Системные периферийные устройства

Оглавление

Процессоры ПК 3

Общие сведения о периферийных устройствах ПК 7

Системные периферийные устройства 8

Дополнительные периферийные устройства 13

Внешняя память компьютера 14

Задание 1 18

Задание 2 20

Задание 3 24

Литература 26

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Процессоры ПК

Основой персональной техники стала  изобретенная еще в 1959 году сотрудниками фирмы Texas Instruments интегральная микросхема - полупроводниковое устройство, содержащее на одном кристалле (чипе) в то время всего 6 эквивалентных транзисторов. Разработка новых микросхем и процесс их производства постоянно совершенствуется, и в 1969 году фирма Intel выпустила микросхему памяти емкостью 1 Кбит, а в 1971 году - первый микропроцессор. Вслед за этим, уже в 1973 году появились микропроцессорные комплекты, позволяющие промышленно изготавливать на одной печатной плате персональные компьютеры.

Центром вычислительной системы является ее процессор. Это основное звено, или "мозг" компьютера. Именно процессор  обладает способностью выполнять команды, составляющие компьютерную программу. Персональные компьютеры строятся на базе микропроцессоров, выполняемых в настоящее время на одном кристалле (чипе).

IBM PC начинались с микропроцессора  8086 фирмы Intel (точнее, с его ослабленной и удешевленной версии 8088 и 8-разрядной шиной для PC XT (eXTended)). Затем появились компьютеры серии PC AT (Advanced Technology) 80286, 80З86, 80486 (общее обозначение - 80х86) с 16-разрядной шиной. После чего Intel изменила систему обозначений, и вместо 80586 возник Pentium. Следующий процессор при разработке обозначался Р6 и на рынке ожидался под именем Hexium (от греч. «гекса» - шесть), но появился в продаже как Pentium Pro - в знак того, что принципиально от Pentium не отличается, только заметно лучше.

Каждая новая модель умеет много  нового - и лучше выполняет старое. С каждым усовершенствованием растет частота тактовых импульсов, синхронизирующих работу всего компьютера (см. Приложение 4).

Внутреннее устройство процессоров  непрерывно совершенствуется, и каждый следующий тратит на одну и ту же работу вдвое меньше тактов, чем предыдущий. В 8088 одна команда занимала 5-15 тактов, в Pentium - 0,5-1 (внутреннее дублирование схем позволяет ему выполнять несколько команд одновременно). Поэтому с точки зрения производительности микропроцессора, т. е. сколько он выполняет миллионов операций в секунду (MIPS - Million Instruction Per Second), каждое его следующее поколение даже при одной и той же тактовой частоте работает быстрее.

При переходе от одного поколения  микропроцессоров к другому разработчики стремились сохранить набор основных команд, чтобы обеспечить преемственность и совместимость. При этом в формировании набора команд микропроцессора наметилось два направления. С одной стороны, программисту очень удобна машина, выполняющая одной командой какую-нибудь сложную операцию, например, команду извлечения квадратного корня. Но чем сложнее команды, тем сложнее схемы и дороже процессор. Поэтому программисты уже давно определили, какого минимального набора команд достаточно, чтобы программы из них было легко и удобно строить. А инженеры разработали схемы быстрого выполнения именно таких удобных команд. Программа, составленная из подобных простейших команд, - длиннее. Однако она исполняется настолько быстро, что в целом, все равно, ее исполнение занимает меньше времени. Кроме того, легче учесть взаимовлияние простых команд. Значит, проще оптимизировать программу, а затем эту оптимизацию автоматизировать.

Две противоположные тенденции, именуемые CISC - Complex Instruction Set Computer – «компьютер с полным набором команд» и RISC - Reduced Instruction Set Computer – «компьютер с  ограниченным набором команд», конкурируют  давно. Как правило, любые новые  достижения инженеров реализуются в ограниченном наборе (RISC), а по мере совершенствования переходят в полный (CISC) набор, как было с микропроцессорами 80х86.

Необходимо отметить еще одну важную особенность. Если команды просты, то легко определить, какие из них для каких поставляют исходные данные, и переупорядочить команды так, чтобы те из них, которые не влияют друг на друга, выполнялись одновременно, поэтому сейчас основные изготовители микропроцессоров ориентируются на RISC.

