Слайд 1Основные устройства ПК
Лекция 6
Слайд 2§1. Микропроцессор и его характеристики.
Слайд 3§2. Типы памяти
Память – устройство, способное записывать данные и хранить
их для последующего считывания.
Типы памяти:
Регистровая память;
Основная память;
Кэш-память;
Видеопамять;
Внешняя память.
Слайд 4Регистровая память (регистры процессора)
предназначена для кратковременного хранения небольшого объёма информации,
участвующей в вычислениях в данный момент времени.
Слайд 5Основная память
предназначена для оперативного хранения выполняемой программы и данных этой
программы.
Виды основной памяти:
ОЗУ (оперативное запоминающее устройство)- для чтения и записи;
ПЗУ
(постоянное запоминающее устройство) - предназначено для чтения (например, CMOS,BIOS).
Слайд 6Кэш-память
служит для хранения копий информации, используемой в текущих операциях обмена.
Видеопамять
предназначена
для временного хранения выводимой на экран монитора видеоинформации.
Внешняя память используется
для долговременного хранения больших объёмов информации.
Слайд 7§3.ОЗУ или оперативная память -
это массив ячеек, способных хранить данные.
Каждая ячейка 8-битная (8 бит = 1 байт).
Каждая ячейка ОЗУ
имеет свой номер (адрес). Для 32-разрядной шины адреса всего адресов ОЗУ может быть 232 ≈ 4,3 Гбайт.
Битные ячейки являются микроконденсаторами (паразитные ёмкости планарных транзисторов)
Конденсатор заряжен -1, не заряжен -0. Заряды конденсаторов рассеиваются в пространстве, поэтому их надо постоянно подзаряжать. Регенерация ячеек ОЗУ осуществляется несколько десятков раз в секунду.
Слайд 8
Оперативная память размещается на стандартных панелях – модулях. В
IBM-совместимых компьютерах в настоящее время используются модули типа DDR
Основные характеристики
модулей памяти:
объём памяти (128Мбайт, 256 Мбайт и т.д.);
время доступа показывает, сколько времени необходимо для чтения данных из ячейки памяти (7-10 нс).
Слайд 9§4. Внешняя память. Магнитные диски.
Внешняя память используется для долговременного хранения
больших объёмов информации.
Виды внешней памяти:
НЖМД (накопитель на жёстких магнитных дисках);
НГМД
(накопитель на гибких магнитных дисках);
накопители на оптических дисках;
магнитооптические накопители;
Flash-память.
Слайд 10В накопителях на жёстких магнитных дисках НЖМД (винчестерах) и гибких
магнитных дисках НГМД (дискетах) в основу записи информации положено намагничивание
участков поверхности дисков магнитной головкой.
Винчестер представляет собой несколько десятков дисков, расположенных на одной оси и вращающихся со скоростью ≈10000 об/мин.
Основные характеристики винчестеров: ёмкость (сотни Гбайт), частота вращения, средняя скорость передачи данных (до 300 Мбит/с).
Слайд 11§5.Накопители на оптических дисках
Запись и чтение информации производится с помощью
лазерного луча
СD-ROM
(компакт-диск только
для чтения).
Информация на диске пред-
ставлена в виде последовательности
впадин
и ровных участков, располо-
женных на спиральной дорожке.
Если участок ровный, то интенсивность
отражённого луча большая – 1.
Если участок со впадиной, то
отраженный луч рассеивается– 0.
Разделительная
призма
Полупроводниковый
лазер
Фотодиод
1
1
Светоотражающий слой
0
Слайд 122) СD-R (компакт-диски однократной записи).
В спиральной канавке находится светочувствительный слой
органического материала, темнеющего при нагревании. При записи лазерный луч нагревает
выбранные участки слоя, они темнеют и не пропускают свет к отражающему слою – 0.
3) СD-RW (компакт-диски многократной записи).
