Устройство компьютера

Устройство  компьютера. 

1.1. Как он устроен  и как работает 
1.2. Системный блок компьютера 
1.3. Память компьютера

      Введение 

      Едва  ли сейчас можно найти человека, который никогда не слышал о персональных компьютерах или никогда их не видел. Персональные компьютеры выпускаются в разных корпусах. На рис. 1.1 показан внешний вид настольного персонального компьютера.  

Рис. 1.1. Настольный персональный компьютер. 

      Если  вы много путешествуете, можете брать  компьютер с собой. В этом случае вам подойдет компьютер блокнотного типа. Он имеет размеры небольшой книги (рис. 1.2).  
 
 
 

Рис. 1.2. Блокнотный персональный компьютер.

      Есть  и другие варианты конструктивного  исполнения компьютеров. Окончательный выбор - дело вашего вкуса. Однако если вы планируете подключать к компьютеру большое количество внешних устройств, приобретайте компьютер с большим, просторным корпусом и мощным блоком питания. Впрочем, об этом чуть позже.

1.1. Как он устроен и как работает

      Любой компьютер (даже самый большой) состоит  из четырех частей - устройства ввода  информации, устройства обработки информации, устройства хранения и устройства вывода информации. Конструктивно эти части  могут быть объединены в одном  корпусе размером с книгу (компьютеры класса Notebook - записная книжка) или же каждая часть может состоять из нескольких достаточно громоздких устройств (большие компьютеры, такие как ЕС ЭВМ).

      Чаще  всего персональный компьютер состоит  из системного блока (показан справа от видеомонитора на рис. 1.1), видеомонитора (рис. 1.3), клавиатуры (рис. 1.4), принтера (рис. 1.5), мыши (рис. 1.6). Иногда к компьютеру дополнительно подключаются звуковые колонки, головные телефоны и микрофон, а также другие устройства ввода и вывода информации, например, устройство ввода графической информации, которое называется сканер (рис. 1.7).

       Системный блок объединяет устройства обработки и хранения информации.  

Рис. 1.3. Видеомонитор.

      Видеомонитор напоминает бытовой телевизор, однако обычно он обладает более высоким разрешением. Нетрудно догадаться, что монитор предназначен для вывода информации. Компьютер может выводить на экран монитора как текстовую, так и графическую информацию. С помощью специального (и довольно дорогостоящего оборудования) к компьютеру можно подключить бытовой видеомагнитофон и одновременно с обычной работой просматривать в небольшом окне экрана монитора (или на всем экране) видеофильмы.  

Рис. 1.4. Клавиатура.

      Клавиатура  компьютера напоминает клавиатуру пишущей  машинки. Ее назначение аналогично - набирать текст. Однако в компьютере набираемый текст не печатается сразу на бумаге, а запоминается на диске - запоминающем устройстве, расположенном в основном блоке. Кроме набора текста клавиатура используется для управления компьютером, а также для решения других задач, о чем вы еще узнаете.  

Рис. 1.5. Принтер.

      Принтер предназначен для печати информации, хранящейся в основном блоке компьютера. Это может быть текст, графическое изображение, таблицы и т. п.. Промышленность выпускает принтеры на любой вкус - от самых дешевых, стоимостью $100 - $200, которые печатают медленно и не очень качественно, до дорогих лазерных и цветных струйных принтеров, которые стоят от сотен долларов до нескольких тысяч долларов и обеспечивают качество, обычно достижимое лишь в типографии.  

Рис. 1.6. Мышь.

      Мышь - это небольшая коробочка, с одной, двумя или тремя кнопками на верхней крышке. Для работы с мышью ее надо передвигать по поверхности стола. Компьютер следит за перемещениями мыши и передвигает на экране монитора изображение специального указателя - курсора. Таким образом, передвигая мышь по поверхности стола вы будете передвигать курсор по экрану монитора.

      С помощью мыши вы можете указывать  компьютеру на те элементы изображения, с которыми он должен что-либо сделать. Установив курсор на объект, следует  нажать одну из кнопок. При этом компьютер узнает, что вы установили курсор на нужный объект.

