ОСНОВНЫЕ УСТРОЙСТВА ПЭВМ

1. КЛАССИФИКАЦИЯ И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ЗАПОМИНАЮЩИХ УСТРОЙСТВ

Одной из основных частей электронно-вычислительной машины являются запоминающие устройства (ЗУ). Запоминающие устройства предназначены для приёма (записи), хранения и выдачи (считывания) инфо-рмации в виде цифрового кода. В них хранятся числа над которыми может быть проведены соответствующие соответствующего действия, и число – коды команд, которые определяют характер этих действий. Основными характеристиками ЗП являются информационная емкость и быстродействие. Информационная емкость ЗП определяется числом единиц хранимой двоичной информации (бит).

Запоминающие устройства по выполняемым функциям делятся на оперативные (ОЗУ) и постоянные (ПЗУ). ПЗУ осуществляют хранение и выдачу постоянно записанной информации (стандартные микропрограммы, табличные значения, константы и т. д.) В ОЗУ хранятся исходные данные и программа обработки информации. ОЗУ и ПЗУ содержат большое количество ячеек памяти, которые хранят информацию в двоичном козе. Каждый разряд числа хранится в отдельной ячейке памяти.

2. ОПЕРАТИВНЫЕ ЗУРассмотрим принцип работы оперативного запоминающего устройства.

Ячейкой памяти ОЗУ является триггер. ОЗУ представляет собой матрицу триггеров (рис.4-1).

ЯП21

ЯП11

ЯПn1

ЯП12

ЯП22

ЯПn2

ЯП1m

ЯП2m

ЯПnm

А1

А2

Аn

P1 P2 PmРис.4-1

В каждом рядке матрицы может храниться двоичное слово из m разрядов. Количество рядков n определяет количество слов хранения. Таким образом, объем матрицы равен mn бит. К каждой ячейке памяти могут приходить сигналы по адресным Ai и разрядным Pj шинам. При наличии в адресной шине Ai сигнала уровня логической 1 происходит считывание по разрядным шинам состояний каждого элемента в это рядке. Когда нужно записать информацию по выбранному адресу Ai, то по разрядным шинам P1...Pm в зависимости от кода информации подается сигнал 1 или 0 на каждый элемент памяти и рядка, который осуществляет хранения информации в ячейке памяти AiPj.

Каждая ячейка памяти должна хранить один бит информации, т. е. принимать одно из двух возможных состояний – 0 или 1. Один из элементов, который обладает двумя устойчивыми состояниями, является триггер. Простейшей ячейкой памяти является RS-триггер, выполненный на двухэмиттерных транзисторах (рыс.4-2).

Эмиттеры 2 двухэмиттерных транзисторов VT1 и VT2 соединены с адрес-ной шиной Ai. Эмиттер 1 транзистора VT1 соединен с разрядной шиной Pj, на которую подается опорное напряжение Uоп, общее для всех триггеров матрицы ЗУ. Причем Uоп есть величина постоянная Uоп=canst.

Различают следующие режимы работы ячейки памяти: записи 1, записи 0, хранения и считывания. Когда транзистор VT2 открыт, в ячейке памяти записана 1, когда закрыт – 0. Режимы работы ячейки определяются соотношением между опорным напряжением Uоп, напряжением на разрядной шине Up и напряжением, которое подается на адресную шину Ua.

Для перевода ячейки памяти в режим записи необходимо исключить влияние на ее работу эмиттеров 2. Это обеспечивается подачей на адресную шину высокого уровня (Ua≈Е) напряжения. Для записи в ячейку памяти 1 должно выполняться Ua>Uоп>Up. При этом условии транзистор VT2 открывается, а транзистор VT1 закрывается. Для записи 0 должно выполняться

Рис.4-2

VT1 VT2

Uоп Uр1

2

1

2

R1 R2

+E

Ua

Ua>Up>Uоп. При этом транзистор VT2 закрывается, а транзистор VT1 открывается.

Условие режима хранения Ua<Uоп=Uр. Пусть, например, до этого в ячеке памяти была записана 1 (было выполнено условие Ua>Uоп>Up). Увеличение Up до величины Uоп не приведет до опрокидывания триггера в новое состояние. Уменьшение напряжения Ua до величины Ua<Uоп не позволит триггеру переключиться в новое состояние благодаря тому, что основной ток потечет через эмиттеры 2, а токи через эмиттеры 1 будут незначительными.

Для перевода ячейки памяти в режим считывания необходимо увеличить ток эмиттера 1 открытого транзистора. Это возможно при условии Ua>Uоп=Up.

Рассмотрим работу оперативного ЗУ, выполненного в виде интегральной микросхемы К155РУ2 (рис.4-3). Микросхема К155РУ2 является ОЗУ с произвольной выборкой, т.е. запись или считывание информации может произойти из любой ячейки памяти по определенному адресу. Выводы микросхемы имеют следующее назначение:

D1...D4 – информационные входы. На эти входы подается двоичное число, которое нужно записать в ОЗУ;

А1…А4 – адресные входы, на которые подается в двоичном коде адрес одной из 16 четырехразрядных ячеек памяти, в которую можно записать данные или из которой нужно считывать информацию;

C1...C4 -- выходы усилители;V – вход разрешения выборки адреса (при V=1 он несет функцию запрета,

при которой невозможны ни запись ни считывание; при V=0 происходит выборка ячейки памяти по адресу, установленному на входах A1...A4;

W – вход разрешения записи (при W=1 запись запрещена и возможно только считывание; при W=0 осуществляется запись информации, которая подается на входы D1...D4.

D1D2D3D4

A1A2A3A4

V

W

RAM

C1

C2

C3

C4

Рис.4-3

V

0011

W

0101

Режим

ЗаписиСчитыванияЗапрещенный

Хранения

Таблица 4-1

Логические уровни на входах V и W определяют режим работы микросхемы К155РУ2: запись (V=0, W=0); считывание (V=0, W=1); запрет (V=1, W=0) и хранение (V=1, W=1). Режимы работы микросхемы приведены в таблице 100.

Следует иметь ввиду, что считывание информации с выходов С1...C4 происходит в инверсном коде, поэтому, когда нужно получить при считывании число, например, 1011, в ячейку памяти записывается 0100.

Основное назначение ОЗУ – запись и хранение информации. Однако на базе их можно построить разные комбинационные устройства, например. шифратор, дешифратор, сумматор, компаратор и т.д.

3. ПОСТОЯННЫЕ ЗУПостоянные запоминающие устройства (ПЗУ) допускают только

считывание занесенной в них информации. В этих ЗУ по каждому n-разрядному адресу записано одно заранее установленное m-разрядное слово.Таким образом, ПЗУ является преобразователем адреса кода в код слова. Выборка слова производится при помощи дешифратора. Так как ПЗУ работает только на считывание, то блок управления в них значительно проще, чем в ОЗУ.

В 155 серии разные ПЗУ имеют cвое функциональное назначение: К155РЕ21 –преобразователь двоичного кода в код знаков русского алфавита, К155РЕ23 – в код знаков латинского алфавита, К155РЕ23 – код арифметических знаков и цифр.

4. ПРОГРАММИРУЕМЫЕ ЗУ

В программируемых ПЗУ информацию можно заносить самостоятельно. К таким ПЗУ можно отнести микросхему К155РЕ3. В этих ПЗУ элементом связи между Xi и Yj является биполярный транзистор с выжигаемой перемычкой (рис.4-4). В изготовленных таких ячейках памяти записана 1. При программировании в узлах, где должен быть записан 0, через транзистор пропускают импульс тока, достаточный для разрушения перемычки.

Xi

Yj

Eп

Рис.4-4

5. ПЕРЕПРОГРАММИРУЕМЫЕ ЗУ

Наиболее универсальными являются перепрограммируемые ЗУ (ППЗУ) с так называемым “плавающим затвором” (рис.4-5).

