Шарстнёв В.Л. Компьютерные информационные технологии

Подождите немного. Документ загружается.

котором располагаются транзисторы, соединенные напыленными

алюминиевыми проводниками. Кристалл помещается в керамический корпус с

контактами. В первом процессоре компании Intel - i4004, выпущенном в 1971

году, на одном кристалле было 2300 транзисторов, а в процессоре Intel Pentium

4, выпущенном 14 апреля 2003 года, их уже 55 миллионов. Современные

процессоры изготавливаются по 0,13-микронной технологии, т.е. толщина

кристалла процессора составляет 0,13 микрон. Для сравнения - толщина

кристалла первого процессора Intel была 10 микрон. Когда компания IBM

решила выпустить свой первый персональный компьютер IBM PC XT, на

рынке существовало много 8- и 16-разрядных процессоров. IBM остановила

свой выбор на процессорах компании Intel. К тому времени Intel выпускала 16-

разрядный процессор Intel-8086 и 8-разрядный — Intel-8088. И хотя процессор

Intel-8086 был мощнее, IBM решила использовать 8-разрядный Intel-8088.

Причиной выбора было большое количество 8-разрядных схем и устройств,

использующихся в компьютерной индустрии. В 1981 г. был выпущен первый

IBM PC XT, и, благодаря мощи и репутации IBM, вскоре он стал стандартом

для персональных компьютеров. В следующих моделях компьютеров IBM

продолжала устанавливать процессоры Intel. В связи с популярностью

персональных компьютеров IBM многие компании стали выпускать их клоны

по лицензии IBM. В своих компьютерах они также использовали процессоры

Intel. Так, благодаря выбору IBM, компания Intel стала лидером в производстве

процессоров для персональных компьютеров.

Принципиальная схема процессора

Управляющий блок - управляет работой всех блоков процессора.

Арифметико-логический блок - выполняет арифметические и логические

вычисления.

Регистры - блок хранения данных и промежуточных результатов

вычислений - внутренняя оперативная память процессора.

Блок декодировки - преобразует данные в двоичную систему.

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Блок предварительной выборки - получает команду от устройства

(клавиатура и т.д.) и запрашивает инструкции в системной памяти.

Кэш-память (или просто кэш) 1-го уровня - хранит часто

использующиеся инструкции и данные.

Кэш-память 2-го уровня - хранит часто использующиеся данные.

Блок шины - служит для ввода и вывода информации.

Эта схема соответствует процессорам архитектуры P6. По этой

архитектуре создавались процессоры с Pentium Pro до Pentium III. Процессоры

Pentium 4 изготавливаются по новой архитектуре Intel® NetBurst. В

процессорах Pentium 4 кэш 1-го уровня поделен на две части - кэш данных и

кэш команд.

Характеристики процессора

Основными характеристиками процессора являются его тактовая частота,

разрядность и размеры кэша 1-го и 2-го уровня.

Тактовая частота

Частота — это количество колебаний в секунду. Тактовая частота — это

количество тактов в секунду. В применении к процессору:

Тактовая частота — это количество операций, которое процессор может

выполнить в секунду.

Т.е. чем больше операций в секунду может выполнять процессор, тем

быстрее он работает. Например, процессор с тактовой частотой 40 МГц

выполняет 40 миллионов операций в секунду, с частотой 300 Мг — 300

миллионов операций в секунду, с частотой 1 ГГц - 1 миллиард операций в

секунду.

К 2003 году тактовая частота процессоров достигла 3 ГГц.

Существует два типа тактовой частоты — внутренняя и внешняя.

Внутренняя тактовая частота — это тактовая частота, с которой

происходит работа внутри процессора.

Внешняя тактовая частота, или частота системной шины — это

тактовая частота, с которой происходит обмен данными между процессором и

оперативной памятью компьютера.

До 1992 года в процессорах внутренняя и внешняя частоты совпадали, а в

1992 году компания Intel представила процессор 80486DX2, в котором

внутренняя и внешняя частоты были различны — внутренняя частота была в 2

раза больше внешней. Было выпущено два типа таких процессоров с частотами

25/50 МГц и 33/66 МГц, затем Intel выпустила процессор 80486DX4 с

утроенной внутренней частотой (33/100 МГц).

