Системные периферийные устройства

Оглавление

Процессоры ПК 3

Общие сведения о периферийных устройствах ПК 7

Системные периферийные устройства 8

Дополнительные периферийные устройства 13

Внешняя память компьютера 14

Задание 1 18

Задание 2 20

Задание 3 24

Литература 26

Процессоры ПК

Основой персональной техники стала  изобретенная еще в 1959 году сотрудниками фирмы Texas Instruments интегральная микросхема - полупроводниковое устройство, содержащее на одном кристалле (чипе) в то время всего 6 эквивалентных транзисторов. Разработка новых микросхем и процесс их производства постоянно совершенствуется, и в 1969 году фирма Intel выпустила микросхему памяти емкостью 1 Кбит, а в 1971 году - первый микропроцессор. Вслед за этим, уже в 1973 году появились микропроцессорные комплекты, позволяющие промышленно изготавливать на одной печатной плате персональные компьютеры.

Центром вычислительной системы является ее процессор. Это основное звено, или "мозг" компьютера. Именно процессор  обладает способностью выполнять команды, составляющие компьютерную программу. Персональные компьютеры строятся на базе микропроцессоров, выполняемых в настоящее время на одном кристалле (чипе).

IBM PC начинались с микропроцессора  8086 фирмы Intel (точнее, с его ослабленной и удешевленной версии 8088 и 8-разрядной шиной для PC XT (eXTended)). Затем появились компьютеры серии PC AT (Advanced Technology) 80286, 80З86, 80486 (общее обозначение - 80х86) с 16-разрядной шиной. После чего Intel изменила систему обозначений, и вместо 80586 возник Pentium. Следующий процессор при разработке обозначался Р6 и на рынке ожидался под именем Hexium (от греч. «гекса» - шесть), но появился в продаже как Pentium Pro - в знак того, что принципиально от Pentium не отличается, только заметно лучше.

Каждая новая модель умеет много  нового - и лучше выполняет старое. С каждым усовершенствованием растет частота тактовых импульсов, синхронизирующих работу всего компьютера (см. Приложение 4).

Внутреннее устройство процессоров  непрерывно совершенствуется, и каждый следующий тратит на одну и ту же работу вдвое меньше тактов, чем предыдущий. В 8088 одна команда занимала 5-15 тактов, в Pentium - 0,5-1 (внутреннее дублирование схем позволяет ему выполнять несколько команд одновременно). Поэтому с точки зрения производительности микропроцессора, т. е. сколько он выполняет миллионов операций в секунду (MIPS - Million Instruction Per Second), каждое его следующее поколение даже при одной и той же тактовой частоте работает быстрее.

При переходе от одного поколения  микропроцессоров к другому разработчики стремились сохранить набор основных команд, чтобы обеспечить преемственность и совместимость. При этом в формировании набора команд микропроцессора наметилось два направления. С одной стороны, программисту очень удобна машина, выполняющая одной командой какую-нибудь сложную операцию, например, команду извлечения квадратного корня. Но чем сложнее команды, тем сложнее схемы и дороже процессор. Поэтому программисты уже давно определили, какого минимального набора команд достаточно, чтобы программы из них было легко и удобно строить. А инженеры разработали схемы быстрого выполнения именно таких удобных команд. Программа, составленная из подобных простейших команд, - длиннее. Однако она исполняется настолько быстро, что в целом, все равно, ее исполнение занимает меньше времени. Кроме того, легче учесть взаимовлияние простых команд. Значит, проще оптимизировать программу, а затем эту оптимизацию автоматизировать.

Две противоположные тенденции, именуемые CISC - Complex Instruction Set Computer – «компьютер с полным набором команд» и RISC - Reduced Instruction Set Computer – «компьютер с  ограниченным набором команд», конкурируют  давно. Как правило, любые новые  достижения инженеров реализуются в ограниченном наборе (RISC), а по мере совершенствования переходят в полный (CISC) набор, как было с микропроцессорами 80х86.

Необходимо отметить еще одну важную особенность. Если команды просты, то легко определить, какие из них для каких поставляют исходные данные, и переупорядочить команды так, чтобы те из них, которые не влияют друг на друга, выполнялись одновременно, поэтому сейчас основные изготовители микропроцессоров ориентируются на RISC.