Из рисунка видно, что эта структура представляет собой полевой транзистор с индуцированным каналом и затвором, сформированным внутри диэлектрика. Затвор отделен от подложки слоем двуокиси кремния толщиной 3…4 нм. Для записи 1 между источником и подложкой прикладывается большое импульсное обратное напряжение, приводящее к лавинообразной генерации электронов в p-n переходе. Эти электроны, имея большую кинетическую энергию, проходят через тонкий слой диэлектрика и накапливаются на затворе. После снятия записывающего импульса обратного напряжения электроны уже не могут покинуть затвор, и их заряд создает потенциал, достаточный для индуцирования проводящего канала между истоком и стоком.

Еп

Si n

Р Р

Рис4-5

SiO2

Плавающий затвор

И C

Xi

Yj

VT

VT2

Рис.4-6

В накопитель включаются элементы памяти (рис.4-6) представляющие собой два последовательно включенных транзистора: VT1 – обычный транзистор, имеющий вывод от затвора, и VT2 – транзистор с плавающим затвором. Когда на горизонтальную шину Хi (разрешение считывания) поступит потенциал, открывающий VT1, то в выходную шину Yj потечет ток только в том случае, если в VT2 была записана 1. Если на затворе VT2 заряд отсутствует (записан 0), то тока в вертикальной шине не будет. Стирание информации происходит при ультрафиолетовом облучении кристалла через прозрачное окно в корпусе микросхемы.

6. ВНЕШНЯЯ ПАМЯТЬВнешние запоминающие устройства (ЗУ) предназначены для

длительного хранения программ и данных, организации разнообразных архивных и справочных систем. В современных ПЭВМ используются внешние ЗУ с различными носителями записи: магнитный, оптический и магнито-оптический. Устройства внешней памяти на магнитных носителях подразделяются на накопители на магнитных лентах (НМЛ), накопители на гибких магнитных дисках (НГМД) и накопители на жестких дисках (НМД).

Самыми простыми и дешевыми являются ленточные накопители. Однако скорость передачи информации и время поиска намного больше дисковых накопителей. Поэтому наиболее распространенными являются дисковые накопители.

Жесткие диски изготавливаются из сплавов алюминия или магния, обладающие высокой прочностью. Диски имеют толщину около 2 мм. Толщина ферролакового покрытия, основу которого составляет магнитный порошок Fe2O3, менее 1 мкм. Жесткие диски являются сложными и дорогостоящими изделиями, нуждающимися в особых условиях эксплуатации. Запись и считывание с жесткого диска осуществляется винчестером.

Дисковод с магнитными гибкими дисками появился в конце 70-ых годов. Каждый гибкий диск (дискета) заключен в пластмассовую кассету толщиной 1,5 мм. Основой диска является пленка толщиной 75 мкм. Ферролаковое покрытие такое же, как и на жестких дисках. Гибкие диски чрезвычайно технологичны и поэтому относительно дешевые. В ПЭВМ они используются двух видов: c диаметром 133 мм (5,25”) и 89 мм (3,5”). В портативных ПЭВМ применяются диски меньшего диаметра.

Оптические носители. Потребность в устройствах памяти сверхбольшой емкости привела к тому, что в последние годы стали серийно выпускаться накопители на оптических дисках (НОД). По способу организации записи-считывания НОД делятся на три класса:

1) постоянные – информация на которых записывается на заводе-изготовителе;

2) однократной записью и многократным считыванием;3) допускающие стирание и многократную перезапись.

Основой оптического диска служит круглая подложка диаметром чаще всего 305, 203, 133 или 89 мм, изготавливаемая из полимеров или из стекла. Для обеспечения высоких скоростей вращения диска подложка должна иметь достаточную механическую прочность. В качестве носителя информации в оптических дисках используются многослойные пленочные структуры обычно из алюминия. При записи луч полупроводникового лазерного диода, управляемого через зеркало и линзу объектива, прожигает отверстие в информационном слое диска, Наличие отверстия соответствует записи логической 1. При считывании лазерный луч, имеющий пониженную мощность, выходит на рабочую поверхность диска, используя тот же объектив.Отраженный свет попадает на фотодиод сигнал которого обрабатывается электронными схемами считывания. Точная установка луча на дорожке диска обеспечивается сервоблоком дорожки, фокусировка – сервоблоком фокусировки, а постоянное число оборотов – сервоблоком вращения диска.

Наиболее распространенной разновидностью оптических дисков с перезаписью являются магнитооптические диски (МОД), которые позволяют достигать высокой плотности записи при практически неограниченном числе циклов перезаписи информации. В накопителях с магнитооптическими дисками (НМОД) запись информации проводится термомагнитным способом путем нагрева импульсом полупроводникового лазера микроучастка запоминающей среды при одновременном воздействии слабым магнитным полем, в результате чего происходит перемагничивание участка. Для изготовления МОД в настоящее время в качестве рабочего слоя носителя, применяются аморфные пленки на основе сплавов Tb-Fe.

Лекция 6

1. СИСТЕМЫ ВВОДА-ВЫВОДАЛюбая система обработки информации имеет периферийную сеть

источников и потребителей информации. Прием и передача информации производится через устройства ввода–вывода (УВВ), которые можно разделить на две группы. Первая включает технические средства для связи человека и ЭВМ, например, клавиатуру и дисплей. Вторая группа включает устройства связи периферийных технических средств (внешние ЗУ, датчики, исполнительные устройства и т.д.) с ПЭВМ. Основные технические отличия УВВ первой и второй групп заключаются в том, что общение человека с ПЭВМ протекает сравнительно медленно. Общение же ПЭВМ с периферийными техническими средствами протекает с очень большой скоростью.

2. ПРЯМОЙ ДОСТУП К ПАМЯТИ

Прерывание – способность микропроцессора при возникновении ситуаций, требующих немедленной реакции, прерывать выполнение

программы и предать управление программе с более высоким уровнем приоритета, реализующей реакцию процессора на возникшую ситуацию. Причины прерываний могут быть различными: сбои и отказы в работе компьютера, программные ошибки и т.д. При обработке запроса прерываний МП прерывает ход вычислений, формирует код прерывания и осуществляет переход к программе, обрабатывающей данное прерывание. В дальнейшем МП возвращается к выполнению прерванной программы. Управление прерываниями осуществляется специальным регистром, который частично может находиться в МП или реализован на БИС программируемого контроллера прерываний.

Прямой доступ к памяти позволяет быстро выполнить операции обмена данными между основной памятью и периферийными устройствами ПЭВМ одновременно и независимо от операций, выполняемых процессором. В режиме прямого доступа к памяти обменом управляет не программа, обрабатываемая процессором, а внешние к МП электронные схемы специального контроллера прямого доступа к памяти.

3. ИНТЕРФЕЙСИнтерфейс представляет собой совокупность технических средств и

алгоритмов, предназначенных для организации обмена (ввода-вывода) информацией между отдельными устройствами ПЭВМ. Каждый интерфейс представляется в ПЭВМ шиной и электронным устройством, обеспечивающим сопряжение шины с функциональным устройством (адаптером или контроллером). Интерфейс микропроцессора – связующее звено для компонентов центрального процессора. Для взаимодействия процессора, памяти, периферийных устройств необходимы линии связи – проводники. Для связи центрального процессора с дополнительными микропроцессорами используются линии передачи данных, адреса и управления используется внутренняя шина (магистраль).

Наиболее важными характеристиками интерфейса являются:пропускная способность, т.е. количество информации, которую можно

передать через интерфейс за единицу времени;информационная ширина интерфейса, т.е. число бит данных,

параллельно подаваемых через интерфейс;максимально допустимое расстояние между соединяемыми

устройствами.По принципу действия интерфейсы делятся на параллельные и

последовательные. Первые применяются только при небольшом удалении соединяемых узлов, вторые – при большом удалении.

Стандартные параллельные интерфейсы типа Centroniks обеспечивают передачу данных по нескольким параллельным линиям ввода-вывода,благодаря чему достигается высокая скорость передачи данных (до 150 кбайт/с), и служит для подключения печатающих устройств, графопостроителей и т.д. Для параллельного интерфейса расстояние между ПЭВМ и сопрягающим

устройством ограничивается 1…2 м. При большей длине линии возрастает межпроводная емкость, из-за которой невозможна передача данных на большой скорости. Интерфейс типа Centroniks для подключения к ПЭВМ имеет 25-контактный разъемный соединитель, например, типа Canon и 36-кнтактный разъемный соединитель, например, типа Amphenol.

