Архитектура компьютера. Назначение основных устройств

В ОП обычно выделяется область, называемая стеком. Обращение к стековой памяти возможно только в той ячейке, которая адресуется указателем стека. Стек удобен при организации прерываний и обращении к подпрограммам.

Постоянная память (ПП).

Она является энергонезависимой, используется для хранения системных программ, в частности, так называемой базовой системы ввода-вывода (BIOS - Basic Input and Output System), вспомогательных программ и т.п. Программы, хранящиеся в ПП, предназначены для постоянного использования микропроцессором.

3. ВНЕШНИЕ УСТРОЙСТВА

Эффективность использования ПЭВМ в большой степени определяется количеством и типами внешних устройств, которые могут применяться в ее составе. Внешние устройства обеспечивают взаимодействие пользователя с ПЭВМ. Широкая номенклатура внешних устройств, разнообразие их технико-эксплуатационных и экономических характеристик дают возможность пользователю выбрать такие конфигурации ПЭВМ, которые в наибольшей мере соответствуют его потребностям и обеспечивают рациональное решение его задач.

Внешние устройства составляют до 80 % стоимости ПЭВМ и оказывают значительное (иногда даже решающее) влияние на характеристики машины в целом.

Конструктивно каждая модель ПЭВМ имеет так называемый "базовый набор" внешних устройств - клавиатуру, дисплей, НЖМД и один или два НГМД, составляющий вместе с системным блоком "базовую конфигурацию" этой модели. Пользователь, как правило, сам подбирает желательное ему печатающее устройство. В случае необходимости к ПЭВМ могут подключаться также дополнительные внешние устройства, например, сканеры, стримеры, плоттеры или диджитайзеры. В последние годы многие фирмы прилагают значительные усилия для разработки совершенно новых видов внешних устройств, ориентированных на стремительно растущие запросы пользователей, в частности, для приложений в области мультимедиа.

КЛАВИАТУРА

Клавиатура (клавишное устройство) реализует диалоговое общение пользователя с ПЭВМ:

* ввод команд пользователя, обеспечивающих доступ к ресурсам ПЭВМ;

* запись, корректировку и отладку программ;

* ввод данных и команд в процессе решения задач.

Центральную часть клавиатуры обычно занимают клавиши букв латинского и русского алфавита, служебных знаков (%, ?, !, ,, , ) и др.), а также цифровые клавиши. В большинстве случаев одна клавиша используется для ввода нескольких разных знаков, причем переход между ними производится за счет одновременного нажатия соответствующей клавиши и одной или двух служебных функциональных клавиш (обычно - клавиш Shift, Alt и Ctrl). В большинстве моделей клавиатуры (за исключением клавиатуры ПЭВМ классов LAPTOP, NOTEBOOK и HANDHELD) с правой стороны размещается дополнительная цифровая клавиатура, что создает удобства при необходимости частого ввода чисел. По периферии клавиатуры размещаются служебные функциональные клавиши: Enter, Esc, Delete, Insert, Tab и др., а также "программируемые" функциональные клавиши (FI - F12). Функциональные клавиши в программах выполняют в основном специальные операции. К примеру, клавиша Esc обычно означает "отмену" или "возврат", клавиша Insert-"вставку" и т.п. Назначение программируемых функциональных клавиш FI-F12 более гибко: как правило, определяется в соответствующих программах и приводится в их документации. Служебные клавиши (Shift, Alt, Ctrl) и индикаторы режимов (Print screen. Caps Lock, Break) служат для переключения назначения алфавитно-цифровых клавиш, вывода "образа экрана дисплея" на принтер, изменения режима работы и прерывания программ. Клавиши управления (*-, Т, -** и 1) необходимы для позиционирования курсора на экране дисплея. Ряд клавиш обеспечивают перемещение курсора в начальную или конечную позицию на строке экрана дисплея (Home, End), а также на страницу вперед или назад (PgUp и Pgdn).

