Устройства ввода информации

Содержание

Оглавление

Содержание. 1

ЧАСТЬ 1. АРХИТЕКТУРА ЭВМ. ПРИНЦИПЫ ФОН-НЕЙМАНА.. 2

ЧАСТЬ 2. ФУНКЦИОНАЛЬНО-СТРУКТУРНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ ПК.. 2

ЧАСТЬ 3. ПАМЯТЬ КОМПЬЮТЕРА.. 2

3.1. Внутренняя память. 2

3.1.1. Оперативная память RAM (Read Only Memory) 2

3.1.2. Постоянная память ROM (Read Only Menory) 2

3.1.3. Энергозависимая память CMOS (Comple- mentary Metal-Oxide-Semiconductor) 2

3.2. Внешняя память. 2

3.2.1. Накопители на мягких магнитных дисках. 2

3.2.2. Накопители на жестких магнитных дисках. 2

3.2.3. Накопители на оптических дисках. 2

ЧАСТЬ 4. ПЕРИФЕРИЙНЫЕ УСТРОЙСТВА.. 2

4.1. Устройства вывода информации. 2

4.2. Устройства ввода информации. 2

ЧАСТЬ 1. АРХИТЕКТУРА ЭВМ. ПРИНЦИПЫ ФОН-НЕЙМАНА

ЧАСТЬ 2. ФУНКЦИОНАЛЬНО-СТРУКТУРНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ ПК

ЧАСТЬ 3. ПАМЯТЬ КОМПЬЮТЕРА

Внутренняя память

Оперативная память RAM (Read Only Memory)

Постоянная память ROM (Read Only Menory)

3.1.3. Энергозависимая память CMOS (Comple-
mentary Metal-Oxide-Semiconductor)

Внешняя память

Накопители на мягких магнитных дисках.

Накопители на жестких магнитных дисках.

Накопители на оптических дисках.

ЧАСТЬ 4. ПЕРИФЕРИЙНЫЕ УСТРОЙСТВА

Устройства вывода информации

Устройства ввода информации

1. АРХИТЕКТУРА ЭВМ. ПРИНЦИПЫ ФОН-НЕЙМАНА.

Архитектура вычислительной машины (англ. сomputer architecture) – концептуальная структура вычислительной машины, определяющая проведение обработки информации и включающая методы преобразования информации в данные и принципы взаимодействия технических средств и программного обеспечения.

В основу построения большинства компьютеров положены принципы, сформулированные американским ученым Джоном фон Нейманом в 1945 г. (рис. 1):

Рис. 1 Архитектура фон-Неймана

1) Принцип двоичного кодирования.

2) Принцип (программного) управления.

3) Принцип однородности памяти (или принцип программы, сохраняемой в памяти).

4) Принцип адресности (или принцип произвольного доступа к памяти).

5) Согласно фон Нейману, ЭВМ состоит из следующих основных блоков:

– устройство ввода/вывода информации;

– память компьютера;

– процессор, состоящий из устройства управления (формирует и подает во все блоки машины в нужные моменты времени определенные сигналы управления) и арифметико-логического устройства (производит арифметическую и логическую обработку данных).

2. ФУНКЦИОНАЛЬНО-СТРУКТУРНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ ПК

Основными компонентами архитектуры ПК являются: процессор, внутренняя память (ОЗУ), видеосистема, внешняя память (дисковая система), устройства ввода-вывода и другие периферийные устройства

Компьютер – это универсальная техническая система, способная четко выполнять последовательность операций определенной программы. Конфигурацию ПК можно изменять по мере необходимости. Но, существует понятие базовой конфигурации, которую можно считать типичной: системный блок и периферийное оборудование (монитор, клавиатура, мышка и др.).

Системный блок – основная составляющая ПК, в которой находятся важнейшие компоненты. Устройства, находящиеся внутри системного блока называют внутренними, а устройства, подсоединенные извне называют внешними.

