В сентябре 2008 г. в КНР создан первый суперкомпьютер мощностью 230 TFLOPS на процессорах Godson китайского производства.

Следует отметить, что более 90% всех суперкомпьютеров работает под управлением операционной системы Linux. Что касается процессорной архитектуры, то здесь безоговорочным лидером является Intel (80% суперкомпьютеров построены на процессорах этой фирмы).

5. ПРОЦЕССОРЫ КОМПЬЮТЕРОВ

5.1. Классификация процессоров

Процессоры можно классифицировать по различным признакам.

По назначению их делят на центральные и периферийные. В однопроцессорных компьютерах (а к таковым относится большинство современных персональных компьютеров) все основные функции вычисления и управления выполняются одним процессором. Но некоторые периферийные устройства могут иметь свои процессоры (например, мониторы, принтеры и т.д.). Применение нескольких процессоров в вычислительной системе обеспечивает большую эффективность использования аппаратурных средств компьютера.

По способу выполнения арифметических и логических операций процессоры делят на синхронные, асинхронные и комбинированные. В синхронных процессорах любая операция независимо от ее сложности выполняется за один машинный такт. При этом машинное время расходуется неэффективно, так как для выполнения наиболее простых операций, которых обычно достаточно много, требуется время, значительно меньшее одного такта. В асинхронных процессорах любая операция занимает время, необходимое для ее непосредственного выполнения, после чего компьютер сразу переходит к выполнению следующей операции. Следовательно, асинхронные процессоры будут более быстродействующими, но они отличаются повышенной сложностью по сравнению с синхронными. В комбинированных процессорах простые операции обычно выполняются синхронно, а сложные – асинхронно.

По способу организации передачи и обработки информации процессоры делят на параллельные, последовательные и комбинированные. Процессоры параллельного действия предназначены для обработки информации, представленной в параллельном коде. Такая обработка производится одновременно пр всем разрядам, что ускоряет выполнение необходимой операции. Процессоры последовательного действия предназначены для обработки информации, представленной в виде временной последовательности импульсов. При этом выполнение необходимых опреаций производится с использованием одноразрядных электронных узлов за столько тактов, сколько разрядов представлено в кодах обрабатываемой информации.

По архитектуре и набору используемых микрокоманд они делятся на CISC (complex instruction set computing) и RISC (reduced instruction set computing) системы. Их отличие состоит в том, что CISС системы используют полный набор команд в процессоре, а RISC системы – ограниченный набор команд. CISC архитектура используется в микропроцессорах фирмы Intel, в то время как RISC архитектура в микропроцессорах большинства остальных фирм (IBM, AMD, Motorola и др.). В настоящее время наблюдается тенденция к слиянию этих двух архитектур.

5.2. Структурная схема процессора

В зависимости от области применения компьютера состав процессора и его структура могут существенно меняться. На фиг. 6.1 проведена упрощенная структурная схема процессора. с оперативным запоминающим устройством (ОЗУ).

Рис. 4.1. Структурная схема процессора

Основными блоками процессора являются устройство управления (УУ), арифметико-логическое устройство (АЛУ), блок управляющих регистров (БУР). АЛУ совместно с блоком управляющих регистров образует вычислитель процессора. Устройство управления вырабатывает необходимую последовательность управляющих сигналов, обеспечивающих согласованную работу всех блоков компьютера при выполнении заданной программы. Арифметико-логическое устройство процессора служит для выполнения арифметических и логических операций над числами, представленными в соответствующих кодах. АЛУ через устройство управления связано с запоминающими устройствами (ОЗУ, СОЗУ), откуда оно получает исходные данные и куда записываются результаты вычислений. Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) не входят в состав процессора, но являются необходимыми элементами для работы компьютера и пояснения функционирования самого процессора. Сверхоперативное запоминающее устройство (СОЗУ) или кэш-память является составной частью процессора и служит для согласованной работы быстродействующего процессора с относительно медленной оперативной памятью. В кэш-памяти запоминаются на некоторое время полученные ранее данные, которые будут использоваться процессором в ближайшее время. Благодаря кэш-памяти время простоя процессора (ожидание новых команд и данных) сводится к минимуму. В современных процессорах кэш-память делается двух уровней (реже трех) – L1 и L2 - причем, первый уровень располагается на одном кристалле с процессором, а второй делается в виде отдельной микросхемы.

