Компьютеры получили широкое распространение практически во всех сферах нашей жизни. Для решения различных задач используются разные типы компьютеров.

• IBM – совместимые персональные компьютеры. Сейчас это наиболее распространенный тип компьютеров.
• Персональные компьютеры Macintosh. Компьютеры, предназначенные для тех же целей, что и компьютеры IBM, но не совместимые с ними.
• Рабочие станции. Более мощные компьютеры, чем персональные. Используются обычно для хранения данных.
• Серверы. Как правило, самые мощные персональные компьютеры с большим дисковым пространством. Используются в компьютерных сетях для централизованного хранения и обработки информации.
• Суперкомпьютеры – компьютеры, созданные для обработки больших объемов информации. Очень часто используются для работы с трехмерным моделированием и анимацией. Наибольшее применение имеют в оборонных целях.

 

 

2.2. Основные блоки персонального компьютера. Структурная схема ПК

 

Персональный компьютер (ПК) – это настольная или переносная ЭВМ, характеризующаяся сравнительно малой стоимостью и универсальностью применения. Современный компьютер конструктивно состоит из системного блока, видеомонитора, клавиатуры. К нему всегда подключается манипулятор мышь или какой-нибудь ее аналог (Track Ball и т.п.), часто – аудиоколонки, принтер, плоттер, сканер, сетевые коммуникации, иногда – другие, менее распространенные периферийные устройства.

Основные функциональные части компьютера размещаются в корпусе системного блока. В нем крепится материнская плата, содержащая системную шину, генератор тактовых импульсов, контроллер клавиатуры, последовательный порт LPT1 и параллельные порты COM1, COM2. В современных компьютерах Pentium материнская плата содержит также контроллеры накопителей на жестких и гибких магнитных дисках (НЖМД и НГМД), а также USB-порты – универсальные порты для подключения периферийных устройств. USB-порт обеспечивает передачу данных и питания. Поэтому, если устройство, например сканер, подключается к системному блоку через USB-порт, то это периферийное устройство уже не надо подключать к электрической сети.

В материнскую плату вставляются процессор, блоки оперативной памяти – ОП (оперативного запоминающего устройства - ОЗУ), таймер и постоянное запоминающее устройство (ПЗУ). В материнскую плату также вставляется видеокарта – плата, обеспечивающая обмен между системной шиной и монитором, а при необходимости - звуковая карта, сетевая карта и модем, если он внутренний. В корпусе системного блока компьютера размещаются также блок питания с вентилятором, НЖМД (винчестеры) и НГМД. Сборка современного компьютера сравнительно проста, благодаря высокой интеграции блоков. Поясним те из них, которые наиболее важны для понимания функционирования компьютера (см. рис. 5.1).

Системная шина – основная интерфейсная система компьютера, обеспечивающая сопряжение всех его устройств и передачу информации в трех основных направлениях:

· между процессором и основной памятью,

· между процессором и портами ввода-вывода внешних устройств,

· между основной памятью и портами ввода-вывода, т.е. в режиме прямого доступа к памяти.

Свои функции системная шина выполняет с помощью входящих в нее проводов и схем сопряжения, по которым во все блоки компьютера передаются управляющие сигналы, требуемые адреса основной памяти, содержимое этих адресов, т.е. операнды машинных команд, и энергопитание большинства устройств. Все устройства подключаются к шине непосредственно или через порты и контроллеры (адаптеры) с помощью унифицированных разъемов. Например, в разъемы винчестера и CD ROM (устройство чтения с компакт-дисков) вставляются разъемы шлейфов, идущих от контроллера НЖМД, причем часто для этой цели используются два разъема на одном и том же шлейфе проводов.