Внешние дополнительные устройства, предназначенные для ввода и вывода информации называются также периферийными.

Системный блок поставляется вместе с блоком питания, мощность которого является одним из параметров корпуса. Для массовых моделей достаточной является мощность 200-250 Вт.

Рассмотрим структурную схему ПК (рис. 2):

Рис. 2 Схема ПК

Рис. 1 Архитектура фон-Неймана. 3

Рис. 2 Схема ПК. 4

3. ПАМЯТЬ КОМПЬЮТЕРА.

ВНЕШНЯЯ ПАМЯТЬ

Устройства для долговременного хранения информации (иногда в русскоязычной литературе называются внешней памятью). Имеет механические части и поэтому работает достаточно медленно внешняя память (т).

Внешняя память – это память, реализованная в виде внешних, относительно материнской платы, устройств с разными принципами хранения информации и типами носителя, предназначенных для долговременного хранения информации.

Во внешней памяти хранится все программное обеспечение компьютера. Устройства внешней памяти могут размещаться как в системном блоке компьютера, так и в отдельных корпусах.

НАКОПИТЕЛИ НА ГИБКИХ МАГНИТНЫХ ДИСКАХ (НГМД)

НГМД или дисковод вмонтирован в системный блок. Гибкие носители для НГМД выпускают в виде дискет (другое название флоппи-диск). Собственно, носитель – это плоский диск со специальной, достаточно плотной пленкой, покрытой ферромагнитным слоем и помещенной в защитный конверт с подвижной задвижкой в верхней части.

Дискеты используются, в основном, для оперативного переноса небольших объемов информации с одного компьютера на другой. Данные, записанные на дискете можно защитить от стирания или перезаписи. Для этого нужно передвинуть маленькую защитную задвижку в нижней части дискеты таким образом, чтобы образовалось открытое окошко. Для того, чтобы разрешить запись, эту задвижку следует переместить назад и закрыть окошко.

Принцип записи данных на гибкий магнитный диск заключается в намагничивании поверхности диска (т).

НАКОПИТЕЛИ НА ЖЕСТКИХ МАГНИТНЫХ ДИСКАХ (НЖМД)

НЖМД – это основное устройство для долговременного хранения больших объемов данных и программ. Другие названия: жесткий диск, винчестер, HDD (Hard Disk Drive).

Внешне, винчестер представляет собой плоскую, герметически закрытую коробку, внутри которой находятся на общей оси находятся несколько жестких алюминиевых или стеклянных пластинок круглой формы. Поверхность любого из дисков покрыта тонким ферромагнитным слоем (вещество, которое реагирует на внешнее магнитное поле), собственно на нем хранятся записанные данные. При этом запись проводится на обе поверхности каждой пластины (кроме крайних) с помощью блока специальных магнитных головок.

Одним из параметров накопителя на жестких дисках является форм-фактор, который означает диаметр дисков в дюймах (1,3; 1,8; 3,5; 5,25).

НАКОПИТЕЛИ НА ОПТИЧЕСКИХ ДИСКАХ

Начиная с 1995 года в базовую конфигурацию ПК вместо дисководов на 5,25 дюймов начали включать дисковод CD-ROM. Аббревиатура CD-ROM (Compact Disk Read Only Memory) переводится как постоянное запоминающее устройство на основе компакт-дисков. Принцип действия этого устройства состоит в считывании цифровых данных с помощью лазерного луча, который отражается от поверхности диска. В качестве носителя информации используется обычный компакт-диск CD.

Компакт – диск (CD) – это оптический диск, информация с которого считывается лазерным лучом.

Накопитель CD-R (CD-Recordable) позволяют выполнить одноразовую запись и неограниченное количество считываний.

Накопитель CD-RW (CD-ReWritable) Используются для многоразовой записи данных, причем можно как просто дописать новую информацию на свободное пространство, так и полностью перезаписать диск новой информацией (предыдущие данные уничтожаются).