В 1997 году начат выпуск новых ММХ - процессоров (MultiMedia Extensions), обеспечивающих поддержку мультимедийных приложений «изнутри». Поскольку практически все мультимедийные данные представляются короткими 8-битными последовательностями, то для ускорения работы процессора в него добавили еще один конвейер для их упаковки в 64-битную пачку за счет введения в набор команд специальных 57 мультимедийных команд. Дополнительный блок обработки мультимедиа разгружает ядро процессора и снимает часть нагрузки видео и аудиокарт и средств телекоммуникации. Результаты тестов показали, что при выполнении традиционных приложений процессоры Pentium ММХ оказались на 10 - 15% производительнее прежних Pentium, а для программ, использующие ММХ - команды, - в 1,5 - 2,5 раза лучше. Однако использование этих команд приводит к новой переработке всего программного обеспечения, которое нельзя будет использовать на не мультимедийных процессорах (что, вообще говоря, заставляет купить новый компьютер).

Все последующие микропроцессоры  как фирмы Intel, так и других фирм являются мультимедийными с еще  большим набором специальных  команд (добавлено еще более 100 мультимедийных команд), хотя в обозначении микросхемы этот факт не находит отражения.

С начала 1998 года Intel избрал новую политику - дробить рынок на части и для каждой делать свой продукт. Так наряду с производительными и дорогими Pentium II (с начала 1999 г. Pentium III) появилось семейство Celeron (рис.1-1), нацеленное на низшую ценовую категорию для конкуренции с микропроцессорами фирмы AMD.

Процессоры следующего поколения Pentium III выпущены по новой (0.18 мкм) технологии и имеет более высокую тактовую частоту 500-550 МГц. В нем реализованы расширения инструкций, получившие название SSE (Streaming SIMD Extensions). Это позволяет достичь высоких скоростей разработки и насыщенности цифрового содержания для воспроизведения специальных эффектов, рендеринга, создания 3-мерных изображений и текстур, а также обеспечивает значительное повышение производительности сети и Internet-приложений, использующих протокол TCP/IP, а также увеличение производительности приложений с интенсивным использованием системной или кэш-памяти.

В последние годы Intel развивает  серию Pentium 4: 2000г.- Intel Pentium 4 (Willamette, Socket 423). Принципиально новый процессор с гиперконвейеризацией (hyperpipelining) - с конвейером, состоящим из 20 ступеней. Согласно заявлениям Intel, процессоры, основанные на данной технологии, позволяют добиться увеличения частоты примерно на 40 процентов относительно семейства P6 при одинаковом технологическом процессе. Применена 400 МГц системная шина (Quad-pumped), обеспечивающая пропускную способность в 3,2 ГБайта в секунду против 133 МГц шины с пропускной способностью 1,06 ГБайт у Pentium III. Кодовое имя: Willamette. Технические характеристики: технология производства - 0,18 мкм; тактовая частота - 1.3-2 ГГц; кэш первого уровня - 8 Кб; кэш второго уровня - 256 Кб (полноскоростной); процессор 64-разрядный; шина данных 64-разрядная (400 МГц); разъём Socket 423.

В 2001г. появился Intel Pentium 4 (Willamette, Socket 478). Этот процессор выполнен по 0.18 мкм процессу. Устанавливается в новый разъём Socket 478, поскольку предыдущий форм-фактор Socket 423 был «переходным» и Intel в дальнейшем не собирается его поддерживать. Кодовое имя: Willamette. Технические характеристики: технология производства - 0,18 мкм; тактовая частота - 1,3-2 ГГц; кэш первого уровня - 8 Кб; кэш второго уровня - 256 Кб (полноскоростной); процессор 64-разрядный; шина данных 64-разрядная (400 МГц); разъём Socket 478. Последние модификации процессора выпускаются по 0,13 мкм технологии с частотой системной шины 533 МГц.

Общие сведения о периферийных устройствах ПК

Различные типы периферийных устройств, подключаемых к компьютерной системе, играют важную роль в ее работе. Они  в значительной степени определяют возможности использования компьютеров и их технические характеристики. Широкий ассортимент выпускаемых периферийных устройств позволяет выбирать те из них, с которыми профессиональные компьютеры используются наиболее эффективно в различных областях деятельности.