В последовательных интерфейсах ограничений на длину линий не налагается, однако возникает необходимость преобразования данныхиз параллельной формы в последовательную и наоборот. Последовательный интерфейс типа RS-232C предлагает последовательный обмен между ПЭВМ и периферийными устройствами в асинхронном и синхронном режиме передачи. Он является более распространенным в ПЭВМ, чем Centroniks. При синхронной передаче каждый передаваемый бит данных сопровождается специальным стартовым битом и одним или двумя стоповыми битами. При синхронной передаче информация представляется в виде определенной последовательности бит, объединенных в блоки данных. Синхронизация блока данных осуществляется с помощью специальных символов в начале и конце передаваемого блока.

4. УСТРОЙСТВА ВВОДА. КЛАВИАТУРАКлавиатура – основное устройство ручного

ввода данных в ПЭВМ, кодируемых путем нажатия расположенных на ней клавиш. Современная клавиатура позволяет работать с несколькими фонетическими системами (алфавитами и буквами). В соответствии с ГОСТом клавиатура ПЭВМ должна обеспечить

ввод строчных и прописных букв русского латинского алфавитов. Клавиши по функциональному назначению подразделяются на несколько групп. Многорядная матрица клавиш, расположенных в центре клавиатуры и предназначенных для ввода алфавитно-цифровых символов и управления, составляет основное набранное поле клавиатуры. На рисунке 4-7 показано расположение основных групп клавиш: 1 – алфавитно-цифровое поле; 2 – управляющие клавиши; 3 – поле редактирования; 4 – дополнительное цифровое поле; 5 – функциональные клавиши.

5

5 1 2 2

3 4

Рис.4-7

В большинстве клавиатур символы на алфавитно-цифровом поле (1) расположены в соответствии стандартного расположения символов (QWERTY) на пишущих машинках. В большинстве клавиатур для ввода цифр предусматривается дополнительное цифровое поле (4), где, кроме цифр, могут располагаться символы арифметических операций и некоторые другие. Управляющие клавиши (2) предназначены для переключения алфавитов, режимов ввода прописных или строчных букв, а также других действий по управлению клавиатурой. К ним также относятся клавиши управления курсором, клавиши удаления символов и т.д. К управляющим клавишам относятся функциональные клавиши (5), предназначенных для ввода в ПЭВМ часто задаваемых пользователем команд или функций. Клавиши поля редактирования (3) позволяют редактировать информацию, выведенную на экран монитора (удаление, закончить и т.д.).

Число клавиш в клавиатурах все время росло. Так клавиатуры первых типовых моделей ПЭВМ IBM, например, PC/XT/AT содержали 83 клавиши. В настоящее время используется усовершенствованный 101-клавишный стандарт клавиатур. Это стандарт сейчас применяется во всех ПЭВМ фирмы IBM и в ПЭВМ большинства других изготовителей.

В усовершенствованной клавиатуре (42) появились две новые функциональные клавиши (F11, F12), а поле функциональных клавиш размещено в верхнем горизонтальном ряду, отделенное от основного алфавитно-цифрового поля небольшим промежутком. Продублированы также клавиши управления курсором и цифровые клавиши.

На некоторых новых моделях клавиатур можно найти в верхней части дополнительно до двух десятков функциональных клавиш. Их можно разделить на три группы:

1. Клавиши управления питанием (включение-выключение ПЭВМ и перевод в спящий режим).

2. Клавиши для управления программами интернета в том числе и запуск программы электронной почты.

3. Клавиши мультимедиа (запуск CD-ROM, клавиши перехода между песнями, управления громкостью и т.д.).

Как показала практика, эти клавиши себя не оправдывают и только путают пользователя.

5. МАНИПУЛЯТОР “МЫШЬ”

В качестве манипулятора в подавляющем большинстве случаев используется мышь. Единственное исключение – ситуации, когда необходимо очень точно подводить указатель к точке, например, в чертежных задачах. В этом случае используется трекбол либо комбинированный манипулятор.

На манипуляторе расположены кнопки, которых бывает две или три. Если их три, то средняя в большинстве ОС не используется. Кроме кнопок на некоторых современных манипуляторах между кнопками расположено небольшое колесико, при вращении которого происходит прокрутка информации в окне. Вращается оно пошагово, и каждый щелчок при этом вращении означает прокрутку на одну строку или станицу. Заметим, что воспользоваться мышью можно лишь в Windows98. В настоящее время компания Microsoft выпускает манипуляторы с дополнительной функцией. Теперь в мышке появился не только вертикальный, но и горизонтальный скролл. Еще один важный параметр манипулятора – интерфейс, т.е. способ его связи с компьютером. Мышь может подключаться к разъему PS/2 или последовательного порта (обычно СОМ1). Подавляющее большинство манипуляторов для последовательного порта имеет интерфейс Microsoft Mouse или Mouse Systems. Для устройств с этими интерфейсами драйверы имеются в стандартной поставке всех современных ОС.

Альтернативой механической мыши является оптическая мышь. В последнем устройстве вместо крутящегося шарика используется луч света, сканирующий координатную сетку, нанесенную на специальную подложку. С помощью такого механизма и определяется движение. Отсутствие движущихся частей в таком устройстве повышает его надежность. Наиболее популярна оптическая мышь фирмы MSC Corporation. В устройствах этой фирмы используются две пары LED и фотодетекторов, устанавливаемых на задней стенке. Одна пара ориентирована под прямым углом по отношению к другой. Подложка покрыта перекрывающимся множеством желтой и голубой координатных сеток. Каждая пара LED и фотодетекторов определяют движения в обоих направлениях при прохождении через соответствующие риски сетки. Специальное покрытие нижней стенки мыши облегчает скольжение по покрытой пластиком подложке. Большим недостатком оптической мыши является необходимость использовать специальную подложку. С одной стороны, вы можете положить ее в любое место, и устройство будет работать. Но, с другой стороны, такая подложка легко загрязняется, и устройство перестает работать. Да и само пластиковое покрытие легко повреждается. Хотя в нормальных условиях современных офисов оптические мыши работают долго и надежно.

Джойстик – известное орудие любителей игр. Его можно подсоединить к РС, но он не используется как манипулятор вместо мыши, а остается устройством для игр. Даже порт, к которому он подключается, называется игровым. Последнее время на рынке появилось много специализированных джойстиков имеющих рули или штурвалы с обратной связью, которые создают эффекты, значительно приближенные к реальному взаимодействию пилота или водителя со штурвалом или рулем. Эти устройства гораздо дороже, чем стандартные джойстики, но и реализм, создаваемый ими, весьма значителен.

6. СКАНЕРЫ

Сканеры предназначены для ввода в компьютер информации с бумаги или с других оригиналов (пленки, слайдов).

Ручные сканеры. В них лист прижимают рукой к сканеру и проводят от верха до низа. Ручные сканеры подходят в основном для сканирования небольших

картинок, например, фотографий. Поскольку человеческая рука неидеальна, при сканировании больших картин или текста возникают искажения, из-за которых зачастую текст не распознается. Основные достоинства – дешевизна и малогабаритность.

Страничные сканеры протягивают бумагу через себя. Они используются для чтения текста компьютером с листов. Однако их возможности сильно ограничены. Например, с их помощью нельзя отсканировать книгу. Качество сканирования графических материалов оставляет желать лучшего, хотя оно значительно превосходит получаемое при использовании ручных сканеров.

Планшетные сканеры – наиболее дорогие и громоздкие, но имеют универсальное решение. Такой сканер имеет относительно большую поверхность из прозрачного материала, на которую укладывают объект сканирования. При сканировании под ней движется лампа, освещая оригинал, и одновременно сканер производит считывание графической информации. Кроме того, практически ко всем планшетным сканерам дополнительно продаются так называемые transparency head unit, которые позволяют осуществлять сканирование прозрачных и полупрозрачных материалов, таких как слайды, отпечатки на прозрачных пленках и т.д.

