Память компьютера и ее основные характеристики

Основной принцип хранения информации можно сформулировать следующим образом: сохраненная информация всегда имеет форму "следа", оттиска на каком-нибудь носителе. Тип носителя роли не играет. Это может быть камень, дерево, бумага, магнитная лента или фотопленка. След в форме некоторого знака на камне, дереве и бумаге может быть нанесен непосредственно человеческой рукой, вооруженной резцом, кистью или карандашом. Он виден невооруженным взглядом и может быть легко прочитан. Использование в качестве носителей информации фотопленки, магнитной ленты и лазерного диска требует специальных устройств - преобразователей информации. Так, для записи информации на фотопленку требуется фотоаппарат, а для считывания информации - проектор. Магнитные запись и считывание информации осуществляются с помощью магнитофона. Характерной чертой всех этих типов носителей является необходимость наличия специальных технических устройств, как для записи, так и для считывания информации. Это означает возможность механизации и автоматизации процессов записи и чтения информации, делает их независимыми от присутствия человека.

Сегодня совершенствование компьютера как универсального средства обработки информации привело к созданию целого ряда устройств, специально предназначенных для хранения информации в электронной форме. Такие современные материалы, как фотопленка и магнитная лента, способны удовлетворить большинству требований, но они не лишены недостатков. Общеизвестно, что со временем фотоснимки темнеют, прослушивание грампластинок сопровождается потрескиванием, а магнитные записи начинают "шуметь" после многократного проигрывания. Сегодня самый распространенный способ хранения информации - магнитная запись. Но и она может быть испорчена под воздействием температуры или магнита. Для хранения небольших порций информации используют гибкие магнитные диски (floppy disks), на смену которым приходят Zip дискеты. Для хранения больших объемов информации применяют жесткие диски (hard disks), иногда называемые винчестерами. Со временем объем информации, с которой работал человек и которую ему надо передать другому человеку, возрастал. Это привело к созданию нового типа носителя - лазерного диска.

Лазерный диск - трехслойный диск, изготовленный из стекла или прочной пластмассы. В нем между двумя тонкими защитными слоями пластмассы (стекла) помещен тонкий слой металлической фольги из серебра или даже из золота. Запись информации на такой диск осуществляется лучом лазера. Но записать информацию на лазерный диск можно всего один раз.

В последние годы найдены материалы, сочетающие в себе достоинства магнитного и оптического носителей и позволяющие перезаписывать информацию, хранящуюся на диске. Основными достоинствами магнитооптических дисков являются большая информационная емкость, компактность, мобильность, возможность перезаписи хранящейся информации.

Носитель информации (данных) - физическое тело или среда записи, хранения и воспроизведения информации. Различают: по физической структуре (магнитные, полупроводниковые, диэлектрические), по типу используемого материала (бумажные, пластмассовые, металлические, комбинированные), по форме представления данных (печатные, рукописные, магнитные, перфорационные), по принципу считывания информации (механические, оптические, магнитные, электрические), конструктивному исполнению (карточные, ленточные, дисковые, барабанные съемные и несъемные), а так же от возможности осуществлять перезапись. Информация записывается на носитель посредством изменения физических, механических или химических свойств среды

Основные типы устройств хранения информации

1. Накопители на гибких магнитных дисках (НГМД) - FDD (Floppy Disk Drive)

Тип	Фирма	Емкость, Мб	Макс. скорость передачи, Мб/с	Время доступа, мс
Дискета DS/HD	Sony	1,44	0,062
Zip	Iomega		2,4
SuperDisk (LS-120)	Imation		1,1 (ATAPI), 4 (SCSI)
UHC-3110	Mitsumi		3,7	18-28
HiFD	Sony	200 (500)	3,6	-

2. Накопители на жестких магнитных дисках (НЖМД, Винчестер) - HDD (Hard Disk Drive) Тип интерфейса - EIDE; Ultra ATA/100; SCSIФорм-фактор - 3.5"Макс. емкость - 30 Гб на пластину Типовая емкость (май 2001 г.) - 20 ГбМакс. скорость вращения - 11500 об/мин Среднее время поиска - не более 9 мс; переход дорожка-дородка - не более 2 мсНаработка на отказ - более 500000 ч

3.Магнитооптические накопители (MO)

Параметры	Maxoptic T6-5200	Fujitsu MCD3130SS
Фирма	Maxoptic	Fujitsu
Форм-фактор	5.25"	3.5"
Емкость, Гб	5.2	1.3
Скорость вращения, об/мин
Скорость передачи данных, мб/с	до 6	до 6
Время поиска, мс
Ср. время наработки на отказ, час.