В зависимости от функций, выполняемых  компьютерной системой, периферийные устройства могут подразделяться на две основные группы. К первой относятся  те периферийные устройства, наличие которых абсолютно необходимо для функционирования компьютерной системы. Их обычно называют системными периферийными устройствами. К этой группе относятся видеомонитор, клавиатура, накопитель на гибком магнитном диске (НГМД), накопитель на жестком магнитном диске (НЖМД) и печатающее устройство (принтер).

Ко второй группе периферийных устройств  относятся накопители на магнитной  ленте, устройства для ввода графической информации, устройства для вывода графической информации (плоттеры), модем, сканер, аудиоплата, мышь или трекбол, коммуникационные адаптеры и другие. Они предоставляют профессиональному компьютеру дополнительные возможности. Однако наличие их в его конфигурации определяется конкретной областью деятельности. В связи с этим данная группа носит название дополнительных периферийных устройств.

Многие периферийные устройства подсоединяются к компьютеру через специальные гнезда (разъемы),находящиеся обычно на задней стенке системного блока компьютера. Кроме монитора и клавиатуры такими устройствами являются:

• принтер – устройство для вывода на печать текстовой и графической информации;
• мышь – устройство, облегчающее ввод информации в компьютер;
• джойстик – манипулятор в виде укрепленной на шарнире ручки с кнопкой, употребляется в основном для компьютерных игр;

а также другие устройства.

Некоторые устройства, например, многие разновидности сканеров (приборов для  ввода рисунков и текста в компьютер), используют смешанный способ подключения: в системный блок компьютера вставляется только электронная плата (контроллер), управляющая работой устройства, а само устройство подсоединяется к этой плате кабелем.

В настоящее время разрабатываются  все более новые и совершенные  периферийные устройства.

Системные периферийные устройства

Видеомонитор

Видеомонитор (дисплей или просто монитор) – устройство отображения текстовой и графической информации в стационарных ПК – на экране электронно-лучевой трубки, а в портативных ПК – на жидкокристаллическом плоском экране.

Мониторы бывают цветными и монохромными, могут работать в одном из двух режимов: текстовом или графическом. В число символов изображаемых на экране в текстовом режиме могут входить и символы кириллицы (буквы русского алфавита).

На цветных мониторах каждому  знакоместу может соответствовать свой цвет символа и свой цвет фона, что позволяет выводить красивые цветные надписи на экран. На монохромных мониторах для выделения отдельных частей текста и участков экрана используется повышенная яркость символов, подчеркивание и инверсия изображения (темные символы на светлом фоне).

Графический режим монитора предназначен для вывода на экран графиков, рисунков. Разумеется, в этом режиме можно  также выводить и текстовую информацию в виде различных надписей, причем эти надписи могут иметь произвольный шрифт, размер букв.

Важной характеристикой монитора, определяющей четкость изображения на экране, является размер точки на экране. Чем меньше она, тем выше четкость. Обычно величина точки колеблется от 0,41 до 0,18 мм.

К прочим характеристикам монитора можно отнести: наличие плоского или выпуклого экрана, уровень высокочастотного радиоизлучения, частоту обновления изображения на экране, наличие системы энергосбережения.

Клавиатура

Клавиатура – один из важнейших  элементов связи человека с компьютером. Клавиатура является основным устройством ввода информации в персональный компьютер. Данные, которые требуется обработать, и команды, подлежащие выполнению, сообщаются компьютеру посредством клавиатуры. Кроме того, через нее производится управление работой компьютера во время выполнения программы.

Расположение букв на наборном поле клавиатуры аналогично обычной пишущей машинке, что дает возможность использовать в работе с компьютером навыки, приобретенные при работе с пишущей машинкой, достигая высокой скорости ввода как текста, так и цифровых данных.

При работе с компьютером возникает  необходимость ввода определенных команд или частого выполнения определенных функций. Занесение их всякий раз в печатном виде занимало бы много времени. Поэтому для ввода этих наиболее часто используемых команд и функций в клавиатурах компьютеров предусматриваются отдельный, так называемые функциональные клавиши. При нажатии каждой из них в компьютер вводится не отдельная буква или цифра, а целое предложение или команда. Так, например, при вводе текста в одной программе нажатие данной функциональной клавиши может означать "установить курсор в конце строки", а в другой программе ее нажатие означает "стереть текст до конца строки".