      Для выполнения на компьютере некоторых  задач (например, таких как создание графических изображений) мышь даже более нужна чем клавиатура, так  как является графическим устройством  ввода компьютера.

С помощью  звуковых колонок, головных телефонов  и микрофона компьютер может  общаться с человеком естественным для человека способом. Жаль только, что человеческую речь компьютер  понимает пока с большим трудом, если вообще понимает...

 

Рис. 1.7. Сканер.

      Сканер  предназначен для ввода в компьютер  графических изображений, таких  как черно/белые или цветные  фотографии. С помощью сканера  можно ввести в компьютер графическое  изображение страницы книги с  текстом. Компьютер сможет "прочитать" это изображение и преобразовать его в обычный текст. Этот текст впоследствии можно будет отредактировать или отформатировать. Однако чаще всего сканер используется для ввода фотографий.

      С помощью плоттера компьютер может вычертить чертеж детали, географическую карту или другое подобное изображение. Плоттер рисует специальными цветными фломастерами. Качество обычно хуже, чем достижимое на лазерном принтере, однако есть плоттеры, способные работать с бумагой очень большого размера, например, формата А0 (33,11" x 46,81" или 841 мм х 1189 мм). Лазерные принтеры обычно используют формат бумаги А4 (8,27" x 11,69" или 210 мм х 297 мм), и только некоторые из них - А3 (11.69" x 16,54" или 297 мм х 420 мм).

      Такое устройство, как дигитайзер, нужно далеко не всем. Это устройство состоит из планшета и специальной коробочки с кнопками. Дигитайзер предназначен для полуавтоматического ввода в компьютер чертежей, схем, географических карт. Чертеж или рисунок кладется на планшет, сверху располагается коробочка, соединенная с планшетом. Через специальную линзу с перекрещивающимися линиями вы видите поверхность чертежа или рисунка, на которой лежит коробочка. Перемещая перекрестие линий от одной точки чертежа к другой и нажимая кнопки на коробочке, вы можете ввести в компьютер карандашный эскиз детали или географическую карту.

      К компьютеру можно подключить и другие устройства, например, устройство для  чтения штрихового кода, используемого  для маркировки товара в магазинах, или модем.

      Итак, компьютер состоит из четырех частей, в качестве которых могут быть использованы описанные выше устройства. Как эти части соединяются и как взаимодействуют между собой?

На рис. 1.8 изображены те действия над информацией, которые может выполнять компьютер.  
 
 
 
 

      Рис 1.8. Действия, выполняемые  компьютером 

       Компьютер может вводить информацию, обрабатывать, выводить, а также  накапливать. Не вдаваясь в детали, отметим, что вся информация хранится в компьютере в виде чисел (даже текстовая, звуковая или графическая).

      Устройства  ввода преобразуют вводимую информацию в числа. Например, когда вы нажимаете  клавиши на клавиатуре, из нее в  основной блок передаются числа, соответствующие  нажимаемой клавише. Если вводится звуковая информация, она также преобразуется в поток чисел, каждое из которых соответствует амплитуде звукового сигнала в данный момент времени. При вводе изображения при помощи сканера полученный образ хранится в виде чисел, описывающих цвет и интенсивность отдельных точек изображения. При передвижении мыши по поверхности стола направление перемещения мыши и расстояние преобразуются в цифровую форму и передаются в компьютер.

      Человеку  неудобно работать с цифровой информацией, он предпочитает аналоговую. Например, многие люди привыкли к механическим часам и не покупают электронные с цифровой индикацией, так как им легче определять время по положению стрелок. Компьютер (вернее, устройство обработки информации, входящее в состав компьютера), "любит" иметь дело с числами.

      Поэтому получив от человека информацию, после  обработки компьютер должен преобразовать  ее из цифровой формы в форму, удобную  для человека. Устройства вывода выдают человеку готовый результат обработки  в виде изображения, звука и т. д.

      Что же касается хранения информации, то она хранится в цифровом виде. Это удобно для обработки информации компьютером. Обычный пользователь никогда не имеет непосредственного доступа к информации, хранящейся в устройствах памяти компьютера, поэтому для него не имеет значения формат записанных там данных.