4. Накопители на оптических дисках (компак-диск - CD)

4.1 CDROM (Compact Disk Read Only Memory) - только для чтения

Параметры	Типовые значения
Диаметр диска, мм
Емкость, Мб	650; Sony - 1,3 Gb; TDK - 2 Gb
Технология:	CLV - Costant Linear Velocity (постоянная линейная) CAV - Costant Angular Velocity (постоянная угловая) Partial CAV (в центре CAV, по краям - CLV)
Скорость вращения, об/мин	до 12000
Скорость передачи данных, 150 кб/с*Х	до 70Х (Philips) - до 10,5 Мб/с

4.2 CD-R (Compact Disk Recordable) - с однократной записью - 1993 г. (Philips) Диаметр - 133 мм Емкость - 650 Мб Технология - потеря окраски слоя цианина или фталоцианина при воздействии мощного лазера Срок хранения - более 50 лет

4.3 CD-RW (Compact Disk ReWritable) -для чтения и многократной записи- 1997 г. (HP, Mitsumi, Philips) Диаметр - 133 мм Емкость - 650 Мб, скорость запись/стирание/чтение - 20/10/40 Технология - изменение коэфф. отражения смеси серебра, индия, сурьмы и теллура Количество циклов перезаписи - более 3000

4.4 DVD-ROM (Digital Versatile Disk Read Only Memory), DVD-R (DVD Recordable), DVD-RAM (DVD Rear Access Memory)

Первый накопитель - 1997 г. (HP, Mitsumi,Philips)
Диаметр - 133 мм
Емкость, Гб:	4,7 - односторонние однослойные (DVD-5)
	8,5 - односторонние двухслойные (DVD-9)
	9,4 - двухсторонние однослойные (DVD-10)
	17 - двухсторонние двухслойные (DVD-18)

5. Накопители на магнитных лентах Стримеры (Streamer) - специализированные цифровые кассетные магнитофоны (до 24 Гб)

Устройства ввода-вывода

Основным устройством ввода информации в ПК является клавиатура. При нажатии на любую клавишу срабатывает миниатюрный переключатель, сигнал от которого отслеживается специальным микропроцессором, посылающим соответствующие сообщения в компьютер, где они обрабатываются операционной системой. В настоящее время широко применяются клавиатуры, у которых более 101 клавиши.

Клавиши на клавиатуре можно разделить на блоки. Большинство клавиш служит для ввода букв, цифр, различных символов и знаков препинания - основная группа символов. Двенадцать функциональных клавиш: от до, имеют специальное назначение, зависящее от конкретной программы. Дополнительная клавиатура расположена справа. Она предназначена как для ввода чисел, так и для дублирования клавиш управления курсором. Если нажата клавиша "Num Lock" (горит индикатор), то вводятся цифры. При повторном нажатии на эту клавишу индикатор гасится, и дополнительная клавиатура дублирует управляющие клавиши. Рассмотрим более подробно служебные клавиши.

Esc (Escape). Обычно служит для отмены какого-либо действия или для выхода из программы.

Enter (иногда называется <Return>). Служит для завершения ввода строки и перехода на следующую строку, принятия положительного ответа на вопрос и т.д.

Tab Предназначена для формирования отступов в тексте, переключения между различными альтернативами в диалогах.

Shift Клавиша переключения регистра. Если нажать клавишу <Shift> и, не отпуская её, нажать клавишу с буквой, то введётся заглавная буква. Кроме того, некоторые клавиши (например, цифровые) имеют два символа. Простое нажатие клавиши вводит символ, указанный на клавише снизу. Нажатие с клавишей <Shift> вводит символ, указанный сверху. На клавиатуре, для удобства, имеется две клавиши <Shift>. Как правило, они идентичны, хотя в некоторых программах они могут иметь различные функции.

Caps Lock Фиксированное переключение регистра в режим ввода прописных букв. Горит индикатор.

Ctrl Управляющая клавиша расширяет возможности клавиатуры, используется в комбинации с другими клавишами. Какую именно клавишу необходимо нажать для той или иной команды - зависит от конкретной программы.

Alt Альтернативная управляющая клавиша. Её назначение сходно с клавишей <Ctrl>, однако они не идентичны. Комбинации с клавишей <Alt> и с клавишей <Ctrl>, как правило, запускают разные команды.

Backspace Стирает последний введённый символ или символ, стоящий слева от курсора.