С этого времени остальные компании-производители также стали

выпускать процессоры с удвоенной внутренней частотой, а компания IBM

стала выпускать процессоры с утроенной внутренней частотой (25/75 МГц,

33/100 МГц и 40/120 МГц).

В современных процессорах, например, при тактовой частоте процессора 3

ГГц, частота системной шины 800 МГц.

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Разрядность процессора определяется разрядностью его регистров.

Компьютер может оперировать одновременно ограниченным набором

единиц информации. Этот набор зависит от разрядности внутренних регистров.

Разряд — это хранилище единицы информации. За один рабочий такт

компьютер может обработать количество информации, которое может

поместиться в регистрах. Если регистры могут хранить 8 единиц информации,

то они 8-разрядне, и процессор 8-разрядный, если регистры 16-разрядные, то и

процессор 16-разрядный и т.д. Чем большая разрядность процессора, тем

большее количество информации он может обработать за один такт, а значит,

тем быстрее работает процессор.

Процессор Pentium 4 является 32-разрядным.

Объем кэш-памяти 1-го и 2-го уровня также влияет на

производительность процессора.

В процессоре Pentium III кэш-память 1-го уровня составляет 16 Кб, кэш-

память 2-го уровня 256 Кб.

В процессорах Pentium 4 кэш-память 1-го уровня для данных имеет объем

8 Кб, кэш-память 1-го уровня для команд рассчитан на 12000 инструкций в

порядке их исполнения, а объем кэш-памяти 2-го уровня составляет 512 Кб.

Оперативная память

Важной характеристикой компьютера является величина его оперативной

памяти.

Оперативную память сокращенно называют ОЗУ— Оперативное

Запоминающее Устройство (или по-английски RAM — Random Access Memory

— память с произвольным доступом). Оперативная память служит для того,

чтобы хранить всю информацию, с которой работает компьютер. Любая

программа, с которой мы собираемся работать, записывается или как говорят

"загружается" в оперативную память, и в памяти хранятся все данные и

результаты вычислений, которые производятся процессором во время

выполнения программы. Объем оперативной памяти влияет на скорость работы

компьютера. Если объем памяти невелик, то для хранения промежуточных

данных при работе программы процессор удаляет некоторые, ненужные при

данной операции, модули программы из оперативной памяти, затем удаленные

модули вновь записываются в память. Все эти операции увеличивают время

выполнения программ. Если оперативная память имеет достаточный объем, то

никаких лишних операций процессор не производит и компьютер работает

быстрее. Для работы с современным программным обеспечением компьютеры

должны иметь минимальный объем оперативной памяти 32 Мб.

Информация в оперативной памяти сохраняется, пока включен компьютер.

Кэш-память

Для ускорения операций с памятью компьютера используется быстрая

кэш-память. В кэш-память записывается та часть информации оперативной

памяти, которая изменяется в данный момент. Процессор прогнозирует

последующие шаги при выполнении программы и заранее записывает

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

информацию, которая для них потребуется в кэш-память. Таким образом,

уменьшается время поиска информации в памяти и увеличивается скорость

выполнения программы.

Кэш-память бывает двух видов — внешняя и внутренняя.

Внешняя кэш-память служит для ускорения работы с оперативной

памятью и реализована отдельными микросхемами.

В настоящее время используется внешняя кэш-память от 1 Мб.

Внутренняя кэш-память служит для ускорения работы с регистрами

процессора и находится внутри процессора.

Внутренняя кэш-память впервые появилась в процессорах 80486. В этих

процессорах внутренняя кэш-память была 8 Кб, в первых процессорах Pentium

внутренняя кэш-память была от 16 Кб.

В настоящее время внутренняя кэш-память имеет два уровня - кэш 1-го

уровня и кэш 2-го уровня.

В кэше 1-го уровня хранятся инструкции и данные, в кэше 2-го уровня -

только данные. Кэш 2-го уровня имеет больший объем, чем кэш 1-го уровня.

BIOS

BIOS — (Base Input-Output System) базовая система ввода - вывода,

проводящая первоначальные операции для включения компьютера.

