  всеми частями компьютера посредством  принципов программного управления;

·        микропроцессорная память (МПП). В  микропроцессоре есть несколько  ячеек собственной памяти, они  называются регистрами. Некоторые из них предназначены для хранения операндов – величин, участвующих  в текущей операции. Такие регистры называются регистрами общего назначения (RON).

  Регистр  команд (RK) предназначен для хранения  текущей команды. В регистре  – счетчике команд (СК) хранится  текущий адрес. Перед выполнением  программы необходимо задать  ее начальный адрес – записать  его в счетчик команд.

Через интерфейсную систему, основу которой  составляет системная шина персонального  компьютера, микропроцессор соединяется  с:

а)  Основной памятью компьютера:

-                 оперативное запоминающее устройство (RAM) хранит работающую программу  и данные;

-                 постоянное запоминающее устройство (ROM)  - хранит информацию, которая  необходима для постоянной работы.

RAM и  ROM разбиты на ячейки, каждой из  которых присвоен порядковый  номер (адрес).

б)  Внешней  памятью:

-                 накопители на жестких магнитных  дисках – устройства с несъемными  носителями (винчестеры). Жесткие диски  служат для постоянного хранения  в компьютере программ и данных.

    Выполнение многих современных  прикладных программ без них  невозможно. Большинство жестких  дисков, в отличие от имеющих  меньшую емкость дискет, нельзя  снять, поэтому их иногда называют  несъемными дисками. Можно, однако приобрести и съемные жесткие диски. Они ценны, когда нужно сохранять конфиденциальность информации и как средство переноса больших объемов данных между компьютерами. Емкость современных накопителей на жестких магнитных дисках может достигать нескольких Гбайт.

    Более популярны становятся накопители на оптических дисках благодаря большой емкости и надежности.

    Неперезаписываемые лазерно-оптические диски обычно называют компакт-дисками ПЗУ – Compact disc (CD) ROM. Они имеют емкость до 1,5Гбайт, время доступа – от 30 до 300мс.

-                 накопители на гибких магнитных  дисках. Для данных накопителей  носителями являются дискеты  (флоппи-диски).

в)  С  монитором через видеоадаптер.

г)  С  принтером через адаптер принтера.

д)  С источником питания.

ж)  С  каналом связи через сетевой  адаптер.

    Сетевой адаптер дает возможность  подключить компьютер в локальную  сеть. При этом пользователь может  получать доступ к данным, находящимся  на других компьютерах.

з)  С таймером (таймер – внутренние электронные часы, которые подключены к автономному источнику питания (аккумулятору), продолжающий работать даже после отключения машины от питающей сети).

и)  Микропроцессор через интерфейс связан с клавиатурой, а также имеет генератор тактовых импульсов, который генерирует последовательность электрических импульсов, а частота  этих импульсов определяет тактовую частоту машины (ее быстродействие).

к)  С  математическим сопроцессором.

        Обычно универсальные микропроцессоры  относительно медленно выполняют  арифметические операции над  числами с плавающей запятой.  Это объясняется тем, что они  работают с целыми числами,  и при использовании чисел,  представленных в другой форме,  им требуются дополнительные  команды преобразования.

        Для ускорения выполнения арифметических  операций часто используется  отдельный процессор, называемый  математическим сопроцессором. Он  выполняет арифметические операции  над числами с плавающей запятой  самостоятельно, без дополнительных  программных средств. Благодаря  этому в несколько раз возрастает  скорость вычислительного процесса. 

2. Базовая конфигурация ПК

Персональный  компьютер — универсальная техническая  система. Его конфигурацию (состав оборудования) можно гибко изменять по мере необходимости. Тем не менее, существует понятие базовой конфигурации, которую считают типовой. В таком комплекте компьютер обычно поставляется. Понятие базовой конфигурации может меняться. В настоящее время в базовой конфигурации рассматривают четыре устройства:

• системный блок;
• монитор;
• клавиатуру;
• мышь.

Системный блок

Системный блок представляет собой основной узел, внутри которого установлены наиболее важные компоненты. Устройства, находящиеся  внутри системного блока, называют внутренними, а устройства, подключаемые к нему снаружи, называют внешними. Внешние  дополнительные устройства, предназначенные  для ввода, вывода и длительного  хранения данных, также называют периферийными.