Insert (сокращение: <Ins>). Служит для переключения режимов вставки/замены символов при редактировании текста, для добавления нового элемента в список.

Delete (сокращение: <Del>). Служит для удаления чего-либо, например, выделенного фрагмента текста, символа справа от курсора, элемента списка и т.д.

Home Предназначена для перехода в начало (строки, списка и т.п.)

End Предназначена для перехода в конец (строки, списка и т.п.)

PageUp (сокращение: <PgUp>). Предназначена для перехода на предыдущую страницу или прокрутки изображения на экране вверх.

PageDown (сокращение: <PgDn>). Предназначена для перемещения изображения на экране вниз.

Клавиши Вверх, Вниз, Вправо, Влево При редактировании текста позволяют перемещать курсор в соответствующем направлении.

Scroll Lock В далёком прошлом служила для включения/отключения режима прокрутки экрана, однако давно уже утратила своё первоначальное назначение. Сейчас её назначение зависит от конкретной программы, однако стоит заметить, что эта кнопка используется крайне редко.

Print Screen (сокращение: <PrnScr>). Ранее использовалась для того, чтобы напечатать содержимое экрана на принтере. Иногда и в наши дни она используется таким или подобным образом.

Pause/Break Имеет два назначения. Простое нажатие этой клавиши включает режим паузы. Нажатие вместе с клавишей <Ctrl> служит для того, чтобы прервать выполняемое действие.

Специально для работы с Microsoft Windows 95/98/2000/NT4/ХР на клавиатуре появились две клавиши вызова системного меню с изображением логотипа Windows () и клавиша вызова контекстного меню с изображением меню. Для полноценной работы с клавиатурой требуется определённый навык, на развитие которого потребуется время. Существуют специальные программы - клавиатурные тренажёры, позволяющие ускорить приобретение навыка.

Для управления работой современных программ используются различные манипуляторы. Манипуляторы осуществляют непосредственный ввод информации, указывая курсором-указателем на экране монитора команду или место ввода данных.

Мышь - наиболее распространенный вид манипулятора. Движение мыши отражается на экране монитора перемещением её указателя. Качество мыши определяется её разрешающей способностью, которая измеряется числом точек на дюйм - dpi (dot per inch). Эта характеристика определяет, насколько точно курсор будет передвигаться по экрану. Для мыши среднего класса разрешение составляет 400-800 dpi. Мыши различаются по свойствам: способ считывания информации (механические, оптические, оптико-механические), количество кнопок, способ соединения (проводные и беспроводные).

Джойстик представляет собой ручку управления и наиболее часто используется в компьютерных играх. Джойстики управляют перемещениями курсора по экрану. Призваны усилить реалистичность во время игры-симулятора машины, самолёта, космического корабля и пр.

Трекбол (шаровой манипулятор) - это шар, расположенный вместе с кнопками на поверхности клавиатуры (перевёрнутая мышь). Для него не требуется коврик и пространство для перемещения манипулятора. Перемещение указателя по экрану обеспечивается вращением шара. Применяется в портативных компьютерах.

Сенсорные устройства ввода называют еще тактильными, поскольку ввод информации в них выполняется через прикосновение к светочувствительной поверхности устройства.

Сенсорный манипулятор представляет собой коврик без мыши. В данном случае управление курсором производится простым движением пальца по коврику.

Сенсорный экран представляет собой поверхность, которая покрыта специальным слоем. Это устройство даёт возможность выбирать действие или команду, дотрагиваясь до экрана пальцем. Очень удобен в использовании, когда необходим быстрый доступ к информации. Такими устройствами ввода пользуются в банковских компьютерах, аэропортах, а также в военной сфере и промышленности.

Световое перо - имеет светочувствительный элемент на своем кончике. Соприкосновение пера с экраном замыкает электрическую цепь и определяет место ввода или коррекции данных. Перемещая перо по экрану можно рисовать или писать. Применяются такие устройства в дизайнерских работах. Часто используется в карманных микрокомпьютерах.

Дигитайзер (графический планшет) - позволяет создавать или копировать рисунки. Рисунок выполняется на поверхности дигитайзера специальным пером или пальцем. Результаты работы воспроизводятся на экране монитора.

В сканерах изображение преобразуется в цифровую форму для дальнейшей обработки компьютером или воспроизведения на экране монитора.

Сканер распознает изображение, автоматически создает его электронную копию, которая может быть сохранена в памяти компьютера.