5.2. Арифметико-логическое устройство процессора

Арифметико-логическое устройство служит для выполнения арифметических и логических преобразований над словами (операндами). Выполняемые АЛУ операции можно разделить на следующие группы :

- операции двоичной арифметики над числами с фиксированной точкой;

- операции двоичной (или шестнадцатеричной) арифметики над числами с плавающей точкой;

- операции десятичной арифметики;

- операции индексной арифметики (при модификации адресов команд);

- операции специальной арифметики;

- операции над логическими кодами (логические операции);

- операции над алфавитно-цифровыми полями.

Современные процессоры персональных компьютеров обычно реализуют операции всех приведенных групп. Специализированные же процессоры часто не имеют схем для выполнения некоторых операций, например, над числами с плавающей точкой, десятичной арифметики, алфавитно-цифровыми полями. В этом случае эти операции выполняются специальными подпрограммами [ 5 ].

К арифметическим операциям относятся сложение, вычитание, умножение и деление. Группу логических операций составляют операции дизъюнкция («ИЛИ») и конъюнкция («И») над многоразрядными двоичными словами, сравнение кодов на равенство. Специальные арифметические операции включают в себя нормализацию, арифметический сдвиг и логический сдвиг.

Можно привести следующую классификацию АЛУ.

По способу функционирования АЛУ делятся на последовательные и параллельные. В последовательных АЛУ операнды представляются в последовательном коде, а операции производятся последовательно во времени над их отдельными разрядами. В параллельных АЛУ операнды представляются параллельным кодом и операции совершаются параллельно по времени над всеми разрядами операндов.

По способу представления чисел различают АЛУ для чисел с фиксированной точкой, для чисел с плавающей точкой, для десятичных чисел.

По характеру использования элементов и узлов АЛУ делятся на блочные и многофункциональные. В блочном АЛУ операции над числами с фиксированной и плавающей точкой, десятичными числами и алфавитно-цифровыми полями выполняются в отдельных блоках, при этом повышается скорость работы, но значительно возрастают затраты на оборудование. В многофункциональных АЛУ операции для всех форм представления чисел выполняются одними и теми же схемами, которые коммутируют нужным образом в зависимости от требуемого режима работы.

По своим функциям АЛУ является операционным блоком, выполняющим микрооперации, обеспечивающие прием из других устройств (например, памяти) операндов, их преобразование и выдачу результатов в другие устройства. АЛУ управляется устройством управления УУ, генерирующим управляющие сигналы, которые инициируют выполнение в АЛУ определенных микроопераций.

В современных АЛУ длина слова составляет 32 или 64 разряда и имеет тенденции к дальнейшему возрастанию.

6. ОПЕРАТИВНОЕ ЗАПОМИНАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО

6.1. Основные понятия

Память – это часть компьютера, предназначенная для запоминания и выдачи информации. Ее функции: 1. Хранение информации; 2. Прием информации – запись; 3. Выдача информации – чтение (считывание). Операции чтения и записи называются обращением к памяти.

Запоминающий элемент (ЗЭ)– место хранения одного бита информации. Типичный пример ЗЭ – триггер или конденсатор. На основе ЗЭ организуется хранение более крупных единиц информации – байтов, слов (в слове 4 байта).

Ячейка памяти – фиксированная совокупность ЗЭ, обращение к которым производится одновременно как к единому целому. Ячейка памяти – место хранения слова.

Следует отметить, что в памяти третьего уровня (ВЗУ) адресуются более крупные единицы информации – блоки, состоящие из фиксированного количества слов. Блоки так же как и ячейки нумеруются 0,1,2…Е-1 и рассматриваются как адреса блоков.

Доступ к ячейкам памяти с заданным адресом обеспечивается схемой выборки, которая выбирает одну из ячеек для записи или чтения слова. В простейших случаях эта схема выполняется на основе дешифратора.

