Устройство персонального компьютера

  Разрядность процессора показывает, сколько бит  данных он может принять и обработать в своих регистрах за один раз (за один такт). Первые процессоры х86 были 16-разрядными. Начиная с процессора 80386 они имеют 32-разрядную архитектуру. Современные процессоры семейства Intel Pentium остаются 32-разрядными, хотя и работают с 64-разрядной шиной данных (разрядность процессора определяется не разрядностью шины данных, а разрядностью командной шины).

  В основе работы процессора лежит тот  же тактовый принцип, что и в обычных  часах. Исполнение каждой команды занимает определенное количество тактов. В  настенных часах такты колебаний  задает маятник; в ручных механических часах их задает пружинный маятник; в электронных часах для этого  есть колебательный контур, задающий такты строго определенной частоты. В персональном компьютере тактовые импульсы задает одна из микросхем, входящая в микропроцессорный комплект (чипсет), расположенный на материнской плате. Чем выше частота тактов, поступающих на процессор, тем больше команд он может исполнить в единицу времени, тем выше его производительность. Первые процессоры х86 могли работать с частотой не выше 4,77МГц, а сегодня рабочие частоты некоторых процессоров уже превосходят 500 миллионов тактов в секунду (500МГц).

  Тактовые  сигналы процессор получает от материнской  платы, которая, в отличие от процессора, представляет собой не кристалл кремния, а большой набор проводников  и микросхем. По чисто физическим причинам материнская плата не может  работать со столь высокими частотами, как процессор. Сегодня ее предел составляет 100-133МГц. Для получения  более высоких частот в процессоре происходит внутреннее умножение частоты  на коэффициент 3; 3,5; 4; 4,5; 5 и более.

  Обмен данными внутри процессора происходит в несколько раз быстрее, чем  обмен с другими устройствами, например с оперативной памятью. Для того чтобы уменьшить количество обращений к оперативной памяти, внутри процессора создают буферную область — так называемую кэш-память. Это как бы «сверхоперативная  память». Когда процессору нужны  данные, он сначала обращается в  кэш-память, и только если там нужных данных нет, происходит его обращение  в оперативную память. Принимая блок данных из оперативной памяти, процессор  заносит его одновременно и в  кэш-память. «Удачные» обращения  в кэш-память называют попаданиями  в кэш. Процент попаданий тем  выше, чем больше размер кэш-памяти, поэтому высокопроизводительные процессоры комплектуют повышенным объемом  кэш-памяти.

  Нередко кэш-память распределяют по нескольким уровням. Кэш первого уровня выполняется  в том же кристалле, что и сам  процессор, и имеет объем порядка  десятков Кбайт. Кэш второго уровня находится либо в кристалле процессора, либо в том же узле, что и процессор, хотя и исполняется на отдельном  кристалле. Кэш-память первого и  второго уровня работает на частоте, согласованной с частотой ядра процессора.

  Кэш-память третьего уровня выполняют на быстродействующих  микросхемах типа SRAM и размещают  на материнской плате вблизи процессора. Ее объемы могут достигать нескольких Мбайт, но работает она на частоте  материнской платы.

Функции микропроцессорного комплекта (чипсета)

  Параметры микропроцессорного комплекта (чипсета) в наибольшей степени определяют свойства и функции материнской платы. В настоящее время большинство чипсетов материнских плат выпускаются на базе двух микросхем, получивших название «северный мост» и «южный мост».

  «Северный мост» управляет взаимосвязью четырех  устройств: процессора, оперативной  памяти, порта AGP и шины PCI. Поэтому  его также называют четырехпортовым  контроллером.

  «Южный  мост» называют также функциональным контроллером. Он выполняет функции  контроллера жестких и гибких дисков, функции моста ISA — PCI, контроллера  клавиатуры, мыши, шины USB и т.п.

ПЕРИФЕРИЙНЫЕ  УСТРОЙСТВА ПК

  Периферийные  устройства персонального компьютера подключаются к его интерфейсам  и предназначены для выполнения вспомогательных операций. Благодаря  им компьютерная система приобретает гибкость и универсальность.

  По  назначению периферийные устройства можно  подразделить на:

  -    устройства ввода данных;

  -    устройства вывода данных;

  -    устройства хранения данных;

  -    устройства обмена данными.

Устройства  ввода знаковых данных

Специальные клавиатуры

  Клавиатура  является основным устройством ввода  данных. Специальные клавиатуры предназначены  для повышения эффективности  процесса ввода данных. Это достигается  путем изменения формы клавиатуры, раскладки ее клавиш или метода подключения  к системному блоку.

  Клавиатуры, имеющие специальную форму, рассчитанную с учетом требований эргономики, называют эргономичными клавиатурами. Их целесообразно  применять на рабочих местах, предназначенных  для ввода большого количества знаковой информации. Эргономичные клавиатуры не только повышают производительность наборщика и снижают общее  утомление в течение рабочего дня, но и снижают вероятность  и степень развития ряда заболеваний, например туннельного синдрома кистей рук и остеохондроза верхних  отделов позвоночника.

  Раскладка клавиш стандартных клавиатур далека от оптимальной. Она сохранилась со времен ранних образцов механических пишущих машин. В настоящее время существует техническая возможность изготовления клавиатур с оптимизированной раскладкой, и существуют образцы таких устройств (в частности, к ним относится клавиатура Дворака). Однако практическое внедрение клавиатур с нестандартной раскладкой находится под вопросом в связи с тем, что работе с ними надо учиться специально. На практике подобными клавиатурами оснащают только специализированные рабочие места.