По внешнему виду системные блоки различаются  формой корпуса. Корпуса персональных компьютеров выпускают в горизонтальном (desktop) и вертикальном (tower) исполнении. Корпуса, имеющие вертикальное исполнение, различают по габаритам: полноразмерный (big tower), среднеразмерный (midi tower) и малоразмерный (mini tower). Среди корпусов, имеющих горизонтальное исполнение, выделяют плоские и особо плоские (slim).

Кроме формы, для корпуса важен параметр, называемый форм-фактором. От него зависят  требования к размещаемым устройствам. В настоящее время в основном используются корпуса двух форм-факторов: АТ и АТХ. Форм-фактор корпуса должен быть обязательно согласован с форм-фактором главной (системной) платы компьютера, так называемой материнской платы.

Корпуса персональных компьютеров поставляются вместе с блоком питания и, таким  образом, мощность блока питания  также является одним из параметров корпуса. Для массовых моделей достаточной  является мощность блока питания 200-250Вт.

Монитор

Монитор — устройство визуального представления  данных. Это не единственно возможное, но главное устройство вывода. Его  основными потребительскими параметрами  являются: размер и шаг маски экрана, максимальная частота регенерации  изображения, класс защиты.

Размер  монитора измеряется между противоположными углами трубки кинескопа по диагонали. Единица измерения — дюймы. Стандартные  размеры: 14"; 15"; 17"; 19"; 20"; 21". В настоящее время наиболее универсальными являются мониторы размером 15 и 17 дюймов, а для операций с графикой желательны мониторы размером 19-21 дюйм.

Изображение на экране монитора получается в результате облучения люминофорного покрытия остронаправленным пучком электронов, разогнанных в вакуумной колбе. Для получения цветного изображения люминофорное покрытие имеет точки или полоски трех типов, светящиеся красным, зеленым и синим цветом. Чтобы на экране все три луча сходились строго в одну точку и изображение было четким, перед люминофором ставят маску — панель с регулярно расположенными отверстиями или щелями. Часть мониторов оснащена маской из вертикальных проволочек, что усиливает яркость и насыщенность изображения. Чем меньше шаг между отверстиями или щелями (шаг маски), тем четче и точнее полученное изображение. Шаг маски измеряют в долях миллиметра. В настоящее время наиболее распространены мониторы с шагом маски 0,25-0,27мм. Устаревшие мониторы могут иметь шаг до 0,43мм, что негативно сказывается на органах зрения при работе с компьютером. Модели повышенной стоимости могут иметь значение менее 0,25мм.

Частота регенерации (обновления) изображения  показывает, сколько раз в течение  секунды монитор может полностью  сменить изображение (поэтому ее также называют частотой кадров). Этот параметр зависит не только от монитора, но и от свойств и настроек видеоадаптера, хотя предельные возможности определяет все-таки монитор.

Частоту регенерации изображения измеряют в герцах (Гц). Чем она выше, тем четче и устойчивее изображение, тем меньше утомление глаз, тем больше времени можно работать с компьютером непрерывно. При частоте регенерации порядка 60Гц мелкое мерцание изображения заметно невооруженным глазом. Сегодня такое значение считается недопустимым. Минимальным считают значение 75Гц, нормативным — 85Гц и комфортным — 100Гц и более.

Класс защиты монитора определяется стандартом, которому соответствует монитор  с точки зрения требований техники  безопасности. В настоящее время  общепризнанными считаются следующие  международные стандарты: MPR-II, ТСО-92, ТСО-95, ТСО-99 (приведены в хронологическом порядке). Стандарт МРR-II ограничил уровни электромагнитного излучения пределами, безопасными для человека. В стандарте ТСО-92 эти нормы были сохранены, а в стандартах ТСО-95 и ТСО-99 ужесточены. Эргономические и экологические нормы впервые появились в стандарте ТСО-95, а стандарт ТСО-99 установил самые жесткие нормы по параметрам, определяющим качество изображения (яркость, контрастность, мерцание, антибликовые свойства покрытия).

Большинством  параметров изображения, полученного  на экране монитора, можно управлять  программно. Программные средства, предназначенные для этой цели, обычно входят в системный комплект программного обеспечения.