6.2. Запоминающие элементы ОЗУ

Запоминающие элементы ОЗУ (т.е. элементарные ячейки, в которых хранится один бит информации), как уже упоминалось, могут быть реализованы на триггерах и конденсаторах. Первые называются статическими (SRAM – Static Random Access Memory), а вторые – динамическими (DRAM – Dynamic Random Access Memory). Память типа SRAM выполняется на биполярных или МОП-транзисторах. Число состояний триггера равно двум, что позволяет использовать его для хранения двоичной информации. Записанная в триггере двоичная информация может храниться сколь угодно долго при наличии питания. Использование триггеров не требует регенерации записанной в них информации, что приводит к ускорению работы с такими микросхемами. Однако на практике стоимость схем SRAM значительно выше стоимости схем DRAM, что ограничивает область применения первых (например, кэш-памятью)

В настоящее время наибольшее применение в ОЗУ нашли устройства динамической памяти, основанные на способности конденсатора хранить некоторое время электрический заряд. Микросхемы динамических ОЗУ отличаются большей информационной емкостью, что обусловлено меньшим числом компонентов в одном ЗЭ и, следовательно, более плотным их размещением на полупроводниковом кристалле. Как известно, конденсаторы могут самопроизвольно разряжаться, что приводит к потере информации. Чтобы этого не происходило информацию нужно постоянно обновлять. Именно поэтому такая память называется динамической. В настоящее время наиболее распространенным и наиболее дешевым типом памяти является SDRAM (Synchronous Direct Random Access Memory ).

6.3. Организация и основные характеристики ОЗУ

Оперативное запоминающее устройство (главная память, основная память) является той структурной частью компьютера, которая, наряду с центральным процессором, определяет вычислительную мощность данного компьютера. Исторически на первых компьютерах оперативная память выполнялась вначале на электронных лампах (запоминающий элемент – триггер), затем на ультразвуковых линиях задержки, ферритовых сердечниках, интегральных схемах. В настоящее время ОЗУ реализуется на больших интегральных схемах (БИС), запоминающим элементов в которых может быть как триггер, так и конденсатор. Напряжение (заряд) последнего управляется транзистором. Количество транзисторов на одном чипе в настоящее время может достигать нескольких сотен миллионов. Ожидается, что в ближайшее время будет преодолена планка в миллиард транзисторов.

Всякое ЗУ, а в том числе и оперативная память, состоит из двух частей: блока управления (БУ) и блока запоминания (БЗ) .

Основные характеристики ЗУ : емкость, быстродействие, надежность, стоимость.

Емкость определяется количеством ячеек, т.е. максимальным количеством информации, которая может храниться в ЗУ (на практике она измеряется в байтах).

Быстродействие определяется количеством операций обращения в единицу времени и зависит от продолжительности одной операции обращения

Надежность - время наработки на отказ.

Стоимость – интегральная характеристика – зависит от емкости и надежности. Используется понятие удельной стоимости хранения единицы информации – байта, МБ, ГБ, ТБ [ 6 ].

Независимо от типа запоминающего элемента ОЗУ строятся матричного типа. Элементы памяти в них образуют матричную двумерную (трехмерную) структуру, располагаясь по колонкам и строкам. По способу записи и считывания различают три типа ОЗУ:

- трехмерные ОЗУ, в которых как запись так и считывание осуществляется совпадением токов по вертикальным и горизонтальным шинам. Такие ОЗУ получили название типа 3D;

- двумерные ОЗУ или типа 2D (они также называются типа Z или с линейной выборкой), в которых запись производится методом совпадения токов как и в ОЗУ типа 3D, а считывание полным током ;

- ОЗУ типа 2,5D, занимающие по своим свойствам и организации выборки промежуточное положение между двумерными и трехмерными ЗУ.

В настоящее время в ОЗУ используется в основном организация типа 2,5D. Организация 2D используется в кэш-памяти. ОЗУ типа 3D применялись в первых компьютерах 50-ых гг ХХ столетия.