Клавиатура компьютеров имеет  также клавиши, облегчающие управление ими, - так называемые управляющие клавиши. Так, например, существуют отдельные клавиши для перемещения светового курсора по экрану, для вставки символов, для удаления символов.

К управляющим относятся также  клавиши, которыми задается работа со строчными или заглавными буквами, с русским или латинским алфавитом.

Принтер

Принтер (или печатающее устройство) предназначен для вывода информации на бумагу.  Все принтеры могут  выводить текстовую информацию, многие из них могут выводить также рисунки и графики, а некоторые принтеры могут выводить и цветные изображения.

Существует несколько тысяч  моделей принтеров, которые могут использоваться с ПК.  Как правило, применяются принтеры следующих типов: матричные, струйные и лазерные, однако встречаются и другие (светодиодные, термопринтеры и так далее).

Матричные (или точечно-матричные) принтеры – наиболее распространенный до недавнего времени тип принтеров для IBM PC. Принцип печати этих принтеров таков: печатающая головка принтера содержит вертикальный ряд тонких металлических стержней (иголок). Головка движется вдоль печатаемой строки, а стержни в нужный момент ударяют по бумаге через красящую ленту. Это и обеспечивает формирование на бумаге символов и изображений.

В дешевых моделях принтеров  используется печатающая головка с  девятью стержнями. Качество печати у таких принтеров посредственное, но его можно несколько улучшить с помощью печати в несколько проходов (от двух до четырех).

Более качественная и быстрая печать обеспечивается принтерами с 24 печатающими  иголками (24-точечными принтерами). Бывают принтеры и 48 иголками, они обеспечивают еще более качественную печать.

Скорость печати точечно-матричных  принтеров от 60 до 10 секунд на страницу, печать рисунков может выполнятся медленнее  – до 5 минут на страницу. Производятся и специальные высокопроизводительные матричные принтеры -  они используются банках, телефонных компаниях и так далее.

Струйные принтеры. В этих принтерах  изображение формируется микрокаплями специальных чернил, выдуваемых на бумагу с помощью сопел. Это способ печати обеспечивает более высокое качество и скорость печати и по сравнению с матричными принтерами, он очень удобен для цветной печати. Современные струйные принтеры могут обеспечивать высокую разрешающую способность – до 600 точек на дюйм, приблизились по качеству к лазерным принтерам, а стоят не намного дороже, чет матричные принтеры (в 2-3 раза дешевле лазерных принтеров).

Следует заметить, что струйные принтеры требуют тщательного ухода и обслуживания. Скорость печати струйных принтеров – от 15 до 100 секунд на страницу, а время печати цветных страниц может достигать десяти минут (обычно 3-5 минут).

Лазерные принтеры обеспечивают в  настоящее время наилучшее (близкое  к типографскому) качество печати. В  этих принтерах для печати используется принцип ксерографии: изображение переносится на бумагу со специального барабана, к которому электрически притягиваются частички краски. Отличие от обычно ксерокопировального аппарата состоит в том, что печатающий барабан электризуется с помощью лазера по командам компьютера.

Дополнительные периферийные устройства

Графопостроитель

Графопостроитель (плоттер) – устройство для вывода графической информации на бумагу. Для обслуживания плоттеров используется специальное программное обеспечение, с помощью которого можно с высокой скоростью чертить графические изображения различного формата.

Мышь

Мышь – это манипулятор для  ввода информации в компьютер. Мышь представляет собой небольшую коробочку с двумя или тремя клавишами, легко уменьшающуюся в ладони. Вместе с проводом для подключения к компьютеру это устройство действительно напоминает мышь с хвостом.

Мышь позволяет передвигать  курсор в нужное место экрана путем перемещения мыши по столу мыши по столу или ругой поверхности и фиксировать выбор нажатием одной из кнопок на своей поверхности. Как и в других случаях, программное обеспечение должно оказаться способным распознать наличие аппаратного средства, то есть мыши, и воспринять управляющие сигналы. К счастью, большинство программ, которые "понимают" управление курсором с клавиатуры, могут использовать мышь после подключения небольшой дополнительной программы, представляющей компьютеру информацию о перемещении мыши в виде эквивалентной последовательности кодов, генерируемых при нажатии клавиши управления курсором.