Накопитель DVD (Digital Video Disk). Устройство для чтения цифровых видеозаписей. Внешне DVD-диск похож на обычный CD-ROM (диаметр – 120 мм, толщина 1,2 мм), однако отличается от него тем, что на одной стороне DVD-диска может быть записано до 4,7 Гбайт, а на двух – до 9,4 Гбайт.

ПЕРИФЕРИЙНЫЕ УСТРОЙСТВА.

УСТРОЙСТВА ВЫВОДА ИНФОРМАЦИИ

Для вывода информации используются дисплеи (мониторы), принтеры и плоттеры.

Сенсорные экраны и графические планшеты относятся к устройствам ввода информации. Сенсорные экраны используются в платёжных терминалах, информационных киосках, оборудовании для автоматизации торговли, карманных компьютерах, операторских панелях в промышленности.

Монитор (дисплей) – это стандартное устройство вывода, предназначенное для визуального отображения текстовых и графических данных. В зависимости от принципа действия, мониторы делятся на мониторы с электронно-лучевой трубкой дисплеи на жидких кристаллах. Монитор компьютера, работающий на основе прикосновений пальцами, имеет сенсорный экран (т).

С точки зрения пользователя, основными характеристиками монитора являются:
1) размер по диагонали, 2) разрешающая способность, 3) частота регенерации (обновление) и класс защиты.

Графопостроители (плоттеры) – для вывода графической информации (графиков, чертежей, рисунков) из ПК на бумажный носитель; плоттеры бывают векторные с вычерчиванием изображения с помощью пера и растровые: термографические, электростатические, струйные и лазерные.

По конструкции плоттеры подразделяются на планшетные и барабанные.

Принтеры

Принтеры классифицируются по типу механизма выполнения печати (т). Поэтомупо принципу действия различают: матричные, струйные и лазерные принтеры.

Матричные принтеры. До недавнего времени являлись самыми распространенными устройствами вывода информации, поскольку лазерные были дорогими, а струйные малонадежными. Основным преимуществом является низкая цена и универсальность, то есть возможность печатать на бумаге любого качества.

Струйные принтеры. Первые струйные принтеры выпустила фирма Hewlett Packard. Принцип действия похож на принцип действия матричных принтеров, но вместо иголок в печатающем узле расположены капиллярные распылители и резервуар с чернилами. В среднем, число распылителей от 16 до 64, но существуют модели, где количество распылителей для черных чернил до 300, а для цветных до 416.

Лазерные принтеры. Современные лазерные принтеры позволяют достичь более высокого качества печати. Качество приближено к фотографическому. Основным недостатком лазерных принтеров является высокая цена, но цены имеют тенденцию к снижению.

УСТРОЙСТВА ВВОДА ИНФОРМАЦИИ

Для ввода графической информации можно использовать сканеры, диджитайзеры, графические планшеты, цифровые фотокамеры.

Ручные сканеры (обычные или самодвижущиеся) обрабатывают полосы документа шириной около 10 см и представляют интерес, прежде всего для владельцев мобильных ПК. Они медлительны, имеют низкие оптические разрешения (обычно 100 точек на дюйм) и часто сканируют изображения с перекосом. Но зато они недороги и компактны.

В листопротяжном сканере (как в факсимильном аппарате) страницы документа при считывании пропускаются через специальную щель с помощью направляющих роликов (последние зачастую становятся причиной перекоса изображения при вводе). Таким образом, сканеры этого типа непригодны для ввода данных непосредственно из журналов или книг. В целом возможности применения листопротяжных сканеров ограничены, поэтому их доля на массовом рынке неуклонно снижается.