В 1997 году начат выпуск новых ММХ - процессоров (MultiMedia Extensions), обеспечивающих поддержку мультимедийных приложений «изнутри». Поскольку практически все мультимедийные данные представляются короткими 8-битными последовательностями, то для ускорения работы процессора в него добавили еще один конвейер для их упаковки в 64-битную пачку за счет введения в набор команд специальных 57 мультимедийных команд. Дополнительный блок обработки мультимедиа разгружает ядро процессора и снимает часть нагрузки видео и аудиокарт и средств телекоммуникации. Результаты тестов показали, что при выполнении традиционных приложений процессоры Pentium ММХ оказались на 10 - 15% производительнее прежних Pentium, а для программ, использующие ММХ - команды, - в 1,5 - 2,5 раза лучше. Однако использование этих команд приводит к новой переработке всего программного обеспечения, которое нельзя будет использовать на не мультимедийных процессорах (что, вообще говоря, заставляет купить новый компьютер).

Все последующие микропроцессоры  как фирмы Intel, так и других фирм являются мультимедийными с еще  большим набором специальных  команд (добавлено еще более 100 мультимедийных команд), хотя в обозначении микросхемы этот факт не находит отражения.

С начала 1998 года Intel избрал новую политику - дробить рынок на части и для каждой делать свой продукт. Так наряду с производительными и дорогими Pentium II (с начала 1999 г. Pentium III) появилось семейство Celeron (рис.1-1), нацеленное на низшую ценовую категорию для конкуренции с микропроцессорами фирмы AMD.

Процессоры следующего поколения Pentium III выпущены по новой (0.18 мкм) технологии и имеет более высокую тактовую частоту 500-550 МГц. В нем реализованы расширения инструкций, получившие название SSE (Streaming SIMD Extensions). Это позволяет достичь высоких скоростей разработки и насыщенности цифрового содержания для воспроизведения специальных эффектов, рендеринга, создания 3-мерных изображений и текстур, а также обеспечивает значительное повышение производительности сети и Internet-приложений, использующих протокол TCP/IP, а также увеличение производительности приложений с интенсивным использованием системной или кэш-памяти.

В последние годы Intel развивает  серию Pentium 4: 2000г.- Intel Pentium 4 (Willamette, Socket 423). Принципиально новый процессор с гиперконвейеризацией (hyperpipelining) - с конвейером, состоящим из 20 ступеней. Согласно заявлениям Intel, процессоры, основанные на данной технологии, позволяют добиться увеличения частоты примерно на 40 процентов относительно семейства P6 при одинаковом технологическом процессе. Применена 400 МГц системная шина (Quad-pumped), обеспечивающая пропускную способность в 3,2 ГБайта в секунду против 133 МГц шины с пропускной способностью 1,06 ГБайт у Pentium III. Кодовое имя: Willamette. Технические характеристики: технология производства - 0,18 мкм; тактовая частота - 1.3-2 ГГц; кэш первого уровня - 8 Кб; кэш второго уровня - 256 Кб (полноскоростной); процессор 64-разрядный; шина данных 64-разрядная (400 МГц); разъём Socket 423.

В 2001г. появился Intel Pentium 4 (Willamette, Socket 478). Этот процессор выполнен по 0.18 мкм процессу. Устанавливается в новый разъём Socket 478, поскольку предыдущий форм-фактор Socket 423 был «переходным» и Intel в дальнейшем не собирается его поддерживать. Кодовое имя: Willamette. Технические характеристики: технология производства - 0,18 мкм; тактовая частота - 1,3-2 ГГц; кэш первого уровня - 8 Кб; кэш второго уровня - 256 Кб (полноскоростной); процессор 64-разрядный; шина данных 64-разрядная (400 МГц); разъём Socket 478. Последние модификации процессора выпускаются по 0,13 мкм технологии с частотой системной шины 533 МГц.

Общие сведения о периферийных устройствах ПК

Различные типы периферийных устройств, подключаемых к компьютерной системе, играют важную роль в ее работе. Они  в значительной степени определяют возможности использования компьютеров и их технические характеристики. Широкий ассортимент выпускаемых периферийных устройств позволяет выбирать те из них, с которыми профессиональные компьютеры используются наиболее эффективно в различных областях деятельности.

В зависимости от функций, выполняемых  компьютерной системой, периферийные устройства могут подразделяться на две основные группы. К первой относятся  те периферийные устройства, наличие которых абсолютно необходимо для функционирования компьютерной системы. Их обычно называют системными периферийными устройствами. К этой группе относятся видеомонитор, клавиатура, накопитель на гибком магнитном диске (НГМД), накопитель на жестком магнитном диске (НЖМД) и печатающее устройство (принтер).

Ко второй группе периферийных устройств  относятся накопители на магнитной  ленте, устройства для ввода графической информации, устройства для вывода графической информации (плоттеры), модем, сканер, аудиоплата, мышь или трекбол, коммуникационные адаптеры и другие. Они предоставляют профессиональному компьютеру дополнительные возможности. Однако наличие их в его конфигурации определяется конкретной областью деятельности. В связи с этим данная группа носит название дополнительных периферийных устройств.