 

 

		Монитор
	Процессор
			НЖМД
					Блок питания
		ОП

 

 

				Контроллер НГМД

 

 

Системная

шина

	Генератор тактовых импульсов

 

 

Рис. 2.1. Структурная схема персонального компьютера

 

Процессор (микропроцессор) управляет работой всех блоков и выполняет операции над данными – логические и арифметические. С помощью логических операций проверяются различные условия, что часто приводит к изменению последовательности выполнения команд в программе. С помощью арифметических операций числа, предварительно выбранные из основной памяти на регистры арифметического устройства процессора, могут складываться, перемножаться и т.п.. Вообще говоря, процессор персонального компьютера имеет обширную систему команд, и их только условно можно делить на логические и арифметические. Процессоры с полным набором команд (Complex Instruction Set Computing) называют CISC-процессорами. Большинство современных ПК типа IBM PC оснащаются именно CISC-процессорами. На выполнение одной команды в таких процессорах тратится не менее 4 тактов. Такт – это промежуток времени между началами подачи двух последовательных импульсов специальной микросхемой – генератором тактовой частоты. Тактовая частота – одна из основных характеристик компьютера, во многом определяющая его быстродействие.

В мощных вычислительных системах все чаще используются RISC-процессоры, в которых применен сокращенный набор команд (Reduced Instruction Set Computing). Такие компьютеры содержат только простые, самые употребительные команды, из которых “собираются” сложные операции. Зато каждая команда в RISC-процессоре выполняется за один такт. До появления процессоров Pentium микропроцессор компьютеров типа IBM PC выполнял только операции с фиксированной точкой, а для работы с действительными числами в системном блоке компьютера размещался еще математический сопроцессор. Теперь он находится в составе процессора. Для того чтобы многократно не обращаться к оперативной памяти для чтения команд и операндов при исполнении циклов, современный процессор имеет встроенную быстродействующую КЭШ-память емкостью до 512 Кбайт и больше у дорогих моделей. Часть этой памяти может размещаться на материнской плате. КЭШ-память не доступна для пользователя (в переводе Cache означает «тайник»).

Оперативная память (ОП) обеспечивает оперативную запись, хранение и предоставление информации другим блокам ПК во время его работы. Это быстрая, но энергозависимая память: ее содержимое не сохраняется после выключения компьютера. Объем оперативной памяти современного ПК 256-512 Мб и более.

Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) содержит тест, проверяющий в момент включения компьютера работу памяти и устройств, хранит параметры подключенных к компьютеру дисковых накопителей, последовательность попыток загрузки ОС (например, первая попытка - с диска A: , если же на нем нет системной дискеты, то с диска C: ). ПЗУ также хранит программу чтения с диска в ОП программы-загрузчика ОС и некоторые другие программы базовой системы ввода-вывода (BIOS – Base Input/Output System). ПЗУ – это либо энерго-малозависимая память (поддерживается батарейкой), либо энергонезависимая память на флэшкарте.

Таймер – это электронные часы, с которых программы при необходимости снимают текущую дату и время с точностью до долей секунды. Таймер поддерживается батарейкой – обычно той же, что и ПЗУ.

Монитор (дисплей) и видеоадаптер образуют видеосистему компьютера, которая необходима для отображения информации. Монитор, клавиатура и мышь позволяют пользователю управлять работой программ, взаимодействуя с ними (см. раздел 2). Монитор может быть выполнен на основе электронно-лучевой трубки (ЭЛТ) или на основе жидкокристаллической панели (LCD). На мониторе отображается информация, формируемая программами в памяти видеоадаптера. Основными параметрами, характеризующими видеосистему компьютера, являются размер диагонали экрана в дюймах (например, 17 дюймов), размер зерна (например, 0.25 мм) и емкость видеобуфера (например, 128 Мб). От этих параметров зависит разрешение, которое можно установить программно. Разрешение – это количество точек, формирующих изображение на дисплее (например, 1024 ´ 768). На материнских платах присутствует порт AGP (Advanced Graphic Port), через который подключаются видеокарты (видеоадаптеры).