Клавиатура

Клавиатура  — клавишное устройство управления персональным компьютером. Служит для  ввода алфавитно-цифровых (знаковых) данных, а также команд управления. Комбинация монитора и клавиатуры обеспечивает простейший интерфейс пользователя. С помощью клавиатуры управляют  компьютерной системой, а с помощью  монитора получают от нее отклик.

Принцип действия

Клавиатура  относится к стандартным средствам  персонального компьютера. Ее основные функции не нуждаются в поддержке  специальными системными программами (драйверами). Необходимое программное  обеспечение для начала работы с  компьютером уже имеется в  микросхеме ПЗУ в составе базовой  системы ввода-вывода (BIOS), и потому компьютер реагирует на нажатия  клавиш сразу после включения.

Принцип действия клавиатуры заключается в  следующем.

1. При  нажатии на клавишу (или комбинацию  клавиш) специальная микросхема, встроенная  в клавиатуру, выдает так называемый  скан-код.

2. Скан-код  поступает в микросхему, выполняющую  функции порта клавиатуры. (Порты  — специальные аппаратно-логические  устройства, отвечающие за связь  процессора с другими устройствами). Данная микросхема находится  на основной плате компьютера  внутри системного блока.

3. Порт  клавиатуры выдает процессору  прерывание с фиксированным номером.  Для клавиатуры номер прерывания  — 9 (Interrupt 9, Int9).

4. Получив  прерывание, процессор откладывает  текущую работу и по номеру  прерывания обращается в специальную  область оперативной памяти, в  которой находится так называемый  вектор прерываний. Вектор прерываний  — это список адресных данных  с фиксированной длиной записи. Каждая запись содержит адрес  программы, которая должна обслужить  прерывание с номером, совпадающим  с номером записи.

5. Определив  адрес начала программы, обрабатывающей  возникшее прерывание, процессор  переходит к ее исполнению. Простейшая  программа обработки клавиатурного прерывания «зашита» в микросхему ПЗУ, но программисты могут «подставить» вместо нее свою программу, если изменят данные в векторе прерываний.

6. Программа-обработчик  прерывания направляет процессор  к порту клавиатуры, где он  находит скан-код, загружает его  в свои регистры, потом под  управлением обработчика определяет, какой код символа соответствует  данному скан-коду.

7. Далее  обработчик прерываний отправляет  полученный код символа в небольшую  область памяти, известную как  буфер клавиатуры, и прекращает  свою работу, известив об этом  процессор.

8. Процессор  прекращает обработку прерывания  и возвращается к отложенной  задаче.

9. Введенный  символ хранится в буфере клавиатуры  до тех пор, пока его не  заберет оттуда та программа,  для которой он и предназначался, например текстовый редактор  или текстовый процессор. Если  символы поступают в буфер  чаще, чем забираются оттуда, наступает  эффект переполнения буфера. В  этом случае ввод новых символов  на некоторое время прекращается. На практике в этот момент  при нажатии на клавишу мы  слышим предупреждающий звуковой  сигнал и не наблюдаем ввода  данных.

Состав  клавиатуры

Стандартная клавиатура имеет более 100 клавиш, функционально  распределенных по нескольким группам.

Группа  алфавитно-цифровых клавиш предназначена  для ввода знаковой информации и  команд, набираемых по буквам. Каждая клавиша  может работать в нескольких режимах (регистрах) и, соответственно, может  использоваться для ввода нескольких символов. Переключение между нижним регистром (для ввода строчных символов) и верхним регистром (для ввода  прописных символов) выполняют удержанием клавиши SHIFT (нефиксированное переключение). При необходимости жестко переключить  регистр используют клавишу CAPS LOCK (фиксированное  переключение). Если клавиатура используется для ввода данных, абзац закрывают  нажатием клавиши ENTER. При этом автоматически  начинается ввод текста с новой строки. Если клавиатуру используют для ввода  команд, клавишей ENTER завершают ввод команды и начинают ее исполнение.