Многие периферийные устройства подсоединяются к компьютеру через специальные гнезда (разъемы),находящиеся обычно на задней стенке системного блока компьютера. Кроме монитора и клавиатуры такими устройствами являются:

• принтер – устройство для вывода на печать текстовой и графической информации;
• мышь – устройство, облегчающее ввод информации в компьютер;
• джойстик – манипулятор в виде укрепленной на шарнире ручки с кнопкой, употребляется в основном для компьютерных игр;

а также другие устройства.

Некоторые устройства, например, многие разновидности сканеров (приборов для  ввода рисунков и текста в компьютер), используют смешанный способ подключения: в системный блок компьютера вставляется только электронная плата (контроллер), управляющая работой устройства, а само устройство подсоединяется к этой плате кабелем.

В настоящее время разрабатываются  все более новые и совершенные  периферийные устройства.

Системные периферийные устройства

Видеомонитор

Видеомонитор (дисплей или просто монитор) – устройство отображения текстовой и графической информации в стационарных ПК – на экране электронно-лучевой трубки, а в портативных ПК – на жидкокристаллическом плоском экране.

Мониторы бывают цветными и монохромными, могут работать в одном из двух режимов: текстовом или графическом. В число символов изображаемых на экране в текстовом режиме могут входить и символы кириллицы (буквы русского алфавита).

На цветных мониторах каждому  знакоместу может соответствовать свой цвет символа и свой цвет фона, что позволяет выводить красивые цветные надписи на экран. На монохромных мониторах для выделения отдельных частей текста и участков экрана используется повышенная яркость символов, подчеркивание и инверсия изображения (темные символы на светлом фоне).

Графический режим монитора предназначен для вывода на экран графиков, рисунков. Разумеется, в этом режиме можно  также выводить и текстовую информацию в виде различных надписей, причем эти надписи могут иметь произвольный шрифт, размер букв.

Важной характеристикой монитора, определяющей четкость изображения на экране, является размер точки на экране. Чем меньше она, тем выше четкость. Обычно величина точки колеблется от 0,41 до 0,18 мм.

К прочим характеристикам монитора можно отнести: наличие плоского или выпуклого экрана, уровень высокочастотного радиоизлучения, частоту обновления изображения на экране, наличие системы энергосбережения.

 

Клавиатура

Клавиатура – один из важнейших  элементов связи человека с компьютером. Клавиатура является основным устройством ввода информации в персональный компьютер. Данные, которые требуется обработать, и команды, подлежащие выполнению, сообщаются компьютеру посредством клавиатуры. Кроме того, через нее производится управление работой компьютера во время выполнения программы.

Расположение букв на наборном поле клавиатуры аналогично обычной пишущей машинке, что дает возможность использовать в работе с компьютером навыки, приобретенные при работе с пишущей машинкой, достигая высокой скорости ввода как текста, так и цифровых данных.

При работе с компьютером возникает  необходимость ввода определенных команд или частого выполнения определенных функций. Занесение их всякий раз в печатном виде занимало бы много времени. Поэтому для ввода этих наиболее часто используемых команд и функций в клавиатурах компьютеров предусматриваются отдельный, так называемые функциональные клавиши. При нажатии каждой из них в компьютер вводится не отдельная буква или цифра, а целое предложение или команда. Так, например, при вводе текста в одной программе нажатие данной функциональной клавиши может означать "установить курсор в конце строки", а в другой программе ее нажатие означает "стереть текст до конца строки".

Клавиатура компьютеров имеет  также клавиши, облегчающие управление ими, - так называемые управляющие клавиши. Так, например, существуют отдельные клавиши для перемещения светового курсора по экрану, для вставки символов, для удаления символов.

К управляющим относятся также  клавиши, которыми задается работа со строчными или заглавными буквами, с русским или латинским алфавитом.

 

Принтер

Принтер (или печатающее устройство) предназначен для вывода информации на бумагу.  Все принтеры могут  выводить текстовую информацию, многие из них могут выводить также рисунки и графики, а некоторые принтеры могут выводить и цветные изображения.

Существует несколько тысяч  моделей принтеров, которые могут использоваться с ПК.  Как правило, применяются принтеры следующих типов: матричные, струйные и лазерные, однако встречаются и другие (светодиодные, термопринтеры и так далее).

 

Матричные (или точечно-матричные) принтеры – наиболее распространенный до недавнего времени тип принтеров для IBM PC. Принцип печати этих принтеров таков: печатающая головка принтера содержит вертикальный ряд тонких металлических стержней (иголок). Головка движется вдоль печатаемой строки, а стержни в нужный момент ударяют по бумаге через красящую ленту. Это и обеспечивает формирование на бумаге символов и изображений.