Клавиатура обычно состоит из 101 клавиши, но встречаются более удобные при работе с Windows клавиатуры из 104 клавиш. На клавишах нанесены латинские и русские буквы, цифры, знаки препинания и другие символы, используемые для управления работой программ. Клавиши можно разбить на 5 групп:

· буквенно-цифровые, размещенные в центральной части клавиатуры; для переключения в режим ввода русских букв чаще всего применяется одновременное нажатие двух клавиш – < Ctrl> + < Shift> или < Alt> + < Shift>; для обратного переключения эти же клавиши нажимаются повторно; если удерживать клавишу < Shift>, то вводимые буквы будут заглавными; если надо перейти на верхний регистр, например, для ввода заголовка, то нажимают клавишу < Caps Lock>; при ее повторном нажатии верхний регистр отменяется;

· клавиши малой цифровой клавиатуры, размещенные в правой части клавиатуры; иногда с их помощью удобнее вводить числа; они могут использоваться и для перемещения курсора – после нажатия на клавишу < Num Lock>;

· клавиши перемещения курсора, размещенные между первыми двумя группами клавиш;

· функциональные клавиши F1, F2, …, F12; в некоторых программах они используются как командные кнопки, т.е. для активизации событийных процедур;

· управляющие клавиши, используемые для переключения регистров, или для прерывания работы программы (клавиша < Pause/Break> ), для перезагрузки компьютера (комбинация < Alt> + < Ctrl> + < Del> ), для копирования в буфер обмена графического образа экрана (< Print Screen> ) или же графического образа активного окна (< Alt> + < Print Screen> ), для завершения ввода какой-либо команды или фрагмента информации (< Enter> ) и для некоторых других целей.

Накопители на магнитных дисках используются для долговременного хранения файлов, содержащих разнообразную информацию – данные и программы. В отличие от ОП, дисковые запоминающие устройства считаются внешними, хотя обычно крепятся в корпусе системного блока.

Накопители на гибких магнитных дисках (НГМД) позволяют записывать и многократно перезаписывать файлы на дискеты, имеющие диаметр 3.5 дюйма и емкость 1.44 Мбайта. В последнее время для оперативного перенесения файлов вместо дискет все чаще применяются флэш-карты, конструктивно оформляемые в виде брелков. Они подключаются к USB-портам, причем в корпусе современного компьютера несколько USB-портов обычно выводятся на переднюю панель. Емкость флэш-карт обычно превышает 64 Мб, увеличивается с каждым годом и уже достигла 1 Гб. Поэтому можно считать, что накопители на гибких магнитных дисках (дискеты) доживают последние годы.

Накопители на жестких магнитных дисках (НЖМД) – это винчестеры. Они позволяют записывать и перезаписывать файлы на пакет герметично закрытых дисков, вращающихся на общей оси. Каждый диск состоит из дорожек. Магнитные головки записи-чтения, не касаясь дисков, как бы летят над ними. Дорожки всех дисков винчестера, равноудаленные от оси, логически образуют цилиндр. Дорожки делятся на сектора, а сектора – на кластеры. Кластер – это минимальный объем дисковой памяти, выделяемый для записи файла. Объем кластера обычно от 4 до 32 Кб, а емкость всего винчестера теперь, как правило, превышает 40 Гб. Если файл не помещается в цепочку смежных кластеров (дальше место занято другим файлом), то он записывается в несколько цепочек кластеров. Для каждого кластера ОС запоминает на диске номер следующего кластера, занятого файлом. При первом сохранении файла (File/Сохранить как…) или при его закрытии номер первого кластера заносится в каталог. Если некорректно завершить работу программ (например, просто выключить компьютер из сети), то некоторые создаваемые программами файлы не будут отображены в каталоге диска, и на винчестере останутся «занятые» кластеры, на которые нет ссылок в каталогах файловой системы. Их освобождают с помощью служебной программы ScanDisk. Другая служебная программа (Defrag) периодически применяется, чтобы повысить эффективность использования диска. Путем перемещения содержимого кластеров эта программа добивается того, чтобы каждый файл размещался в одной цепочке смежных кластеров. Все это справедливо для файловых систем FAT-16 и FAT-32. В Windows NT/2000/XP, предлагается использовать файловую систему NTFS, в которой единой таблицы размещения файлов FAT (File Allocation Table) уже нет. NTFS – более сложная, по сравнению с FAT-32, файловая система, но у нее есть такие преимущества, как невозможность появления «ничейных» кластеров, способность к самовосстановлению, а также практически неограниченный размер тома и файла на нем (до 16 экзабайт; 1 экзабайт = 1000000 гигабайт; при использовании FAT32 можно отформатировать тома, объем которых не превышает 32 Гбайт). Кроме того, NTFS позволяет назначать права доступа к отдельным файлам. Однако если файл будет скопирован из раздела или тома NTFS в раздел или на том FAT, все права доступа и другие уникальные атрибуты, присущие NTFS, будут утрачены.