Существуют два основных варианта конструкции мыши: механический и  оптический. Механическое устройство использует свободно вращающийся шарик, который располагается на "дне" мыши. Шарик в результате трения поворачивается, когда мышь двигают по плоской поверхности. Схемы мыши воспринимают это, подсчитывают число оборотов и передают информацию компьютеру. Оптическую мышь двигают по специальной отражающей панели. Луч света, испускаемой мышью, отражается от равномерно нанесенных на панель штрихов. При этом сенсор, расположенный внутри мыши определяет пройденное расстояние и направление перемещения и посылает эту информацию компьютеру.

На поверхности мыши может находится  две или три кнопки. Как они  используются – зависит от программного обеспечения.

Некоторые прикладные программы рассчитаны только на работу с мышью, но большинство  программ использующих мышь, допускают  замену мыши командами, вводимыми с  клавиатуры. Однако часто при такой  замене работа с программой весьма затруднительна.

Модем

Модем – устройство для обмена информацией с другими компьютерами через телефонную сеть. По конструктивному  исполнению модемы бывают встроенными (вставляемыми в системный блок ПК) или внешними (подключаемыми через  коммуникационный порт). Модемы отличаются друг от друга максимальной скоростью  передачи данных (1200, 2400, 9600 бод и  так далее, 1 бод = бит в секунду), а также тем, поддерживают ли они  средства исправления ошибок (стандарты V42bis или MNP-5). Для устойчивой работы на отечественных телефонных линиях импортные модемы должны быть соответствующим образом адаптированы.

Внешняя память компьютера

Накопители

В качестве внешней памяти персональных компьютеров могут  использоваться накопители на магнитном  диске и на магнитной ленте. Накопители на магнитном диске бывают с двумя  типами носителей информации – с  гибким магнитным диском (дискетой) и с жестким (несъемным) магнитным  диском (НЖМД). Наличие накопителя на гибком магнитном диске (НГМД) является обязательным. Накопители на магнитной ленте бывают обычно кассетного типа и используются редко. Они служат для перезаписи большого объема информации из НЖМД на магнитную ленту, после чего эта информация может быть записана в НЖМД другого персонального компьютера или сохранена в архиве.

Накопители связываются  с центральным процессором компьютера при помощи соответствующих управляющих  устройств (контроллеров). Управляющие  устройства (УУ) предназначены для  осуществления, с одной стороны, обмена информацией между центральным процессором и накопителями, а с другой – для управления работой этих накопителей. Связь накопителей с УУ осуществляется обычно через стандартный интерфейс, представляющий собой группу линий для передачи электрических сигналов, каждая из которых имеет строго определенное назначение.

Накопители на магнитных  дисках представляют собой устройства с так называемым циклическим  доступом к информации. Магнитные  ленты являются носителями с последовательным доступом. У них считывание или  запись производится в ячейки поочередно от начала к концу ленты. Принципиально иначе функционирующие накопители на магнитных дисках осуществляют операции считывания или записи за время, значительно меньшее, чем требуется для устройств с магнитной лентой.

Время доступа к информации на носителе накопителя во много раз превосходит  время обращения к оперативной  памяти компьютера. При создании современных накопителей стремятся свести эту разницу к минимуму. Время доступа к информации в НЖМД на один порядок меньше времени доступа в НГМД.

а) Накопители на гибких магнитных  дисках

широкое распространение  НГМД в  персональных компьютерах обусловлено их сравнительно низкой стоимостью, малыми размерами, а также сравнительно быстрым –доступом к хранящейся на дискете информации. Другая причина большого распространения НГМД – это удобство работы с ними и простота хранения дискет.

Существуют разные виды НГМД. Наиболее широко распространены устройства с диаметром носителя 133мм (5,25 дюйма) и 89мм (3,5 дюйма). В профессиональных компьютерах чаще всего используются НГМД с диаметром дискеты 3,5 дюйма.

При работе с дисковыми накопителями для хранения информации используется одна или две круговые поверхности диска. Согласно числу используемых информационных поверхностей магнитные диски могут быть односторонними и двусторонними, а накопители соответственно – с одной и двумя магнитными головками считывания-записи. В профессиональных компьютерах используются как односторонние, так и двусторонние дискеты.