При включении питания BIOS тестирует состояние компьютера и его

элементов и затем передает управление компьютером центральному

процессору.

BIOS реализована отдельной микросхемой, расположенной на системной

плате.

Порты

Порты - это разъемы на задней панели системного блока компьютера,

которые служат для соединения с компьютером периферийных устройств,

таких как монитор, клавиатура, мышка, принтер, сканер, и т.д.

На иллюстрации область расположения портов выделена розовой линией.

Существуют следующие основные типы портов:

• Параллельный порт;

• Последовательный порт;

• USB;

• PS/2;

• AT/MIDI;

• FireWire.

Параллельный порт

Параллельный порт - это скоростной порт, через который сигнал

передается в двух направлениях по 8 параллельным линиям.

Параллельный порт был разработан в 1981 году и использовался в первых

персональных компьютерах. Тогда он назывался нормальным.

Скорость передачи данных через параллельный порт - от 800 Кбит/сек до

16 Мбит/сек.

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

На схемах параллельные порты обозначают LP1, LP2 и т.д. (LP - Line

Printer).

Через параллельные порты с компьютером соединяются принтеры,

стриммеры и другие устройства, требующие высокую скорость передачи

данных. Параллельные порты используют также для соединения двух

компьютеров между собой.

Последовательный порт

Последовательный порт (Serial port или COM-port: Communications port) -

это порт, через который данные передаются только в одном направлении в

каждый момент времени.

Данные передаются последовательно сериями сначала в одном, потом в

другом направлении.

Через последовательные порты подключаются устройствва, которые не

требуют высокой скорости передачи данных - мышки, клавиатуры, модемы.

Скорость передачи данных через последовательный порт - 115 Кбит/сек.

На схемах параллельные порты обозначают COM1, COM2 и т.д.

USB порт

USB (Universal Serial Bus) - универсальный последовательный порт. Это

порт, который позволяет подключать практически любые периферийные

устройства.

В настоящее время производители периферийных устройств выпускают их

в двух вариантах - с обычными для этих устройств портами (разными для

разных устройств) и USB. Существуют и мышки, и клавиатуры для USB порта.

Важной особенностью USB портов является то, что они поддерживают

технологию Plug and Play, т.е. при подключении устройства не требуется

устанавливать драйвер для него, кроме того, порты USB поддерживают

возможность "горячего подключения" - подключения при работающем

компьютере.

Порт USB был разработан в 1998 году. Тогда он назывался просто USB.

После того, как был разработан более скоростной порт, то существующий

назвали USB 1.1, а новый - USB 2.

Разработка высокоскоростной технологии и, соответственно, порта USB 2

началась по инициативе компании Intel. В разработках участвовали кроме Intel

и другие компании, в том числе Microsoft. Спецификация USB 2 была принята в

апреле 2000 года.

Скорость передачи данных через порт USB 1.1 - 12 Мбит/сек. Для мышек и

клавиатуры - 1,5 Мбит/сек.

Скорость передачи данных через порт USB 2 - 480 Мбит/сек.

PS/2 порт

Порты PS/2 - это параллельные порты для мышки и клавиатуры.

Порт PS/2 был разработан компанией IBM в 1987 году. Первоначально эти

порты появились на компьютерах IBM. Эти порты и коннекторы для портов

были значительно меньше по сравнению с существующими портами и

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

коннекторами AT/MIDI, поэтому и другие производители стали использовать

порты PS/2 в своих компьютерах.

Порты PS/2 бывают 5-контактными и 6-контактными, но для пользователя

они идентичны.

AT/MIDI порт

AT/MIDI порт (Musical Instrument Digital Interface - соединение с

цифровыми музыкальными инструментами) - это порты, через которые

первоначально (до PS/2) подключались клавиатуры, а в настоящее время в

основном подключаются музыкальные клавиатуры и синтезаторы.

Порт FireWire

FireWire - долсловно - огненный провод (произносится "файр вайр") - это

последовательный порт, поддерживающий скорость передачи данных в 400

Мбит/сек. Этот порт служит для подключения к компьютеру видео устройств,

таких, как, например, видеомагнитофон, а также других устройств, требующих

быстрой передачи большого объема информации, например, внешних жестких

дисков.