  По  методу подключения к системному блоку различают проводные и  беспроводные клавиатуры. Передача информации в беспроводных системах осуществляется инфракрасным лучом. Обычный радиус действия таких клавиатур составляет несколько метров. Источником сигнала  является клавиатура.

Устройства  командного управления

Специальные манипуляторы

  Кроме обычной мыши существуют и другие типы манипуляторов, например: трекболы, пенмаусы, инфракрасные мыши.

  Трекбол в отличие от мыши устанавливается  стационарно, и его шарик приводится в движение ладонью руки. Преимущество трекбола состоит в том, что он не нуждается в гладкой рабочей  поверхности, поэтому трекболы нашли  широкое применение в портативных  персональных компьютерах.

  Пенмаус представляет собой аналог шариковой авторучки, на конце которой вместо пишущего узла установлен узел, регистрирующий величину перемещения.

  Инфракрасная  мышь отличается от обычной наличием устройства беспроводной связи с  системным блоком.

  Для компьютерных игр и в некоторых  специализированных имитаторах применяют  также манипуляторы рычажно-нажимного  типа (джойстики) и аналогичные им джойпады, геймпады и штурвально-педальные устройства. Устройства этого типа подключаются к специальному порту, имеющемуся на звуковой карте, или к порту USB.

Устройства  ввода графических  данных

  Для ввода графической информации используют сканеры, графические планшеты (дигитайзеры) и цифровые фотокамеры. Интересно  отметить, что с помощью сканеров можно вводить и знаковую информацию. В этом случае исходный материал вводится в графическом виде, после чего обрабатывается специальными программными средствами (программами распознавания  образов).

Планшетные  сканеры

  Планшетные  сканеры предназначены для ввода  графической информации с прозрачного  или непрозрачного листового  материала. Принцип действия этих устройств  состоит в том, что луч света, отраженный от поверхности материала (или прошедший сквозь прозрачный материал), фиксируется специальными элементами, называемыми приборами  с зарядовой связью (ПЗС). Обычно элементы ПЗС конструктивно оформляют  в виде линейки, располагаемой по ширине исходного материала. Перемещение  линейки относительно листа бумаги выполняется механическим протягиванием  линейки при неподвижной установке  листа или протягиванием листа  при неподвижной установке линейки.

  Основными потребительскими параметрами планшетных сканеров являются:

  -    разрешающая способность;

  -    производительность;

  -    динамический диапазон;

  -    максимальный размер сканируемого материала.

  Разрешающая способность планшетного сканера  зависит от плотности размещения приборов ПЗС на линейке, а также  от точности механического позиционирования линейки при сканировании. Типичный показатель для офисного применения: 600-1200dpi (dpi — dots per inch — количество точек на дюйм). Для профессионального применения характерны показатели 1200-3000dpi.

  Производительность  сканера определяется продолжительностью сканирования листа бумаги стандартного формата и зависит как от совершенства механической части устройства, так  и от типа интерфейса, использованного  для сопряжения с компьютером.

  Динамический  диапазон определяется логарифмом отношения  яркости наиболее светлых участков изображения к яркости наиболее темных участков. Типовой показатель для сканеров офисного применения составляет 1,8-2,0, а для сканеров профессионального  применения — от 2,5 (для непрозрачных материалов) до 3,5 (для прозрачных материалов).

Устройства  хранения данных

  Необходимость во внешних устройствах хранения данных возникает в двух случаях:

  -    когда на вычислительной системе обрабатывается больше данных, чем можно разместить на базовом жестком диске;

  -    когда данные имеют повышенную ценность и необходимо выполнять регулярное резервное копирование на внешнее устройство (копирование данных на жестком диске не является резервным и только создает иллюзию безопасности).

  В настоящее время для внешнего хранения данных используют несколько  типов устройств, использующих магнитные  или магнитооптические носители.

Стримеры

  Стримеры  — это накопители на магнитной  ленте. Их отличает сравнительно низкая цена. К недостаткам стримеров  относят малую производительность (она связана прежде всего с тем, что магнитная лента — это устройство последовательного доступа) и недостаточную надежность (кроме электромагнитных наводок, ленты стримеров испытывают повышенные механические нагрузки и могут физически выходить из строя).

  Емкость магнитных кассет (картриджей) для  стримеров составляет до нескольких сот Мбайт. Дальнейшее повышение  емкости за счет повышения плотности  записи снижает надежность хранения, а повышение емкости за счет увеличения длины ленты сдерживается низким временем доступа к данным.

ZIP-накопители

  ZIP-накопители  выпускаются компанией Iomega, специализирующейся на создании внешних устройств для хранения данных. Устройство работает с дисковыми носителями, по размеру незначительно превышающими стандартные гибкие диски и имеющими емкость 100/250 Мбайт. ZIP-накопители выпускаются во внутреннем и внешнем исполнении. В первом случае их подключают к контроллеру жестких дисков материнской платы, а во втором — к стандартному параллельному порту, что негативно сказывается на скорости обмена данными.

Накопители  HiFD

  Основным  недостатком ZIP-накопителей является отсутствие их совместимости со стандартными гибкими дисками 3,5 дюйма. Такой совместимостью обладают устройства HiFD компании Sony. Они позволяют использовать как специальные носители емкостью 200Мбайт, так и обычные гибкие диски. В настоящее время распространение этих устройств сдерживается повышенной ценой.