7. ВНЕШНИЕ ЗАПОМИНАЮЩИЕ УСТРОЙСТВА

7.1. Основные понятия и определения

Внешние запоминающие устройства (ВЗУ) получили свое название от первых вычислительных машин, в которых накопители на магнитных лентах и жестких дисках располагались отдельными стойками от процессора и оперативной памяти. Они служат для накопления и хранения больших объемов информации, используемой в процессе работы компьютера. В современных персональных компьютерах эти устройства входят чаще всего как составная часть в системный блок. Информационная емкость и время доступа к информации ВЗУ в значительной мере определяют потребительские свойства компьютера, возможности его использования при решении различных задач. Обязательным требованием к ВЗУ является энергонезависимость – сохранение информации при отключении источника питания. По принципу действия и параметрам ВЗУ можно классифицировать следующим образом:

- накопители на жестких магнитных дисках (НЖМД);

- накопители на гибких магнитных дисках (НГМД);

- накопители на магнитных лентах;

- накопители на оптических дисках;

- накопители на магнитооптических дисках;

- доменные запоминающие устройства (ЦМД-устройства);

- флэш-память.

7.2. Накопители на жестких магнитных дисках

Эти накопители (винчестеры) в современных компьютерах играют наиважнейшую роль и их параметры в значительной мере определяют возможности вычислительной машины. В них хранится основной программный продукт компьютера – операционная система – и прикладные программы, с которыми чаще всего имеет дело пользователь (например, программы Microsoft Office - Word , Excel).

Конструктивно накопитель выполняется в виде одного или пакета дисков, непрерывно вращающихся на общей оси. По обе стороны каждого диска наносится слой магнитного носителя, на котором размещаются концентрические дорожки для записи информации. Между дисками располагаются магнитные головки для записи и считывания. Емкость накопителя в настоящее время может достигать сотен ГБ.

Основные параметры НЖМД :

- емкость, т.е. количество информации, помещаемой на диске (сотни ГБ и каждый год она, приблизительно, удваивается);

- время доступа, скорость записи и считывания;

- интерфейс, т.е. тип контроллера, к которому должен подсоединяться жесткий диск (IDE/EIDE и варианты SCSI).

В настоящее время более всего распространены интерфейсы (контроллеры) EIDE. Этот контроллер обеспечивает подключение до четырех внешних устройств (НЖМД, CD, стримеров и т.п.). На серверах локальных сетей и других высокопроизводительных компьютерах применяются НЖМД с интерфейсом SCSI или его разновидностями. Контроллер SCSI стоит в несколько раз дороже EIDE, но обеспечивает более высокое быстродействие и позволяет подключать до 31 устройства [ 7 ].

7.3. Накопители на гибких магнитных дисках

Эти внешние запоминающие устройства позволяют переносить программы и документы с одного компьютера на другой, а также хранить информацию как резервную. Однако надежность этих устройств по сравнению с НМЖД небольшая. В настоящее время более всего распространены дискеты 3,5” (89 мм) – разработка фирмы Sony (1980 г.). Стандартная емкость такой дискеты составляет 1,44 МБ. На дискете имеется специальная защелка. Запись на дискету разрешена, если отверстие закрыто. Перед первым использованием дискет их необходимо специальным образом инициализировать (форматировать). Эта процедура выполняется с помощью специальной программы. При этом осуществляется проверка поверхности дискеты. Участки, имеющие дефекты, помечаются и в дальнейшем не участвуют в процедурах запись-считывание. В настоящее время дискеты в основном поступают от производителя уже отформатированными. Но в процессе эксплуатации иногда возникает необходимость заново форматировать дискеты, например, при появлении на магнитной поверхности дефектов.

7.4. Накопители на магнитных лентах

Данные накопители относятся к наименее дорогим и достаточно надежным ВЗУ (сохранность информации обеспечивается в течение более 30 лет) для организации архивов и резервного копирования данных. В них используется две базовые технологии: линейная запись (запись с неподвижной магнитной головкой) и наклонно-строчная запись. Суть первой состоит в том, что используется достаточно широкая лента с большим числом расположенных по всей длине ленты параллельных дорожек и многоканальная магнитная головка. Лента протягивается мимо головки. При этом считывается часть (группа) дорожек ( чем больше дорожек считывается одновременно, тем выше производительность устройства). По окончании ленты головка перепозиционируется на следующую группу дорожек, а лентопротяжный механизм реверсирует движение ленты. Этот процесс повторяется пока не будут считаны или записаны все дорожки. Такой метод записи-считывания называют серпантинным. Основные изготовители устройств с линейной записью Quantum Corp. и Tandberg Data ASA. Плотность расположения дорожек на ленте (количество на 1 дюйм ширины) может достигать 2806 в устройстве DDS-3 (фирма Sony), а линейная плотность 133. Емкость таких устройств на 1 картридж может превышать 100 ГБ.