Порты FireWire поддерживают технологию Plug and Play и "горячего

подключения".

Порты FireWire бывают двух типов. В большинстве настольных

компьютерах используются 6-контактные порты, а в ноутбуках - 4-контактные.

Лазерные оптические устройства

CD-ROM — это система, состоящая из дисковода и компакт-диска. Она

служит для ввода информации с компакт-диска в память компьютера. CD-ROM

— Compact Disk - Read Only Memory — память только для чтения на компакт-

диске.

Технология CD-ROM была представлена в 1985 году. Лазерный компакт-

диск CD-ROM может вмещать сотни мегабайт информации. Эта информация

очень быстро считывается с диска, поэтому на диски записывают объемные

программы, например, энциклопедии, красочные игры с большим количеством

эффектов, видеофильмы и т.д. Информация на диск записывается в виде очень

маленьких углублений.

Технология считывания информации. Посла того, как диск CD-ROM на

лотке вдвигается внутрь дисковода, снизу выдвигается осевой валик, который

приподнимает диск над лотком и начинает диск вращать. На лотке есть

радиальная прорезь. Снизу через нее на диск направляется лазерный луч. Лазер

расположен под углом к поверхности диска и луч, отразившись от поверхности,

направляется в светоприемник, который и считывает информацию.

Скорость чтения дисков. Одной из характеристик дисководов является

скорость чтения дисков. Стандартной скоростью чтения, принятой за единицу,

считается скорость считывания информации обычным CD-плеером с аудио CD.

Эта скорость - 150 Кб/сек. Первые дисководы CD-ROM имели такую же

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

скорость, затем скорость стали увеличивать в целое количество раз. Если

скорость больше стандартной в 2 раза, то ее обозначают 2х, если в 12 раз - 12х,

и т.д. В настоящее время скорости чтения дисков CD-ROM свыше 50х.

Виды дисководов. Дисководы CD-ROM бывают внутренними и

внешними. Внутренние дисководы вставляются в пазы на передней панели

системного блока компьютера так, что видна только передняя панель

дисковода. В ноутбуках дисководы CD-ROM располагаются под клавиатурой и

могут выдвигаться влево, вправо или вперед. Внешние дисководы выполнены в

виде отдельного устройства, которое соединяется с компьютером или

ноутбуком через какой-либо порт, чаще всего через порт USB.

Объем диска. Диск CD-ROM может содержать до 640 Мб информации.

Чтение дисков. Первоначально дисководы CD-ROM могли читать только

диски CD-ROM, аудио CD и фото CD, но, с появлением систем CD-R и CD-RW,

в дисководы CD-ROM были добавлены функции чтения и этих дисков.

CD-R — это лазерная оптическая система одноразовой записи. Она

состоит из дисковода и записываемого компакт-диска. CD-R - Compact Disk

Recordable - компакт-диск записываемый. Технология CD-R была представлена

в 1988 году.

Технология записи информации. Запись на диск CD-R производится

лазерным лучом, который проникает в специальный внутренний слой диска и

путем точечного разогрева определенных точек слоя меняет их отражательную

способность. На диски CD-R можно записывать не только компьютерную

информацию, но и обычные аудиозаписи. Можно, например, скопировать

аудиокомпакт-диск.

Технология считывания информации. Считывание информации

производится так же, как и в системе CD-ROM.

Скорость чтения и записи дисков. Скорость записи в дисководах CD-R

ниже скорости чтения.

Объемы дисков. Диски CD-R бывают двух объемов: 650 Мб (или 74 мин.

аудио-записей) и 700 Мб (или 80 мин. аудио-записей). Дисководы CD-R так же,

как и дисководы CD-ROM, могут быть внутренними и внешними, их

устанавливают и в настольные компьютеры, и в ноутбуки. Выглядят они так

же, как и дисководы CD-ROM.

К 2003 году большинство ведущих производителей компьютерной техники

прекратили производство дисководов CD-R, однако сами диски CD-R

продолжают выпускаться, но для их записи используются дисководы CD-RW

или DVD-RW.