Характеристики сканеров:

глубина распознавания цвета: чёрно-белые, с градацией серого, цветные;
оптическое разрешение, измеряющееся в точках на дюйм и определяющее количество точек, которые сканер различает на каждом дюйме; стандартные разрешения: 200, 300, 600, 1200, 2400 точек на дюйм;
скорость сканирования;
максимальный размер сканируемого документа.

Виды сканеров: ручные, страничные и планшетные. Существуют не только двумерные сканеры, но и трёхмерные, позволяющие формировать реалистичные объёмные изображения. Сканеры находят широкое применение в издательской деятельности, системах проектирования, анимации, а также при создании иллюстративных материалов для презентаций, докладов, рекламы. Трёхмерное сканирование позволяет моделировать возможности аэродинамической трубы, избегая дорогостоящих натурных испытаний. Специальные сканеры, оснащённые разнообразными устройствами считывания штрих-кодов, специальных символов и меток продаваемого товара, устанавливаются на кассах магазинов. Считанная информация преобразуется, выводится на экран или бумажный чек и по линиям связи передаётся на главный, более мощный компьютер.

Цифровая видеокамера - устройство ввода, передающее динамическое видеоизображение в компьютер в реальном масштабе времени. Зачастую используется для видеоконференций по сети Интернет. Для подключения видеокамеры необходимо, чтобы графический адаптер компьютера имел соответствующий разъём.

Микрофон - устройство ввода звуковой информации: голоса или музыки. Существуют системы распознавания речи, настроенные на особенности человеческого голоса, которые находят применение при изучении иностранных языков.

Устройство визуального отображения информации называют монитором или дисплеем. Большинство мониторов сконструировано на базе электронно-лучевых трубок (ЭЛТ). Передняя часть ЭЛТ обращена к пользователю и покрыта специальным веществом - люминофором, состоящим из множества точек - зёрен. Люминофор излучает свет при попадании на него "быстрых" электронов. Пучок электронов, вызывающий свечение экрана, испускается электронной пушкой. На пути электронов расположена отклоняющая система, позволяющая изменять направление пучка, и модулятор, регулирующий яркость получаемого изображения.

Изображение на экране монитора компьютера состоит из множества отдельных точек - пикселей. Электронный луч пробегает поочередно все пиксели, строку за строкой, сверху донизу, а затем возвращается в начало верхней строки. Цветное изображение получается при нанесении на поверхность экрана люминофора трёх цветов: красного (R - red), зелёного (G - green), синего (В - blue). Сочетание этих цветов в различных пропорциях может дать любой цвет спектра. Триада таких зёрен люминофора образует один пиксель. И теперь для того, чтобы подсвечивать три зерна пикселя, потребуется сразу три электронных пушки, и каждая из них должна излучать поток электронов в направлении своего зерна люминофора.

Важными характеристиками, определяющими чёткость изображения на экране, являются размер пикселя и плотность расположения пикселей на экране. Чем меньше зерна люминофора экрана и больше плотность, тем выше чёткость изображения и меньше утомляемость глаз. Расстояние между пикселями зависит от размера экрана. Обычные размеры - 9, 14, 15, 17, 19, 21 дюйм по диагонали экрана. Чем меньше экран, тем более чётким кажется изображение. Однако на большом экране можно установить разрешение выше (добавить пикселей), тогда мелкие детали будут лучше видны. Кроме электронно-лучевых существуют и получают всё большее распространение другие виды мониторов:

жидкокристаллические (ЖК);
газоплазменные (ГП);
LEP-мониторы.

Экран ЖК-монитора представляет собой матрицу, каждый элемент которой - жидкий кристалл. Под действием электрических сигналов кристаллы меняют свои оптические свойства и, пропуская свет, моделируют элементы изображения. Компактные размеры, плоский экран, отсутствие излучений, вредных для здоровья человека, делают их всё более привлекательными. Именно такие мониторы используют в портативных компьютерах.

Экран ГП-мониторов также содержит матрицу, но ячейки заполнены газовой смесью. Газ светится под воздействием электрического тока. Экран такого монитора очень тонкий и большой по площади. Используются в основном для показа изображения на расстоянии: в большой аудитории или в домашних кинотеатрах. В основе построения LEP-мониторов лежит использование светоизлучающих полимеров. Устройство очень простое: с одной стороны пластика расположены вертикальные электроды, с другой - горизонтальные. Пластик сам излучает свет и ему не нужна подсветка в отличие от жидких кристаллов. Это очень легкие, гибкие, с низким энергопотреблением устройства. Ожидается скорое развитие их массового производства.