В наклонно-строчной записи лента протягивается с небольшой скоростью (несколько см в секунду) мимо вращающейся с высокой скоростью цилиндра с размещенными в нем головками чтения/записи. За счет вращения блока головок получается относительная высокая скорость между лентой и головкой. Преимущества этого метода состоят в следующем. Поскольку абсолютная скорость движения ленты невелика, процессы старта и остановки занимают меньше времени и оказывают меньшие механические нагрузки на ленту. Следовательно можно использовать более тонкие ленты. Кроме того при наклонно-строчной записи плотность расположения дорожек в несколько раз выше, чем при линейной записи. Поэтому сами устройства получаются более компактными, а картриджи меньшими по размерам.

7.5. Накопители на оптических дисках

К таковым накопителям относят CD- и DVD-устройства. Поверхность оптического CD-диска перемещается относительно лазерной головки с постоянной линейной скоростью. Луч лазера проникает сквозь защитный слой пластика и попадает на отражающий слой алюминия на поверхности диска. При попадании на выступ он отражается на детектор. Если же луч попадает в ямку он рассеивается и малая его часть отражаясь доходит до детектора. Ямки воспринимаются как логические нули, а гладкая поверхность как логические единицы. Объем памяти на таком диске составляет 600-700 МБ. Существует несколько разновидностей этих дисков : CD-ROM, CD-R и CD-RW. Первые служат только для считывания информации, во вторых информация однократно записывается и многократно считывается, а третьи являются перезаписываемыми носителями. В настоящее время CD-устройства постепенно вытесняются DVD-устройствами. Диски DVD имеют те же размеры, что и CD-диски (5,25”). Для повышения их емкости по сравнению с CD-устройствами уменьшена ширина трека и размер хранящей ячейки. Кроме того , для записи информации могут использоваться две стороны диска, а на каждой стороне информация может храниться в нескольких слоях. Таким образом один диск может иметь несколько рабочих плоскостей. В настоящее время существуют диски с емкостью 4,7 ГБ, 17 ГБ и 54 ГБ и тенденция к постоянному увеличению этого параметра.

7.6. Накопители на магнитооптических дисках

В устройствах с магнитооптическими дисками. МОД (MOD – Magneto-Optical Drives), в процессе записи и считывания магнитного носителя используется лазер. МОД сочетают практически неограниченное число перезаписей, свойственное магнитным носителям, с чрезвычайно надежным хранением записанной информации. Запись осуществляется термомагнитным способом: магнитное поле головки способно перемагнитить только микроскопическую зону носителя, разогреваемую лазерным лучом до температуры выше точки Кюри (порядка 200⁰ С). Зона, вышедшая из под луча сохраняет полученное состояние намагниченности. Считывание информации с магнитного слоя также выполняется с помощью лазера (при малой мощности излучения) и основано на эффекте Керра – изменении паляризации света под действием магнитного поля. Отраженный луч проходит через поляризационную оптику, в результате на фотоприемник приходит луч, интенсивность которого модулирована по амплитуде в соответствии с записью на магнитном слое. Емкость магнитооптических дисков достигает 4,6 ГБ (диаметр 5,25” при двусторонней записи). В настоящее время магнитооптические диски уступают свои позиции DVD-устройствам.