CD-RW — это оптическая система многоразовой записи. Она состоит из

дисковода и перезаписываемого компакт-диска. CD-RW - Compact Disk

ReWritable – компакт-диск перезаписываемый.

Технология записи информации. Запись на диск CD-RW производится

лазерным лучом. Луч попадает на специальный слой, который имеет

кристаллическую структуру. Под действием лазера структура меняется на

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

аморфную, что изменяет отражающую способность области, на которую попал

луч. У технологии CD-RW есть еще одна интересная возможность. После

специального форматирования диска для записи и удаления файлов можно

использовать обычный проводник Windows. Правда, после такого

форматирования вернуть диск в "нормальное" состояние не удастся.

Технология считывания информации. Считывание информации

производится так же, как и в системе CD-ROM.

Скорость чтения и записи дисков. Скорость записи в режиме CD-R ниже

скорости чтения. Скорость записи в режиме CD-RW ниже скорости записи в

режиме CD-R.

Запись на диски: CD-R, CD-RW.

Объемы дисков. Диски CD-RW бывают двух объемов: 650 Мб (или 74

мин. аудио записей) и 700 Мб (или 80 мин. аудио записей).

Дисководы CD-RW бывают внутренними и внешними, их устанавливают не

только в настольные компьютеры, но и в ноутбуки.

МО — это магнито-оптическая система многоразовой записи. Она состоит

из дисковода и перезаписываемого диска. МО диски имеют пластиковый

корпус с металлической задвижкой.

Технололия записи информации. В магнито-оптических системах запись

производится магнитными головками на пластиковую поверхность диска,

предварительно сильно разогретую лазерным лучом.

Диски МО бывают двух размеров — 3.5" и 5.25".

Объемы дисков. Диски МО 3.5" бывают объемом от 128 Мб до 1,3 Гб.

Диски МО 5.25" бывают объемом от 2,3 Гб до 9,1 Гб. Дисководы MO бывают

внутренними и внешними.

DVD - Digital Versatile Disc - цифровой универсальный диск. В связи с тем,

что первые диски DVD применялись для записи только видео, аббревиатура

DVD расшифровывалась как Digital Video Disc, но когда стало ясно, что эти

диски можно использовать для записи и компьютерной информации, то

расшифровку изменили. Первые диски DVD появились в 1996 году.

Технологию DVD начали разрабатывать компании Sony и Philips в 1994 году

как технологию с высокой плотностью записи. Так как компания Sony является

создателем технологии CD, то технология DVD явилась развитием технологии

CD.

Технология DVD. Диск DVD внешне не отличается от диска CD-ROM, но

технология записи немного изменилась. В DVD в несколько раз увеличена

плотность записи и уменьшены размеры наносимых меток.

Диски DVD бывают трех типов:

1. Односторонний однослойный. Запись производится на один слой.

Диск вмещает 4,7 Гб информации.

2. Односторонний двухслойный. Запись производится на два слоя.

Верхний слой является полупрозрачным. Диск вмещает 8,5 Гб

информации.

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

3. Двухсторонний двухслойный. Запись производится на два слоя, с двух

сторон. Диск вмещает 17 Гб информации. Дисковод для таких дисков

имеет два лазера - сверху и снизу.

Дисководы CD-ROM/DVD-ROM. Эти дисководы используются для

чтения дисков CD-ROM и VDV-ROM. Большинство производителей

дисководов прекратили выпуск дисководов CD-ROM и перешли на выпуск этих

комбинированных дисководов.

Чтение дисков: CD-ROM, аудио CD, фото CD, CD-R, CD-RW, видео CD,

видео DVD, DVD-ROM, DVD-R, DVD-RW.

Дисководы DVD+RW/CD-RW. Технология записи DVD-RW аналогична

технологии CD-RW, поэтому есть возможность объединить эти технологии в

одном устройстве.

Чтение дисков: CD-ROM, аудио CD, фото CD, CD-R, CD-RW, видео CD,

видео DVD, DVD-ROM, DVD-R, DVD+RW.

Запись на диски: CD-R, CD-RW, DVD-R, DVD+RW.

DVD-RAM - технология альтернативная по отношению к DVD+RW.

Дисководы DVD-RAM не могут читать диски CD-ROM, CD-R/RW, DVD-ROM,

DVD+RW.