Барабанные сканеры – профессиональное решение высшего уровня. С их помощью можно осуществлять сканирование как оригиналов размером АО, так и слайдов. Скорость сканирования очень велика. Однако эти сканеры достаточно дороги и поэтому встречаются редко.

Оновной параметр сканеров – максимальное разрешение. Оно измеряется в точках на дюйм (dpi). Минимально приемлемо для работы разрешение 300 dpi. Его хватает для текста и изображений, предназначенных для просмотра на мониторе. В случае, если вы хотите отсканировать фотоальбом и хранить его в электронном виде, для просмотра фотоальбма на экране компьютера необходимо сканировать с разрешением 200-250, а для цветной печати – не менее 600 dpi.

Сканеры различаются цветностью. Это может быть только шкала серого для черно-белых сканеров, а для цветных – 24, 32 или 36 бит цвета. 24 бита- это 16 миллионов цветов. Для профессиональной цветной графики необходимо как минимум 32-битная цветность.

Скорость сканирования измеряется числом страниц в минуту. У планшетных сканеров с автоматической подачей бумаги обеспечивается скорость сканирования до 20 страниц/мин.

7. ДИГИТАЙЗЕР

Дигитайзер или графический планшет — устройство для оцифровки технических чертежей, схем, а также всевозможных карт. В состав дигитайзера, помимо самого планшета, входит специальный манипулятор с датчиком, напоминающим мышку, но имеющим больше кнопок, представляющего собой увеличительное стекло (лупу) с черным перекрестьем в центре. изображений. Нажатием

кнопок фиксируется положение основных элементов чертежа, затем чертеж достраивается при помощи специальной программы.

Электронный графический планшет снабжен собственным контроллером. В задачи электронной части дигитайзера входит посылка импульсов по сетке проводников, расположенных под плоскостью планшета. Когда импульс проходит под перекрестьем указателя, датчик формирует сигнал, посылаемый контроллеру. Получив два таких сигнала от горизонтального и вертикального проводников, контроллер преобразует их в координаты и передает эту информацию в компьютер. Здесь принятая информация переводится в координаты точки на экране монитора, соответствующей положению указателя на планшете.

8. ЦИФРОВЫЕ ФОТОКАМЕРЫ

В цифровых фотоаппаратах, как и в пленочных, используются линзы, но вместо фокусирования изображения на пленку, свет попадает на фоточувствительные ячейки полупроводникового чипа называемого сенсором. Сенсор реагирует на получаемые фотоны, что фиксируется фотоаппаратом. Дальше вычислительный блок фотоаппарата анализирует

полученную информацию и определяет необходимые значения выдержки и фокуса, необходимость вспышки и т.д. Потом сенсор захватывает изображение и передает его на чип АЦП, который анализирует аналоговые электрические импульсы и преобразует в их в цифровой код.

Используя дополнительную вычислительную мощность (цифровые фотоаппараты могут содержать несколько процессоров) данные проходят дальнейшую обработку с помощью специальных алгоритмов и преобразуются в файл изображения, который уже можно просмотреть. Файл записывается на встроенный или внешний электронный носитель. Далее изображение может быть перенесено на компьютер, выведено через принтер или телевизор или просмотрено на встроенном экране-видеоискателе. Пользователь может

обработать изображение с помощью дополнительных алгоритмов или фильтров, используя встроенный интерфейс или стереть неудачный снимок и начать сначала.

Как видите, цифровой фотоаппарат является сложной системой, где множество данных и инструкций передается по множеству путей. И все это заключено в одной коробочке с батарейками, которая вмещается на ладони.

Мы рассмотрели лишь основы получения цифрового изображения. Его же датали по-разному реализованы в различных цифровых фотоаппаратах.

Лекция 7

1. МОНИТОРЫУстройства вывода предназначены для визуального отображения

информации на экран компьютера или на бумагу. К устройствам вывода в первую очередь относится монитор и принтер.

Монитор — устройство визуального отображения информации (в виде текста, таблиц, рисунков, чертежей и др.).Работу монитора обеспечивает видеоадаптер, который посылает в монитор сигналы управления яркостью лучей и синхросигналы строчной и кадровой развёрток.

Обработку видеоизображения, кодирование и декодирование сигналов, координатные преобразования, сжатие изображения и т.д. обеспечивает программная среда (драйвер).

Подавляющее большинство мониторов сконструированы на базе электронно-лучевой трубки (ЭЛТ), и принцип их работы аналогичен принципу работы телевизора. Мониторы бывают алфавитно-цифровые и графические, монохромные и цветного изображения. Современные компьютеры комплектуются, как правило, цветными графическими мониторами.

Передняя часть монитора, обращенная к зрителю, с внутренней стороны покрыта люминофором — специальным веществом, способным излучать свет при попадании на него быстрых электронов. Люминофор наносится в виде наборов точек трёх основных цветов — красного, зеленого, синего. Эти цвета называют основными, потому что их сочетаниями (в различных пропорциях) можно представить любой цвет спектра.

Наборы точек люминофора располагаются по треугольным триадам. Триада образует пиксел — точку, из которых формируется изображение Расстояние между центрами пикселов называется точечным шагом монитора. Это расстояние существенно влияет на чёткость изображения. Чем меньше шаг, тем выше чёткость. Обычно в цветных мониторах шаг составляет 0,28 мм. При таком шаге глаз человека воспринимает точки триады как одну точку "сложного" цвета.

На противоположной стороне трубки расположены три (по количеству основных цветов) электронные пушки. Все три пушки "нацелены" на один и тот же пиксел, но каждая из них излучает поток электронов в сторону "своей" точки люминофора.

Чтобы электроны беспрепятственно достигали экрана, из трубки откачивается воздух, а между пушками и экраном создаётся высокое электрическое напряжение, ускоряющее электроны.

Перед экраном на пути электронов ставится маска — тонкая металлическая пластина с большим количеством отверстий, расположенных напротив точек люминофора. Маска обеспечивает попадание электронных лучей только в точки люминофора соответствующего цвета.

Величиной электронного тока пушек и, следовательно, яркостью свечения пикселов, управляет сигнал, поступающий с видеоадаптера.На ту часть колбы, где расположены электронные пушки, надевается отклоняющая система монитора, которая заставляет электронный пучок пробегать поочерёдно все пикселы строчку за строчкой от верхней до нижней, затем возвращаться в начало верхней строки и т.д.

Количество отображённых строк в секунду называется строчной частотой развертки. А частота, с которой меняются кадры изображения, называется кадровой частотой развёртки. Последняя не должна быть ниже 60 Гц, иначе изображение будет мерцать.

Обычный телевизор отображает до 40 символов в строке. Для формирования стандартной строки (80 символов) были разработаны первые специальные аналоговые монохромные видеомониторы. К моменту появления первых моделей IBM РС был разработан монохромный видеомонитор с зеленым цветом свечения ЭЛТ и довольно высокой разрешающей способностью, управляемый цифровыми сигналами со стандартными уровнями транзисторно-транзисторной логики (ТТЛ-монитор). Вскоре появились и цифровые мониторы с цифровым интерфейсом, однако сейчас наблюдается тенденция возвращения к высококачественным аналоговым мониторам.

При работе с ТТЛ-сигналами в цветном мониторе независимо передаются два сигнала синхронизации, а также сигналы красного, зеленого и синего цветов Переход от одного фиксированного цвета к другому происходит скачкообразно, без получения промежуточных оттенков.

В цифровых цветных видеомониторах для передачи информации о цвете отображения управление от видеоадаптера обычно осуществляется по четырем линиям, Таким образом, при использовании четырех линий моноторы типа CGA ограничены общим числом цветов 16 (24), мониторы типа EGA – 64 (26) цветами.

В аналоговых цветных видеомониторах можно изменять цвета по всему цветовому спектру и получать множество оттенков благодаря использованию амплитуд трех основных цветов (красного, зеленого и синего). Например, аналоговый монитор типа VGA имеет возможность генерировать 64 значения амплитуды сигнала для каждого из основных цветов. Что позволяет отображать на ЭЛТ 262144 (64х64х64) цвета.