Планшетные сканеры более распространены на рынке, чем другие типы сканеров и имеют ряд преимуществ по объему применения, т.е. более универсальны. Они напоминают верхнюю часть копировального аппарата: оригинал – либо бумажный документ, либо плоский предмет – кладут на специальное стекло, под которым перемещается каретка с оптикой и аналого-цифровым преобразователем.

Барабанные сканеры, по светочувствительности, значительно превосходящие потребительские планшетные устройства, применяются исключительно в полиграфии, где требуется высококачественное воспроизведение профессиональных фотоснимков. Разрешение таких сканеров обычно составляет 8000-11000 точек на дюйм и более. В барабанных сканерах оригиналы размещаются на внутренней или внешней (в зависимости от модели) стороне прозрачного цилиндра, который называется барабаном. Чем больше барабан, тем больше площадь его поверхности, на которую монтируется оригинал, и соответственно, тем больше максимальная область сканирования.

ВНУТРЕННЯЯ ПАМЯТЬ

Под внутренней памятью понимают все виды запоминающих устройств, расположенные на материнской плате. К ним относятся: оперативная память, постоянная память, энергонезависимая память.

ОПЕРАТИВНАЯ ПАМЯТЬ RAM (RANDOM ACCESS MEMORY)

Память RAM используется для оперативного обмена информацией (командами и данными) между процессором, внешней памятью и периферийными устройствами. Из нее процессор берет программы и данные для обработки, в нее записываются полученные результаты. Название «оперативная» происходит от того, что она работает очень быстро и процессору не нужно ждать при считывании данных из памяти или записи. При отключении компьютера данные не сохраняются в оперативной памяти (т).

Для хранения в оперативной памяти символы преобразуются в числовые коды в двоичной системе счисления (т).

По физическому принципу действия различают динамическую память DRAM и статическую память SRAM.

Динамическая память служит базой для построения модулей оперативной памяти. Организуется из набора полупроводниковых конденсаторов, хранящих уровни напряжения. Благодаря маленькой площади, занимаемой элементом памяти на кристалле, обеспечивается большая информационная емкость микросхем памяти.

Статическая память служит базой для построения кэш-памяти и микропроцессорной памяти. Запоминающим элементом статической памяти является триггер (элемент с двумя устойчивыми состояниями), переключаемый за существенно меньшее время по сравнению со временем (заряд/разряд) элемента динамической памяти.

ПОСТОЯННАЯ ПАМЯТЬ ROM (READ ONLY MEMORY)

В момент включения компьютера в его оперативной памяти отсутствуют любые данные, поскольку оперативная память не может сохранять данные при отключенном компьютере. Но процессору необходимы команды, в том числе и сразу после включения. Поэтому процессор обращается по специальному стартовому адресу, который ему всегда известен, за своей первой командой. Этот адрес указывает на память, которую принято называть постоянной памятью ROM или постоянным запоминающим устройством (ПЗУ). ПЗУ является энергонезависимой памятью (т). Микросхема ПЗУ способна продолжительное время сохранять информацию, даже при отключенном компьютере. Говорят, что программы, которые находятся в ПЗУ, «зашиты» в ней – они записываются туда на этапе изготовления микросхемы.

ЭНЕРГОНЕЗАВИСИМАЯ ПАМЯТЬ CMOS

Работа таких стандартных устройств, как клавиатура, может обслуживаться программами BIOS, но такими средствами невозможно обеспечить роботу со всеми возможными устройствами (в связи с их огромным разнообразием и наличием большого количества разных параметров). Но для своей работы программы BIOS требуют всю информацию о текущей конфигурации системы. По очевидной причине эту информацию нельзя сохранять ни в оперативной памяти, ни в постоянной. Специально для этих целей на материнской плате есть микросхема энергонезависимой памяти, которая называется CMOS. От оперативной памяти она отличается тем, что ее содержимое не исчезает при отключении компьютера, а от постоянной памяти она отличается тем, что данные можно заносить туда и изменять самостоятельно, в соответствии с тем, какое оборудование входит в состав системы.