      Помимо  введенной для обработки информации в компьютере хранится и другой вид  данных - программы для работы с  информацией. Программы хранятся в  виде чисел и представляют собой  ни что иное, как инструкции компьютеру по работе с информацией. Программы предписывают компьютеру, какие следует выполнять операции в ответ на действия человека, работающего с компьютером. Как правило, для решения каждой задачи требуется иметь отдельную программу, хотя бывают и универсальные программы, способные выполнять несколько разных задач.

      Программы составляются людьми, чья профессия - программисты. Составление программ - чрезвычайно сложная задача, требующая  значительной специальной подготовки, больших затрат труда и времени. Программирование "на хорошем уровне" доступно лишь профессионалам высокого класса. Однако пользователям компьютеров не стоит волноваться по этому поводу. В настоящий момент можно купить программу, подходящую для решения практически любой задачи. Для использования компьютера от вас не требуется умения составлять программы, как не требуется и детального знакомства с устройством и принципами работы компьютера.

1.2. Системный блок  компьютера

      Что же скрывается внутри системного блока  компьютера? Там находится устройство обработки информации, устройства хранения информации и другие узлы.

      Если  открыть корпус системного блока  компьютера (рис. 1.11), вы увидите блок питания (Power Supply), большую печатную плату с микросхемами, называемую материнской платой (Motherboard), в которую  вставлены платы размером поменьше - контроллеры, а также устройства внешней памяти - накопители на гибких магнитных дисках (FDD или НГМД) и накопители на магнитных (жестких) дисках (HDD или НМД). Внутри корпуса есть также маленький громкоговоритель и много соединительных кабелей.

      Устройства  ввода/вывода, такие как мышь (Mouse), клавиатура (Keyboard), видеомонитор и принтер (Printer) подключаются непосредственно  к материнской плате либо к  контроллерам (Controller) - маленьким платам, вставленным в материнскую плату. Аналогично подключаются к материнской плате НГМД, НМД и громкоговоритель, а также кнопки и светодиоды, расположенные на лицевой панели корпуса основного блока.  

Рис. 1.11. Системный блок компьютера.

      На  материнской плате есть большая микросхема - центральный процессор (CPU или ЦП). Это мозг компьютера. Процессор выполняет всю обработку данных, поступающих в компьютер и хранящихся в памяти компьютера. Обработка выполняется по управлением программы, которая, как я уже писала, также хранится в памяти компьютера. Персональные компьютеры оснащаются центральными процессорами разной мощности (производительности). В зависимости от решаемой вами задачи может потребоваться тот или иной процессор, о чем я еще буду говорить.

Кроме центрального процессора, на материнской  плате расположено еще одно важнейшее  устройство - оперативная память или  оперативное запоминающее устройство (RAM или ОЗУ). ОЗУ имеет относительно небольшой объем - обычно от 1 до 16 мегабайт, однако, как это видно из названия, центральный процессор имеет оперативный (быстрый) доступ к данным, записанным в ОЗУ (на извлечение данных из ОЗУ требуется не более 60-100 наносекунд). Говорят, что данные в ОЗУ имеют малое время доступа.

      Почему  вся память компьютера не работает так же быстро, как ОЗУ? Тому есть две причины. Во-первых, быстродействующая память дорого стоит. Во-вторых, все данные, хранящиеся в ОЗУ, пропадают при выключении питания компьютера. Устройства памяти типа НМД или НГМД сохраняют данные, даже если компьютер не работает, и могут использоваться для долговременного хранения информации, однако время доступа к данным даже для лучших НМД составляет 5-10 миллисекунд, а для НГМД оно существенно больше.

1.3. Память компьютера

      Расскажем подробнее о том, как устроена и работает память компьютера.

ОЗУ и ПЗУ

      Вы  уже знаете, что на материнской  плате компьютера есть оперативное  запоминающее устройство (ОЗУ) емкостью несколько мегабайт с малым временем доступа. Эта память используется для  временного хранения данных, обрабатываемых центральным процессором. Однако в ОЗУ хранятся не только данные, туда перед запуском должна быть записана программа.