клавиатура конструируется в соответствии с эргономическими требованиями: она должна создавать удобство для длительной работы; расположение алфавитно-цифровых клавиш должно соответствовать стандартам на клавиатуры для пишущих машинок. Типичные размеры клавиатуры - 40х450х180 мм. При разработке клавиатуры учитывается возможность предельного сокращения нажатий на клавиши пользователя. Это достигается изменением значений отдельных клавиш программным путем. Клавиатура ПЭВМ передает МП не код символа, а порядковый номер нажатой клавиши и продолжительность времени каждого нажатия. Интерпретация смысла нажатой клавиши выполняется программным путем. Таким образом, кодировка клавиши оказывается независимой от кодировки символов, что значительно упрощает работу с клавиатурой.

ДИСПЛЕЙ

Дисплей (монитор) - основное устройство для отображения информации, выводимой во время работы программ на ПЭВМ. Дисплеи могут существенно различаться; от их характеристик зависят возможности машин и используемого программного обеспечения. Различают дисплеи, пригодные для вывода лишь алфавитно-цифровой информации, и графические дисплеи. Другой важный признак - возможность поддержки цветного или только монохромного изображения. Важными техническими параметрами являются текстовой формат и разрешающая способность изображения. Текстовой формат (в текстовом режиме) характеризуется числом символов в строке и числом текстовых строк на экране. В графическом режиме разрешающая способность задается числом точек по горизонтали и числом точечных строк по вертикали. Другой характерный параметр - количество поддерживаемых уровней яркости в монохромном режиме и соответственно количество цветов при цветном изображении. Не менее важным параметром является и размер экрана: он определяет различимость изображения в целом и четкость его отдельных элементов, в том числе букв и цифр.

Указанные параметры зависят как от конструкции экрана, так и от схемы управления, сосредоточенной в системном блоке. В настоящее время в большинстве случаев применяется схема формирования изображения на основе растровой памяти (bit mapping). Каждый элемент изображения - одна точка на экране дисплея - формируется из фрагмента растровой памяти, состоящего из 1, 2 или 4 бит. Информация, записанная в указанных битах, управляет яркостью (или цветом) точки на экране, а также ее миганием и другими возможными атрибутами. Объем растровой памяти прямо связан с разрешающей способностью дисплея. Дисплею, к примеру, с двумя уровнями яркости и разрешающей способностью 640х200 точек требуется 26 Кбайт растровой памяти. Если же при этом необходимо управлять 16 цветами для каждой точки, требуемый объем растровой памяти составит не менее 64 Кбайт; а при двуцветном экране с разрешающей способностью 1024х1024 потребуется уже 132 Кбайт растровой памяти. Фигурнов В.Э. IBM PC для пользователя. - М.: Финансы и статистика, 1994. При таком методе управления изображением знаки выводятся на экран при помощи специальных знакогенераторов - особых электронных схем, управляемых точечными матрицами, на которых формируется изображение каждого символа.

Большинство профессиональных ПЭВМ использует дисплеи, основанные на монохромных или цветных ЭЛТ.

Дисплей подключается к системному блоку с помощью контроллера, чаще всего выполненного в виде отдельной платы (адаптеру), вставляемой в системный блок. Адаптер обычно содержит растровую память и схему управления. Кроме того, на нем размещается микросхема ПЗУ, в которой записываются образы знаковых матриц, выводимых на экран. Сменив эту микросхему, можно тем самым изменить знакогенератор. Контроллер согласуется с типом дисплея, для которого он предназначен. Наиболее часто в IBM-совместимых ПЭВМ используются мониторы типа VGA или SVGA, а в более ранних моделях - CGA, EGA, Hercules.

В профессиональных ПЭВМ широко применяются цветные мониторы с очень высоким разрешением (1024х1024 и 2048х2048 точек) и возможностью получения изображений из 4096 базовых цветов, что обеспечивает до 16 млн. оттенков.