Для разных языков существуют различные схемы  закрепления символов национальных алфавитов за конкретными алфавитно-цифровыми  клавишами. Такие схемы называются раскладками клавиатуры. Переключения между различными раскладками выполняются  программным образом — это  одна из функций операционной системы. Соответственно, способ переключения зависит от того, в какой операционной системе работает компьютер. Например, в системе Windows98 для этой цели могут использоваться следующие комбинации: левая клавиша ALT+SHIFT или CTRL+SHIFT. При работе с другой операционной системой способ переключения можно установить по справочной системе той программы, которая выполняет переключение.

Общепринятые  раскладки клавиатуры имеют свои корни в раскладках клавиатур  пишущих машинок. Для персональных компьютеров IBM PC типовыми считаются  раскладки QWERTY (английская) и ЙЦУКЕНГ (русская). Раскладки принято именовать  по символам, закрепленным за первыми  клавишами верхней строки алфавитной группы.

Группа  функциональных клавиш включает двенадцать клавиш (от F1 до F12), размещенных в  верхней части клавиатуры. Функции, закрепленные за данными клавишами, зависят от свойств конкретной работающей в данный момент программы, а в  некоторых случаях и от свойств  операционной системы. Общепринятым для  большинства программ является соглашение о том, что клавиша F1 вызывает справочную систему, в которой можно найти  справку о действии прочих клавиш.

Служебные клавиши располагаются рядом  с клавишами алфавитно-цифровой группы. В связи с тем, что ими  приходится пользоваться особенно часто, они имеют увеличенный размер. К ним относятся рассмотренные  выше клавиши SHIFT и ENTER; реестровые клавиши ALT и CTRL – их используют в комбинации с другими клавишами для формирования команд; клавиша TAB – для ввода  позиций табуляции при наборе текста; клавиша ESC – для отказа от исполнения последней введенной  команды и клавиша BACKSPACE – для  удаления только что введенных знаков (она находится над клавишей ENTER и часто маркируется стрелкой, направленной влево).

Служебные клавиши PRINT SCREEN, SCROLL LOCK и PAUSE/BREAK размещаются  справа от группы функциональных клавиш и выполняют специфические функции, зависящие от действующей операционной системы. Общепринятыми являются следующие  действия:

PRINT SCREEN — печать текущего состояния  экрана на принтере (для MS-DOS) или  сохранение его в специальной  области оперативной памяти, называемой  буфером обмена (для Windows).

SCROLL LOCK — переключение режима работы  в некоторых (как правило, устаревших) программах.

PAUSE/BREAK — приостановка/прерывание текущего  процесса.

Две группы клавиш управления курсором расположены  справа от алфавитно-цифровой панели. Курсором называется экранный элемент, указывающий место ввода знаковой информации. Курсор используется при работе с программами, выполняющими ввод данных и команд с клавиатуры. Клавиши управления курсором позволяют управлять позицией ввода.

Четыре  клавиши со стрелками выполняют  смещение курсора в направлении, указанном стрелкой. Действие прочих клавиш описано ниже.

PAGE UP/PAGE DOWN — перевод курсора на одну  страницу вверх или вниз. Понятие  «страница» обычно относится  к фрагменту документа, видимому  на экране. В графических операционных  системах (например Windows) этими клавишами выполняют «прокрутку» содержимого в текущем окне. Действие этих клавиш во многих программах может быть модифицировано с помощью служебных регистровых клавиш, в первую очередь SHIFT и CTRL Конкретный результат модификации зависит от конкретной программы и/или операционной системы.

Клавиши HOME и END переводят курсор в начало или конец текущей строки, соответственно. Их действие также модифицируется регистровыми клавишами.

Традиционное  назначение клавиши INSERT состоит в  переключении режима ввода данных (переключение между режимами вставки и замены). Если текстовый курсор находится  внутри существующего текста, то в  режиме вставки происходит ввод новых  знаков без замены существующих символов (текст как бы раздвигается). В  режиме замены новые знаки заменяют текст, имевшийся ранее в позиции  ввода.

В современных  программах действие клавиши INSERT может  быть иным. Конкретную информацию следует  получить в справочной системе программы. Возможно, что действие этой клавиши  является настраиваемым, — это также  зависит от свойств конкретной программы.

Клавиша DELETE предназначена для удаления знаков, находящихся справа от текущего положения курсора. При этом положение  позиции ввода остается неизменным.