Применяется специальный слой красителя, который при нагреве лазерным лучом способен многократно переходить из кристаллического состояния в аморфное, меняя при этом свою отражательную способность.
Ёмкость CD-дисков 700-800 Мбайт.
Слайд 134) DVD
DVD-диски вмещают больший объём информации благодаря уменьшению размеров углублений
и ровных участков, а также расстояний между канавками. Это возможно
благодаря использованию лазера с меньшей длиной волны 650 нм и оптической системы с увеличенной числовой апертурой.
DVD-диски могут иметь два слоя информации.
Ёмкость этих дисков 4,7 – 17 Гбайт.
Слайд 145) Новое поколение оптических дисков:
Blue-ray, где используется лазер с ещё
меньшей длиной волны 405 нм (синий лазер). Емкость однослойного Blue-ray
диска – 27 Гбайт.
HD-DVD ,где также используется синий лазер. Емкость одного слоя 15-20 Гбайт.
Слайд 15§6.Магнитооптические накопители.
Flash-память
В магнитооптических накопителях для записи и стирания используется
специальный магнитный слой, который реагирует как на оптическое, так и
на магнитное воздействие.
При записи информации лазер нагревает отдельные участки слоя до 1500 С, затем магнитная головка записывает данные. При чтении интенсивность отражённого лазерного луча зависит от намагниченности участка.
Ёмкость магнитооптических дисков достигает 40 Гбайт.
Слайд 16Flash-память относится к типу памяти ПЗУ Битовыми ячейками памяти здесь
являются специальные МОП-транзисторы с изолированным затвором.
После изготовления все транзисторы
закрыты, т.е. не проводят ток (0). Подачей большого импульса напряжения транзистор переводится в проводящее состояние (1), которое он может сохранять годы. Для записи 0 нужно подать на транзистор большой отрицательный импульс напряжения.
Flash-память допускает порядка 105 перезаписей.
Слайд 17§7.Устройства ввода информации
клавиатура;
манипуляторы;
сканеры;
дигитайзеры;
цифровые фотокамеры;
микрофон.
Слайд 18Клавиатура - универсальное устройство ввода, позволяющее вводить текстовую и числовую
информацию.
Манипуляторы служат для работы с графическим интерфейсом программ.
Виды манипуляторов:
мышь;
Трекбол (шарик);
тачпад
(сенсорная панель).
Слайд 19Цифровые фотокамеры
Воспринимают графические данные с помощью ПЗС, объединённых в прямоугольную
матрицу. Основной параметр – разрешающая способность, связанная с количеством ячеек
ПЗС в матрице.
Слайд 20§8. Сканеры.
Сканеры вводят текстовую и графическую информацию с листа бумаги.
Типы
сканеров:
планшетные;
ручные;
барабанные;
штрих-сканеры;
сканеры форм.
Слайд 21Планшетные сканеры
Принцип действия: луч света, отражённый от бумаги, попадает на
специальные элементы – приборы с зарядовой связью (ПЗС). Через ПЗС
идёт ток, зависящий от интенсивности падающего на ПЗС луча света.
Элементы ПЗС оформляют в виде линейки. В зависимости от конструкции сканера протягивают либо линейку при неподвижном листе, либо лист при неподвижной линейке.
Слайд 22Параметры планшетных сканеров:
Разрешающая способность, измеряемая в dpi (точек на дюйм).
Типичное значение для офисного применения 600-1200 dpi.
Производительность (продолжительность сканирования листа
бумаги).
Динамический диапазон (натуральный логарифм отношения яркости самых светлых участков изображения к яркости самых тёмных участков).
Максимальный размер сканируемого материала.
Слайд 23Ручные сканеры
Принцип действия как у планшетных сканеров, но протягивание линейки
ПЗС производится вручную. Разрешающая способность 150-300 dpi.
Слайд 24Барабанные сканеры
Исходный материал закрепляется на поверхности вращающегося барабана. Применяются не
ПЗС, а фотоэлектронные умножители. Разрешение 2400-5000 dpi. Используют для сканирования
фотонегативов, слайдов.