Пользователи ПЭВМ проводят в непосредственной близости от работающих дисплеев многие часы подряд. В связи с этим фирмы - производители дисплеев усилили внимание к оснащению экранов дисплеев специальными средствами защиты от всех видов воздействий, которые негативно сказываются на здоровье пользователя. Так, фирма Samsung выпускает дисплеи "Low Radiation" с нанесенным на экран специальным покрытием, снижающим уровень жесткого излучения. Используются и другие методы, повышающие комфортность работы с дисплеями.

МАНИПУЛЯТОРЫ

Общение пользователя с ПЭВМ облегчается с помощью различных манипуляторов. Наиболее распространенным из них является так называемая мышь. Мышь представляет Собой небольшую коробочку с двумя или тремя клавишами и утопленным свободно вращающимся в любом направлении шариком на нижней поверхности. Коробочка подключается к компьютеру при помощи специального шнура. Пользователь, перемещая мышь по поверхности стола (обычно для этого используются специальные резиновые коврики), позиционирует указатель мыши (стрелку, прямоугольник) на экране дисплея, а нажатием клавиш выполняет определенное действие, связанное с соответствующей клавишей (например, выполняет определенный пункт меню). Мышь требует специальной программной поддержки.

В портативных ПЭВМ мышь обычно заменяется особым встроенным в клавиатуру шариком на подставке с двумя клавишами по бокам, называемым трекбол. Позиционирование указателя трекбола на экране дисплея производится вращением этого шарика. Клавиши трекбола имеют то же значение, что и клавиши мыши. Несмотря на наличие трекбола, пользователь портативной' ПЭВМ может использовать и обычную мышь, подключив ее к соответствующему порту.

Для непосредственного считывания графической информации с бумажного или иного носителя в ПЭВМ применяются оптические сканеры. Сканеры бывают настольные, позволяющие обрабатывать весь лист бумаги или пленки целиком, а также ручные. Ручные сканеры проводят над нужными рисунками или текстом, обеспечивая их считывание. Введенный при помощи сканера рисунок распознается ПЭВМ с помощью специального программного обеспечения. Рисунок может быть не только сохранен, но и откорректирован по желанию пользователя соответствующими графическими пакетами программ. В настоящее время выпускаются черно-белые и цветные сканеры с точностью разрешения до 8000 точек на дюйм (более 300 точек на 1 мм ), однако эти устройства весьма дороги. Использование сканеров для непосредственного ввода в ПЭВМ текстовой информации с ее последующим редактированием затруднено также значительной сложностью программного обеспечения, необходимого для правильного распознавания и интерпретации отдельных символов.

Для той же цели, т.е. для ввода рисунков в ПЭВМ, может использоваться также так называемое световое перо и различные диджитайзеры.

К ручным манипуляторам относится и джойстик (joystick), представляющий собой подвижную рукоять с одной или двумя кнопками, при помощи которой можно позиционировать указатель на экране дисплея. Кнопки имеют то же назначение, что и клавиши мыши. Джойстик чаще используется в бытовых ПЭВМ, в первую очередь для игровых применений.

ВНЕШНИЕ ЗАПОМИНАЮЩИЕ УСТРОЙСТВА

Как уже указывалось выше, в ПЭВМ в основном используются НГМД и НЖМД типа "винчестер".

Накопители на гибких дисках служат для хранения программ и данных небольшого объема и удобны для перенесения информации с одной ПЭВМ на другую.

На рабочей поверхности диска (дискеты) по концентрическим окружностям, размещенным на определенном расстоянии от центрального отверстия, записываются данные. Стандартный формат дискеты для IBM PC и совместимых с ней ПЭВМ имеет 40 (80) дорожек. Каждая дорожка разделена на части, называемые "секторами" или "записями". Секторы представляют собой основную единицу хранения информации на дискете. При чтении или записи устройство всегда считывает или записывает целое число секторов независимо от объема запрашиваемой информации.