Накопители на лазерных дисках (CD ROM – Compact Disk Read-Only Memory) позволяют считывать информацию с компакт-дисков емкостью 700-800 Мбайт. Компакт-диск имеет дорожку в виде непрерывной спирали, на которой чередуются отражающие участки и не отражающие свет впадины. Подобно дискете, он вставляется в устройство CD ROM, после чего работа с ним не отличается от работы с данными на жестком диске или дискете, только перезапись информации невозможна. В промышленных условиях компакт-диски изготавливаются путем прессовки.

В настоящее время CD ROM устанавливают практически в каждый компьютер. В последние годы широкое распространение получили перезаписывающие CD, а также DVD-приводы и соответствующие диски CD-RW и DVD-RW. Формат DVD был разработан для записи кинофильмов. На однослойном одностороннем DVD-диске помещается 4.7 Гб информации, т.е. двухчасовой фильм или любые другие файлы. На двухслойном или двустороннем и, тем более, на двустороннем двухслойном DVD-диске объем хранимых данных в 2-4 раза больше, причем DVD-приводы позволяют работать и с CD-дисками. CD и DVD- диски чрезвычайно удобны для периодического сохранения информации.

На CD и DVD- дисках теперь поставляется программное обеспечение, обучающие программы, музыка, видеофильмы, справочники, базы данных и т.п. Правда, чтобы иметь возможность использовать аудио и видеоинформацию, компьютер надо еще укомплектовать звуковой картой и аудиоколонками. Для ввода звуковой информации требуется также микрофон. Если компьютер оснастить еще ТВ-тюнером, то он в полном объеме выполняет и функции телевизора.

В совокупности комплекс аппаратных и программных средств, позволяющих человеку общаться с компьютером через звук, видео, графику, т.е. в естественных для себя средах, называют средствами мультимедиа (multimedia – многосредовость). Звук и видео используются не только для развлечений, но и для пояснения формализованных данных.

 

2.3. Основные периферийные устройства, подключаемые к компьютеру

 

Принтер — печатающее устройство. Осуществляет вывод из компьютера закодированной информации в виде печатных копий текста или графики.

Существуют тысячи наименований принтеров. Но основных видов принтеров три: матричные, лазерные и струйные.

· Матричные принтеры используют комбинации маленьких штырьков, которые бьют по красящей ленте, благодаря чему на бумаге остаётся отпечаток символа. Каждый символ, печатаемый на принтере, формируется из набора 9, 18 или 24 игл, сформированных в виде вертикальной колонки. Недостатками этих недорогих принтеров являются их шумная работа и невысокое качество печати.

· Лазерные принтеры работают примерно так же, как ксероксы. Компьютер формирует в своей памяти " образ" страницы текста и передает его принтеру. Информация о странице проецируется с помощью лазерного луча на вращающийся барабан со светочувствительным покрытием, меняющим электрические свойства в зависимости от освещённости.

· Струйные принтеры генерируют символы в виде последовательности чернильных точек. Печатающая головка принтера имеет крошечные сопла, через которые на страницу выбрызгиваются быстросохнущие чернила. Эти принтеры требовательны к качеству бумаги. Цветные струйные принтеры создают цвета, комбинируя чернила четырех основных цветов — ярко-голубого, пурпурного, желтого и черного.

Плоттер (графопостроитель) — устройство, которое чертит графики, рисунки или диаграммы под управлением компьютера.