Слайд 25Сканеры форм
Предназначены для ввода данных со стандартных форм (перепись населения,
анкетирование, выборы).
Требуется большое быстродействие.
Слайд 26§9. Устройства вывода
информации. Мониторы.
Мониторы
Принтеры
Колонки
Наушники
Слайд 27Виды мониторов:
ЭЛТ-мониторы (на основе электронно-лучевой трубки);
ЖК-мониторы (жидкокристаллические);
Плазменные мониторы.
Слайд 28ЭЛТ-мониторы
Пучок электронов, выбрасываемый электронной пушкой, падает на поверхность кинескопа, покрытую
особым веществом — люминофором. Под действием этих лучей каждая точка
экрана светится одним из трех цветов — красным, зеленым и синим. Красная, зелёная и синяя близко расположенные точки образуют пиксел.
Слайд 29Параметры ЭЛТ-мониторов:
размер по диагонали в дюймах;
величина экранного зерна (расстояние
между соседними пикселами) ≈ 0,24 мм;
разрешающая способность, показывающая, сколько пикселей
может уместиться на экране монитора по вертикали и диагонали (например, 1024х768);
частота регенерации изображения показывает, сколько раз за 1 сек монитор может сменить изображение (минимальное значение – 75 Гц, комфортное – 100 Гц).
Слайд 30ЖК-мониторы
Матрица ЖК-монитора состоит из ЖК-ячеек. Кристаллы в ячейках работают как
оптический затвор, пропуская или закрывая свет от лампы за матрицей.
Управление ячейкой осуществляется посредством внешнего напряжения отдельно для каждой ячейки.
Слайд 31Параметры ЖК-мониторов:
размер по диагонали, величина экранного зерна, разрешающая способность;
время отклика
(время переключения пиксела с чёрного на белый цвет или наоборот);
угол
обзора (по вертикали и горизонтали) – максимальный угол просмотра, при котором нет существенных цветовых искажений.
Слайд 32Достоинства ЖК-мониторов:
Компактны, легки, малая толщина;
Безопасны в медицинском отношении;
Малое энергопотребление и
тепловыделение;
Отсутствие эффекта мерцания изображения.
Недостатки ЖК-мониторов:
Недостаток углов обзора;
Большое время отклика, как
следствие «хвосты» на экране.
Слайд 33Плазменные мониторы
В плазме под действием внешнего напряжения возникает газовый разряд.
Цвет свечения зависит от напряжения.
Качество изображения не уступает ЭЛТ и
ЖК-мониторам.
Экраны большого размера (от 40 дюймов), малой толщины (8-10 см), высокая цена.
Слайд 34§10. Принтеры
Принтеры – устройства вывода информации на бумагу.
Типы принтеров:
Матричные;
Струйные;
Термосублимационные;
Лазерные;
Светодиодные.
Слайд 351) Матричные принтеры
Данные выводятся на бумагу в виде оттиска, образующегося
при ударе иголок через красящую ленту.
Производительность работы оценивают по количеству
печатаемых знаков в сек.
Низкое качество печати.
Слайд 362) Принтеры струйные
Изображение на бумаге формируется в виде пятен, образующихся
при попадании капель красителя на бумагу. Выброс капель происходит, в
зависимости от конструкции принтера:
под давлением пара, образующегося при очень быстром нагреве чернил в печатающей головке;
под давлением пъезоэлемента, выдавливающего чернила из трубочки.
Слайд 37Низкая стоимость принтеров, высокое качество, но стоимость оттиска > чем
на лазерном принтере.
Нашли широкое применение в цветной печати (превосходят цветные
лазерные принтеры по показателю качество/цена).
Слайд 383) Принтеры термосублимационные
Печатающая головка нагревается до 4000 С, порция красителя
сублимирует с головки (т.е. переходит из твёрдого состояния в газообразное)
и осаждается на бумаге.
Очень высокое качество изображения (фотографическое), но высокая стоимость оттиска, малая производительность.
Слайд 394) Лазерные принтеры
Принцип действия:
Лазерная головка посылает световые импульсы на светочувствительный
барабан;
Соответствующие участки барабана заряжаются;
Вращающийся барабан соприкасается с красящим составом (тонером),
тонер закрепляется на заряженных участках;
Слайд 40Барабан контактирует с листом бумаги, тонер переносится на бумагу;
Лист бумаги
нагревается, в результате тонер спекается и закрепляется на бумаге.
Основные параметры
лазерных принтеров:
разрешающая способность dpi (точек на дюйм): 600-1200 dpi;
производительность (страниц в минуту);
формат используемой бумаги;
объём собственной оперативной памяти.
Обеспечивают высокое качество и высокую скорость печати.
Слайд 414) Светодиодные принтеры
Принцип действия как у лазерных принтеров, только источником
света является не лазерная головка, а линейка светодиодов. В результате
конструкция получается проще, надёжнее и дешевле.
Слайд 42§11. Модемы.
Модем -
устройство для обмена информацией между удалёнными компьютерами по
каналам связи.
Обычный аналоговый модем передающего компьютера преобразует цифровые данные в
аналоговые (модуляция) и направляет их по телефонной линии. Модем принимающего компьютера преобразует аналоговые данные в цифровые (демодуляция).
Слайд 43Модем =Модулятор + Демодулятор
Кроме модуляции-демодуляции модемы выполняют сжатие и декомпрессию
данных, а также поиск и исправление ошибок в передаваемых данных.
Параметры
модемов:
Скорость передачи данных (бит/с);
Пропускная способность (доля полезной информации, передаваемой по каналу);
Протоколы связи (т.е.перечень команд управления и обмена);
Шинный интерфейс (если модем внутренний).
Слайд 44Типы модемов (в зависимости от среды передачи):
Обычные аналоговые модемы и
факс-модемы ;
ADSL-модемы (ассиметричная цифровая линия) для телефонной сети;
GPRS-модемы для сетей
операторов мобильной связи;
Кабельные модемы для сетей кабельного телевидения.
Слайд 45§12.Классификация компьютеров по их производительности
Компьютеры
Микро-
компьютеры
(до сотен MIPS)
Мэйнфреймы
Супер-
компьютеры
(>100 MFLOPS)
Вычислительные сети
Слайд 46Часто для оценки производительности компьютера используют единицы:
MIPS (миллион усредненных команд
в сек);
MFLOPS (миллион операций над действительными числами в сек).
Для персональных
компьютеров обычно вместо производительности указывают тактовую частоту.
Слайд 47А) Микрокомпьютеры
Это компактные компьютеры, имеющие производительность до сотен MIPS.
Типы микрокомпьютеров:
микропроцессор (специализированное устройство, встраиваемое в систему управления или технологическую линию);
персональные
компьютеры (универсального назначения, рассчитанные на одного пользователя).
Широкое распространение получили переносные персональные компьютеры: laptop (наколенник), notebook (записная книжка), palmtop (наладонник).
Слайд 48Б) Суперкомпьютеры
Это очень мощные компьютеры с производительностью свыше 100 MFLOPS
Пример - суперкомпьютеры корпорации Cray.
Суперкомпьютеры создаются в виде многопроцессорных вычислительных
систем (несколько десятков процессоров).
Требуют специального помещения, особого температурного режима, часто водяного охлаждения (или охлаждения жидким азотом), высококвалифицированного обслуживания.
Слайд 49В) Мэйнфреймы (большие ЭВМ)
Используются для производства сложных научно-технических расчётов, математического
моделирования, в качестве центральных машин АСУ.
Пример – отечественные ЕС ЭВМ,
мэйнфреймы фирмы IBM.
Требуют специального помещения, специального обслуживания, поддержания температурного режима.