7.7. Доменные запоминающие устройства

Эти ЗУ (они еще называются ЗУ на цилиндрических магнитных доменах – ЦМД-устройства) отличаются от других магнитных запоминающих устройств отсутствием механических подвижных частей [ 3 ]. Основы их функционирования были разработаны в середине 60-ых гг. в Bell Labs (США). Потенциальные возможности доменных устройств кажутся заманчивыми до настоящего времени и исследованиями в этой области занимаются крупнейшие фирмы (например, IBM, Intel). Принцип действия их основан на том, что в кристалле магнитного вещества (феррит-гранат) при определенных внешних условиях могут возникать домены – области с одним направлением намагниченности, отличным от намагниченности основной массы магнитного материала. Диаметр доменов может быть меньше 1 мкм. Наличие домена в определенном месте или его отсутствие дают возможность фиксировать логические 0 или 1. Определенными схемными решениями можно зарождать домены, передвигать их по кристаллу, считывать и уничтожать (аннигилировать).

Основные составные части чипа типичного доменного ЗУ показаны на рис. 6.1 (поперечный разрез). Здесь 1 - постоянный магнит, создающий магнитное поле Нсм , перпендикулярное плоскости чипа; 2 – подложка из не-

4

3

2

1 Нсм

Рис. 6.1. Поперечный разрез чипа доменного ЗУ.

магнитного материала со структурой, например, граната; 3 – пленка магнитного, доменосодержащего материала; 4 - пермаллоевый слой, служащий для продвижения доменов.

Под воздействием поля смещения Нсм домены в слое 2 приобретают вид цилиндров, оси которых параллельны Нсм. Конструкция рис. 6.1 помещается в катушку Гельмгольца, которая создает вращающееся магнитное поле с осью, параллельной плоскости слоя 2. Это поле служит для перемещения доменов. За один оборот вектора этого поля домены перемещаются на один период пермаллоевых структур слоя 1. Тактовая частота поля вращения может быть больше 500 кГц. Другой метод перемещения доменов основан на том, что слой 4 содержит многочисленные отверстия, а через весь пермаллоевый слой пропускаются импульсы тока. В такт этих им пульсов происходит перемещение доменов от одного отверстия к другому. Здесь тактовая частота может достигать нескольких МГц.

В настоящее время достигнута информационная емкость одного чипа свыше 50 МБ, а всего устройства до 1ГБ. Следует также отметить высокую радиационную и вибрационную стойкость таких устройств, что делает их незаменимыми в ряде технических применений. Однако высокая стоимость ограничивает область их применения военным и специальным оборудованием. Исследования в данной области продолжаются еще и в связи с тем, что потенциальная удельная емкость при объемной записи может достигать 10¹⁴ Б/см³.

6.8. Флэш-память

Принцип действия этой памяти основан на использовании полевого транзистора с изолированным затвором. С помощью туннельного эффекта на затвор подается электрический заряд, который может находится на затворе практически неограниченное время. Наличие или отсутствие заряда на затворе определяет проводимость полевого транзистора и тем самым записанную в нем информацию. Флэш-память присутствует в двух модификациях. В виде карт памяти и USB-накопителей. Применение карт памяти в последнее время растет благодаря развитию цифрового фото, КПК и мобильных телефонов. Для переноса информации с одного компьютера на другой их применяют крайне редко из-за малого объема памяти и необходимости специального адаптера.. Как и в случае с DVD-устройствами существует несколько конкурирующих стандартов – Compact Flash, Secure Digital, Memory Stick. В КПК и мобильных телефонах используются карты памяти с объемом 64 и 128 Мб. Для цифровых фотоаппаратов такой объем уже недостаточен и для них разрабатываются карты памяти объемом до 1 Гб.

Для переноса информации с компьютера на компьютер используются USB-накопители. Для записи информации на эти накопители не требуется специальное программное обеспечение, а операционная система распознает их как съемный диск. Однако их применение требует установки драйверов для операционной системы Windows 98 и ниже. В настоящее время USB-накопители используются и в бытовых устройствах (МР3 –плеер, цифровой магнитофон. Ожидается , что в ближайшее время USB-накопители начнут вытеснять с рынка диски CD-RW.

8. УСТРОЙСТВА ВВОДА

8.1. Общие положения

Поскольку компьютер является системой для переработки информации, эту перерабатываемую информацию в него нужно ввести. Этим целям и служат устройства ввода информации. Среди таких устройств необходимо выделить следующие, отличающиеся принципом действия и конструктивными особенностями :

- монитор и клавиатура;

- магнитные устройства (ВЗУ, которые могут служить для ввода информации);

- сканеры;

- манипуляторы;

- биометрические (в том числе акустические, голосовые, тактильные) устройства.