Современные принтеры позволяют выводить на печать текстовую информацию, а также рисунки и графики. Существует множество моделей принтеров, различающихся по качеству печати, производительности и другим характеристикам.
Основными характеристиками принтеров являются:

количество игл или сопел (за исключением лазерных), определяющее качество печати;
скорость печати, определяющая производительность принтера;
количество встроенных шрифтов;
формат бумаги и вид подачи листов (автоматическая или полуавтоматическая).

По способу получения изображения на бумаге, способу нанесения красящего материала принтеры бывают: матричные, струйные, лазерные, термические, литерные.

Матричные принтеры относятся к ударным печатающим устройствам. Изображение формируется с помощью иголок, ударяющих по бумаге через красящую ленту. Головка движется вдоль печатаемой строки, а иглы ударяют в нужный момент через красящую ленту по бумаге.

Струйные принтеры относятся к безударным устройствам, так как головка печатающего устройства не касается бумаги. Для получения изображения используют чернила. Головка принтера представляет собой чернильницу, в которой из дырочек-сопел выбрасываются тонкие струи чернил. Количество сопел колеблется от 12 до 64. Чем меньше диаметр сопел, тем выше качество печати. В отличие от матричных струйные принтеры работают почти бесшумно и обеспечивают лучшее качество печати, особенно цветной.

Лазерные принтеры для формирования изображения используют лазерный луч. С помощью систем линз тонкий луч лазера формирует скрытое электронное изображение на светочувствительном барабане. Во время печати на поверхность барабана подается высокое напряжение, и к заряженным участкам электронного изображения притягиваются частички порошка-красителя, который затем переносится на бумагу. Закрепляется изображение на бумаге разогревом тонера до температуры плавления. Лазерные принтеры обеспечивают наилучшее качество и высокую скорость печати, но являются наиболее дорогими. Кстати, также работают и копировальные машины. Поэтому далеко не случайно, что среди производителей лазерных принтеров много фирм, которые выпускают копиры: Xerox, Canon, Minolta-QMS и др.

Современные принтеры имеют встроенный процессор. Это позволяет значительно разгрузить центральный процессор. Одним из важных параметров лазерного принтера является "скорострельность" печати. Некоторые принтеры могут печатать до 20 страниц в минуту. Изображение, получаемое с помощью современных принтеров, состоит из точек. Чем эти точки мельче и чаще расположены, тем более качественное изображение можно получить. Качество печати принтера принято измерять максимальным количеством точек, которое он может напечатать на отрезке длиной в 1 дюйм (2,54 см). Данная характеристика называется разрешением и измеряется в единицах, обозначаемых dpi (dot per inch, точек на дюйм). Лазерные принтеры имеют разрешение от 600 до 1200 dpi, а некоторые и выше.

Плоттер, или графопостроитель, - это чертежная машина, позволяющая с высокой точностью и скоростью вычерчивать сложные графические изображения большого размера: чертежи, схемы, карты, графики и т.д. В начале 90-х годов прошлого века фирмы Hewlett-Packard и EnCad применили в конструкциях своих плоттеров струйные технологии. Это сделало их похожими на струйные принтеры. Струйные плоттеры по сравнению с перьевыми приобрели ряд преимуществ, среди которых возможность печатать полноцветные изображения и делать на чертежах и картах любые заливки. Это открыло перед плоттерами невиданные до того перспективы применения: печать рекламных плакатов, трёхмерных фотореалистичных изображений в архитектуре и в машиностроении, цветных космических снимков, макетов в издательских системах и т.д. Началась эпоха струйных плоттеров. В их конструкциях был внедрен целый ряд нововведений: системы непрерывной подачи чернил и рулонной подачи материалов, материалы со свойствами защиты от воды, система сушки и др. Но главный их принцип работы и в настоящее время остался похож на принцип работы струйных принтеров: изображение формируется из точек - капель чернил. Иными словами, сегодня по каким-либо техническим признакам, кроме ширины печати, отличить современный струйный принтер от плоттера практически невозможно.

Модем - это устройство для обмена информацией между компьютерами с использованием телефонной сети. Модем работает следующим образом: принимая от ПК данные, он преобразует их в аналоговый сигнал и передаёт в канал связи. В модеме принимающего ПК происходит обратное преобразование - сигнал преобразуется в цифровой код. Свойства модема определяются большим числом специфических характеристик, отражённых в его маркировке. Основными характеристиками модемов являются: скорость передачи данных; способ подключения (внешнее и внутреннее); принцип обмена информацией (одно или двунаправленная передача).