Универсальные мониторы типа Multisync могут работать с видеоадаптерами различных стандартов и автоматически настраиваются на частоту их разверток, изменяя в широких пределах частоты кадров, строк и сигналов. Кроме того, монитор можно переключать из цифрового режима управления в аналоговый и обратно.

Наряду с традиционными мониторами все шире используются плоские жидкокристаллические (ЖК) мониторы.

Жидкие кристаллы — это особое состояние некоторых органических веществ, в котором они обладают текучестью и свойством образовывать пространственные структуры, подобные кристаллическим. Жидкие кристаллы могут изменять свою структуру и светооптические свойства под действием электрического напряжения. Меняя с помощью электрического поля ориентацию групп кристаллов и используя введённые в жидкокристаллический раствор вещества, способные излучать свет под воздействием электрического поля, можно создать высококачественные изображения, передающие более 15 миллионов цветовых оттенков.

Большинство ЖК-мониторов использует тонкую плёнку из жидких кристаллов, помещённую между двумя стеклянными пластинами. Заряды передаются через так называемую пассивную матрицу — сетку невидимых нитей, горизонтальных и вертикальных, создавая в месте пересечения нитей точку изображения (несколько размытого из-за того, что заряды проникают в соседние области жидкости).

Активные матрицы вместо нитей используют прозрачный экран из транзисторов и обеспечивают яркое, практически не имеющее искажений изображение. Панель при этом разделена на 308160 (642х480) независимых ячеек, каждая из которых состоит из четырех частей (для трёх основных цветов и одна резервная). Таким образом, экран имеет почти 1,25 млн. точек, каждая из которых управляется собственным транзистором.

По компактности такие мониторы не знают себе равных. Они занимают в 2 – 3 раза меньше места, чем мониторы с ЭЛТ и во столько же раз легче; потребляют гораздо меньше электроэнергии и не излучают электромагнитных волн, воздействующих на здоровье людей.

2. ВИДЕОАДАПТЕРЫ

Изначально персональные компьютеры IBM PC комплектовались видеоадаптером MDA с монохромным дисплеем. Этот адаптер имел небольшую разрешающую способность, не мог отображать графическую информацию и был монохромным. Через некоторое время небольшая фирма Hercules Computer Technology выпустила монохромный видеоадаптер Hercules, который имел возможность вывода графики и имел большую разрешающую способностью

CGA стал первым цветным видеоадаптером фирмы IBM. Он уже обеспечивал возможность отображать цветную графическую и текстовую информацию, но имел слишком маленькую разрешающую способность. Затем

IBM выпустила два, наиболее распространенных в настоящее время видеоадаптера EGA и VGA. Они созданы на другой элементной базе и имеют лучшую, чем у CGA, разрешающую способность пр и большем числе отображаемых цветов.

В последнее время различные фирмы – производители видеоадаптеров, выпустили большое количество плат, превосходящим по своим возможностям VGA. Эти платы, которые можно объединить под общим названием Super VGA, не имеют пока единого стандарта.

Фирма IBM начала выпуск нового видеоадаптера XGA, который, как предполагается, станет новым стандартом для компьютеров на базе процессоров Intel 386/486. Видеоадаптер содержит встроенный графический процессор, значительно увеличивающий его возможности и скорость работы. XGA аппаратно поддерживает перерисовку изображений в окнах экрана. При обмене данными между видеопамятью и основной памятью сам XGA вместо центрального процессора реализует управление шиной данных, что позволяет быстро передавать изображение на экран.

Следует также отметить, что предусмотрена совместимость видеоадаптеров VGA и XGA на уровне регистров. Базовая конфигурация XGA содержит 512 Кбайт видеопамяти, что обеспечивает разрешение 1024·768 пикселов при 16 цветах. Увеличение объема видеопамяти до 1Мбайта при той же разрешающей способности позволяет получить 256 цветов.

3. ПЕЧАТАЮЩИЕ УСТРОЙСТВА (ПРИНТЕРЫ)В настоящее время в ПЭВМ получили

распространение различные виды печатающих устройств (ПУ). К таким видам относятся знакосинтезирующие ударные ПУ и безударные ПУ, использующие чернильно-струйный, термоконтактный, лазерный и другие способы печати.

Печатающие устройства ударного действия используют механизмы печати с ударным способом записи символов на носителе с помощью красящего элемента (ленты). В процессе оттиска ударные элементы (иглы, молоточки) или литероносители перемещаются. К достоинствам этих печатающих устройств можно отнести: возможность получения с помощью копирки напряду с оригиналом несколько копий, использование обычных листов бумаги, невысокую стоимость. К недостаткам следует отнести: повышенный уровень шума при работе, относительно невысокая надежность. В знакосинтезирующих ударных ПУ изображение символов формируется путем сочетания отдельных элементов (точек, отрезков, линий и т.д.). Все поле печатаемого символа разбивается на отдельные элементы в виде матрицы. Поэтому знакосинтезирующие печатающие устройства часто называют матричными или мозаичными. Печатающая головка в матричном ПУ содержит набор вертикально расположенных игольчатых печатающих элементов, срабатываемых независимо друг от друга при включении соответствующих управляющих электромагнитов.

Различают матричные ударные ПУ последовательного типа, когда печатающая головка скользит вдоль строки и формирует символ за символом, и параллельного типа, когда элементы (иглы) печатающей головки расположены по всей длине строки. Несмотря на высокую скорость печати (до 1000 строк в минуту) ПУ параллельного типа громоздкие, уровень шумов и стоимость высокие. Поэтому они находят ограниченное применение. ПЭВМ, как правило, комплектуются ПУ последовательного типа.

В матричных печатающих устройствах последовательного типа наибольшее распространение получили 9-игольчатые печатающие головки, перемещаемые по длине печатаемой строки. Для получения высококачественной и более быстрой печати часто применяется 12, 18 и 24 иглы.

В настоящее время внедрены многоцветные печатающие устройства. У них используется красящая лента с четырьмя красящими дорожками разных цветов: черного, голубого, желтого и красного. За один горизонтальный проход печатающей головки осуществляется печать только одним цветом, а затем повторные проходы другими цветами.

Знакопечатающие ударные УП работают по тому же принципу, что и обыкновенная механическая печатающая машинка, толь управление осуществляется ПЭВМ.

Безударные чернильно-струйные ПУ характеризуются пониженным уровнем шума, высокой скоростью печати (до 200 знаков в секунду или 1 страница в минуту), высокой разрешающей способностью (до 200 точек на сантиметр. Печатающая головка содержит несколько (обычно 12) капсул-эмиттеров, имеющих тонкие сопла с диаметром 0,01…0,1 мм. Внутри капсулы создается избыточное давление, и под действием вибрации головка производит дозирование и выброс струи чернил через сопло по направлению к бумажному носителю. Капельки чернил заряжаются от источника высокого напряжения и под действием ускоряющего электрического поля направляются к валику, подающему бумагу и являющемуся одним из электродов. Входной сигнал модулирует поток капель анологично модуляции элетронного луча в электронно-лучевой трубке. Малый диаметр капель (0,03…0,2 мм) и высокая частота их генерации обеспечивают высокую разрешающую способность и скорость печати.

Термопечатающие устройства относятся к низкоскоростным ПУ (до 30 знаков в секунду). Они компактны, отличаются низким уровнем шума, имеют простую конструкцию. Для термопечати необходима специальная термочувствительная бумага, изменяющая цвет под воздействием тепла, выделяемого при нагреве. Современные термопечатающие устройства при разрешающей способности до 12 точек/мм, осуществляют последовательное или параллельное знакосинтезирование печатной строки, позволяют получать сухие документы. В термопечатающих устройствах используется специальная дорогостоящая термочувствительная бумага (как правило, восковая). В термических переводных печатающих устройствах используются резиновые валики, покрытые слоем восковых чернил. Тепло, поступающее от печатной

головки, плавит воск, и отпечаток проявляется на бумаге, фиксирует изображение.