8.2. Монитор

Монитором называют устройство, применяемое для контроля и управления каким-либо процессом или системой. На экране монитора отображается вводимая текстовая или графическая информация. По физическим принципам формирования изображения мониторы бывают :

- на базе электронно-лучевых трубок;

- жидкокристаллические;

- плазменные;

- электролюминесцентные;

- SED-мониторы;

- NED – дисплеи.

Основными техническими характеристиками мониторов являются разрешающая способность, количество воспроизводимых цветов, размер экрана, масса и габариты, потребляемая мощность.

Принцип работы мониторов на базе электронно-лучевой трубки аналогичен работе бытового телевизора. В электронно-лучевой трубке формируются три луча (для цветной трубки), управляя перемещением и интенсивностью которых можно получить изображение на люминоформном экране.

Мониторы могут работать в двух режимах: текстовом и графическом. В текстовом режиме экран монитора условно разбивается на отдельные участки – знакоместа (25 строк по 80 символов) В каждое знакоместо может быть введен один из 256 символов: – большие и малые латинские буквы, большие и малые буквы кириллицы, цифры, специальные знаки и символы. Для каждого знакоместа может быть определен цвет, фон, тип шрифта, его размер и т.п.

Графический режим предназначен для вывода на экран графиков и рисунков. В этом же режиме можно выводить и текстовую информацию, однако, такой режим требует значительно большей памяти для хранения информации.

В настоящее время наиболее распространенными мониторами являются VGA и SVGA, отличающиеся по разрешающей способности, стоимости, цветопередаче, частоте смены кадров и т.д. Например, разрешение может быть 1024х768 пикселов (точек) для экрана в 17”, а частота смены кадров – 75 или 100 Гц.

Принцип работы жидкокристаллических мониторов заключается в возможности управлять поляризацией светового потока с помощью жидкокристаллических материалов, помещенных в электрическое поле. Имеется несколько вариантов использования этого явления. В наиболее распространенных активных матрицах жидкокристаллический материал располагается между двумя стеклянными пластинками, на которые нанесены вертикальные и прозрачные горизонтальные токопроводящие полосы. Управление свечением каждого пиксела, находящегося на пересечении этих горизонтальных и вертикальных полос, осуществляется с помощью тонкопленочного транзистора. Поскольку сами жидкие кристаллы не излучают свет, то для получения изображения необходимо использовать или искусственную подсветку или внешнее освещение. Основные преимущества жидкокристаллических мониторов заключаются в отсутствии рентгеновского излучения, малых габаритах (по толщине) и весе, уменьшенном потреблении электроэнергии. Недостаток – высокая стоимость (в 2 –3 раза выше, чем ЭЛТ-мониторов).

В плазменном мониторе электрический ток, пропускаемый через плазменный дисплей, образует заряженную плазму, излучающую ультрафиолетовый свет. Этот свет падает на заднюю стенку панели, покрытую люминофором. Чередующиеся столбцы красного, зеленого и голубого люминофоров излучают свет, направляемый к наблюдателю через передний экран. Размер панели по диагонали может достигать даже нескольких метров. Эти дисплеи отличаются легкостью конструкции, прекрасной цветопередачей и яркостью, что делает их хорошим техническим средством для презентаций, конференций и т.п. Недостаток заключается в высокой стоимости и небольшом сроке службы (например, 20000 часов).

Электролюминесцентные мониторы находятся в настоящее время на стадии разработок, хотя опытные образцы уже были представлены на ряде международных форумах. В органических светодиодах OLED (Organic Light-Emitting Diode) используются специальные углеродные молекулы, излучающие свет различных цветов при прохождении через них электрического разряда. OLED-панели потребляют относительно мало энергии при низких напряжениях, технология их изготовления проста и они отличаются очень малой толщиной (их можно скручивать в трубки). В настоящее время они используются в карманных компьютерах и мобильных телефонах (Samsung, NEC). А фирма LG.Philips объявила о создании в содружестве с LG Electronics 20,1 дюймового OLED-дисплея. На сегодняшний день это самый крупный экран на основе органических светодиодов. Одним из факторов роста рынка OLED-дисплеев может стать окончание срока действия ряда патентов, по которым производители вынуждены делать лицензионные платежи в пользу фирмы Estman Kodak.

