5. Внешние устройства компьютера.

ПРАВИЛА ТЕХНИКИ БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ РАБОТЕ С ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ
ТОКОМ
Рассмотрим основные правила безопасной работы с электрическим током.
Действия электрического тока на организм человека весьма разнообразны. Среди них выделяют:
• тепловое
(термическое)
действие,
проявляющееся
в
нагреве
и
ожогах
участков тела;
• электролитическое действие, проявляющееся в разложении крови и других органических жидкостей на
составляющие элементы (может сопровождаться выделением пузырьков газа и закупоркой сосудов);
• биологическое (физиологическое) действие, проявляющееся в раздражении и возбуждении живых
тканей организма, что сопровождается непроизвольными судорожными сокращениями мышц, в том числе
мышц
легких
и
мышцы
сердца.
В результате этих действий возможны два вида поражений электрическим током: электрические травмы и
электрические удары.
Электрические травмы - это четко выраженные местные повреждения тканей. Среди травм различают
электрические ожоги, электрические знаки (четко очерченные пятна серого или белого цвета на поверхности
тела), металлизация кожи (проникновение в верхние слои кожи мельчайших частичек металла под действием
электрической дуги), электрофтальмия (воспаление наружных оболочек глаз, возникшее в результате
сильного воздействия ультрафиолетовых лучей) и механические повреждения.
Электрический удар - это результат биологического действия тока, состоящий в возбуждении живых
тканей организма при прохождении через них электрического тока, сопровождающийся
непроизвольными судорожными сокращениями мышц. Различают четыре степени электрических ударов
в зависимости от исхода воздействия на организм, начиная от легкого, без потери сознания (первая
степень) до клинической смерти (четвертая степень). В состоянии клинической смерти у человека
отсутствует дыхание и сердцебиение, зрачки глаз расширены и не реагируют на свет. Длитель ность
клинической смерти составляет примерно 4-8 минут. По истечении этого времени наступает гибель
клеток головного мозга, приводящая к необратимому прекращению биологических процессов в
организме, распаду белковых структур - биологической смерти.
Причинами смерти от воздействия электрического тока могут быть прекращение работы сердца,
прекращение дыхания и электрический шок. При этом следует помнить, что прекращение дыхания
примерно через 2 минуты приводит к остановке сердца, и, наоборот, прекращение кровообращения также
быстро приводит к прекращению дыхания. Наступает кислородное голодание организма и смерть.
Электрический шок - это тяжелая нервнорефлекторная реакция организма, сопровождающаяся
глубокими расстройствами кровообращения, дыхания, обмена веществ. Длится он, как правило, от десятков
минут до суток.
Степень поражения человека при воздействии на него электрического тока зависит от нескольких
причин: величины тока, проходящего через жизненно важные органы, рода и частоты тока, времени его
действия, пути прохождения тока в теле человека и индивидуальных свойств человека.
Одними из основных факторов воздействия являются величина тока и длительность его протекания.
Рассмотрим действие различных величин переменного тока промышленной частоты (50 Гц) на организм
человека.
1. Безопасным считается ток, длительное прохождение которого через организм человека не
причиняет ему вреда и не вызывает никаких ощущений. Его величина не превышает 50 мкА.
2. Ток величиной от 0,5 до 1,5 мА называется пороговым ощутимым током. Он вызывает легкое
покалывание, ощущение нагрева кожи.
3. При токе 2-5 мА появляется боли в руке, дрожание кисти.
4. Увеличение тока до 10-15 мА вызывает непереносимую боль и полное прекращение управления
мышцами. Если человек просто прикоснулся к находящимся под напряжением участкам, он может
освободиться
от
действия
тока
посредством отдергивания руки. Если же провод оказался зажатым в руке, то при этом значении тока
человек не может по своей воле разжать пальцы от токоведущих частей и остается под напряжением. По
этой причине ток величиной больше 10-15 мА называется неотпускающим.
Такое явление объясняется тем, что, если по мышцам, управляющим сгибанием и разгибанием
пальцев руки, будет проходить ток одной и той же величины, то сгибательные мышцы, как более
мощные, создают несколько большее усилие, поэтому пальцы сжимаются в кулак. При прохождении по
руке тока промышленной частоты до 10-15 мА воздействие биологических импульсов по воле человека
еще может создать в разгибательных мышцах большее усилие, чем в сгибагельных, и пострадавший
может освободиться от действия электрического тока. При большем токе воздействие биологических
импульсов на управление мышцами полностью утрачивается и их сокращение определяется только действием
внешнего тока.
Пороговый неотпускающий ток условно можно считать безопасным для человека в том смысле, что
он не вызывает немедленного поражения. Но при длительном прохождении величина тока растет за счет
уменьшения сопротивления тела, в результате чего могут возникнуть нарушения кровообращения и дыхания
и наступить смерть.
5. При токе величиной около 50 мА начинается судорожное сокращение мышц грудной клетки,
сужение кровеносных сосудов и повышение артериального давления, что приводит к потере сознания и
смерти.
6. При прохождении тока более 100 мА по пути рука - рука или рука - ноги через 12 секунды может
наступить фибрилляция сердца (хаотические, разрозненные сокращения отдельных волокон сердечной
мышцы). В результате сердце перестает работать как насос, кровообращение нарушается. Фибрилляция
продолжается и после прекращения действия тока, в результате наступает смерть.
7. При токе более 5А фибрилляция, как правило, не наступает, а происходит немедленная остановка
сердца. Хотя известно много случаев, когда при кратковременном прохождении через человека тока
величиной около 10А не наступала смерть. Однако в этом случае происходит паралич дыхания. При
больших токах, проходящих через тело человека, смерть может наступить и в результате разрушения
внутренней структуры тканей организма глубоких ожогов тела.
При напряжениях до 250-300В постоянный ток примерно в 4-5 раз безопаснее переменного с частотой
50Гц, при более высоких напряжениях постоянный ток опаснее.
Величина проходящего через организм тока определяется приложенным напряжением и
сопротивлением тела человека. Сопротивление тела человека при сухой, чистой и неповрежденной коже
колеблется В пределах от 3000 до 500 000 Ом. Если удалить роговой слой в тех местах, где измеряется
сопротивление, то его значение падает до 500-700 Ом. Состояние кожи сильно влияет на величину
сопротивления тела человека. Наличие царапин, грязи и влаги очень сильно (в десятки раз) снижает
сопротивление. Наименьшим сопротивлением обладает кожа лица, шеи, рук на участке вы ше ладоней и
др. С увеличением тока и времени его прохождения сопротивление падает, поскольку при этом
усиливается местный нагрев кожи, что приводит к увеличению потоотделения.
Причинами несчастных случаев при воздействии электрического тока могут быть:
• случайное прикосновение к токоведущим частям, находящимся под напряжением;
• появление напряжения на металлических частях электрооборудования, которые нормально не
находятся под напряжением (вследствие нарушения изоляции, падения на них провода, находящегося
под напряжением);
• возникновение шагового напряжения на участке земли, где находится человек.
Основными мерами защиты от поражения электрическим током являются:
• обеспечение недоступности для случайного прикосновения токоведущих частей, находящихся под
напряжением;
• обеспечение надежной изоляции электроустановок;
• применение защитного заземления, зануления, отключения и др.;
• применение специальных защитных средств.
Первая помощь человеку, пораженному электрическим током.
Первую доврачебную помощь пораженному током должен уметь оказывать каждый работающий с
электроустановками. Она состоит из двух этапов: освобождение пострадавшего от действия тока и оказание
ему медицинской помощи.
Освобождение пострадавшего от действия тока необходимо в случае, если он сам не в состоянии этого
сделать. Такое положение может возникнуть, если через пострадавшего проходит ток больше 10-15 мА и он
не в состоянии разжать руку с зажатым проводом; при параличе или судорожном сокращении мышц; при
потере сознания. Следует помнить, что ток, проходящий через человека, может быстро увеличиться до
опасного значения, поэтому необходимо срочно освободить его от действия тока.
Такое освобождение можно осуществить несколькими способами. Наиболее простой - отключить
электроустановку, которой касается человек, от источника питания. Если это сделать невозможно, то
пострадавшего необходимо оттянуть от токоведущих частей или перерубить провода. При напряжениях до
1000В допускается оттягивание пострадавшего, взявшись за его одежду и предварительно изолировав руки
(диэлектрическими перчатками, шарфом, рукавицами и т.п.). Действовать необходимо одной рукой. Вместо
этого можно изолировать себя от пола, встав на резиновый коврик, сухую доску или одежду. Перерубать
провода при напряжениях до 3000В можно топором с сухой деревянной ручкой или другим инструментом с
изолированными ручками. Каждый провод следует перерубать отдельно, чтобы не вызвать короткого
замыкания и как следствия электрической дуги между проводами.
В электроустановках напряжением выше 1000В для обеспечения собственной безопасности
оказывающий помощь должен надеть диэлектрические перчатки и освобождение пострадавшего от
токоведущих частей производить изолирующей штангой или клещами с изолирующими ручками,
рассчитанными на соответствующее напряжение.
Сразу же после освобождения пострадавшего от электрического тока ему оказывается первая
доврачебная помощь. Для определения ее вида и объема необходимо выяснить состояние
пострадавшего (проверить наличие дыхания, пульса, реакцию зрачков на свет). Если пострадавший
находится в сознании, у него нормальное дыхание и сердцебиение, то его все же нельзя считать
здоровым. Его следует удобно уложить в сухое место, расстегнуть одежду и обеспечить полный покой
до прибытия врача. Дело в том, что отрицательное воздействие электрического тока на человека может сказаться не сразу, а спустя некоторое время - через несколько минут, часов и даже дней.
Если пострадавший находится без сознания, но с нормальным дыханием и пульсом, его следует
удобно уложить, обеспечить приток свежего воздуха и начать приводить в сознание (подносить к носу
вату, смоченную в нашатырном спирте, обрызгивать лицо холодной водой, растирать и согре вать тело).
В случае отсутствия у пострадавшего дыхания или (и) пульса ему необходимо производить
искусственное дыхание и непрямой массаж сердца. Никогда не следует отказываться от оказания помощи
пострадавшему и считать его мертвым из-за отсутствия дыхания, сердцебиения и других признаков жизни.
Известно много случаев оживления людей, пораженных током, после нескольких часов, в течение которых
непрерывно выполнялись искусственное дыхание и массаж сердца. Однако попытки оживления эффективны
лишь когда с момента остановки сердца прошло не более 5-6 минут.
Длительное отсутствие пульса при появлении дыхания и других признаков оживления организма
указывает на наличие фибрилляции сердца. В этом случае необходимо произвести его дефибрилляцию.
Достигается она путем кратковременного воздействия большого тока на сердце пострадав шего. В
результате происходит одновременное сокращение всех волокон сердечной мышцы, которые до того
сокращались в разное время. После этого могут восстановиться естественные сокращения сердца.
Дефибрилляция производится с помощью специального прибора - дефибриллятора, основной частью
которого является конденсатор емкостью 20 мкФ с рабочим напряжением 6 кВ. Ток разрядки конденсатора
при длительности 10 мкФ составляет 15-20А. Электрическую дефибрилляцию сердца может производить
только врач.
Правильная организация рабочего места за компьютером
Чтобы учиться было комфортно, чтобы не нанести вреда своему здоровью, вы должны
уметь правильно организовать свое рабочее место.
Правильная рабочая поза позволяет избегать перенапряжения мышц, способствует
лучшему кровотоку и дыханию.
Правильная рабочая поза:










Следует сидеть прямо (не сутулясь) и опираться спиной о спинку кресла. Прогибать спину в
поясничном отделе нужно не назад, а, наоборот, в немного перед.
Недопустимо работать, развалившись в кресле. Такая поза вызывает быстрое утомление, снижение
работоспособности.
Не следует высоко поднимать запястья и выгибать кисти - это может стать причиной боли в руках и
онемения пальцев.
Колени - на уровне бедер или немного ниже. При таком положении ног не возникает напряжение
мышц.
Нельзя скрещивать ноги, класть ногу на ногу - это нарушает циркуляцию крови из-за сдавливания
сосудов. Лучше держать обе стопы на подставке или полу.
Необходимо сохранять прямой угол (900) в области локтевых, тазобедренных и голеностопных
суставов.
Монитор необходимо установить на такой высоте, чтобы центр экрана был на 15-20 см ниже уровня
глаз, угол наклона до 150.
Экран монитора должен находиться от глаз пользователя на оптимальном расстоянии 60-70 см, но
не ближе 50 см с учетом размеров алфавитно-цифровых знаков и символов.
Не располагайте рядом с монитором блестящие и отражающие свет предметы.
Поверхность экрана должна быть чистой и без световых бликов.
Так же при работе необходимо:






дышать ритмично, свободно, глубоко, чтобы обеспечивать кислородом все части тела;
держать в расслабленном состоянии плечи и руки - в руках не будет напряжения, если плечи
опущены;
чаще моргать и смотреть в даль. Моргание способствует не только увлажнению и очищению
поверхности глаз, но и расслаблению лицевых, лобных мышц (без сдвигания бровей). Малая
подвижность и длительное напряжение глазных мышц могут стать причиной нарушения
аккомодации.
При ощущении усталости какой-то части тела сделайте глубокий вдох и сильно напрягите
уставшую часть тела, после чего задержите дыхание на 3-5 с и на выдохе расслабеть, затем можно
повторить.
При ощущении усталости глаз следует в течении 2-3 мин окинуть взглядом комнату, устремить
взгляд на разные предметы, смотреть в даль (в окно).
Если резко возникло общее утомление, появилось дрожание изображение на экране (покачивание,
подергивание, рябь), следует немедленно сообщить об этом учителю.
Техника, с которой вы будете работать, достаточно нежная, поэтому соблюдайте
следующие правила:





Если вы обнаружили какую-либо неисправность, немедленно сообщите об этом преподавателю. Не
работайте на неисправном оборудовании!
Не включайте и не выключайте компьютеры самостоятельно.
Не дергайте и вообще не трогайте различные провода.
Не стучите по клавиатуре и мышке.
Не садитесь за клавиатуру с грязными руками.
Основные этапы развития информационного общества.
В истории человеческого общества несколько раз происходили радикальные изменения в информационной
области, которые можно назвать информационными революциями.
Информационная революция – это этап появления средств и методов обработки информации,
вызывавших кардинальные изменения в обществе.
Первая информационная революция была связана с изобретением письменности. Изобретение
письменности позволило накапливать и распространять знания. Цивилизации, освоившие письменность,
развивались быстрее других, достигали более высокого культурного и экономического уровня. Примерами
могут служить Древний Египет, страны Междуречья, Китай. Позднее переход к алфавитному способу
письма сделал письменность более доступной и способствовал смещению центров цивилизации в Европу
(Греция, Рим).
Вторая информационная революция (в середине XVI в.) была связана с изобретением книгопечатания.
Стало возможным не только сохранять информацию, но и сделать ее массово-доступной. Все это ускорило
развитие науки и техники, помогло промышленной революции, Книги перешагнули границы стран, что
способствовало началу сознания общечеловеческой цивилизации.
Третья информационная революция (в конце XIX в.) была обусловлена прогрессом средств связи.
Телеграф, телефон, радио позволили оперативно передавать информацию на любые расстояния. Эта
революция совпала с периодом бурного развития естествознания.
Четвертая информационная революция (в 70-х гг. XX в.) связана с появлением микропроцессорной
техники и, в частности, персональных компьютеров. Вскоре после этого возникли компьютерные
телекоммуникации, радикально изменившие системы хранения и поиска информации.
Дадим определение понятия «информация»:
Информация – это знания, данные, сведения, сообщения об окружающем нас мире,
зафиксированные на материальных носителях.
В середине ХХ века возникает новая наука «Информатика»:
Информатика – наука об информации и технических средствах ее сбора, хранения, обработки, передачи.
Информатика возникает на стыке многих наук : математика, кибернетика, физика, химия, электроника,
философия, история, лингвистика.
В настоящее время в мире накоплен огромный информационный потенциал, которым люди не могут
пользоваться в полной мере в силу ограниченности своих возможностей. Это привело к необходимости
внедрения новых технологий обработки и передачи информации и послужило началом перехода от
индустриального общества к информационному. Этот процесс начался с середины XX в.
Основные черты информационного общества.
В информационном обществе главным ресурсом является информация, это общество, в котором
большинство работающих занято производством, хранением, обработкой и передачей информации.
В качестве критериев развитости информационного общества можно перечислить следующие:
наличие компьютеров,
уровень развития компьютерных сетей
доля населения, занятого в информационной сфере, а также использующего информационные
технологии в своей повседневной деятельности.
Однако, следует отметить, что в настоящее время ни одно государство не находится в этой стадии. Ближе
всех к информационному обществу подошли США, Япония, ряд стран Западной Европы.
Роль и значение информационных революций
В истории развития цивилизации произошло несколько информационных революций — преобразований
общественных отношений из-за кардинальных изменений в сфере обработки информации. Следствием
подобных преобразований являлось приобретение человеческим обществом нового качества.
Первая революция связана с изобретением письменности, что привело к гигантскому качественному и
количественному скачку. Появилась возможность передачи знаний от поколения к поколениям.
Вторая (середина XVI в.) вызвана изобретением книгопечатания, которое радикально изменило
индустриальное общество, культуру, организацию деятельности.
Третья (конец XIX в.) обусловлена изобретением электричества, благодаря которому появились
телеграф, телефон, радио, позволяющие оперативно передавать и накапливать информацию в любом
объеме.
Четвертая (70-е гг. XX в.) связана с изобретением микропроцессорной технологии и появлением
персонального компьютера. На микропроцессорах и интегральных схемах создаются компьютеры,
компьютерные сети, системы передачи данных (информационные коммуникации). Этот период
характеризуют три фундаментальные инновации:
• переход от механических и электрических средств преобразования информации к электронным;
• миниатюризация всех узлов, устройств, приборов, машин;
• создание программно-управляемых устройств и процессов.
Для создания более целостного представления об этом периоде целесообразно познакомиться с
приведенной ниже справкой о смене поколений электронно-вычислительных машин (ЭВМ) и сопоставить
эти сведения с этапами в области обработки и передачи информации.
Справка о смене поколений ЭВМ.
1-е поколение (начало 50-х гг.). Элементная база — электронные лампы. ЭВМ отличались большими
габаритами, большим потреблением энергии, малым быстродействием, низкой надежностью,
программированием в кодах.
2-е поколение (с конца 50-х гг.). Элементная база — полупроводниковые элементы. Улучшились по
сравнению с ЭВМ предыдущего поколения все технические характеристики. Для программирования
используются алгоритмические языки.
3-е поколение (начало 60-х гг.). Элементная база — интегральные схемы, многослойный печатный
монтаж. Резкое снижение габаритов ЭВМ, повышение их надежности, увеличение производительности.
Доступ с удаленных терминалов.
4-е поколение (с середины 70-х гг.). Элементная база— микропроцессоры, большие интегральные схемы.
Улучшились технические характеристики. Массовый выпуск персональных компьютеров. Направления
развития: мощные многопроцессорные вычислительные системы с высокой производительностью, создание
дешевых микроЭВМ.
5-е поколение (с середины 80-х гг.). Началась разработка интеллектуальных компьютеров, пока не
увенчавшаяся успехом. Внедрение во все сферы компьютерных сетей и их объединение, использование
распределенной обработки данных, повсеместное применение компьютерных информационных технологий.
Последняя информационная революция выдвигает на первый план новую отрасль — информационную
индустрию, связанную с производством технических средств, методов, технологий для производства новых
знаний. Важнейшими составляющими информационной индустрии становятся все виды информационных
технологий, особенно телекоммуникации. Современная информационная технология опирается на
достижения в области компьютерной техники и средств связи.
Информационная технология (ИТ) — процесс, использующий совокупность средств и методов сбора,
обработки и передачи данных (первичной информации) для получения информации нового качества о
состоянии объекта, процесса или явления.
Телекоммуникации — дистанционная передача данных на базе компьютерных сетей и современных
технических средств связи.
Информационное общество — общество, в котором большинство работающих занято производством,
хранением, переработкой и реализацией информации, особенно высшей ее формы — знаний.
Информационные ресурсы.
Ресурс – это запас или источник некоторых средств. Традиционно различают следующие виды
общественных ресурсов: материальные, энергетические, трудовые, финансовые.
Одним из важнейших видов ресурсов современное общества являются информационные ресурсы.
Значимость информационных ресурсов постоянно растет; одним из свидетельств этого является то, что уже
на нынешней фазе продвижения к информационному обществу информационные ресурсы становятся
товаром, совокупная стоимость которого на рынке сопоставима со стоимостью традиционных ресурсов.
Информационные ресурсы - в широком смысле - совокупность данных, организованных для
эффективного получения достоверной информации.
Под информационными ресурсами в соответствии с российским Законом от 20 февраля 1995 г. № 24Ф3 «Об информации, информатизации и защите информации» понимается информация,
зафиксированная на материальном носителе и хранящаяся в информационных системах
(библиотеках, архивах, фондах, банках данных и др.).
Информационный ресурс может принадлежать одному человеку или группе лиц, организации, городу,
региону, стране, миру. Информационный ресурс является продуктом деятельности наиболее
квалифицированной части общества.
Информационные ресурсы общества в настоящее время рассматриваются как стратегические ресурсы,
аналогичные по значимости ресурсам материальным, сырьевым, энергетическим, трудовым и финансовым.
Однако между информационными и другими ресурсами существует одно важнейшее различие: всякий
ресурс после использования исчезает (сожженное топливо, израсходованные финансы), а информационный
ресурс остается, им можно пользоваться многократно, он копируется без ограничения. Более того, по мере
использования информационный ресурс имеет тенденцию увеличиваться, так как использование
информации редко носит совершенно пассивный характер, чаще при этом генерируется дополнительной
информацией.
Крупнейшей категорией информационных ресурсов являются национально- информационные
ресурсы. Возможный способ их классификации:

Библиотечные ресурсы

Архивные ресурсы

Научно- техническая информация

Правовая информация

Информация государственных структур

Отраслевая информация

Финансовая и экономическая информация

Информация о природных ресурсах

Информация предприятий и учреждений

...
Образовательные информационные ресурсы разного рода учебных заведений имеют примерно
схожую структуру. Например, информационные ресурсы ссуза могут быть классифицированы так:

Учебники, учебные пособия, учебно-методические материалы;

Нормативно-правовые акты системы образования (законы, государственные стандарты и т.п.);

Приказы и иные текущие документы Министерства образования Российской Федерации и иных
ведомств;

Кадровая информация о преподавателях, сотрудниках и студентах;

Экономическая информация (бухгалтерии, планово-экономического отдела и т.п.);

Информация о материальных ресурсах (здании, мебели, оборудовании и т.п.);

Архивные материалы

Информация по проблемам образования, размещенная на специальных сайтах в Интернете;
 ...
Контрольные вопросы:
1. Что понимают под информацией?
2. Понятие «Данные», что это?
3. Разъясните понятие «Информационный процесс»?
4. Сколько информационных революций произошло?
5. Сколько поколений компьютеров сменилось?
6.
7.
Что понимают под информационным обществом?
Что является продуктом производства в информационном обществе?
8. Что называется средствами информатизации?
9. Основное назначение техники.
10. Разъясните понятия
организационной, коммуникационной и компьютерной
техники?
11. Что называется информационной технологией?
12. Этапы развития информационной технологии.
13. Охарактеризуйте основные черты современных ИТ.
14. Что понимают под информационными ресурсами?
15. Назовите виды информационных ресурсов.
16. Что называется информационным продуктом?
17. Кто может быть поставщиком информационных продуктов?
18. Что позволило развитие мировых информационных ресурсов?
Персональный компьютер, его устройство.
В основу построения большинства компьютеров положены следующие общие принципы,
сформулированные в 1945 году американским учёным Джоном фон Нейманом.
1. Принцип программного управления.
Программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором автоматически друг за
другом в определённой последовательности.
Выборка программ из памяти осуществляется с помощью счётчика команд. Так как команды
программы расположены в памяти друг за другом, то тем самым организуется выборка цепочки команд из
последовательно расположенных ячеек памяти.
2. Принцип однородности памяти.
Программы и данные хранятся в одной и той же памяти. Поэтому компьютер не различает, что
хранится в данной ячейке памяти – число, текст или команда. Над командами можно выполнять такие же
действия, как и над данными. Это открывает целый ряд возможностей.
3. Принцип адресности.
Основная память состоит из перенумерованных ячеек; процессору в произвольный момент времени
доступна любая ячейка. Отсюда следует возможность давать имена областям памяти, так, чтобы к
запомненным в них значениям можно было впоследствии обращаться или менять их в процессе выполнения
программ с использованием присвоенных имён.
Электронные вычислительные машины (компьютеры) – это универсальные
электронные устройства, предназначенные для обработки информации. Наиболее
широкое распространение получили ЭВМ, предназначенные для индивидуальной работы
- персональные компьютеры. Обычно персональные компьютеры (ПК) состоят из трех
частей (блоков):



системного блока;
клавиатуры, с помощью которой вводят информацию в компьютер;
монитора (или дисплея) - для отображения информации, представленной в текстовом или
графическом виде.
Компьютеры выпускаются как в настольном исполнении, так и в портативном
варианте - "блокнотном" (NoteBook) исполнении. В портативном варианте системный
блок, монитор и клавиатура заключены в один корпус: системный блок спрятан под
клавиатурой, а монитор сделан как крышка к клавиатуре. Существуют и упрощенные
модели компьютеров, у которых также все эти узлы смонтированы в одном корпусе с
клавиатурой, например, персональные компьютеры типа Euro-PC, но они безнадежно
устарели.
1. Системный блок.
Хотя из всех частей компьютера системный блок выглядит наименее эффектно,
именно он является в компьютере "главным". В нем располагаются все основные узлы,
поддерживающие работу компьютера:




электронные схемы, управляющие работой компьютера (микропроцессор, оперативная память,
контроллеры устройств и т.д.);
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 жестком магнитном диске, предназначенный для чтения и записи на жесткий
несъемный магнитный диск (винчестер).
Первое, что сразу же бросается в глаза при снятии корпуса системного блока - это
установленная внутри большая плата, которая называется материнской (или системной)
платой. Эта печатная плата изготовлена из нескольких слоев изоляционного материала
(например, стеклотекстолита) с нанесенными на них плоскими тонкими медными
проводниками (дорожками). Слои платы склеены и спрессованы, таким образом
10
материнские платы современных компьютеров являются многослойными. На
материнской плате установлены микросхемы микропроцессора, колодка математического
сопроцессора, постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), контактные колодки для
оперативного запоминающего устройства (ОЗУ) и другие микросхемы. Материнская
плата содержит разъемы расширения системы и разъемы подключения к блоку питания,
переключатели изменения конфигурации системы и некоторые другие элементы.
Блок-схема системного блока компьютера может выглядеть так:
Клавиатура
Системный блок компьютера
Материнская плата
Сопроцессор
Процессор
Контроллер
клавиатуры
Постоянное
запоминающее
устройство
Жесткий диск
Системная магистраль данных (шина)
Дисководы для гибких
дисков
Адаптер
монитора
Монитор
Контроллеры
дополнительных
устройств
Адаптеры
портов
Дополнительные
устройства (стример,
сканер и т.д.)
Контроллер
дисков
Устройства, подключаемые через порты
(принтер, мышь и т.д.)
1.1. Электронные платы компьютера.
Для упрощения подключения устройств электронные схемы IBM PC состоят из
нескольких модулей - электронных плат. На основной плате компьютера - системной, или
материнской, плате - обычно располагаются основной микропроцессор, сопроцессор,
оперативная память и магистраль. Магистраль (системная шина или просто шина) - это
набор электронных линий, связывающих между собой центральный процессор,
системную память и периферийные устройства. По шине передаются адреса памяти,
данные и служебные управляющие сигналы в виде кодов операций, команд и т.п.
Схемы, управляющие внешними устройствами компьютера (контроллеры или
адаптеры), находятся на отдельных платах, вставляющихся в унифицированные разъемы
(слоты) на материнской плате. Через эти разъемы контроллеры устройств подключаются
непосредственно к системной магистрали передачи данных в компьютере - шине. Таким
образом, наличие свободных разъемов системной шины обеспечивает возможность
добавление к компьютеру новых устройств. Чтобы заменить одно устройство другим
(например, устаревший адаптер монитора на новый), надо просто вынуть
соответствующую плату разъема и вставить вместо нее другую. Несколько сложнее
осуществляется замена самой материнской платы.
11
2.1. Магистрально-модульный принцип построения компьютера.
Архитектура современных персональных компьютеров основана на магистральномодульном принципе. Модульный принцип позволяет потребителю самому
комплектовать нужную ему конфигурацию компьютера и производить при
необходимости ее модернизацию. Модульная организация компьютера опирается на
магистральный (шинный) принцип обмена информации.
Системный блок
Процессор
Оперативная память
Шина данных (8, 16, 32, 64 разряда)
Шина адреса (16, 20, 24, 32, 64 разряда)
Шина инструкций (управления)
НГМД
НЖМД
Дисплей
Клавиатура
Дисплей
Мышь
Периферийные (внешние) устройства
Схема обмена информацией между устройствами компьютера
Обмен информацией между отдельными устройствами компьютера производится
по системной шине, соединяющей все модули. Это основная интерфейсная система
компьютера, обеспечивающая сопряжение и связь всех его устройств между собой.
Системная шина включает в себя:




кодовую шину данных (КШД), содержащую провода и схемы сопряжения для параллельной
передачи всех разрядов числового кода (машинного слова) операнда;
кодовую шину адреса (КША), включающую провода и схемы сопряжения для параллельной
передачи всех разрядов кода адреса ячейки основной памяти или порта ввода-вывода внешнего
устройства;
кодовую шину инструкций (КШИ), содержащую провода и схемы сопряжения для передачи
инструкций (управляющих сигналов, импульсов) во все блоки машины;
шину питания, имеющую провода и схемы сопряжения для подключения блоков компьютера к
системе энергопитания.
Системная шина обеспечивает три направления передачи информации:
1) между микропроцессором и основной памятью;
2) между микропроцессором и портами ввода-вывода внешних устройств;
3) между основной памятью и портами ввода-вывода внешних устройств (в режиме прямого
доступа к памяти).
Разрядность шины данных определяется разрядностью процессора, т.е.
количеством двоичных разрядов, которые процессор обрабатывает за один такт.
Специальные импульсы для отсчета времени для всех электронных устройств
вырабатывает тактовый генератор частоты, расположенный на системной плате. Главный
его элемент использует кристалл кварца, который обладает стабильностью резонансной
частоты. Управление системной шиной осуществляется микропроцессором либо
непосредственно, либо, что чаще, через дополнительную микросхему - контроллер шины,
формирующий основные сигналы управления. Обмен информацией между внешними
устройствами и системной шиной выполняется с использованием ASCII-кодов.
Процессор выполняет арифметические и логические операции, взаимодействует с
памятью, управляет и согласует работу периферийных устройств (эти устройства
12
осуществляют связь ЭВМ с "внешним миром" и поэтому еще называются внешними).
Порты ввода-вывода периферийных устройств через соответствующие унифицированные
разъемы (стыки) подключаются к шине единообразно: непосредственно или через
контроллеры (адаптеры). Подключение отдельных модулей компьютера к шине на
физическом уровне осуществляется с помощью контроллеров (адаптеров), а на
программном - обеспечивается драйверами.
Драйвер - это управляющая программа, работа которой заключается в вызове
другой программы или нескольких программ и задающая им параметры.
Адаптером называют устройство сопряжения ЭВМ и внешнего устройства, работа
которого заключается в преобразовании информации из одного вида в другой. Например,
адаптер монитора (видеоадаптер) - преобразует импульсные сигналы, поступающие от
компьютера в обычные видеосигналы, необходимые для работы дисплея.
Под контроллером обычно подразумевают электронное устройство, которое
управляет или "контролирует" работу внешних устройств: клавиатуры, дисковых
накопителей и некоторых других внешних устройств. Контроллер принимает сигнал от
процессора и дешифрует его, чтобы соответствующее устройство смогло принять этот
сигнал и правильно отреагировать на него. За реакцию внешнего устройства процессор не
отвечает, отвечает лишь соответствующий ему контроллер. Поэтому внешние устройства
ЭВМ заменяемы, и набор таких модулей произволен.
Выбор абонента по обмену данными производит процессор, который формирует
код адреса данного устройства, а для ОЗУ - (оперативного запоминающего устройства)
код адреса ячейки памяти. Код адреса передается по адресной шине, причем сигналы по
ней передаются в одном направлении от процессора к устройствам (однонаправленная
шина). По шине управления передаются сигналы, определяющие характер обмена
информацией (ввод/вывод), и сигналы, синхронизирующие взаимодействие устройств,
участвующих в обмене информацией.
3. Процессор.
Процессор (центральный процессор) - от латинского слова "продвижение" функциональная часть компьютера, включающая в себя АЛУ (арифметико-логическое
устройство) и ЦУУ (центральное устройство управления). Центральный процессор
считается основным устройством вычислительных машин, которое выполняет
преобразование информации и осуществляет управление всем вычислительным
процессом в соответствии с принципом программного управления – автоматическим
выполнением последовательности команд: составленной и введенной в компьютер
программой.
3.1. Микропроцессор.
Микропроцессор (МП) - центральный процессор, выполненный в виде одной
микросхемы. Это центральный блок компьютера, предназначенный для управления
работой всех блоков машины и для выполнения арифметических и логических операций
над информацией. Микропроцессор – это программируемое логическое устройство,
выполненное на основе одной или нескольких БИС или СБИС (БИС – большая
интегральная схема, СБИС - сверхбольшая интегральная схема). Его задача декодировать команды вложенной в него программы и реализовать их.
В микропроцессор входят:


устройство управления (УУ) - формирует и подает во все блоки машины в нужные моменты
времени определенные сигналы управления (управляющие импульсы), обусловленные спецификой
выполняемой операции и результатами предыдущих операций; формирует адреса ячеек памяти,
используемых выполняемой операцией, и передает эти адреса в соответствующие блоки ЭВМ;
опорную последовательность импульсов УУ получает от генератора тактовых импульсов;
арифметико-логическое устройство (АЛУ)-предназначено для выполнения всех арифметических и
логических операций над числовой и символьной информацией (в некоторых моделях компьютеров
13


для ускорения выполнения операций к АЛУ подключается дополнительный математический
сопроцессор);
микропроцессорная память (МПП) - служит для кратковременного хранения, записи и выдачи
информации, непосредственно используемой в вычислениях в ближайшие такты машины. МПП
строится на регистрах и используется для обеспечения высокого быстродействия машины, ибо
основная память (ОП) не всегда обеспечивает скорость записи, поиска и считывания информации,
необходимую для эффективной работы быстродействующего микропроцессора. Регистры быстродействующие ячейки памяти различной длины (в отличие от ячеек ОП, имеющих
стандартную длину и более низкое быстродействие);
интерфейсная система микропроцессора – реализует сопряжение и связь с другими устройствами
компьютера; включает в себя внутренний интерфейс МП, буферные запоминающие регистры и
схемы управления портами ввода-вывода (ПВВ) и системной шиной. Интерфейс (interface) совокупность средств сопряжения и связи устройств компьютера, обеспечивающая их эффективное
взаимодействие. Порт ввода-вывода (I/O - Input/Output port) – аппаратура сопряжения, позволяющая
подключать к микропроцессору другое устройство компьютера.
Функциональная схема микропроцессора содержит все или часть устройств, блоков
и узлов центрального процессора. Центральный процессор - основное устройство
вычислительных машин, выполняющее заданные программы преобразования информации
и осуществляющие управление всем вычислительным процессом.
Микропроцессор выполняет следующие функции:





чтение и дешифрацию команд из основной памяти;
чтение данных из ОП и регистров адаптеров внешних устройств;
прием и обработку запросов и команд от адаптера на обслуживание ВУ;
обработку данных и их запись в ОП и регистры адаптеров ВУ;
выработку управляющих сигналов для всех прочих узлов и блоков компьютера.
Несколько слов о генераторе тактовых импульсов. Его задача - генерировать
последовательность электрических импульсов; частота генерируемых импульсов
определяет тактовую частоту машины. Промежуток времени между соседними
импульсами определяет время одного такта работы машины или просто такт работы
машины. Частота генератора тактовых импульсов является одной из основных
характеристик персонального компьютера и во многом определяет скорость его работы,
ибо каждая операция в машине выполняется за определенное количество тактов.
Разрядность шины данных микропроцессора определяет разрядность компьютера в
целом; разрядность шины адреса МП - его адресное пространство. Адресное
пространство – это максимальное количество всех ячеек основной памяти, которое
может быть непосредственно адресовано микропроцессором.
Процессоры характеризуются скоростью (тактовой частотой) обработки
информации и разрядностью. Одним из способов повышения быстродействия МП
является использование кэш-памяти, которое позволяет избежать циклов ожидания в
работе МП, когда информация из соответствующих схем памяти устанавливается на
системной шине данных компьютера.
3.2.3. Микропроцессорная память.
Микропроцессорная память (МПП) - память небольшой емкости, но очень
высокого быстродействия (время обращения к МПП, т.е. время, необходимое на поиск,
запись или считывание информации из этой памяти, измеряется наносекундами тысячными долями микросекунды). Она предназначена для кратковременного хранения,
записи и выдачи информации, непосредственно в ближайшие такты работы машины
участвующей в вычислениях; МПП используется для обеспечения высокого
быстродействия машины, ибо основная память не всегда обеспечивает скорость записи,
поиска и считывания информации, необходимую для эффективной работы
быстродействующего микропроцессора.
Регистры микропроцессора делятся на регистры общего назначения и специальные.
Специальные регистры применяются для хранения различных адресов (например, адреса
команды), признаков результатов выполнения операций и режимов работы компьютера
14
(регистр флагов, например) и др. Регистры общего назначения являются универсальными
и могут использоваться для хранения любой информации, но некоторые из них тоже
должны быть обязательно задействованы при выполнении ряда процедур.
3.2.4. Адресное пространство процессора.
Разрядность процессора - это число одновременно обрабатываемых им битов.
Разрядность процессора может составлять 8, 16, 32, 64, 128 и т.д бит. Вместе с
быстродействием разрядность характеризует объем информации, перерабатываемой
процессором за единицу времени. Разрядность внутренней шины данных МП может не
совпадать с количеством внешних выводов для линии данных. Например, МП с 32разрядной внутренней шиной данных может иметь только 16 внешних линий данных.
Одна из функций процессора состоит в перемещении данных, в организации обмена
данными с внешними устройствами и оперативной памятью. При этом процессор
формирует код устройства, а для ОЗУ - адреса ячейки памяти. Код адреса передается по
адресной шине. Объем физически адресуемой микропроцессором памяти однозначно
определяется разрядностью n внешней шины адреса как 2 , где n - разрядность адресной
шины. Следовательно, при 16-, 20-, 24- или 32-разрядной шине адреса создается адресное
пространство соответственно 2 в 16-ой степени байт (т.е. равно 640 Кбайт), 2 в 20-ой
степени байт (равно 1 Мбайт), 2 в 24-ой степени байт (равно 16 Мбайт), 2 в 32-ой степени
байт (равно 4 Гбайт).
4. Память компьютера.
4.1. Основная память.
4.1.1. Постоянное запоминающее устройство компьютера (RAM).
Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) – это устройство, которое доступно
компьютеру только для чтения из него некоторой информации. При отключении питания
информация из такой памяти не стирается и хранится в ней постоянно. Изготовитель
компьютера программирует данную микросхему ПЗУ под конкретный тип компьютера и
пользователь не может изменить содержащуюся в ней информацию. ПЗУ компьютера
выполняет несколько функций, в частности при запуске персонального компьютера:




в нем находится программа определения и установки конфигурации компьютера (так называемая
программа Setup). У современных персональных компьютеров Setup – довольно большая программа с
удобным и наглядным диалогом. Она позволяет настроить ПК под установленное в нем оборудование и
задать некоторые установки (параметры), которые сохраняются для дальнейшей работы в специальном
перепрограммируемом ПЗУ;
программа автотестирования компьютера, которая проверяет (при включении питания) исправность
основных узлов компьютера: микропроцессора, памяти, дисковых накопителей и клавиатуры;
периодический "опрос" клавиатуры и вывод на экран дисплея диалоговых сообщений. Компьютер
периодически (50 раз в секунду) опрашивает состояние клавиатуры. Если никакая клавиша не нажата,
он продолжает работу, в противном случае он вводит код нажатой клавиши и дальнейшие действия
компьютера зависят от этого кода;
в ПЗУ размещается базовая система ввода-вывода (BIOS), которая после тестирования компьютера
начинает загрузку (обычно с диска A или С в зависимости от конфигурации в Setup) специальной
программы (операционной системы) под управлением которой работает компьютер.
Таким образом, ПЗУ выполняет основные функции начала правильной работы или
"оживления" компьютера.
4.1.2. Оперативное запоминающее устройство компьютера (ROM).
Оперативная память предназначена для хранения переменной информации, т.к.
допускает изменение своего содержимого в процессе выполнения процессором операций
по обработке информации. Вся информация, вводимая в ЭВМ и возникающая в ходе ее
работы, хранится в этой памяти. Оперативную память можно представить себе как
совокупность ячеек, разделенных на разряды, для хранения в каждом одного бита
информации. В любую ячейку памяти может быть записан некоторый набор нулей и
единиц,
образующий
машинное
слово
фиксированную,
упорядоченную
15
последовательность битов, рассматриваемую аппаратной частью компьютера как единое
целое. Машинное слово может быть различной длины в зависимости от типа ЭВМ (от 8 до
64 битов) и определяет наибольшее число, которое может удерживаться в ячейке памяти.
При байтовой архитектуре минимальной единицей измерения информации является байт,
а машинное слово может равняться 2, 4 или 8 байтам. Следовательно, можно говорить об
объеме памяти компьютера и измерять его в килобайтах, мегабайтах, гигабайтах в
соответствии с количеством байтовых ячеек, как структурных дискретных единиц памяти.
Помимо дискретности структуры свойством оперативной памяти является ее
адресуемость. Все ячейки памяти пронумерованы, номер ячейки - это ее адрес. Он
позволяет отличать ячейки друг от друга, обращаться к любой ячейке, чтобы записать в
нее новую информацию вместо старой или воспользоваться уже хранящейся в ячейке
информацией для выполнения каких-нибудь действий с ней. При таком считывании
хранящееся в ячейке слово не изменится. В оперативной памяти в виде
последовательности машинных слов хранятся как данные, так и программы. Поскольку в
любой момент времени доступ может осуществляться к произвольно выбранной ячейке,
то этот вид памяти также называют памятью с произвольной выборкой - RAM (Random
Access Memory).
Память
компьютера
RAM
Основная
Кэш - память
Flash
ROM
Внешняя
Механическая
Перфокарты
Перфоленты
Магнитная
Магнитные ленты
Гибкие магнитные диски
Жесткие магнитные диски
ZIP-диски
Jaz-диски
Оптическая
CD-диски
DVD-диски
4.3. КЭШ-память.
КЭШ-память - это буферная, недоступная для пользователя быстродействующая
память, автоматически используемая компьютером для ускорения операций с
информацией, хранящейся в более медленно действующих запоминающих устройствах.
КЭШ-память является буфером между устройствами компьютера, которые обрабатывают
данные с различной скоростью (например, ОЗУ и микропроцессор, ОЗУ и жесткий диск и
т.д.), и позволяющая увеличить скорость выполнения операций.
Она хранит набор наиболее важных команд микропроцессора или данных и
обеспечивает упреждающий вызов нужных команд и данных. Суть такого упреждения
заключается в том, что многие команды микропроцессора заранее предполагают какие-то
действия. Например, прежде чем выполнить арифметическую операцию, нужно вывести
данные из определенных регистров микропроцессора. В КЭШ-памяти хранятся данные,
которые МП получил и будет использовать в ближайшие такты своей работы. Быстрый
доступ к этим данным и позволяет сократить время выполнения очередных команд
программы. При выполнении программы данные, считанные из ОП с небольшим
опережением, записываются в КЭШ-память.
Если востребованная команда или данные находятся в кэше - говорят о попадании
запроса. В этом случае команда или данные быстро извлекаются из кэша (гораздо
быстрее, чем из ОЗУ или иного накопителя). При этом процессор не тратит время на
ожидание. Если происходит пропуск, то команда или данные изымаются из ОЗУ или
других средств хранения информации в обычном порядке, что замедляет работу
микропроцессора.
16
По принципу записи различают два типа КЭШ-памяти:


КЭШ-память "с обратной записью" - результаты операций прежде, чем их записать в оперативную
память, фиксируются в КЭШ-памяти, а затем контроллер КЭШ-памяти самостоятельно
перезаписывает эти данные в оперативной памяти;
КЭШ-память "со сквозной записью" – результаты операций одновременно, параллельно
записываются и в КЭШ-память, и в оперативную память.
4.3.1. Уровни кэш-памяти.
Первый уровень кэширования - кэш-память, встроенная в сам микропроцессор.
Кэш-память микропроцессора очень быстрая, поэтому эффективность ее весьма высока,
хотя объем невелик - от 4 до 23 Кб. Например, для ускорения операций с основной
памятью организуется регистровая КЭШ-память внутри микропроцессора.
Второй уровень кэширования - внешняя кэш-память, которая служит для ускорения
операций с основной памятью. Она устанавливается на материнскую плату в виде
микросхем. Хотя они не столь быстры, как элементы кэш-памяти микропроцессора, у них
есть важное преимущество - существенно больший объем памяти. Он достигает 256-512
Кб. В такой "кэш" влезают целые программы или крупные их куски.
Третий уровень кэширования - кэш-память некоторых периферийных устройств,
которая служит для ускорения операций с дисковой памятью. Чаще всего она применяется
в контроллерах жесткого диска, поскольку такие диски обмениваются с компьютером
большими объемами информации. Контроллеры дисков с кэшированием резко сокращают
время поиска информации на диске.
Четвертый уровень кэширования - использование в качестве кэш-памяти части
обычного ОЗУ. Конечно, такая память бесполезна для ускорения операций с самим ОЗУ.
Однако многие программы используют неоднократно информацию, записанную на
жестком или лазерном диске - а они имеют намного меньшую скорость обмена с
микропроцессором, чем ОЗУ. Поэтому применение ОЗУ для кэширования периферийных
устройств может заметно ускорить быстродействие компьютера в целом. Для
кэширования жесткого диска рекомендуется устанавливать кэш-память объемом не более
1-2 Мб. Следует иметь в виду, что наличие КЭШ-памяти емкостью 256 Кбайт увеличивает
производительность ПК примерно на 20%.
5. Внешние устройства компьютера.
5.1. Внешняя память как средство хранения информации.
5.1.1. Магнитные средства хранения информации.
Все магнитные средства хранения информации покрываются специальным слоем,
способным воспринимать магнитные воздействия, иначе говоря - носителем (media),
который отвечает за хранение информации. Обычно в качестве носителя информации
используется оксид железа (хотя в настоящее время используются и другие металлы:
золото, серебро, никель).
Принцип записи на магнитные средства очень похож на то, как записывается
музыка на аудиокассету или изображение на видеокассету: электрический ток, в
зависимости от уровня напряжения соответствующий двоичному нулю или единице,
преобразуется в магнитное поле, которое намагничивает отдельные участки носителя.
Для двоичной системы счисления можно принять намагниченный участок за
сохраненную единицу, а ненамагниченный - за сохраненный нуль. Для считывания
информации магнитное поле, создаваемое намагниченными участками носителя,
улавливается, преобразуется в электрический ток и усиливается.
5.1.1.1. Магнитные ленты.
Магнитные ленты стали использоваться для хранения информации еще в 50-е годы.
В то время ленты наматывались на специальные бобины и хранились на них. Достоинства
17
магнитных лент: - по сравнению с перфокартам и перфолентами магнитные ленты
позволяют сохранять гораздо большие объемы информации в более компактном виде;


возможность перезаписи информации;
низкая стоимость.
Недостатки магнитных лент: для поиска нужной программы приходится
перематывать большое количество ленты до тех пор, пока не будет найдено нужное место.
На это, естественно, тратится время.
Магнитные ленты как средство хранения информации используются до сих пор.
Чаще всего магнитные ленты используются для долговременного хранения мало
изменяющейся информации, для хранения архивных копий.
5.1.1.2. Стример.
Для работы с магнитными лентами сейчас используются специальные устройства,
которые называются стримерами. Стример - это устройство для обеспечения надежного
сохранения информации, имел большую популярность и распространение среди
профессиональных пользователей персональных компьютеров в 70 – 80 г.г. XX-го века.
По сути дела, стример - это накопитель на магнитной ленте, цифровой кассетный
магнитофон, в котором используются специальные картриджи, позволяющие защитить
носитель информации (магнитную ленту) от внешних воздействий. Емкость картриджей
составляет от 40Мб до 1.3Гб. Главное достоинство стримера - возможность быстрого и
надежного сохранения больших объемов данных или программ. Поэтому стримеры
используются преимущественно для резервного копирования информации в
промышленности, в издательствах, в банках, в деловом и научном мире.
Емкость кассеты (ленточного картриджа) составляет десятки и сотни мегабайт.
Стример позволяет записывать и считывать данные с весьма высокой скоростью. Однако,
эта скорость все-таки значительно ниже, чем скорость обмена данными на жестких
дисках.
Стримеры выполняются в виде отдельного блока, устанавливаемого рядом с
компьютером, а чаще - в виде устройства встроенного внутрь системного блока, которое
по своим размерам аналогично накопителю для гибких дисков. Пользоваться стримером
достаточно удобно и просто. Это особенно ощутимо, когда приходится копировать
большие объемы информации. Впрочем, как и во всяком магнитофоне, у стримера есть
недостаток: для поиска нужного места на пленке порой приходится перематывать всю
кассету.
Для картриджей стримеров применяется специальная высококачественная
магнитная лента, в которой используются особо чистые мелкозернистые магнитные
частицы, а поверхность ленты тщательно полируется. Это гарантирует надежность записи
и длительную сохранность записанных данных.
5.1.1.3. Гибкие магнитные диски.
Магнитный диск представляет собой обычный диск из пластика, покрытый слоем
вещества, способного намагничиваться под действием магнитного поля. Для того, чтобы
защитить поверхность магнитного диска от загрязнения и повреждений, диск помещают
внутрь пластикового конверта. Существует два основных вида гибких дисков: диаметром
5.25 дюйма и 3.5 дюйма. Они имеют различные формат и конструкцию. Гибкие диски
диаметром 5.25 дюйма могут хранить до 2 Мб информации. Гибкие диски диаметром 3.5
дюйма имеют объем 1.44 Мб, хотя есть диски, позволяющие увеличить объем
сохраняемой информации до 2.88 Мб.
Самым распространенным носителем информации сегодня остается дискета
размером 3,5" ("трехдюймовая"), впервые созданная фирмой SONY в 1981 г. Дискеты
диаметром 5.25 дюйма в настоящее время почти полностью вышли из употребления.
18
У дискет есть существенные недостатки - малая емкость, низкая надежность и
ограниченный срок эксплуатации.
5.1.1.4. Жесткий диск.
Прообразами жестких дисков являются магнитные барабаны, которые применялись
для хранения информации еще в ЭВМ 50-х годов. В 1973 году на фирме IBM по новой
технологии был разработан первый жесткий диск, который мог хранить до 16 Кб
информации. Эта технология, в отличие от других применявшихся в то время жестких
дисков, заключалась в полной изоляции магнитного носителя от внешнего пространства
за счет герметизации накопителя. Это позволяло гораздо лучше защитить диск от пыли,
повышенной влажности и других неблагоприятных условий внешней среды, а также
увеличить плотность записи информации.
Поскольку этот диск имел 30 цилиндров (дорожек), каждая из которых была
разбита на 30 секторов, то поначалу ему присвоили незамысловатое название - 30/30. По
аналогии с автоматическими винтовками, имеющими калибр 30/30, такие жесткие диски
получили название "винчестер". Впоследствии название винчестер так хорошо прижилось
(особенно в России), что практически все жесткие диски стали называть этим именем. В
западной литературе термин Winchester по отношению к жестким дискам сейчас
употребляется редко.
Как правило, в одном жестком диске используется один или несколько дисков,
смонтированных на шпинделе, приводимом в движение специальным двигателем.
Скорость вращения двигателя для обычных моделей составляет около 3600 об/мин.
Понятно, что чем выше скорость вращения, тем быстрее считывается информация с диска,
однако пластины носителя при больших оборотах могут просто физически разрушаться.
Тем не менее в современных моделях винчестеров скорость вращения достигает уже 4500,
5400 или 7200 об/мин.
Сами диски представляют собой обработанные с высокой точностью керамические
или алюминиевые пластины, на которые и нанесен специальный магнитный слой.
Количество дисков может быть различным - от одного до пяти и больше. Наиболее
важной частью любого накопителя являются головки чтения-записи. В современных
винчестерах головки "летят" на расстоянии доли микрона (обычно около 0.13 мкм) от
поверхности дисков, разумеется, не касаясь их. На первых моделях жестких дисков
головки чтения-записи перемещались с помощью шагового двигателя. В настоящее время
для этой цели используются преимущественно двигатели типа voice coil, иначе
называемые соленоидными. Двигатели этого типа перемещают головку при помощи
изменения электромагнитного поля. К их преимуществам можно отнести относительно
высокую скорость перемещения, практическую нечувствительность к изменениям
температуры и положения привода винчестера. В отличие от накопителей с шаговым
двигателем, не требуется периодическое переформатирование поверхности носителя.
5.1.1.5. ZIP - диски.
В 1994 г. компания IOMEGA представила устройство ZIP. По принципам
функционирования оно практически аналогично обычному трехдюймовому дисководу
флоппи-дисков, но по емкости дискеты превосходит его в 70 раз. Накопитель ZIP со
сменными магнитными дисками размером 3,5" емкостью 100 Мб существенно сэкономит
дисковое пространство жесткого диска.
Используя накопитель ZIP, можно переносить файлы большого объема, так как
внешний носитель легок и компактен (450 г, 38х136х184 мм), а сменный диск заключен в
прочный пластиковый корпус и не боится ударов. Рабочая поверхность носителя покрыта
специальным металлизированным слоем. Скорость обмена данными у ZIP также
значительно выше - для записи дискеты емкостью 100 Мб требуется менее 2 мин. В США
накопители ZIP уже не просто стали популярны, но и поддерживаются многими
19
производителями аппаратного и программного обеспечения как стандарт хранения
данных.
5.1.1.6. JAZ - диски.
JAZ - это тип накопителей, использующий сменные жесткие диски, созданный
фирмой IOMEGA. Конструктивно устройство JAZ представляет собой нечто вреде
дисковода, только "дискетой" являются вместо гибкого кружка две жесткие магнитные
пластины емкостью 540 Мб каждая, заключенные в своеобразный картридж, который,
если его извлечь, абсолютно герметичен. JAZ-устройства выпускаются в двух
исполнениях - внешнем и внутреннем. В обоих случаях для обмена данными используется
интерфейс SCSI. Время поиска (время подвода головки на нужную дорожку) у такого
"дисковода" равно 12 мс, а время доступа (время поиска дорожки плюс время поиска
сектора на этой дорожке) - 17 мс. Скорость обмена данными составляет 12 Мб/с, т.е. 1 Гб
записывается за время порядка 5 мин.
Параметры нового накопителя позволяют использовать JAZ для воспроизведения
высококачественных аудио- и видеозаписей и могут составить серьезную конкуренцию
как магнитооптическим, так и накопителям типа CD-ROM. Один гигабайтный JAZ-диск
позволяет хранить и воспроизводить:
1) 2-часовой видеофильм (формат MPEG);
2)
3)
4)
5)
8 ч качественной аудиозаписи;
8 мин видеозаписи в стандарте телевизионного сигнала;
2 ч видеозаписи в формате спутникового сигнала (MPEG);
фотоальбом на 150 цветных фото 45 см.
5.1.2. Оптические средства хранения информации.
В оптических средствах хранения информация представлена в виде чередующихся
углублений и ровных мест (соответствующих единичкам и нулям). Для считывания
информации применяется луч лазера. В том месте, где поверхность носителя ровная, луч
отражается, а там, где впадина - рассеивается. Отраженный луч улавливается
фотоэлементом, который и определяет, что было записано (0 или 1).
5.1.2.1. Лазерные диски.
Лазерный диск (Compact Disk Read-Only Memory или CD-ROM - компакт-диск
только для чтения) был изобретен в 1985 году. На лазерном диске в стандартном виде
хранится более 640 мегабайт информации. Диаметром 8 или 12 сантиметров и толщиной
1,8 миллиметров, в разрезе диск представляет собой "слоеный пирог" из 2-3 слоев
прозрачной пластмассы (поликарбоната) и одного внутреннего тончайшего слоя металла алюминия, играющего роль отражательной поверхности. Одна сторона диска рабочая, а на
другую обычно наносится красочный фирменный знак. Информация содержится в
металлическом слое, который имеет чередующиеся углубления, означающие нули и
единички двоичной информации. Гладкая металлическая поверхность полностью
отражает свет лазера, а впадины рассеивают его.
Чередование впадин и гладкой поверхности считывается оптической системой
лазерного проигрывателя – дисковода CD-ROM. Записанная на диске информация
располагается в виде очень длинной (5 километров) и узкой (в 100 раз тоньше
человеческого волоса) спиралеобразной дорожки. Рабочая сторона защищена прозрачным
слоем пластика, что позволяет значительно повысить надежность хранения данных и
читать их даже в том случае, если на поверхности появились небольшие царапины.
(Применяемая в оптической системе дисковода короткофокусная линза фокусирует луч
лазера на поверхности внутреннего металлического слоя, и царапины на внешней
поверхности диска оказываются на относительно большом расстоянии от фокуса линзы в
области рассеянного света, где вносимые ими искажения светового потока
незначительны).
20
Подобные диски весьма долговечны. CD-ROM позволяет хранить не нем не только
статичные данные, но и живую речь, музыку и даже движущееся изображение. Применяя
специальные алгоритмы кодирования и компрессии при записи на диск, а затем
разворачивая информацию с помощью видеоплаты, установленной в обычном
компьютере, можно прокручивать видеофильмы длительностью до 74 минут со звуковым
стереофоническим сопровождением.
5.1.2.2. Диски CD-R.
Кроме обычных CD-ROM, которые штампуются на заводе с уже имеющейся на них
информацией, существуют также диски CD-R (CD - Recordable) - оптические диски для
однократной записи. На них с помощью устройства записи можно в "домашних условиях"
записывать собственную информацию. На основе таких дисков работает, к примеру,
технология Фото-CD фирмы Кодак - с ее помощью фотолюбители и профессионалы могут
держать на дисках свой фотоархив.
Устройство CD-R и принцип записи на них несколько отличается от обычных CDROM. "Пирог" CD-R состоит из четырех слоев: пластмассовой подложки, тончайшего
металлического отражателя (здесь применяется золото), прозрачного пластика, куда
добавлен краситель и, наконец, защитного слоя из прозрачного поликарбоната. Запись на
подобный диск выполняется путем подачи достаточно мощных, но коротких световых
импульсов лазера, луч которого фокусируется у поверхности металлического слоя. За счет
мгновенного разогрева область пластика, содержащего краситель и находящаяся
непосредственно у поверхности металлического слоя, темнеет и перестает пропускать
свет.
Считывается информация так же, как и с обычного CD-ROM. CD-R широко
используются в тех случаях, когда нет необходимости в массовом тиражировании.
5.1.2.3. Дисководы CD-ROM.
По принципу действия большинство дисководов CD-ROM удивительно схожи с
патефоном, только вместо грампластинки применяется оптический диск, а вместо иглы луч лазера. Последний обладает рядом особенностей, которые позволяют фокусировать
его в крошечное пятно на металлической поверхности диска. Отражаясь от гладкой
поверхности и рассеиваясь на впадинах, луч возвращается через оптическую систему и
воспринимается фотодиодными приемниками в виде коротких мельканий, которые в свою
очередь преобразуются в электрические сигналы. Оптическая система точно отслеживает
положение светового пятна на дорожке, постепенно перемещаясь по радиусу. При этом
обеспечивается постоянство линейной скорости движения дорожки относительно пятна.
Дисковод вращает диск, увеличивая обороты при приближении к центру (в отличие
от патефона, где диск вращается равномерно). За стандартную принята скорость
вращения, которая применяется при проигрывании аудио компакт-дисков, что
соответствует 1200 оборотам в минуту при считывании с внутренних дорожек диска, или
скорости считывания данных 150 Кб в секунду. Однако, для большинства современного
программного обеспечения ее явно мало, поэтому применяются дисководы с удвоенной,
утроенной и даже учетверенной скоростью.
5.1.2.4. DVD - устройства.
В конце 1996 года был разработан новый стандарт хранения информации, который
получил название DVD (Digital Versatile Disc - цифровой универсальный диск). DVD-диск
имеет внутреннее строение, очень похожее на строение CD-дисков. Так же, как и на
обычный лазерный диск, на DVD-диск информация записывается в виде спиральной
дорожки при помощи лазерного луча. Но DVD-диск имеет существенные отличия от CDдиска. Объем диска CD-ROM ограничен 650 Мб, тогда как даже самые первые
односторонние диски DVD-ROM имели объем 4.7 Гбайт, а в DVD-дисках следующих
версий используется две стороны, а на каждой стороне два слоя для хранения данных, что
21
позволяет достигнуть емкости 17 Гбайт, почти в 27 раз больше емкости CD-ROM.
Разумеется, для считывания информации с DVD-дисков требуется специальный дисковод
(дисковод для CD-ROM дисков не подойдет).
DVD - это гораздо больше, чем просто гигантский объем, такой носитель выводит
на новый уровень и воспроизведение видео на персональном компьютере. Видео,
записанное на DVD-носителях, превосходит по качеству видео на лазерных видеодисках
(нынешний наиболее совершенный стандарт для домашнего видео).
Наборы с дисководами DVD-ROM также улучшают звуковые возможности
компьютера.
Если
подключить
компьютер
с
дисководом
DVD-ROM
к
высококачественной аудиосистеме с окружающим звуком, состоящей из пяти
громкоговорителей и низкочастотного динамика, то можно наслаждаться великолепным
звуком.
5.1.3. Магнитооптические диски.
Магнитооптические диски допускают многократную запись и стирание
информации. Их металлический отражающий слой может намагничиваться под
воздействием внешнего магнитного поля. Во время записи полярность поля меняется, а
поверхность металлического слоя облучается мощными вспышками лазера. Происходит
точечный разогрев металла до нескольких сотен градусов и быстрое его остывание. В
момент остывания нагретая точка металла перемагничивается, и информация
запоминается на диске. Считывание производится при подсветке поверхности металла
менее мощным лучом. При этом отраженный плоско поляризованный луч лазера меняет
угол поляризации в зависимости от направления намагниченности точек поверхности.
Пройдя через поляризационный фильтр оптической системы, свет поступает на
фотодиодный приемник и преобразуется в электрический сигнал.
Подобные диски размером в 12 сантиметров вмещают 1.3 Гбайт информации. При
длительном хранении следует учитывать, что им присущи свойства обычных магнитных
дискет - чувствительность к внешним магнитным полям и постепенное размагничивание,
а это ведет к потере данных.
5.2. Периферийные устройства ЭВМ.
5.2.1. Устройства ввода информации.
Устройства ввода предназначены для того, чтобы вводить информацию в
компьютер. Для ввода различных видов информации (алфавитно-цифровой, звуковой,
графической) применяются различные устройства ввода.
5.2.1.1. Клавиатура.
Клавиатура представляет собой небольшую коробочку с клавишами. Расположение
латинских букв на клавиатуре IBM PC, как правило, такое же, как на английской
пишущей машинке, а русских букв - как на русской пишущей машинке. Печать на
клавиатуре - это основной способ ввода алфавитно-цифровой информации от
пользователя в компьютер. Наиболее распространена клавиатура с 101 или 102
клавишами, однако иногда используются и другие модели клавиатуры.
Например, так называемые "естественные" (эргономические) клавиатуры,
состоящие из двух частей (одна для левой, а другая для правой руки), расположенные под
углом. Такая конструкция требует привыкания, зато уменьшает нагрузку на мышцы рук и
ускоряет процесс печати.
На некоторых моделях клавиатур могут располагаться также и другие
периферийные устройства, например, трекбол, трекпад и т.п.
5.2.1.2. Сканер.
Сканер - устройство для считывания графической и текстовой информации в
компьютер. Сканеры также могут вводить в компьютер рисунки. С помощью
22
специальных программ компьютер может распознавать символы во введенной
посредством сканера картинке, это позволяет быстро вводить напечатанный (а иногда и
рукописный) текст в компьютер.
Сканеры бывают:



планшетные - они обрабатывают весь лист бумаги целиком (обычно по внешнему виду, да и по
принципу действия, напоминают ксерокс);
с протяжкой - они протягивают лист бумаги сквозь себя. Их недостаток - невозможность
обрабатывать развороты журналов и книг;
ручные - их надо проводить над нужным рисунком или текстом. Ширина сканируемой области для
ручных сканеров около 11 см.
Основные характеристики сканеров:


разрешающая способность: количество точек на дюйм, которое сканер способен распознать
(рекомендуется не менее 600-800);
количеством воспринимаемых цветов или оттенков серого цвета для черно-белых сканеров
(рекомендуется не меньше 65536 или 16.8 млн).
5.2.1.3. Дигитайзер.
Дигитайзеры (графические планшеты) - устройство для ручного ввода изображений
в компьютер. Дигитайзеры используются в основном в системах автоматического
конструирования для ввода чертежей в компьютер, а также художниками для рисования с
помощью компьютера. С помощью дигитайзера человек может указывать элементы
изображения (скажем, показывая на объекты чертежа или рисунка), а дигитайзер
автоматически вводит координаты точек, на которые указывает человек, в компьютер.
Многие дигитайзеры позволяют вводить также и силу нажатия (например, для рисования
на рисунках линий различной толщины).
Принцип действия дигитайзера следующий: под рабочей поверхностью
расположена антенна, которая принимает сигнал от излучателя, встроенного в устройствоуказатель. Человек, работающий с дигитайзером, перемещает этот указатель над рабочей
поверхностью. Сигнал антенны передается внутреннему устройству управления
дигитайзера, которое определяет координаты указателя относительно антенны и передает
координаты указателя компьютеру.
5.2.2. Устройства вывода информации.
Устройства вывода информации предназначены для вывода результатов работы
компьютера. Для вывода разных видов информации существуют различные устройства
вывода (точно так же, как и для ввода информации).
5.2.2.1. Видеосистема компьютера.
Видеосистема компьютера представлена двумя важными устройствами видеоадаптером и дисплеем. Видеоадаптер обычно размещается в центральном блоке
компьютера и имеет вид обычной платы расширения, которая вставляется в
соответствующий слот (разъем). Видеоадаптер предназначен для преобразования
информации, поступающей от компьютера в обычные видеосигналы, т.к. дисплей не
может отображать информацию, непосредственно поступающую от компьютера.
Дисплей - внешнее устройство, напоминающее у настольных компьютеров
телевизор. Дисплей подключается к видеоадаптеру специальным кабелем через разъем,
установленный сзади платы видеоадаптера. Изображение, которое можно наблюдать на
экране дисплея, состоит из маленьких квадратиков - пикселей. Число пикселей на весь
экран по горизонтали и вертикали называют разрешением.
Наиболее важные параметры видеоадаптеров следующие:


разрешающая способность в пикселях по горизонтали и вертикали. Чем меньше разрешающая
способность, тем хуже качество изображения (при маленькой разрешающей способности
становится заметно, что изображение на экране построено из квадратов). Для нормального
изображения рекомендуется разрешающая способность 800х600 или 1024х768;
объем видеопамяти. В видеопамяти хранится изображение, которое в данный момент выводится на
экран. Чем больше объем видеопамяти, тем больше цветов можно использовать для построения
23
изображения. Следующая таблица показывает зависимость между разрешением экрана,
количеством цветов, возможных для использования, и объемом видеопамяти, требуемой для этого.
В связи с широким распространением графической операционной системы
Microsoft Windows скорости работы обычных видеоадаптеров стало не хватать для
нормальной работы, поэтому в некоторые видеоадаптеры были введены специальные
акселераторы (ускорители) и графические сопроцессоры для ускорения построений
отрезков прямых, дуг, окружностей, точек и т.п. Акселераторы и графические
сопроцессоры освобождают центральный процессор от довольно сложных вычислений
координат каждой точки элементарных фигур, из которых строится изображение.
Некоторые видеоадаптеры позволяют подключать телевизионную антенну для просмотра
телепрограмм (устройства для просмотра телепрограмм называются TV-тюнерами).
Для показа изображения, формируемого видеоадаптером, служит дисплей.
Основные характеристики всех видов дисплеев:






размер изображения по диагонали (наиболее распространены дисплеи размером 15-17 дюймов; 1
дюйм - примерно 2.6 см);
разрешение по горизонтали и по вертикали (для получения хорошего изображения нужно
разрешение не меньше 1024х768);
возможность цветного изображения (цветной или монохромный дисплеи);
способ управления: аналоговый или цифровой (при аналоговом способе управления яркость,
контрастность и т.п. изменяется путем вращения ручек управления как в телевизоре, при цифровом
- путем нажатия на кнопки);
потребляемая мощность (меньше всего у жидкокристаллических дисплеев);
габариты и масса.
ДИСПЛЕЙ НА ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОЙ ТРУБКЕ. В этих дисплеях установлена
электронно-лучевая трубка (ЭЛТ), примерно такая же, как в обычном телевизоре. Как
хорошо известно, изображение на экране ЭЛТ создается перемещением луча, состоящего
из пучка электронов по горизонтали и вертикали. Этот пучок электронов формируется
специальным устройством, называемом электронной пушкой. Если в ЭЛТ одна
электронная пушка, то такие дисплеи называются монохромными. На таком дисплее
можно получать полутоновые (серые) изображения, управляя интенсивностью луча.
ЭЛТ цветных дисплеев имеют обычно три электронные пушки и специальные
устройства сведения их в трехцветные (красные, синие и зеленые) области экрана. Меняя
интенсивность этих лучей, можно получить практически любой цвет.
К недостаткам дисплеев на ЭЛТ относятся: слишком большие размеры, большое
количество потребляемой электроэнергии, электромагнитное и электростатическое поле.
Основные характеристики дисплеев на ЭЛТ:




диаметр светового пятна в центре экрана (чем меньше световое пятно, тем лучше изображение;
рекомендуется световое пятно размером 0.26-0.25 мм);
диапазон частот кадровой развертки (требуется не ниже 70-90 Гц, частота меньше указанной может
вызвать мигание экрана и, как следствие, ухудшение зрения при длительной работе);
применение чересстрочной развертки. Как известно, изображение на экране формируется из
отдельных строк. Чересстрочная развертка формирует сначала четные строки, а затем нечетные, что
снижает кадровую частоту вдвое и вызывает мигание экрана. Такие дисплеи применять не
рекомендуется;
степень защиты пользователя от радиации (современные дисплеи имеют специальные средства,
поглощающие вредные для здоровья излучения).
ДИСПЛЕИ НА СВОЙСТВЕ ЭЛЕКТРОННОЙ ЭМИССИИ. В этих дисплеях
установлена не одна электронная пушка, а очень большое количество маленьких
электронных пушек для каждой точки на экране. Это позволяет уменьшить толщину
монитора до нескольких сантиметров.
ЖИДКОКРИСТАЛЛИЧЕСКИЕ ДИСПЛЕИ. Дисплеи такого типа применяют
обычно в портативных компьютерах (NoteBook). Принцип построения изображения
похож на тот, что применяется в электронных часах: на отдельные участки экрана,
24
состоящего из жидких кристаллов, подается электрический ток; в этом месте жидкие
кристаллы меняют свой цвет. А чтобы было удобнее работать за таким дисплеем, он еще и
подсвечивается изнутри. В настоящее время разработаны модели жидкокристаллических
дисплеев для настольных компьютеров. К достоинствам таких дисплеев относятся: малое
потребление электроэнергии, высокая четкость изображения, отсутствие излучения от
дисплея, малые размеры (1-2 см толщиной). К недостаткам можно отнести: высокая
стоимость по сравнению с дисплеями на ЭЛТ, плохое качество изображения, если
смотреть на экран сбоку.
ГАЗОПЛАЗМЕННЫЕ ДИСПЛЕИ. В дисплеях этого типа изображение
формируется из отдельных маленьких трубочек, наполненных газом, который может
светиться под действием электрического тока так же, как светятся лампы дневного света,
заполненные парами ртути. Так же, как и жидкокристаллические дисплеи,
газоплазменные дисплеи пока еще дорогие.
ПРОЕКТОР. Для демонстрации изображения в большой аудитории дисплеи не
подходят - они слишком малы. Для этих случаев были разработаны специальные
устройства, называемые проекторами. Они подключаются к видеоадаптеру вместо
дисплея и, как кинопроекторы, проецируют изображение в затемненном помещении на
большой экран.
5.2.2.2. Аудиосистема компьютера.
Для воспроизведения звуковой информации - музыки, речи и т.д., в компьютере
должны быть установлены звуковые карты и акустические системы (колонки). Звуковая
карта позволяет компьютеру выполнять функции магнитофона и электромузыкального
инструмента. Звуковая карта может воспринимать преобразованные в электрическую
форму звуковые колебания - к ней можно подключить микрофон,магнитофон,
проигрыватель грампластинок, проигрыватель компакт-дисков и т.п. Сигнал, полученный
от этих устройств, звуковая карта может воспроизводить и/или преобразовывать в
цифровую форму, записывая "оцифрованные" данные в файл на диске, передавая их той
или иной программе и т.д.
Для преобразования входного электрического сигнала в цифровую форму звуковая
карта (точнее специальная схема на ней - аналого-цифровой преобразователь АЦП)
измеряет напряжение этого сигнала через равные и очень короткие промежутки времени.
Частоту измерений этого напряжения (число измерений в секунду) называют частотой
дискретизации. Чаще всего она равна 44.1 КГц (44100 измерений в секунду) именно такая
частота используется для записи звука на аудио компакт-диски. Затем результат каждого
измерения округляется до ближайшего значения в выбранной шкале измерений.
При воспроизведении происходит обратный процесс - цифрово-аналоговое
преобразование. ЦАП (цифрово-аналоговый преобразователь) с соответствующей
скоростью (скоростью выборки) просматривает цифровую запись звука и в ходе этого
просмотра генерирует ступенчатый аналоговый сигнал. Затем он сглаживается и
получается сигнал, похожий на тот, который был закодирован при цифровой записи звука.
Основные характеристики звуковых карт:



максимальная частота выборки (или сэмплинга) при воспроизведении звука - чем большая частота
выборки используется, тем более натуральным может быть воспроизведение звука. Обычно
звуковая карта поддерживает частоту выборки 44.1 КГц (такая частота используется в компактдисках), а некоторые звуковые карты - также частоту выборки 48 КГц (как в цифровых
магнитофонах). При меньшей частоте выборки все верхние тона воспроизводимого звука будут
потеряны;
максимальная частота дискретизации при записи звука - чем большая частота дискретизации
используется, тем менее искаженной получается запись. Обычно звуковая карта поддерживает
запись звука с частотой дискретизации 44.1 КГц. При меньшей частоте дискретизации все верхние
тона записываемого звука будут потеряны;
максимальная разрядность звука при записи и воспроизведении. Разрядность - это число двоичных
разрядов, используемых для измерения уровня звукового давления. Большинство звуковых карт
25

поддерживает 16-разрядную запись и воспроизведение звука. Чем больше разрядность, тем более
натуральным получается воспроизведение звука;
возможности стереовоспроизведения и стереозаписи.
Лучшие из звуковых карт имеют кучу "наворотов": микрофонные усилители с
автоматической регулировкой усиления, электронные регуляторы тембра, динамические
фильтры (делающие музыкальные звуки более естественными), расширенный звуковой
процессор ASP (Advanced Sound Processor) для сжатия звуковых файлов и создания
объемного и панорамного звучания и т.п. Для того, чтобы можно было слушать музыку,
речь и иные звуки, воспроизводимые звуковой картой, применяются звуковые колонки.
Колонки бывают активными и пассивными. В активных колонках есть встроенный усилитель. А пассивные
колонки передают звук лишь такой громкости, какой получен от звуковой карты.
Колонки отличаются и по тому, сколько динамиков используется для
воспроизведения звука. В самых дешевых колонках в каждой колонке содержится один
динамик (т.е. эти колонки являются однополосными). Такие колонки не обеспечивают
приличного качества, так как один динамик не может одинаково хорошо воспроизводить
звуки всех частот. В более дорогих и качественных колонках в каждой колонке
содержится два динамика - для воспроизведения высоких и низких частот. Эти колонки
называются двухполосными. В дополнение к колонкам иногда еще используют савбуфер динамик для лучшего воспроизведения низких частот.
5.2.3. Создание твердых копий текста и графики.
5.2.3.1. Принтеры.
Принтеры - это устройства, печатающие документы и программы на обычной
бумаге, а иногда и на прозрачной ленте. Принтеры обычно содержат знакогенератор с
образцами символов для печати и ОЗУ, именуемое буфером. При печати в текстовом
режиме компьютер передает в буфер принтера ASCII-коды символов. Затем принтер,
используя знакогенератор, выбирает соответствующий символ и обеспечивает его печать.
Такой способ обмена информацией с компьютером заметно повышает скорость печати.
При печати в графическом режиме приходится передавать данные о каждой
печатаемой точке, так что объем информации, передаваемой от компьютера к принтеру,
намного возрастает. Зато в графическом режиме могут печататься произвольные
графические изображения.
В ранних моделях принтеров каждый лист бумаги приходилось вставлять вручную.
Современные принтеры оснащены автоподатчиком. Это позволяет вставить в принтер
сразу целую пачку листов, а автоподатчик будет их автоматически подавать для печати.
Основные характеристики принтеров:




возможность цветной печати;
скорость печати;
максимальный размер бумаги, используемой для печати;
наличие автоподатчика бумаги;
МАТРИЧНЫЙ ПРИНТЕР. В матричных принтерах печать производится
печатающий головкой, содержащей вертикально расположенный ряд иголок. Они
управляются электромагнитами, которые выталкивают иглы из головки. Они, в свою
очередь ударяют через красящую ленту по бумаге, оставляя на ней след в виде черных
(реже цветных) точек. В ходе печати головка движется поперек листа бумаги (или
рулона), так что одновременно печатается целая строка. У современных принтеров печать
идет в обе стороны движения головки, что ускоряет ее. Однако при печати точной
графики она осуществляется в одну сторону для обеспечения высокого качества печати.
Скорость печати матричных принтеров - от десятков до сотен знаков в секунду.
Обычно матричные принтеры выполняют печать в черно-белом цвете, Однако
некоторые матричные принтеры обеспечивают возможность цветной печати. Это делается
примерно так же, как на пишущей машинке - с помощью красящей ленты, состоящей из
горизонтальных полос разного цвета.
26
Цветная печать позволяет выделять некоторые слова в тексте, однако печать
рисунков выполняется некачественно (обычно размыто и смазано).
СТРУЙНЫЙ ПРИНТЕР. В струйных принтерах изображение формируется на
бумаге печатающей головкой, которая, как и матричных принтерах, движется поперек
листа бумаги и выбрасывает маленькие капли чернил, которые очень быстро впитываются
в бумагу.
Важнейшее преимущество метода струйной печати состоит в том, что с его
помощью очень легко получать цветные изображения. Для этого производителю
достаточно добавить в печатающую систему принтера баллончики или кассеты с
цветными чернилами (бирюзовыми, малиновыми и желтыми) и подвод этих чернил к
соплам печатающей головки, чтобы обеспечить возможность цветной печати. Все другие
принтеры, обеспечивающие цветную печать, стоят значительно дороже.
Скорость печати на струйных принтерах зависит от режима печати и печатаемого
изображения. При печати черно-белой графики скорость печати составляет от 40 секунд
до 3 минут на страницу. При цветной печати быстродействие падает в два-три раза.
ЛАЗЕРНЫЙ ПРИНТЕР. Лазерные принтеры используют тот же механизм печати,
что и ксероксы - лазерный луч "рисует" изображение на светочувствительном барабане.
Это изображение представлено распределением электрических зарядов. При вращении
барабана он проходит мимо картриджа с тонером - тонко измельченным красящим
порошком. Он создает уже обычный рисунок, переносимый на бумагу, по которой
прокатывается барабан. Нагреванием тонер расплавляется и фиксируется на бумаге.
Большинство лазерных принтеров обеспечивает разрешение при печати от 300 до 800
точек/дюйм, но у дорогих принтеров оно доходит до 1200-2400 точек/дюйм. Скорость
печати составляет от 4 до 20 страниц в минуту (в зависимости от типа принтера).
Современные модели лазерных принтеров позволяют осуществлять также и цветную
печать, хотя такие модели имеют гораздо более высокую стоимость по сравнению с
черно-белыми. Недостаток лазерных принтеров - дороговизна расходных материалов.
Картридж для лазерного принтера рассчитан на печать от 2 до 5 тысяч листов.
СВЕТОДИОДНЫЙ ПРИНТЕР. В этих принтерах вместо сложной системы
перемещения лазерного луча по светочувствительному барабану используется блок из
примерно 5000 миниатюрных светодиодов. Они позволяют разом перенести на барабан
строку из такого количества точек. Затем, как и в лазерных принтерах, на барабан
напыляется порошок, далее порошок переносится на бумагу и нагреванием фиксируется.
СПЕЦИАЛЬНЫЕ ПРИНТЕРЫ ДЛЯ ЦВЕТНОЙ ПЕЧАТИ. Для получения
высококачественных цветных изображений используются специальные виды принтеров:




сублимационные (dye sublimation) принтеры позволяют получать наиболее высококачественные
цветные изображения. В них красящие ленты нагреваются до температуры около 400 градусов, при
этом краситель испаряется и переносится на специальную бумагу. Данные принтеры выводят
изображения практически фотографического качества, с яркими красками. Однако процесс печати
выполняется медленно (2-3 минуты на страницу А4), а отпечатки стоят дорого - 2-3 доллара за
страницу А4;
в принтерах с термопереносом воска (wax transfer printers) печать выполняется с помощью нагрева
до 70-80 градусов ленты с красителем, при котором краситель плавится и переносится на бумагу.
Это повторяется три или четыре раза для каждой из основных красок. Качество изображения
достаточно хорошее, краски яркие, однако контуры заметно размытые, цветопередача далеко не
идеальная и переходы полутонов не плавные. Типичная скорость печати – около минуты на
страницу А4;
принтеры на твердых красителях (solid inc-jet) похожи на струйные принтеры, только в нихиспользуются не капли обычных жидких чернил, а капли расплавленного цветного воска;
еще одна технология цветной печати основана на подключении к компьютеру цветного
копировального аппарата. При этом можно обеспечить очень высокую скорость цветной печати (4-5
страниц в минуту) и самую низкую стоимость отпечатка (20-25 центов для формата А3) при весьма
хорошем качестве изображения.
27
5.2.3.2. Графопостроитель.
Графопостроитель (плоттер) - устройство для вывода чертежей на бумагу. Как
правило, плоттеры используются в системах конструирования. Плоттеры бывают
барабанного типа (работают с рулоном бумаги) и планшетного типа (в них лист бумаги
лежит на плоском столе). Для нанесения изображения на бумагу в плоттерах применяют
различные технологии. Обычно используются перьевые и карандашно-перьевые
плоттеры, в которых изображение наносится специальными перьями с чернилами или
карандашами. Бывают также струйные плоттеры, в которых нанесение изображения
осуществляется микрокаплями специальных чернил.
Принципиальное отличие плоттеров от принтеров состоит в том, что в принтерах
изображение формируется при помощи нанесения на бумагу отдельных точек, а в
плоттерах – путем вычерчивания непрерывных линий, окружностей, кривых и т.п. В
настоящее время плоттеры широко не распространены, так как лазерные и струйные
принтеры обеспечивают качество печати графиков ничуть не хуже, чем плоттеры.
5.3. Указательные устройства.
Указательные устройства предназначены для управления компьютером. Обычно
указательные устройства позволяют выбрать тот или иной объект на экране (например,
пункт меню), отсюда и название - указательные.
5.3.1. Джойстик.
Джойстик обычно имеет вид стержня или ручки от пистолета, шарнирно
установленной на присасывающемся к столу основании. Наклоняя ручку в ту или иную
сторону, можно гонять по экрану указатель или даже подвижный объект, например,
самолет, ракету или фигуру человечка. Ручка джойстика имеет одну или несколько
кнопок, имитирующих стрельбу или иные действия.
Обычно джойстики применяются для управления объектами в компьютерных
играх. Во всех остальных случаях гораздо удобнее вместо джойстика использовать мышь,
поэтому джойстики не получили широкого распространения.
5.3.2. Мышь.
Мышь - это манипулятор, представляющий собой небольшую коробочку (обычно
серого цвета) с двумя или тремя кнопками, легко умещающуюся в ладони. При
перемещении мыши по столу или иной поверхности на экране компьютера
соответственным образом передвигается указатель мыши (обычно - стрелка). Когда
необходимо выполнить то или иное действие, например, выполнить пункт меню, на
который установлен указатель мыши, или нарисовать линию (в графическом редакторе),
пользователь нажимает ту или иную кнопку мыши.
Чтобы шарик мыши не проскальзывал и меньше загрязнялся, рекомендуется
перемещать мышь не по поверхности стола, а по специальному коврику.
Обычно у мыши бывает две кнопки, иногда три, но есть специальные модели
мышей с множеством кнопок (до сорока). Они используются со специальными
программами, позволяющими приписывать дополнительным кнопкам определенные
действия (скажем, ввод той или иной команды). При работе с некоторыми программами
такие мыши могут значительно увеличить производительность труда.
Созданы модели мышей, которые позволяют манипулировать даже в трехмерном
пространстве, - сама мышь одевается на указательный палец и с помощью инфракрасных
лучей связывается со специальной рамкой на дисплее. Теперь мышку можно водить
вверх-вниз и вправо-влево, но и приближать и удалять от экрана.
5.3.3. Трекбол.
Трекбол напоминает перевернутую мышь. Это манипулятор в форме шара на
подставке. Перемещение указателя на экране осуществляется с помощью вращения шара
28
трекбола рукой. Трекболы применяют обычно в портативных компьютерах, так как, в
отличие от мышей, для трекбола не требуется дополнительного места, его можно даже
встроить в клавиатуру.
6.3.4. Трекпад.
Трекпад представляет собой чувствительную к прикосновению площадку, по
которой нужно водить пальцем. Электронные схемы фиксируют место касания и
преобразуют его в систему координат компьютера. На экране место касания обозначается
специальным указателем. Для того, чтобы что-то выбрать на экране (например, пункт
меню), надо нажать пальцем в нужном месте на площадке. По принципу действия
напоминает дигитайзер.
Недостатком трекпада является быстрая загрязняемость (представьте, что с ним
будет через пару месяцев после ежеминутного тыканья пальцем).
5.3.5. Световое перо.
Световое перо имеет вид ручки с фотоэлементом на кончике и кнопкой.
Фотоэлемент захватывает точку на экране и позволяет ее водить по экрану, устанавливая
на позиции меню или другие объекты. Нажатие кнопки (часто легким прикосновением
пера к экрану) активизирует соответствующее действие.
5.3.6. Тачскрин.
Тачскрин - это специальное устройство, которое позволяет управлять компьютером
путем прикосновения пальцем к экрану. Обычно используется для выбора определенных
пунктов меню, хотя таким способом можно даже рисовать рисунки. Принцип действия
обычно таков: перед экраном вешается рамка с пересекающимися инфракрасными
лучами. Когда человек касается пальцем экрана, то он закрывает путь для некоторых
лучей. Компьютер определяет, к какому месту на экране человек прикоснулся, и
выполняет тот пункт меню, который человек выбрал.
Недостаток тачскрина такой же, как и у трекпада - быстрое загрязнение загрязнение экрана, да и излучение на небольшом расстоянии от экрана будут вредно
воздействовать на здоровье рук.
5.4. Прочие периферийные устройства.
5.4.1. Цифровая фотокамера.
Цифровые фотокамеры по своему внешнему виду напоминают обычный
фотоаппарат, да и используются практически также. Однако, в отличие от фотоаппарата
для цифровой фотокамеры не требуется пленки. Изображение сохраняется в специальной
памяти - флэш-памяти, которая позволяет сохранять записанную информацию даже при
отсутствии электрического тока.
Отснятые изображения при помощи специального кабеля переписываются как
обычные рисунки на любой компьютер. В дальнейшем эти фотографии можно
просматривать и даже изменять при помощи любого графического редактора.
В некоторых моделях цифровых фотокамер есть специальный разъем для
воспроизведения изображений на телевизионном экране.
5.4.2. Цифровая видеокамера.
Цифровые видеокамеры, как и обычные, позволяют сохранять видеоизображения.
В отличие от обычной видеокамеры, цифровая сохраняет изображение не на кассете с
пленкой, а в цифровом виде в специальной памяти (флэш-памяти). Затем
видеоизображения в цифровом виде можно перенести в компьютер, где при помощи
специальных программ его можно просматривать и даже монтировать фильмы.
29
5.4.3. Модемы и факс-модемы.
Модем - это устройство для обмена информацией с другими компьютерами через
телефонную сеть. Факс-модем - устройство, сочетающее возможности модема и средства
для обмена факсимильными изображениями с другими факс-модемами и обычными
телефаксными аппаратами. Некоторые модемы обладают голосовыми возможностями, т.е.
могут принимать из телефонной сети звуковые сообщения, записывая их в файл, и
воспроизводить звуковые файлы в телефонную сеть. Такой модем в сочетании с
соответствующим программным обеспечением может, например, использоваться в
качестве автоответчика, осуществлять рассылку голосовых сообщений и т.п.
По конструктивному исполнению модемы бывают:



внутренними - в виде электронной платы, подключаемой к системной шине компьютера;
внешними - в виде отдельного устройства, обычно подключаемого через последовательный порт
компьютера или специальную плату;
в виде PC-карты для подключения к портативному компьютеру.
Внутренние модемы дешевле, т.к. не нуждаются в отдельном блоке питания, не
занимают разъемы портов на задней стенке компьютера. Однако, они не так удобны, так
как не содержат световых индикаторов, по которым можно узнать состояние модема.
Кроме того, в наших телефонных сетях иногда проходят импульсы повышенного
напряжения до 200-300 В. При получении такого электрического удара для внешнего
модема в худшем случае "сгорит" модем, а для внутреннего - может придти в полную
негодность весь компьютер.
Модемы отличаются друг от друга по максимальной скорости обмена данными.
Скорость измеряется в бодах (битах в секунду). При соединении двух модемов обычно
устанавливается соединение с самой большой скоростью, которую могут поддерживать
оба модема. Например, при соединении модемов с максимальной скоростью 28800 и 2400
бод установится соединение со скоростью 2400 бод.
Поскольку на телефонной линии всегда присутствуют шумы и иные искажения,
при передаче данных по ней неизбежно возникают ошибки. В большинстве современных
модемов для автоматической коррекции ошибок используется протокол коррекции
ошибок V.42bis. На Российских телефонных линиях модемы без коррекции ошибок
работают очень плохо, поэтому при выборе модема целесообразно рассматривать только
модемы с поддержкой стандарта коррекции ошибок.
Большинство современных модемов содержит встроенные методы сжатия данных,
т.е. эти модемы сжимают получаемые от компьютера данные перед передачей их в
телефонную сеть и "разжимают" полученные из телефонной сети данные при передаче их
компьютеру. Это сокращает время сеанса связи, а тем самым и число ошибок. Сейчас в
большинстве модемов поддерживается протокол сжатия V.42bis, использующий методы
сжатия того же вида, что и современные программы-упаковщики.
30