Лазерные печатающие устройства обеспечивают отличное качество печати, высокую разрешающую способность при выводе графической информации (24 точек/мм и более), высокую производительность (до 14 стр/мин и более), высокую надежность. Центральным элементом системы лазерного печатающего устройства

является вращающийся барабан, покрытый светочувствительным слоем. Полупроводниковый слой в темноте является хорошим изолятором, поэтому поверхность барабана можно зарядить, подобно конденсатору, При освещении точки на поверхности барабана полупроводниковый слой становится проводящим только в этой точке. Данные, поступающие от ПЭВМ и содержащие информацию (текстовую или графическую), преобразуются в печатающем устройстве с помощью лазерно-оптической сканирующей системы в сигналы, модулирующие лазерный луч. Таким образом, на поверхности барабана создается невидимое электростатическое изображение строки или страницы информации. Затем изображение проявляется с помощью электрически заряженной пылеобразной краски из пластмассовых частиц, Краска прилипает к поверхности барабана только там, где имеется статический заряд. Там, где поверхность была облучена лучом лазера, краска не прилипает. Проявленный сухой пылеобразной краской рисунок при вращении барабана прикасается к бумаге в точке приема, и под воздействием электростатического поля на поверхности бумаги формируется требуемый рисунок или текст.

Различают построчные и постраничные лазерные ПУ. Постраничные лазерные ПУ требуют для хранения изображения память достаточно большой емкости (до нескольких мегабайт). К недостаткам лазерных ПУ относятся: высокая сложность сканирующей оптической системы, большой объем буферной памяти, необходимость наличия специального программного обеспечения, высокая стоимость.

4. ГРАФОПОСТРОИТЕЛИ

Графопостроители (плоттер) – устройства вывода информации из ЭВМ, предназначенные для преобразования и записи данных в графической форме на носителе данных. Графическая форма (чертежи, графики, диаграммы и т.д.) представления информации – одна из наиболее распространенных и удобных для человека, применяемая в

качестве технической документации. Графопостроители используют различные виды носителей: чертежную, писчую, картографическую и диаграммную бумагу, картон, кальку, холст, различного вида пленки и т.д.

По принципу создания графической информации делятся на векторные и растровые. В векторных графопостроителях изображение регистрируется с помощью прямых отрезков линий различной длины, воспроизводимых в горизонтальном и вертикальном направлениях и под углом 450 к ним. Следовательно, контур изображения – сложное сочетание этих отрезков. В растровых графопостроителях изображение формируется на поверхности носителя информации с использованием постраничного ввода матрицы элементов (точек) этого изображения. Аналогично печатающим устройствам в них применяются термический, матричный и лазерный способы печати.

По конструкторскому исполнению бывают планшетные, барабанные и роликовые. В планшетных графопостроителях изображение выводится на плоский носитель (например, лист бумаги), закрепленный на планшете. В барабанных графопостроителях изображение выводится на поверхность носителя информации, перемещаемого вращающимся барабаном. Для подачи носителя информации используется механизм протяжки бумаги с краевой перфорацией. В роликовых графопостроителях, приходящих на смену барабанным, в механизме подачи бумаги применяются фрикционные и прижимные ролики, предотвращающие проскальзывание бумаги.

По размеру выдаваемых графических изображений различают крупноформатные (форматы носителя А0, А1), среднеформатные (форматы А1, А2) и малоформатные (форматы А3, А4) графопостроители.

5. СИСТЕМЫ МУЛЬТИМЕДИА

Устройства мультимедиа позволяют компьютеру работать со звуком и/или видеоизображением.

Первые компьютеры могли воспроизводить звук только при помощи встроенного динамика. С помощью его передавался предупреждающий об ошибке писк, простейшие звуковые эффекты для игр. Позже ситуация изменилась. Более совершенные игры требовали более качественного проигрывания звуковых эффектов и фоновой музыки. Кроме того, с увеличением мощности компьютеров расширилась необходимость хранения и воспроизведения звука.

Для решения этих проблем были созданы звуковые карты – платы расширения, позволяющие компьютеру проигрывать оцифрованный звук. Обычно к ней подключают наушники или небольшие колонки, так как в ней имеется встроенный усилитель.

Относительно недавно РС стали настолько мощными, что оказалось реально оцифровывать, монтировать и проигрывать с их помощью видеосигнал. Для этого используются платы видео ввода-вывода.

Обычные пользователи просто проигрывают файлы с видеоинформацией прямо на мониторе, а звук выдается через звуковую карту.

До недавнего времени в таких файлах можно было передать лишь небольшую видеооткрытку из-за их огромного объема. Зато для проигрывания AVI-файлов не нужно ни большой мощности процессора. Ни специального аппаратного обеспечения. Проблема перевода видеоизображения в компьютерную форму, не занимая слишком много места, - была решена с появлением стандартов сжатия MPEG. В частности, при помощи их записаны Video CD. Проигрывание MPEG-видео требовало лишь большой мощности процессора, либо специальной платы, называемой MPEG-декомпрессор. На сегодняшний день практически все представленные на рынке процессоры сами легко справляются с воспроизведением Video CD.

6. DVD-ROM, DVD-R, DVD-RAM

По мере развития компьютерной техники, качество стандартов компрессии MPEG (CD-1, Video CD) перестало удовлетворять. Был разработан новый стандарт DVD. Это – лазерный диск, похожий на CD. На один DVD помещается около 8 Гб информации. Это позволяет записать на него

видеофильм с очень хорошим качеством и со звуковым сопровождением на нескольких языках.

Для чтения таких дисков в компьютере предназначены специальные устройства – DVD ROM. Первые DVD ROM – односкоростные, но скорость куда большая, чем для CD. Современные DVD ROV являются 2-х и 5-скоростными. Такой DVD ROM способен выполнять все функции CD-ROM, включая проигрывание Audio CD. Но чтобы качественно проигрывать видео-DVD, одного DVD ROM недостаточно. Нужна специальная плата – DVD-декодер. Без нее DVD ROM не имеет. Поэтому обычно продаются сразу наборы, содержащие DVD ROM и декодер. Для качественного проигрывания DVD нужен процессор не хуже, чем Pentium III/450.

Разработчики стандарта DVD жили в сами диски DVD и их проигрыватели понятия зоны. Зона – континент мира. 1-ая зона – Северная Америка, 2-ая зона – Южная Америка и т.д. Россия и Беларусь принадлежат к 5 зоне. Каждый диск имеет номер зоны, и должен проигрываться лишь аппаратами с тем же номером. Например, если диск продается в России, то он может проигрываться в продаваемых в ней устройствах, но не в тех, которые продаются в США.

Производители DVD плееров и DVD ROM создали мультизональные устройства, считывающие любой DVD, вне зависимости от его зоны. При приобретении DVD набора убедитесь в том, чтобы он был мультизональным.

Для записи в промышленных условиях DVD существует записывающее устройство DVD-R (однократная запись) и DVD-RAM (многократная запись), аналогичные по функциям устройствам CD-R и CD-RW. Но они весьма дороги.

Лекция 7

21. КОНСТРУКТИВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ СОВРЕМЕННЫХ ПЭВМ

ПЭВМ – это программируемое электронное устройство, предназначенное для обработки и хранения информации. Основные составляющие ПЭВМ:

1. системный блок;2. устройства ввода (клавиатура, сканер, джойстик, мышь, дигитайзер);3. устройства вывода (монитор, принтер, плоттер). Конструкции ПЭВМ значительно отличаются друг от друга. Особое

внимание при разработке ПЭВМ уделяется системному блоку, в который включаются все основные устройства (процессор, память, устройства ввода-вывода и т.д.). Основу конструкции системного блока ПЭВМ составляет набор электрических модулей, механически и электрически связанных между собой. В нем размещаются электронные модули, система электропитания и охлаждения, громкоговоритель и разъемы для подсоединения периферийных устройств. Электронные модули ПЭВМ представляют собой печатные платы определенного размера, на которых размещаются ИМС различной степени интеграции, а также разъемные соединители. Интегральные микросхемы высокой степени интеграции с большим числом выводов устанавливаются на печатные платы, как правило, с помощью специальных соединительных розеток, позволяющих обеспечить легкой снятие корпусов БИС. Интерфейс

6

17

1

2

3

Рис.4-9

электронных модулей, их внешняя электрическая коммутация осуществляется с помощью разъемных соединителей. Обмен информацией между процессором, памятью и другими функциональными устройствами ПЭВМ осуществляется по системной шине, которая представляет собой набор линий связи для передачи по ним сигналов данных, адресов и управления.