Емкость сектора (число байтов или слов) - основная характеристика формата данных на носителе. Она определяется наименьшим количеством данных, которое может быть считано или записано на дискету за одну операцию ввода-вывода.

Данные на дискете могут размещаться как на одной стороне, так и на двух ее сторонах.

Важной характеристикой дискеты является плотность записи. Дискеты могут быть с одинарной, двойной и повышенной (учетверенной) плотностью записи. При одинарной плотности записи на двусторонней дискете диаметром 5,25 дюйма сохраняется до 780 Кбайт, а при повышенной плотности записи емкость НГМД составляет до 1,2 Мбайт.

Существуют два способа разбивки (разметки) дорожек на секторы: фиксированный (или аппаратный) и программный. Если размер сектора задан жестко и определяется механическими характеристиками устройства, такая разметка называется фиксированной. При фиксированной разметке индексные отверстия, расположенные по кругу, обозначают начало каждого сектора и, следовательно, его положение на дискете точно определено.

Для стандартных дискет ПЭВМ размером 133 мм (5,25 дюйма) расположение дорожек на дискете и число сторон неизменны: они определяются характеристиками самих дискет. Однако количество секторов на дорожке и их размер могут определяться программно в процессе разметки (форматирования). Именно поэтому гибкие диски называют также дисками с программной разметкой секторов (soft-sector). Форматирование выполняется либо программами операционной системы, либо программами BIOS.

Размер сектора 5,25-дюймового диска, поддерживаемого системой BIOS, может составлять 128,256,512 и 1024 байт.

В последние годы широкое распространение получили НГМД диаметром 3 дюйма. Их емкость достигает 1,44 Мбайт. Достоинством этих НГМД по сравнению с 5,25-дюймовыми дискетами являются не только большая компактность, но и наличие жесткого пластикового корпуса со специальной металлической сдвигающейся крышкой, защищающего рабочие поверхности дискеты от загрязнения и механических повреждений. Специальные сдвигающиеся рычажки на корпусе дискеты обеспечивают ее механическую защиту от записи.

Как правило, современные настольные ПЭВМ имеют ВЗУ для обоих типов дискет, а портативные - лишь для 3-дюймовых.

Накопители на жестких магнитных дисках ("винчестер") содержат несколько дисков, объединенных в пакет. Чаще всего такой пакет включает 4-6 дисков диаметром 5,25 или (в портативных ПЭВМ) 3 дюйма. НЖМД является несменяемым, располагается внутри системного блока.

В НЖМД магнитные головки, объединенные в блок, перемещаются одновременно в радиальном направлении по отношению к дискам. Дорожки с одинаковыми номерами на разных поверхностях дисков образуют цилиндр. Цилиндр имеет тот же номер, что и объединенные им дорожки. Любой диск имеет физический и логический формат. Физический формат диска определяет размер сектора (в байтах), число секторов на дорожке (или - для жестких дисков - в цилиндре), число дорожек (цилиндров) и число сторон.

Логический формат диска задает способ организации информации на диске и фиксирует размещение информации различных типов.

В отличие от гибких дисков, физический и логический форматы которых устанавливаются в процессе форматирования дискеты, жесткие диски поступают к потребителю с определенным физическим форматом. Логическая структура жесткого диска устанавливается пользователем, причем это должно быть сделано до применения этого диска операционной системой. Установка логической структуры диска выполняется в два этапа. Сначала жесткий диск разбивается на части, каждая из которых может использоваться своей операционной системой. Далее каждую из этих частей необходимо отформатировать в соответствии с требованиями той операционной системы, для которой она предназначена.

Наиболее часто применяются форматы данных, соответствующие фиксированным числам секторов на одной дорожке, например, форматы с 17 или 32 секторами на дорожке. При этом емкость информации в одном секторе колеблется от 512 до 1024 байт.

Для организации хранения и учета данных на диске можно использовать различные схемы, каждая из которых имеет свои достоинства и недостатки с точки зрения эффективности использования пространства памяти диска, скорости доступа, безопасности и качества хранения данных.