В последнее время много сведений поступает о разработке фирмами Canon и Toshiba еще одного направления в приборах отображения видеоинформации – SED-устройствах (Surface Emitter Display). Данная технология появилась 30-40 лет назад и совершенствовалась до настоящего времени. В основе построения изображения новых мониторов лежит известный принцип: цвета формируются из трех каналов – красного, зеленого и синего. Цветные точки формируются по принципу, близкому к катодно-лучевой трубке (люминофор светится под действием потока электронов). Однако благодаря использованию холодной эмиссии электронов удалось свести на нет вредную радиацию и значительно уменьшить толщину всего устройства. Специалисты полагают, что в 2007 г такие устройства уже будут конкурировать с жидкокристаллическими и плазменными панелями. Их существенным преимуществом в настоящее время является высокая контрастность изображения (100000:1).

ЭЛТ- , плазменные, электролюминесцентные и SED- мониторы являются активными, излучающими свет. Для их работы не нужен посторонний источник света. ЖК-мониторы являются пассивными. Они работают только при наличии внешнего источника света – отраженного или проходящего сквозь прозрачные панели [ 8 ].

В начале 2005 г. исследовательское подразделение компании Motorola (Motorola Labs) объявило о создании первого прототипа плоскопанельного дисплея на основе технологии углеродных нанотрубок CNT (Carbon Nanotube Technology). Как ожидается, она позволит производить крупноформатные дисплеи с лучшим качеством изображения, большим сроком службы и меньшей ценой, чем у предлагаемых в настоящее время продуктов аналогичного назначения. При изготовлении прототипа была использована разработанная в подразделении технология Nano Emissive Display (NED), представляющая собой недорогой и легко масштабируемый метод выращивания нанотрубок непосредственно на стеклянной подложке. По качеству изображения, углам обзора, времени отклика и диапазону температур NED-образцы превосходят современные ЭЛТ-дисплеи.

В некоторых компьютерах, например планшетных, может отсутствовать клавиатура как отдельное устройство. Ввод информации здесь осуществляется непосредственно через монитор, на который выносится изображение клавиатуры и который является тактильно-чувствительным прибором.

8.3.Клавиатура

Клавиатура – одно из основных устройств, с которым имеет дело пользователь при активной работе с компьютером. Вид введенной в компьютер информации определяется программой, интерпретирующей нажатие клавиши. С помощью клавиатуры можно вводить любые символы, цифры, буквы, знаки, иероглифы, музыкальные знаки и т.п. из библиотеки программного обеспечения. Клавиатура позволяет управлять курсором,

“ прокручивать” экран, отправлять содержимое экрана на принтер или ВЗУ и т.д.

В последнее время появились альтернативные клавиатуре устройства: виртуальная клавиатура на экране монитора, речевой ввод, сканер.

Стандартная клавиатура имеет несколько групп клавишей:

1. Алфавитно-цифровые и знаковые (латинские и русские буквы, знаки пунктуации, математические знаки) клавиши.

2. Специальные клавиши: Esc, Enter, Backspace.

3. Функциональные клавиши: F1, F2…F10.

4. Служебные для редактирования и перемещения курсора: Ins, Del,Up, Down, Left, Right, Home, End.

5. Служебные для смены регистров и модификации кодов: Alt, Ctrl, Shift.

6. Для фиксации регистров: Lock.

7. Вспомагательные: Print Screen, Pause.

Количество клавиш в стандартном исполнении – 101 или 102. Клавиатура содержит свой микропроцессор, работающий по программе, записанной в постоянное запоминающее устройство (ПЗУ).

8.4. Сканеры

Сканер это устройство, позволяющее вводить в компьютер плоское (двухмерное) изображение. Принцип работы его состоит в том, что поверхность изображения освещается перемещающимся лучом света, а светочувствительный