На рисунке 4-9 приведена структурная схема ПЭВМ, где: 1. Жесткий диск.2. Дисковод.3. CD ROM. 4. Контроллер дисков и дискет.5. Видеоконтроллер.6. Монитор.7. Шина (данных, команд, адреса).8. Последовательные порты (мышь, модем, джойстик и т.д.).9. Параллельный порт (принтер).10.Контроллер портов ввода-вывода.11.Процессор.12.Кэш-память.13.Оперативная память.14.CMOS (полупостоянная память).15.BIOS (постоянная память).16.Контроллер клавиатуры.17.Клавиатура.Основным узлом системного блока является материнская плата.

Материнская плата – центральный компонент, к которому подключено все то, что составляет компьютер. В нее устанавливаются процессор, оперативная память, а так же платы (карты) расширения, служащие для подключения всех остальных устройств. Места для их установки называются слотами расширения или просто слотами. Виды слотов различаются по типу шины (7) – схемы, обеспечивающей передачу данных между процессором и картами расширения. Шина ISA – стандарт со времен РС АТ – есть на всех материнских платах, но она устарела и для большинства современных целей недостаточна. Поэтому для многих карт используется более быстрая шина PCI, и на современных материнских платах присутствуют слоты обоих видов. Кроме того, практически на всех современных материнских платах есть слот типа AGP, предназначенный для подключения видеокарты.

Карта расширения, обеспечивающая работу какого-либо устройства, называется контроллером. Например, контроллер дисков, дискет и CD–ROM (4) и видеоконтроллер (5). В современные материнские платы обычно встроены некоторые контроллеры, например, контроллеры дисководов.

На материнской плате также могут устанавливаться кэш-память (12) – очень быстро работающие микросхемы памяти, в которые считываются часто используемые данные из основной оперативной памяти, что существенно ускоряет работу процессора. Исключение составляют компьютеры с процессорами Pentium Pro, Pentium II, Pentium III, Xeon и Celeron – в них кэш-память устроена. Нормальным является емкость кэша – 512 кб или 1 Мб.

Оперативная память (13) содержит команды и данные, с которыми в данный момент работает процессор. Собственно работа компьютера сводится к передаче данных и команд между процессором, памятью и контроллером.

От размера оперативной памяти существенно зависит скорость компьютера. Современные ОП имеют 32 64 Мб памяти.

Память бывает простая FPM, более быстрая EDO и еще быстрее SDRAM DDR SDRAM. Уже налажен выпуск памяти нового поколения Ramdus DRAM.

Видеокартой называется контроллер монитора. Через него компьютер производит вывод изображения на монитор. Видеокарта вставляется в AGP слот или же один из слотов PCI на метеринской плате либо уже смонтирована на материнской плате. Разные видеокарты имеют различные скорости работы. Кроме этого. Видеокарты характеризуются объемом видеопамяти. В современных видеокартах минимальный объем памяти – 4 Мб.

Жесткий диск (винчестер) – основное средство хранения данных и программ в компьютере. Винчестеры менее 3,2 Гб сняты с прозводства. Наиболее распространены сейчас емкостью 40 Гб и больше.

Дисковод предназначен для работы с гибкими дисками. Дисководы бывают 3 и 5 дюймовыми. Пятидюймовые дисководы ушли в прошлое, хотя были более надежными.

CD-ROM – устройство только для чтения компакт дисков (CD). На нем можно как проигрывать звуковые диски, так и считывать данные с компьютерных CD. Запись CD производится на дорогостоящих CD-R. Появились CD-RW – устройства, позволяющие не только записывать, но и стирать ее и записывать на ее место новую. Емкость одного CD может достигать 640 Мб, поэтому они широко используются для поставки программного обеспечения и баз данных. В настоящее время CD-ROM устанавливается на все компьютеры, кроме тех случаев, когда компьютер входит в сеть и пользуется CD-ROM от сервера.

ТЕХНИЧЕСКИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ПЭВМ В УЧЕБНОМ ПРОЦЕССЕ

1. ЛОКАЛЬНЫЕ И ГЛОБАЛЬНЫЕ СЕТИ

Концепция внедрения вычислительной техники в учебно-воспитательный процесс ВУЗа и школы предусматривает индивидуальное общение обучаемого с вычислительной машиной на уроках самых разных дисциплин.

Для обучения используются компьютерные классы ПЭВМ. Число ПЭВМ в компьютерном классе может колебаться от 8 до нескольких десятков. Рабочее место учителя, дополнительно оснащается принтером, сервером, графопостроителем, модемом и т.д.

Несколько компьютерных классов одной школы или нескольких школ, расположенных на небольшом расстоянии друг от друга (до 10 км), могут быть соединены через специальные кабели, как электрические, так и, например, оптические. В этом случае говорят о локальном соединении ПЭВМ, а сеть, с помощью которой осуществляется соединение, называется локальной.

Соединение двух ПЭВМ удаленных друг от друга на значительном расстоянии (более 10 км) наиболее часто выполняют с помощью телефонной линии связи. При локальном соединении ПЭВМ информация между ними передается по линии в цифровом коде.

По телефонным линиям могут передаваться сигналы звуковой частоты (f=300…400 Гц), поэтому цифровые сигналы (логические 0 и 1) необходимо преобразовать в сигналы звуковой частоты. Преобразование осуществляется специальным устройством – модулятором. Обратное преобразование – восстановление информации в первоначальном виде – выполняется на другом конце линии при приеме демодулятором. При двустороннем соединении оба вида преобразования сигналов выполняется комбинированным устройством преобразования сигналов – модемом. Локальные сети объединяют ПЭВМ в пределах здания или группы зданий и имеют ограниченную протяженностью. Локальная сеть благодаря очень быстрому соединению рабочих мест пользователей друг с другом, а также с центральной ЭВМ обеспечивает внутренний (локальный) обмен информацией. С помощью параллельных соединений и межсетевых интерфейсов локальные сети могут объединяться друг с другом и с глобальными сетями.

Глобальные информационно-вычислительные сети не имеют ограничений по протяженности, охватывают территории районов, республик, стран, обеспечивая оперативный доступ к национальным и международным фондам и т.д. В них используют каналы передачи данных общего пользования (например, телефонные, телеграфные, радиосвязь). В качестве примера такой сети может служить телекс.

2. ТЕЛЕКОМУНИКАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ. МОДЕМЫ

Модемы используются для связи между двумя компьютерами по телефонной сети. При этом один из модемов по команде от компьютерной программы набирает номер, а второй модем, установленный на телефонной линии с номером, отвечает на звонок, и устанавливает связь.

В модемах предусмотрен динамик, который включается во время набора номера. Через него слышно, какой звуковой сигнал присутствует в телефонной линии. Модем представляет собой нечто вроде специализированного компьютера. Внутри его находится несложный процессор и управляющая для него программа. Главными характеристиками модемов – скорость и качество передачи данных.

Основные используемые сейчас стандарты разработаны международной организацией CCITT и называется V.nn (иногда с добавкой bis).

Вначале использовался стандарт М.22bis, обеспечивающий связь со скоростью от 600 до 2400 бит/с.

Стандарт V.32bis, позволяет работать на скоростях от 4800 до 14400 бит/с. Его предшественник был V.32 со скоростями до 9600 бит/c.

Стандарт V.34 обеспечивает связь со скоростью от 4800 до 28800 бит/с, а его модификация V.34bis – до 33600 бит/с.

Стандарт V.90 обеспечивает хорошую линию передачи в одну сторону 57600 бит/с, а в другую – до 33600 бит/с. Для этого нужно, чтобы с одной из сторон был установлен специальный модем-сервер. А с другой стороны – обычный модем V.90.