Мониторы

Монитор - это устройство в составе компьютера, предназначенное для

вывода на экран текстовой, графической и видеоинформации.

По устройству мониторы делятся на:

§ ЭЛТ-мониторы (на основе электронно-лучевых трубок - CRT);

§ ЖК-мониторы (на основе жидко-кристаллических панелей - DSTN или

TFT).

ЭЛТ-мониторы - это мониторы с электронно-лучевой трубкой (ЭЛТ). По-

английски CRT (Cathode Ray Tube). Из-за того, что в электронно-лучевой

трубке есть так называемая электронно-лучевая пушка, расположенная

перпендикулярно плоскости экрана, весь монитор имеет довольно большой

объем и занимает много места на рабочем столе.

Характеристики мониторов

В настоящее время все компьютеры комплектуются мониторами Super

VGA (SVGA).

В некоторых применениях, например в полиграфии или обработке

изображений, требуются специальные мониторы. Например, в издательских

системах используется монитор с экраном, на котором изображается вся

печатаемая страница в масштабе 1:1.

Величина точки экрана. Важной характеристикой мониторов является

минимальная величина точки. Чем меньше точка, тем лучше разрешающая

способность монитора. Стандартом для хорошего монитора является величина

точки 0,28 мм. Но существуют мониторы и с точкой 0,26 мм и 0,25 мм.

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Построчная развертка. Как известно, для получения цветного

изображения требуется три электронных луча. Для получения чистых цветов

необходимо, чтобы эти лучи не пересекались. Впервые технология создания

кинескопов с непересекающимися лучами была применена фирмой SONY в

кинескопах TRINITRON. В последнее время в мониторах типа SVGA также

стали применять электронно - лучевые трубки с непересекающимися лучами

(Non-Interlaced Monitor).

Отсутствие полей. В обычных мониторах по краям экрана имеется

область, не используемая для создания изображения. Существуют SVGA-

мониторы, в которых эта область отсутствует, они называются Edge-to-Edge

Monitors (можно перевести как монитор от края до края).

Плоский экран. Существуют мониторы с плоским экраном. В

характеристике таких мониторов есть запись — Flat Screen.

Пониженная радиация. В описании некоторых мониторов есть запись

Low Radiation(LR), в этих мониторах приняты дополнительные меры для

снижения лучевой радиации.

Стандарт безопасности. Мониторы являются излучающими системами,

поэтому введены различные стандарты на защитные свойства мониторов. В

настоящее время самым жестким стандартом является стандарт MPR II.

Мониторы, удовлетворяющие этому стандарту, являются наиболее

безопасными для здоровья.

ЖК-мониторы - это мониторы, созданные на основе жидко-

кристаллических панелей (по-английски LCD - Liquid Crystal Display).

В ЖК-мониторах не используется электронно-лучевая трубка, которая дает

объемный корпус и проблемы защиты от излучения, поэтому они безопасные,

занимают мало места на рабочем столе и потребляют меньше энергии.

ЖК-мониторы широко используются в переносных компьютерах,

наладонниках, а в последнее время - и в настольных компьютерах. Несомненно,

в скором будущем нас ожидает полный отказ от ЭЛТ-мониторов.

Технология. В ЖК-мониторах используется свойство жидких кристаллов

упорядочиваться под действием электрического поля и изменять при этом угол

поляризации проходящего через кристаллы света. Угол поляризации света

изменяется в зависимости от величины электрического поля.

Панель монитора состоит из двух прозрачных пластин, между которыми

находятся жидкие кристаллы. Снаружи на эти пластины нанесены тонкие

параллельные прозрачные электроды. На одной пластине - вертикальные, на

другой - горизонтальные. Получается некая объемная координатная сетка. Если

пропустить ток по одному вертикальному проводнику и одному

горизонтальному, то в ячейке, находящейся между этими проводниками,

возникает электрическое поле, воздействующее на кристаллы.

Панель с жидкими кристаллами подсвечивается снизу. Прежде чем свет

попадет на кристаллы, он проходит через внутренний поляризационный

фильтр, и на кристаллы попадает уже поляризованный свет. После

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com