б) Накопители на жестких магнитных  дисках

Устройство с несменным носителем  – это накопители на жестких магнитных  дисках (НЖМД). В отличие от накопителей  на гибких магнитных дисках для них  обычно не предусматривается изъятия носителя из устройства и замены его аналогичным – винчестер герметически закрыт в корпусе устройства, и весь НЖМД обычно монтируется однократно при сборке компьютера. Винчестер вращается непрерывно после включения питания устройства. Поскольку объем информации, хранимой одним устройством этого вида, весьма значителен (более 300 Мбайт), то оно используется совместно всеми пользователями компьютера.

Винчестер вместе с магнитными головками  герметически закрыт в металлическом  корпусе, изолирующем их от нежелательных воздействий окружающей среды. Благодаря этому существенно снижается вероятность погрешности записи вследствие загрязнения головок или порчи поверхности жесткого диска. В НЖМД магнитные головки осуществляют считывание и запись информации, не соприкасаясь с поверхностями носителя. Это так называемые плавающие головки, которые во время вращения диска удерживаются на небольшом расстоянии от поверхности подъемной силой, образуемой воздушным потоком между головкой и поверхностью диска. Бесконтактная запись позволяет достигать высокой скорости вращения носителя и предотвращает износ головок. В свою очередь, большая частота оборотов диска позволяет значительно увеличить скорость записи и считывания НЖМД, что уменьшает общее время доступа к этому виду памяти.

Задание 1

Задание 2

Пискарев  Иван Николаевич, 1 курс, заочное отделение

Специальность – «Механизация сельского хозяйства»

Microsoft Word представляет собой самый распространённый и один из наиболее мощных текстовых редакторов.

Среда редактирования MS Word (рис.1), содержит следующие элементы:

• строку заголовка документа;
• основное меню;
• панели инструментов;
• окно редактирования;
• горизонтальную и вертикальную линейки;
• полосы прокрутки документа;
• строку состояния.

Меню  команд выполнено в виде иерархической  системы всплывающих подменю, т.е. подменю, активизирующихся при выборе некоторого пункта основного меню. Каждый пункт всплывающего меню соответствует  определенной команде или названию меню следующего уровня. Запуск команды на выполнение осуществляется щелчком левой кнопкой мыши. Чтобы закрыть меню, не выбрав ни одной команды, следует щелкнуть левой кнопкой мыши в области редактирования документа.

Под основным меню расположены панели инструментов, на которых находятся кнопки для быстрого доступа к тем командам меню, которые используются наиболее часто.

Окно редактирования документа занимает основную площадь окна редактора. Эта область предназначена для ввода и редактирования текста документа. После запуска редактора MS Word в окне редактирования появляется пустой документ, готовый для набора текста.

Слева и  вверху окна редактирования документа  расположены вертикальная и горизонтальная линейки с делениями и маркерами. На горизонтальной линейке показаны значения правого и левого полей страницы и значения параметров абзаца, внутри которого в данный момент находится курсор. Вертикальная линейка видна только в режиме разметки страницы. На ней показаны значения верхнего и нижнего полей страницы.

Справа  и внизу в окне редактирования документа расположены горизонтальная и вертикальная полосы прокрутки. Они используются для перемещения по документу наряду с курсорными клавишами и клавишами PageUp и PageDown.

Строка состояния в самом низу окна редактирования документа содержит сведения о документе и подсказки о выполняемых редактором действиях.

Ввод текста – набор соответствующего текста на клавиатуре нажатием соответствующих клавиш.

Место, в  которое будет помещаться набираемый текст, указывает курсор (мерцающая вертикальная черточка). Во время набора текста, при достижении правого поля, текст автоматически переносится на следующую строку. Для разделения текста на абзацы, при завершении предыдущего абзаца нажимают клавишу <Enter>. Набранные символы можно удалять как справа, так и слева от курсора при помощи клавиш <Delete> и <←> соответственно.

Для перемещения  курсора в нужное место текста нужно либо щелкнуть мышью в этой позиции, либо воспользоваться курсорными клавишами. Если вместе с клавишей <Вправо> или <Влево> нажать <Ctrl>, то курсор перепрыгнет на начало следующего или предыдущего слова соответственно.

MS Word предоставляет возможность выбора между двумя режимами редактирования текста: режимом вставки и режимом замены.

Задание 3