Все модемы подключаются к последовательным портам компьютера, называемым COMn (где n – от 1 до 4). На всех современных материнских платах имеются контроллеры СОМ1 и СОМ2, причем к СОМ 1 обычно подключают мышь.

Один из способов подключения модема – соединение его с разъемом СОМ2 на корпусе компьютера (этот разъем подключается к материнской плате). Сам модем в этом случае представляет собой небольшую коробку с отдельным от компьютера блоком питания. Такие модемы называют внешними.

Другой способ – установка модема в компьютер в виде платы расширения в разъем шины ISA. В этом случае модем сам является контроллером своего СОМ-порта. Эти модемы получают напряжение с блока питания компьютера и называют их внутренними.

2. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПОРТОВ ПЭВМ В ФИЗИЧЕСКОМ ЭКСПЕРИМЕНТЕ

Персональные электронные вычислительные машины широко используются в технике, научных исследованиях, проведении учебных занятий, анализе изучаемых процессов.

Управление работой ПЭВМ, введение в нее исходных данных чаще всего осуществляется через клавиатуру. Однако ПЭВМ предусматривает введение исходных данных от внешних источников информации через специальные устройства ввода-вывода (интерфейсы).

Промышленностью выпускается большой ассортимент электронных приборов предназначенных для работы с ПЭВМ через порт. Примером может служить мультиметр, у которого предусмотрен выход замеряемой величины в двоичном коде. Численные величины цифрового измерительного прибора поступают в ПЭВМ и обрабатываются специальным программным обеспечением.

Использование портов позволило ускорить процесс многочисленных измерений, избежать механических неточностей при вводе. Одним из достоинств использования ПЭВМ в постановке учебного эксперимента является то, что результаты можно получить как в виде численных величин так и в виде диаграмм (графиков).

Использование ПЭВМ при постановке физического эксперимента дало возможность поднять его качество на более высокий уровень. Подключение ПЭВМ к измерительным устройствам и датчикам через порты, позволило более полно отразить сущность протекающих процессов при постановке физического эксперимента.

На рисунке 5-1 приведена структурная схема измерения состояний цифрового устройства. Логические уровни, которые находятся в различных точках цифрового устройства, в параллельном коде передаются в согласующее устройство, где потупивший сигнал преобразуется в последовательный код. Так как ПЭВМ информацию воспринимает в виде двухполярного синала (логическая единица представляется отрицательным напряжением (-Е), а логический нуль – положительным напряжением (+Е)) в согласующем устройстве однополярный сигнал преобразуется в двухполярный. Питание согласующего устройства обеспечивается двухполярным источником тока, который в согласующее устройство подает два равных по величине, но разные по знаку напряжения (–Е2 и +Е2) для формирования двухполярных импульсов и напряжение для питания микросхем согласующего устройства (+Е1).

ПАРАЛЛЕЛЬНЫЙ ИНТЕРФЕЙС

ЦИФРОВОЕ

УСТРОЙСТВО

СОГЛАСУЮЩЕЕ

УСТРОЙСТВО

ПЭВМ

ДВУХПОЛЯРНЫЙИСТОЧНИК ТОКА

–Е2+Е1 +Е2

Рис.5-1

На рисунке 5-2 приведена схема согласующего устройства, построенного на самых дешевых интегральных микросхемах 155 серии.

F

R0DSR RGDSL

D0 D1 Q0 Q1D2 Q2D3 Q3 D4 Q4 D5 Q5 Q6 D6 Q7D7

CS0S1

x1x2x3x4

R0DSR RGDSL

D0 D1 Q0 Q1D2 Q2D3 Q3 D4 Q4 D5 Q5 Q6 D6 Q7D7

CS0S1

x5x6x7x8

S T

R

+5B

SB1

& &

D1D2D4D8

+1R0 C

CT2

>15

DD4 R1

DD5

DD3.3

C1

DD3.2

Рис. 5-2

&

DD1

DD2

DD3.1

DD1, DD2 – К155ИР13; DD3 – R155ЛА3; DD4 – К155ТМ2; DD5 – К155ИЕ7; R1 – 680 Ом; R2 – 1,2 кОм; C1 – 3,3 мк.

Q

Проанализируем работу схемы согласующего устройства. При не нажатой кнопке SВ1 триггер DD4 находится в состоянии 0. Логичеcкий уровень прямого выхода DD4 (уровень логического 0) поступает на вход предварительной записи четырехразрядного двоичного счетчика DD5.Благодаря тому, что информационные входы D1, D2, D4, D8 соединены с корпусом при С=0 в счетчике будет записано число 0000. На выходе ≥15 микросхемы DD5 появляется уровень логического 0 только в случае, когда в счетчике записано число 1111. Следовательно, в обнуленном счетчике уровень логического 0 появится только после поступления на его счетный вход +1 15 импульсов.

На микросхемах DD1 и DD2, которые являются 8-разрядными регистрами, построен 16-разрядный регистр. Синхронную работу регистра обеспечивают входы выбора режима S0 и S1: режим хранения (входы S0=S1=0), параллельной загрузки (входы S0=S1=1), сдвига влево (входы S=0, S1=1), сдвига вправо (входы S0=1, S1=0). Кроме параллельных входов D0…D7, первый и последний разряды регистра имеют дополнительные входы: DSR – для сдвига вправо, DSL – для сдвига влево. При параллельной загрузке данные, подготовленные на входах D0…D7 появятся на выходах Q0…Q7 после прихода очередного положительного перепада тактового импульса на вход С.

При не нажатой кнопке SВ1триггер DD4 находится в состоянии 0, Следовательно, на входы S0 регистров DD1 и DD2 подается 1. Так как на входах S1 этих регистров все время находится уровень логической, а нажатием кнопки SВ1 обеспечился уровень логической 1 и на входе S0, регистры окажутся в режиме параллельной загрузки и на выходах Q0…Q7 регистров DD1 и DD2 установятся уровни входов Q0…Q7 этих регистров.

Мультивибратор построен на двух логических элементах И-НЕ микросхемы К155ЛА3 (DD3.2 и DD3.3). Подстройка тактовой частоты мультивибратора осуществляется резистором R1.

Нажатие кнопки SB1 приводит к опрокидыванию триггера DD4 и на вход С счетчика DD5 поступает уровень логической 1, благодаря чему счетчик выходит из режима предварительной записи. Одновременно нажатие кнопки SB1 обеспечивает уровень 0 на входах S0 регистров DD1 и DD2 при S1=1, т.е. регистры переходят в режим сдвига влево. С этого момента тактовые импульсы мультивибратора, поступающие на входы С регистров, обеспечивают на выходе Q0 регистра DD1 последовательное считываниe уровней, установленных на входах D0…D7 триггеров DD1 и DD2, т.е. преобразует представленную информацию о логических уровнях на входах D0…D7 в параллельном коде на выходе Q0 регистра DD1 в последовательный код. При считывании уровней с D0 и D1 возникает стартовый отрицательный импульс, который дает команду считывания уровней со входов D2, D3, D4, D5, а уровни логической 1 входов D6 и D7, которые называют стоповыми, завершают цикл считывания восьмиразрядного двоичного числа х1, х2, х3, х4 (х5, х6, х7, х8) находящегося на входах каждого восьмиразрядного регистра.

Тактовые импульсы мультивибратора, поступающие на вход С регистров DD1 и DD2 поступают одновременно и на счетный вход +1 счетчика DD5.

После того, как счетчик DD5 отсчитает 15 импульс, на его выходе ≥15 появляется уровень логического 0, который блокирует работу мультивибратора.

Возникший на выходе Q сигнал в последовательном коде через элемент НЕ поступает на вход F формирователя духполярных импульсов (рис.5-3), который однополярные импульсы преобразует в двухполярные. Эти сигналы через последовательный порт поступают для обработки в ПЭВМ.

+12B

–12B

UвыхF

R3 R4

R5

R6

R7

R8

VT1

VT2

Рис.5-3

VT1 – КТ315; VT2 – 2T203A; R3 – 2,4 кОм; R4 – 1,5 кОм; R5 – 3 кОм; R6 – 82 кОм; R7 – 3,3 кОм; R8 – 270 ом.