Внешнее устройство 1 Внешнее устройство 2...

ПортыОбщая

Шина

Внешнее устройство 3 Внешнее устройство 4... Рис. 5

Системная информационная шина состоит из шин: данных, адреса и управления и осуществляет пересылку данных внутри компьютера между про­цессором и периферийными устройствами и между периферийными устройст­вами, минуя процессор. Шина характеризуется: типом (ISA, EISA, PCI, AGP и др.), тактовой час­тотой, составляющей 8..70 МГц, иколиче­с­твом магистралей [6], называемых шириной или разрядно­стью шины (16 или 32).

С ROM процессор “общается” с помощью системы прерываний.Прерыва­ние - сигнал-заказ в шине от периферийных устройств или программ на срочное выполнение какого-либо действия, прерываю­щий выполнение основной про­грам­мы. На возникшее событие[7] реагируют закрепленные за событиями специальные прог­раммы - векторы прерываний (ISR). После обработки сигнала ISR выполне­ние прерванной программы продолжается.

Процессор персонального компьютера IBM PC - сверхбольшая интеграль­ная схема[8] серии Intel (8086, 80286, 80386, 80486), Pentium, .., PowerPC, Digital Alpha и характеризуется:

Ø разрядностью (16, 32 или 64), которая определяет величины обрабатываемых

чисел и производительность;

Ø тактовой частотой, измеряемой в мегагерцах (10..600 МГц), или реже быстродейст­вием, которое составляет 3µ10⁶..10¹⁰ операций в секунду;

Ø шириной шин: управления, данных (влияет на скорость общения процессора с памя­тью) и адреса (ограничивает общий объем памяти компьютера).

Первый 16 -разрядный микропроцессор 8086 с тактовой частотой 10 Мгц и 20 -раз­ряд­­ной шиной адреса мог работать только в реальном режиме (однопрог­рам­мном), в котором процессор общается с не более чем 1М памяти с помощью фи­­зических ад­ресов и все машинные команды разрешены любой программе.

16..64 -разрядные микропроцессоры 80286.. Digital Alpha с тактовой частотой 40.. 600 Мгц и 32 -разрядными шинами адреса и данных могут работать в защищенном режиме, имеют аппаратные средства организации виртуальной ("ка­жу­­щей­ся") па­мяти до 64Т (!) и поддержки мультипрограммного режима работы. В этом ре­жи­ме параллельно друг с другом может выполняться несколько прог­рамм, причем каждой программе выделяется виртуальный участок памяти и привилегии по ис­по­ль­зованию машинных команд, так что программы изолируются в памяти друг от друга и не мешают друг другу нормально выполняться.

Конструктивно компьютер состоит из следующих компонентов: базового комплекта (системного блока, дисплея, клавиатуры, манипулятора “мышь”) и до­полнительного периферийного оборудования (прин­тера, модемов, мульти­медий­но­го, сетевого и др. оборудования).

С

истемный блок - металлическая коробка со съемной крышкой (рис. 6), содер-

жащая в себе основные аппаратные части компьютера:

блок питания, материнскую плату с установленными микросхемами: процессора, сопроцессора, памяти, системные часы (“ таймер ”), встроенный динамик, устройство для работы с компакт-дисками (CD-ROM), накопители на жестких (“винчес­тер­­ских") дисках, накопители на гибких (“флоппи”) дисках, контролеры дисководов, платы: сетевые, ввода / вывода данных, адаптеров периферийных устройств, и других устройств, соединенные с материнской платой разъемами или многожи­ль­ными кабелями.

Рис. 6

На передней панели системного блока расположены клавиши управления ком­пьютером:

Ø Power для включения / выключения питания компьютера;

Ø Reset, при нажатии которой выполняется программа первоначальной загрузки компьютера; этой клавишей можно воспользоваться при “ зависании ” компьютера, когда он не реагирует на нажатия клавиш клавиатуры и другие манипуляции с пе­риферийными устройствами;

Ø Turbo, нажатие которой увеличивает скорость производимых процессором операций; скорость индицируется жидкокристаллическим табло на передней па­не­ли системного блока.

На задней панели системного блока в отверстиях-слотах расположены много­

штырьковые разъемы (коннекторы) плат, соответствующие портам ввода / вывода

дан­ных и служащие для подключения к компьютеру периферийного оборудования.

Т

аймер - счетчик импульсов кварцевого генератора, периодически (с частотой 18,2 Гц) вызывающий программу обработки прерывания, которая при каждом вызове прибавляет к хранимому системному времени фиксированный промежуток времени " тик ".

Д

исплей (видеосистема) представляет собой совокупность монитора и графичес-

кого адаптера (видео карты) (рис. 7).

Рис. 7

Монитор характеризуется:

Ø размером (измеряется в дюймах и обычно составляет 14”..21”);

Ø цветностью (изготавливаются монохромные и цветные мониторы);

Ø разрешающей способностью (измеряется в количестве цветных точек по гори­зонтали и вертикали и обычно составляет 320·200..1600·1280);

Ø зернистостью (расстоянием между центрами точек люминофора одного цвета, которое обычно составляет 0,39..0,25 мм).

Графический адаптер (конструктивно) - сложное устройство, управляемое соб­ствен­ным микропроцессором, сравнимым по мощности с процессором компью­тера. Ши­роко используются адаптеры следующих стандартов:

Ø EGA (E nhanced G raphics A dapter) - усовершенствованный графический адаптер;

Ø VGA (V ideo G raphics A rray) - графический видео массив и его модификации: SVGA (супер- VGA) и UVGA (ультра- VGA) с улучшенными характеристиками.

Графический адаптер состоит из: контролера монитора, видеопамяти, конт­ролера графики.

Контролер монитора управляет строчной и кадровой разверткой изображе­ния и 30..85 раз в секунду заново рисует (“освежает”) изображение на мониторе. Изображение строится из цветных точек, которые объединяются в те­левизионные строки и изображаются кадрами. Количество точек в строке и количество строк различно для разных адаптеров. На самом мониторе, как правило, есть ручки уп­равления разверткой по горизонтали и вертикали, размером кадра, яркостью и кон­трастностью (на цифровых мониторах значения этих же параметров устанавливаются по меню).

Основное назначение видеопамяти - хранение образа экрана монитора. Память, достаточная для хранения образа одного экрана, называется видеострани­цей. Объем видеопамяти, а, следовательно, и количество видеостраниц зависит от конкретного адаптера.

Контролер графики поддерживает работу адаптера в текстовых и графиче­ских режимах, которые являются интегральной характеристикой адап­тера:

Ø В текстовом режиме экран представляет собой совокупность текселов (“ te­xel ” - tex t el ement), расположенных на пересечениях строк и столбцов (рис. 8).

 

 

 

Видеопамять Контролер Монитор Рис. 8

 

Каждый тек­сел соответствует одному из символов таблицы ASCII. Для изображения символов используются битовые карты-матрицы символов таблицы зна­когенерато­ра, управляемой BIOS и позволяющей изображать до 512 различных очертаний символов с помощью цветных точек. Способ изображения символов определяется фоном и цветом, составляющими атрибут сим­вола. Разрешающая способность адаптера EGA в текстовом режиме достигает 43 строк по 80 символов в строке (80·43), причем каждый символ может быть изоб­ра­жен 16 различными цветами (набор доступных цветов называют цветовой пали­т­рой) на 8 разных фонах. Разрешающая способность адаптера VGA в текстовом ре­жиме достигает 80 · 50 или 132·43 (в режиме extended VGA) с той же цветовой палитрой.

Ø В графическом режиме экран представляет собой совокупность цветных точек - пикселов (“ pixel ” - pi cture el ement), расположенных в строках и столбцах. Разреша­ющая способность адаптера EGA в графическом режиме достигает 640 пикселов по горизонтали и 350 пикселов по вертикали (640·350), причем каждая точка изоб­ражается одним из 16 различных цветов при цветовой палитре в 64 раз­личных цве­та. Разрешающая способность адаптера VGA в графическом режиме достигает 1600·1280, причем каждая точка изображается одним из 256 различных цветов при цветовой палитре в 65536 различных цветов! Кроме того, для изобра­жения символов в графическом режиме адаптеры снабжаются таблицей знакогене­ратора, поз­воляющей изображать 256 символов с помощью матриц пикселов.

В последнее время в связи с широким распространением высококачественной полиграфии и видео монтажа выпускаются специализированные адаптеры и полно­­страничные мониторы, способные отображать 16,8 млн. цветов (!); они оборудо­ваны специализированными микросхемами-акселераторами и графическими сопро­цессо­рами: Video - поддерживают изображение видео клипов, 3D - поддерживают изображение трехмерных объектов.

К

лавиатура предназначена для ручного ввода информации как для передачи

сообщений программе, так и для управления компьютером (рис. 9).

 

Рис. 9

Изготавливаются клавиатуры:

Ø механического типа (нажатие клавиши фиксируется механическим выключателем с золотыми контактами);

Ø мембранного типа (нажатие клавиши фиксируется при соприкосновении мембран, через которые проходит слабый электрический ток).

Различают 101..104 -клавишные клавиатуры (с дополнительными клавишами для работы в Windows’95). Клавиатуру принято разделять на зоны (рис. 10).

Ø Основная клавиатура IBM PC - четырех регистровая, т.е. при нажатии какой-либо ее клавиши могут генерироваться 4 раз­лич­ных символа (обычно заглавные и

строчные символы латинского и националь­ного алфавитов), а также цифры и специальные символы. Переключение в режим изо­бра­жения национальных / латинских символов осуществляется комбинаци­ями кла­виш, зависящими от программ-драй­веров клавиатуры (т. н. " руси­фикато­ров").

Ø Управляющая клавиатура. < Esc > удаляет набранную ко­манду из строки. < Tab > перемещает мигающую по­лоску - курсор вправо по стро­ке сразу на несколько позиций (обычно 4 или 8). Фиксация режима изображе­ния заг­лавных букв (или символов верхнего регистра) производится нажатием < CapsLock >. Оперативная смена регистра осуществляется нажатием и удержа­нием < Shift > (левой или правой) во время нажатия клавиши-символа. < Space > (про­бел) перемещает курсор вправо по строке без изображения сим­вола.< Enter > вводит набранную команду для исполнения, а также перево­дит кур­сор в начало следующей строки. < BackSpace > удаляет из строки по­следний наб­ранный символ. < Ctrl > и < Alt >, испо­льзуются только в соста-

 

 

ве распространенных клавиатурных комбинаций, используемых компьютером в строго опре­де­лен­ных целях. Одновременное нажатие клавиш < Ctrl >< Alt >< Del >

(< Delete >) вызы­вает перезагрузку компьютера, < Ctrl >< Break > (< С >) - прерывает выполнение команды или прог­раммы.

Ø Клавиатура управления курсором. Для управления положением курсора следует использовать группу клавиш (<è>, <ç>, <é>, <ê>), перемещаю­щих его, соответственно, вправо / влево / вверх / вниз по экрану, а также: < Home > - для перемещения курсора в начало строки и < End > - в конец строки, < PageUp > и < PgUp > - для листания текста на страницу вверх и < PageDown > и < PgDn > - на страницу вниз. Кла­­виши < Delete > и < Del > служат для удаления текущего символа. < Insert >и < Ins > применяются для переключения клавиатуры в режим вставки символа в пози­цию курсора или замены символа в позиции курсора набираемым.

Ø Группе клавиш < F1 > ..<F12 > функциональной клавиатуры любая прикладная программа может назначать любые определенные ею функции.

Ø Специальная клавиатура. Нажатие < PrintScreen > вызывает вывод на принтер копии изображения на мониторе. < ScrollLock > блокирует режим прокрутки изоб­ражения монитора. Для приостановки работы ком­пьютера достаточно нажать < Pause >, а для продолжения - любую дру­гую клавишу.

Ø Дополнительная цифровая клавиатура. Нажатие < NumLock > фиксирует цифровой регистр дополнительной клавиатуры-калькулятора; в противном случае эта

клавиатура управляет курсором.

Нажатие любой клавиши возбуждает прерывание и в специальный буфер клавиатуры из 15 ячеек посылается двухбайтовый код:

Ø первый байт кода представляет собой ASCII - код нажатой клавиши (т.е. номер соответствующего символа в таблице ASCII) или 0, если клавиша не имеет ASCII -кода (например, < ç>);

Ø второй байт - расширенный код, т.е. Scan -код нажатой клавиши (попросту говоря - порядковый но­мер клавиши) с учетом одновременного нажатия клавиш-мо­дификаторов < Ctrl >, <Alt >, <Shift >. Например, нажатие < F1 > генерирует Scan -код 59, < Shift >< F1 > - код 84, <Ctrl >< F1 > - код 94, < Alt >< F1 > - код 104. Коды клавиш, хранящиеся в буфере, обрабатываются процессором по принципу "очередь":

ç... ç Направление продвижения кодов в буфере

"Обрабатываемый код " ç ç "Код нажатой клавиши"

По 16 -битовой маске, хранящейся в оперативной буферной памяти клавиа­туры компьютер всегда "знает”: клавиша нажата, отпущена или удерживается, на­жаты ли в это время: < Right½Left Shift >, < Right½Left Ctrl >, < Right½Left Alt >,< CapsLock >, < NumLock >, < ScrollLock >) и соответствующим образом реагирует на эти си­туации.

Ж

есткий магнитный диск (“ винчестер ”[9]) представляет собой пакет дюралевых круглых пластин, покрытых с обеих сторон ферролаком (оксидом железа), и на­ходящихся в герметически запаянном корпусе (рис. 11).

Рис. 11

В корпус встроены также: магнитные головки, считывающие / записывающие ин­формацию, электродвигатели, раскру­чивающие диск со стабильной синхронной скоростью и перемещающие головки ра­диально по отношению к диску. Поверхность диска покрыта магнитными следа­ми - дорожками, разделенны­­ми на секторы (расстояние между дорожками составляет 0,05 мм). При записи / считывании информации суппорт с маг­нитной головкой устанавливается двигателем на нужную дорожку, а в ней - на нужный сектор. Перемещением головки уп­равляет специальная плата с микросхе­мами - контролер дисковода.
Накопитель на жестком диске характеризуется: емкостью (80М..десятки Т), сре­д­ним временем доступа к диску (60..15 мС) и типом интерфейса (ST, ESDI, IDE, SCSI), определяющим способ подключения к материнской плате.

Г

ибкий магнитный диск (“дискет”) представляет собой пластиковую круглую

пластину, покрытую с обеих сторон ферролаком, которая находится в запаян­ном негерметичном корпусе (рис. 12).

Рис. 12

В дисковод гибких дисков встроены магнитные го­лов­­­ки, считывающие/записыва­ющие информацию, и электродвигатели, раскручи­вающие диск и перемещающие головки радиально по отношению к диску. Поверх­ность диска покрыта магнит­ны­ми следами-дорожками (их 40 или 80), разделенными на секторы (их на дорожке 8..18) по 512 байтов в каждом и определяющими емкость дискета в К (Емкость дис­кета = Количество дорожек · Количество секторов). Дискеты выпускают размерами 5,25” и 3,5” различных маркировок: DD (“ Double Density ”)- емкостью до 720К (5,25”) и 1,2M(3,5”), HD (" High Densi­ty ”) - емкостью до 1,2M (5,25”) и 1,44M (3,5”) и сверхвысо­кой плотности ED или VHD (“ Verify HD ”) емкостью до 2,88М (3,5”). Пластиковый корпус дискета имеет отверстия для считы­вания / записи информации и защиты информа­ции от модификации.

К

омпакт-диск (Compact Disk или CD-ROM) - изготавливается из пластмассы

диа­метром 12 см (рис. 13), име­­ет большую емкость (обычно 640М, что

Рис. 13

примерно эквива­лентно 450 дискетам емкостью 1,44М или 200 000 страниц текста, или 20 000 рисунков, или 2000 теле кадров, или 74 минутам видеоизображения со стереозвуком), а дисковод CD-ROM обеспечивает высокую скорость чтения данных.

CD принято классифицировать на: u - обычный (CD DA), v - CD с расширенной архитектурой (CD XA), w - интерактивный компакт-диск концерна Philips (CD-I), x - CD с динамической многофункциональной визуальной системой фирмы