Плоттеры используются для получения сложных конструкторских чертежей, архитектурных планов, географических и метеорологических карт, деловых схем. Плоттеры рисуют изображения с помощью пера.

Сканер — устройство для ввода в компьютер графических изображений. Создает оцифрованное изображение документа и помещает его в память компьютера.

Если принтеры выводят информацию из компьютера, то сканеры, наоборот, переносят информацию с бумажных документов в память компьютера. Если при помощи сканера вводится текст, компьютер воспринимает его как картинку, а не как последовательность символов.

 

Компьютерные сети

Компьютерная сеть (англ. Computer NetWork, от net — сеть и work — работа) — совокупность компьютеров, соединенных с помощью каналов связи и средств коммутации в единую систему для обмена сообщениями и доступа пользователей к программным, техническим, информационным и организационным ресурсам сети.

Для передачи компьютерных данных на большие расстояния по телефонным линиям связи используется модем.

Модем обеспечивает преобразование цифровых сигналов компьютера в переменный ток частоты звукового диапазона — этот процесс называется модуляцией, а также обратное преобразование, которое называется демодуляцией. Отсюда название устройства: модем — мо дулятор/ дем одулятор.

Рис. 2.2. Схема реализации модемной связи

 

Для осуществления связи один модем вызывает другой по номеру телефона, а тот отвечает на вызов. Затем модемы посылают друг другу сигналы, согласуя подходящий им обоим режим связи. После этого передающий модем начинает посылать модулированные данные с согласованной скоростью (количеством бит в секунду) и форматом. Модем на другом конце преобразует полученную информацию в цифровой вид и передает её своему компьютеру. Закончив сеанс связи, модем отключается от линии.

 

По степени географического распространения сети делятся на локальные, городские, корпоративные, глобальные и др.

Локальная сеть (ЛВС или LAN — Local Area NetWork) — сеть, связывающая ряд компьютеров в зоне, ограниченной пределами одной комнаты, здания или предприятия (рис.2.3).

Рис.2.3. Небольшая офисная локальная сеть

 

Логический и физический способы соединения компьютеров, кабелей и других компонентов, в целом составляющих сеть, называется ее топологией. Топология характеризует свойства сетей, не зависящие от их размеров. При этом не учитывается производительность и принцип работы этих объектов, их типы, длины каналов, хотя при проектировании эти факторы очень важны.

Основные топологии ЛВС – кольцевая, шинная и звездообразная – схематически представлены на рис. 2.4. Пользователь компьютера, являющегося узлом ЛВС, при загрузке ОС вводит пароль и получает доступ к файлам, хранимым на других компьютерах, и к периферийным устройствам, подключенным к другим узлам.

 

 

		Узел 1
			Узел 2
	Узел 1		Узел 2
				Узел 2

Центральный узел

Узел 3

Узел 3

Узел 6

Узел 4

Узел 5

Узел 6

Узел 5

Узел 4

Узел 4

 

(а) (б) (в)

 

Рис. 2.4. Основные топологии ЛВС: а - кольцевая, б - шинная, в - звездообразная

 

 

Взаимосвязь узлов сети определяется соглашениями – протоколами

На крупных предприятиях обычно используется не одноранговая сеть, а ЛВС с выделенным файл-сервером. В отличие от сервера, компьютеры в узлах такой сети называют еще рабочими станциями. Рабочие станции одного отдела или, например, размещенные на одном этаже здания, обычно соединяются со специальным коммутирующим устройством, называемым концентратором (HUB), а концентраторы соединяются с файл-сервером.

Глобальная сеть (ГВС или WAN — World Area NetWork) — сеть, соединяющая компьютеры, удалённые географически на большие расстояния друг от друга (рис.2.5). Отличается от локальной сети более протяженными коммуникациями (спутниковыми, кабельными и др.). Глобальная сеть объединяет локальные сети.

 

Рис.2.5. Глобальная сеть

 

Городская сеть (MAN — Metropolitan Area NetWork) — сеть, которая обслуживает информационные потребности большого города.

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться: