Общий состав персональных ЭВМ и вычислительных систеМ

Дисциплина ОП.08 Технические средства информатизации

Курс лекций

для специальности 09.02.04 "Информационные системы (по отраслям)"

Разработала Пономарева М.В. - преподаватель ГБПОУ "НРТК"

Г.

Общий состав персональных ЭВМ и вычислительных систеМ

Состав персонального компьютера

Персональный компьютер (ПК) – это единая система, представляющая собой набор сменных компонентов, соединенных между собой стандартными интерфейсами. Компонентом здесь выступает отдельный узел (устройство), выполняющий определенную функцию в составе системы. Интерфейсом называют стандарт присоединения компонентов к системе. Это разъемы, наборы микросхем.

Полное описание набора и характеристик устройств, составляющих данный компьютер, называется конфигурацией ПК.

Существует «минимальная» конфигурация ПК (рис. 2.1), т.е. минимальный набор устройств, без которых работа с ПК становится бессмысленной. Это: системный блок, монитор, клавиатура, мышь.

Рис. 2.1.Базовая конфигурация компьютерной системы

В составе системного блока имеются:

ü материнская плата;

ü устройство для чтения лазерных компакт-дисков (CD-ROM);

ü устройство для чтения и записи магнитных дискет;

ü магнитное устройство для чтения и записи большой емкости (более 1 Гбайта) – это жесткий диск (винчестер).

Материнская плата расположена в глубине системного блока. Материнская (системная) плата – важнейший элемент ПК, к которому подключено все то, из чего состоит сам компьютер. Она служит для объединения и организации взаимодействия других компонентов. Это своеобразная база, на основе которой можно получить десятки вариантов различных ЭВМ, приспособленных для выполнения необходимых работ.

Материнская плата представляет собой лист из стеклотекстолита. С одной стороны этого листа находится разводка соединений электронных элементов, а с другой – сами элементы:

ü процессор;

ü оперативная память;

ü постоянная память;

ü кварцевый резонатор тактового генератора;

ü аккумулятор;

ü слоты расширения;

ü разъемы для подключения клавиатуры и блока питания;

ü системная и локальная шины;

ü дополнительные микросхемы.

Типовой персональный компьютер также имеет в своем составе:

ü печатающее устройство для вывода информации на бумажный носитель;

ü сканер для считывания информации с бумажного носителя.

Для российских условий дополнительным оборудованием (во многих странах уже считающимся стандартным) выступают:

ü телевизионный и УКВ тюнер для воспроизведения телевизионных и радио передач;

ü источник бесперебойного питания;

ü дисковод DVD;

ü модем;

ü сетевая карта.

Архитектура компьютера

Функциональные компоненты компьютера

Микропроцессор

В технической литературе используют два термина: процессор и микропроцессор. Различие указанных терминов заключается в уточнении технологии изготовления и габаритов процессора.Микропроцессор (МП) изготавливается по полупроводниковой технологии и размещается на одном кристалле, в одной микросхеме (иногда говорят – в одном чипе). Большая интегральная схема содержит сотни тысяч и миллионы активных элементов (транзисторов). Если 8-разрядный процессор Intel 8088, на котором работал первый IBM PC, содержал 3,5 тыс. транзисторов, то процессоры Pentium вмещают уже свыше 3 млн. транзисторов.

Микропроцессор (центральный микропроцессор, CPU) – программно управляемое устройство, предназначенное для обработки информации под управлением программы, находящейся в данный момент в оперативной памяти. Микросхема устанавливается на материнской плате и связана с материнской платой интерфейсом процессорного разъема (Socket).

Микропроцессор может обрабатывать данные любой природы: текст, числа, графику, звук и др. Это возможно потому, что данные перед использованием на компьютере преобразуются к простейшему виду, представляются в двоичном коде, «оцифровываются». Для описания работы цифровых устройств используется двоичная система счисления, Булева логика, законы алгебры логики.

Процессоры классифицируются по базовому типу, называющемуся семейством. С целью преемственности программного обеспечения последующие модели и модификации процессоров, как правило, содержат всю систему команд своих предшественников. Существует большое количество различных семейств процессоров, среди которых можно выделить семейство Intel и совместимых с ними AMD и Cyrix, на которых базируется значительная часть ПК. Фирмой Intel был создан процессор Pentium и его модификации Pentium Pro, Pentium II, Pentium III, Pentium IV. Процессоры фирмы Motorola, применяемые в компьютерах фирмы Apple, относятся к другому семейству.

Основными характеристиками процессора являются:

ü тактовая частота – количество тактов, производимых процессором за 1 секунду. Операции, производимые процессором, не являются непрерывными, они разделены на такты. Тактовая частота определяет скорость выполнения операций и непосредственно влияет на производительность процессора. Процессор Pentium и его модификации имеют тактовые частоты от 60 МГц до 3 ГГц (выполняют 3 миллиарда операций в секунду);

ü быстродействие – характеристика, связанная с тактовой частотой. Определяется количеством команд (операций), производимых в 1 секунду. Быстродействие зависит от тактовой частоты и от выполняющейся программы, от того, какие команды – сложения или, скажем, деления – в ней преобладают. Быстродействие определяется на специальных тестовых программах. Измеряется в бит/с.

ü разрядность – количество двоичных разрядов, которые процессор обрабатывает за один такт. Чем больше количество одновременно обрабатываемых разрядов, тем выше вычислительная мощность компьютера. Указывая разрядность процессора 64, имеют в виду, что процессор имеет 64-разрядную шину данных, т.е. за один такт он обрабатывает 64 бита.

Шины

Комплекс, состоящий из пучка проводов и электронных схем, обеспечивающих правильную передачу информации внутри компьютера, называют магистралью, системной шиной или просто шиной. Шина характеризуется разрядностью и частотой.

Максимальное количество одновременно передаваемой информации называется разрядностью шины. Разрядность шины определяется разрядностью процессора и в настоящее время составляет 64 бита. Чем выше разрядность шины, тем больше информации она может предавать в единицу времени.

Поиск устройства или ячейки памяти осуществляет процессор. Каждое устройство или ячейка имеет свой адрес. Адрес передается по адресной шине, сигналы по которой передаются в одном направлении от процессора к оперативной памяти и устройствам. Разрядность адресной шины определяет адресное пространство процессора, т.е. количество ячеек памяти. Количество адресуемых ячеек памяти рассчитывается по формуле: N = 2ⁱ, где i – разрядность адресной шины. Если разрядность адресной шины составляет 32 бита, то максимально возможное количество адресуемых ячеек памяти равно 2³² = 4 294 967 296 ячеек.

Информация по шине передается в виде импульсов электрического тока. Шина работает не непрерывно, а циклами. Количество циклов срабатывания шины в единицу времени называется частотой шины.

Шина связывает между собой не только процессор и оперативную память, фактически все устройства компьютера – диски, клавиатура, дисплей и т.д. – так или иначе принимают и передают данные через шину. Для этого в шине предусмотрены стандартные разъемы, к которым подключаются те или иные устройства компьютера. Если шина одна, то пропускная способность ввода\вывода ограничена. Скорость шины лимитируется физическими факторами – длиной шины и количеством подсоединяемых устройств. Поэтому в современных крупных системах используется комплекс взаимосвязанных шин. Традиционно шины делятся на шины, обеспечивающие организацию связи процессора с памятью и шины ввода\вывода.

Шины ввода\вывода могут иметь большую протяженность, поддерживать подсоединение многих типов устройств и обычно следуют одному из шинных стандартов. Шины процессор-память сравнительно короткие, высокоскоростные и соответствуют организации системы памяти для обеспечения максимальной пропускной способности канала память – процессор.

Некоторые компьютеры имеют единственную шину для памяти и устройств ввода\вывода. Такая шина называется системной. Локальной шиной называется шина, электрически выходящая непосредственно на контакты микропроцессора. Она обычно объединяет процессор, память, схемы буферизации для системной шины и ее контроллер, а также некоторые вспомогательные схемы.

Первоначально применялась шина ISA (8- и 16-разрядная, частота – 8 МГц), созданная в начале 80-х годов и обладавшая невысокой пропускной способностью. Сейчас шина ISA иногда используется для подключения низкоскоростных устройств (клавиатуры, мыши и т.д.).

В настоящее время чаще используются:

ü шина PCI (Peripheral Component Interconnect bus – шина взаимодействия периферийных устройств);

ü графическая шина AGP (Accelerated Craphic Port – ускоренный графический порт);

ü HyperTransport – высокоскоростная шина для соединения внутренних устройств компьютерной системы. Тактовая частота достигает 800 МГц. Пропускная способность составляет до 6,4 Гбайт/с;

ü USB предназначена для подключения до 256 внешних устройств (таких, как мышь, принтер, сканер, фотокамера, FM-тюнер и т.д.) к одному USB-каналу (по принципу общей шины). Пропускная способность до 480 Мбит/с (в версии USB 2.0).

В современных компьютерах частота процессора может превышать частоту системной шины (частота процессора 1 ГГц, а частота шины – 100 МГц).

Память

Память – функциональная часть компьютера, предназначенная для записи, хранения и выдачи информации. В ПК имеется несколько видов памяти: ОЗУ, ПЗУ, РОН, Кэш, СМОS, ВЗУ. Существует еще видеопамять – электронная память, размещенная на видеокарте.

Производительность ПК во многом определяется быстродействием процессора, а также объемом оперативной памяти и скоростью доступа к ней.

Оперативная память (RAM – random access memory, ОЗУ) – устройство, предназначенное для хранения обрабатываемой информации (данных) и программ, управляющих процессом обработки информации. Конструктивно представляет собой набор микросхем, размещенных на одной небольшой плате (модуль, планка). Модуль (модули) оперативной памяти вставляется в соответствующий разъем материнской платы, позволяя таким образом связываться с другими устройствами ПК (рис. 2.4, 2.5).

Рис. 2.4. Модули оперативной памяти

Рис. 2.5. Инсталляция модуля ОП в слот

Можно считать, что оперативная память представляет собой последовательность пронумерованных байтов. Каждый байт имеет свой номер, который по аналогии с номерами домов на улице принято называть адресом. Содержимое любого байта памяти может обрабатываться независимым от остальных байтов образом. Указав адрес байта, можно получить код, который в нем записан, или занести, записать в этот байт какой-либо другой код.

С точки зрения физического принципа действия различают динамическую память (DRAM) и статическую память (SRAM).

Микросхемы динамической памяти используются в качестве основной оперативной памяти компьютера. Ячейки динамической памяти можно представить в виде микроконденсаторов, способных накапливать заряд на своих обкладках. Это наиболее распространенный и экономически доступный тип памяти. Конденсаторы необходимо подзаряжать каждые несколько миллисекунд.

В статической памяти элементы построены на триггерах – схемах с двумя устойчивыми состояниями. Для одного триггера требуется 4-6 транзисторов. После записи элемент памяти хранит информацию сколь угодно долго. Имеет высокое быстродействие и низкую удельную плотность. Микросхемы статической памяти используются в качестве кэш-памяти. Разработаны разные модификации статической и динамической памяти.

Память характеризуется двумя параметрами:

ü время доступа;

ü длительность цикла.

Время доступа – промежуток времени между формированием запроса на чтение информации и моментом поступления запрошенной информации из памяти. Длительность цикла – минимальное допустимое время между двумя последовательными обращениями к памяти. На время написания учебника типовой компьютер имеет 512 Мб или 1024 Мб оперативной памяти.

Оперативная память энергозависима – при выключении электропитания информация, помещенная в оперативную память, исчезает безвозвратно (если она не была сохранена на какой-либо носитель информации).

Для ускорения доступа к оперативной памяти используется кэш-память(cache – запас, тайник). Это сверхбыстрая оперативная память, предназначенная для временного хранения текущих данных и помещенная между оперативной памятью и процессором. Специальные программно-аппаратные средства обеспечивают опережающее копирование данных из оперативной памяти в кэш и обратное копирование данных по окончании их обработки. Обработка данных в кэш-памяти производится быстрее, что приводит к увеличению производительности ПК. Непосредственного доступа из программы в кэш-память нет.

CMOS-память(изготовленная по технологии CMOS – complementary metal – oxide semiconductor) предназначена для длительного хранения данных о конфигурации и настройке компьютера (дата, время, пароль), в том числе, когда питание компьютера выключено. Для этого используют специальные электронные схемы со средним быстродействием, но очень малым энергопотреблением, питаемые от специального аккумулятора, установленного на материнской плате. Это полупостоянная память.

Данные CMOS-памяти записываются и считываются под управлением команд, содержащихся в другом виде памяти – ПЗУ. Она называется ROM(read only memory) – постоянная память, т.е. память, хранящая информацию при отключенном питании теоретически сколь угодно долго. Это такая память, в которую данные занесены при ее изготовлении. Постоянная память содержит наборы групп команд для непосредственного управления различнымиустройствами ПК, а также их тестирования при включении. Эти программы называются BIOS (Basic Input-Output System – базовая система ввода-вывода). В BIOS содержится также программа настройки конфигурации компьютера – SETUP.Она позволяет установитьнекоторые характеристики устройств ПК. BIOS непосредственно ориентирована на конкретную аппаратную реализацию компьютера и может быть различной даже в однотипных компьютерах.

Порты

Порты – это устройства для подключения к системной шине различных внешних устройств. Различают несколько типов портов: внутренний (таймерный), клавиатурный, коммуникационный, игровой (джойстик). Каждому порту выделяется группа адресов, по которым в порт записываются или из порта считываются данные, служебная информация для программирования параметров порта и текущее состояние порта.

Через таймерный порт можно программировать частоту следования меток времени, используемых в электронных часах компьютера. Сигналы порта подсчитываются операционной системой, для хранения накопленного значения используется область памяти с определенным адресом.

Клавиатурный порт обеспечивает ввод кодов нажатых клавиш. Данные от порта накапливаются и обрабатываются в специальном кольцевом буфере клавиатуры в определенной области памяти.

Коммуникационные порты обеспечивают подключение таких внешних устройств как мышь, принтер, сканер, внешний модем и некоторых других. Эти порты подразделяются на последовательные (СОМ1 и COM2) и параллельные (LPT).

Последовательные порты обеспечивают двусторонний побайтовый обмен последовательными кодами, выполнены в виде 25-контактного и 9-контактного разъемов. Порты размещаются в контроллере, который устанавливается либо на системной плате, либо на мультикарте и выведен на заднюю панель системного блока. Порты можно запрограммировать на требуемую скорость передачи данных. Используются обычно для подключения мыши и модема.

Параллельные порты могут реализовать либо однонаправленную побайтовую (8 электрических импульсов) передачу параллельных кодов, либо двунаправленную. Порты выполнены в виде 25-контактного разъема на задней стенке системного блока. Параллельный порт имеет более высокую скорость передачи информации, чем последовательные порты, и используется для подключения принтера.

Коммуникационные порты используются также для межкомпьютерной связи в режиме Link.

Широкое распространение получил порт USB (Universal Serial Bus – универсальная последовательная шина). Он обеспечивает высокоскоростное подключение к компьютеру сразу нескольких периферийных устройств (сканера, цифровых камер и т.п.).

Также высокоскоростное подключение до 7 устройств (винчестеров, сканеров, CD-ROM дисководов и т.п.) к компьютеру реализует интерфейс малых вычислительных систем (Small Computer System Interface). SCSI-адаптеры размещаются в слотах расширения системной платы.

Подключение джойстиков, предназначенных для управления играми, реализуется в специальный игровой порт (Game-порт), который размещается на звуковой карте.

Устройства вывода

Выводимая информация может отображаться на экране монитора, печататься на бумаге (с помощью принтера или плоттера), воспроизводиться в виде звуков (с помощью акустических колонок или головных телефонов), регистрироваться в виде тактильных ощущений (технология виртуальной реальности), распространяться в виде управляющих сигналов (устройства автоматики), передаваться в виде электрических сигналов по сети.

Мониторы

К средствам визуального отображения относятся мониторы.

Монитор работает под управлением специального аппаратного устройства – видеоадаптера, который преобразует информацию, предназначенную для вывода на экран, из внутреннего машинного представления в представление монитора. Видеокарта установлена в слот расширения системной платы в системном блоке, и с помощью нее монитор подключается к компьютеру.

Дисплей и адаптер очень тесно связаны между собой и совместно определяют качество изображения – разрешение, количество воспроизводимых цветов, скорость регенерации (число кадров в единицу времени).

Отображение информации на экране монитора возможно в одним из двух режимов: символьном или графическом. В любом режиме изображение на экране составляется из отдельных точек, каждая из которых имеет свой цвет или яркость. В графическом режиме, который в основном используется в современных программных продуктах, управление цветом или яркостью осуществляется для каждой точки экрана в отдельности. В текстовом режиме управление цветом или яркостью осуществляется сразу для группы точек, образующих прямоугольную матрицу определенного размера. Для этой группы задается цвет фона, то есть цвет точек, не участвующих в формировании символа, цвет символа и код символа. Формирование символа осуществляется под управлением специального электронного устройства – знакогенератора, представляющего для каждого символа кодовой таблицы набор байтов, определяющих местоположение в матрице точек с цветом символа и цветом фона. Изменение таблицы знакогенератора позволяет менять шрифт и создавать альтернативные таблицы кодировок символов.

В обязанности современной видеокарты входит быстрая и качественная обработка двумерной графики и поддержка (возможность вывода на экран качественно прорисованного) объемного, трехмерного изображения (3D, 3-Dimensions). Кроме того, у многих видеокарт есть и дополнительные функции – прием изображения внешнего источника – видеокамеры, видео-магнитофона или телевизионной антенны (эти операции выполняют, соответственно, видеовход и TV-тюнер), вывод изображения на внешние устройства – телевизор или видеомагнитофон (этим занимается видеовыход). Видеокарта оснащена достаточно мощным специализированным графическим процессором и собственной оперативной памятью (видеопамятью), объем которой постепенно догоняет стандартный объем оперативной памяти самого компьютера.

Бурное развитие графического пользовательского интерфейса операционных систем, прикладных и игровых программ явилось стимулом к появлению нового поколения видеоадаптеров, которые принято называть «графическими ускорителями». Это означает, что многие графические функции выполняются в самом видеоадаптере на аппаратном уровне, благодаря чему высвобождаются ресурсы процессора для выполнения других задач.

Основные параметры видеокарт.

1. Разрешающая способность– определенное количество точек графического изображения на единицу площади. Чем больше этих точек, тем менее зернистой и более качественной будет картинка. Разрешающую способность описывают две величины — количество точек по вертикали и по горизонтали: 640´480, 800´600, 1024´768, 1152´864, 1280´1024, 1600´1200, 1792´1344.

2. Цветовой режим– количество цветов. Любая современная видеокарта обеспечит количество цветов от 16 до нескольких десятков миллионов, достигая границы чувствительности человеческого глаза. Самый «грубый» режим – 16 цветов. LowColor – режим 256 цветов. High Color – режим «высококачественного цвета» (65 тыс. цветов). True Color – режим «реального цвета» (16 млн. цветов). Два последних режима являются «рабочими» для Windows, они же чаще всего используются в играх.

Эти два параметра вместе называются видеорежимом(режим 800´600´65K – разрешение 800´600 при 65 тыс. цветов).

3. Максимальная частота развертки(Refresh Rate) – частота обновления кадров. Чем выше частота развертки – тем меньше будет «рябить» экран монитора. Для комфортной работы необходимо, чтобы частота вертикальной развертки составляла не менее 80 Гц, т.е. чтобы изображе-ние на экране обновлялось с частотой не менее 80 раз в секунду.

Управление видеокартой в графическом режиме, в том числе включение того или иного графического режима, осуществляется с помощью специальной программы, называемой графическимдрайвером.Стандартные драйверы имеют расширение bgi, например svga256.bgi.

В настоящее время наиболее распространены цветные мониторы с видеоадаптером SVGA (Super Video Graphic Array – видеографическая матрица). Монохромные мониторы в современных компьютерах не используются. Характеристиками монитора являются:

ü размер зерна люминофора (вещества, светящегося под воздействием пучка электронов);

ü размер экрана по диагонали.

Размер зерна – это минимальный размер пикселя, который может быть получен в данном мониторе. Минимальный элемент изображения на экране (точка) называется пикселем – от английского «picture element». Нельзя смешивать понятия «пиксель» и «зерно». Размер зерна изменить нельзя, а размер пикселя зависит от режима видеоадаптера. Для адаптеров с высоким разрешением нет смысла использовать монитор с крупным размером зерна. Приемлемым сегодня считается зерно 0,28 мм, качественные мониторы имеют зерно 0,25–0,24 мм, профессиональные – 0,22 мм. Величина зерна заметно сказывается на контрастности изображения. Поэтому для графических работ следует выбирать мониторы с зерном не более 0,25 мм.

Мониторы имеют различный размер экрана. Размер диагонали экрана измеряется в дюймах (1 дюйм = 2,54 см) и составляет 15,17, 19, 21 и более дюймов.

В настоящее время используются два вида мониторов: мониторы на электронно-лучевой трубке (ЭЛТ) и жидкокристаллические мониторы.

Параметры монитора ЭЛТ определяются характеристиками электронно-лучевой трубки и качеством элементов, управляющих видеотрактом.

Конструкция ЭЛТ совпадает с телевизионным кинескопом (рис. 2.11).

Перечислим основные детали, из которых состоит ЭЛТ: катод, анод, экран, колба модулятор, горизонтальные отклоняющие пластины, вертикальные отклоняющие пластины. Катод, анод и модулятор образуют электронный прожектор, который иногда называют электронной пушкой. Горизонтальные и вертикальные отклоняющие пластины образуют отклоняющую систему.

Анод

Отклоняющая система

Фокусирующая система

Рис. 2.11. Принципиальное устройство электронно-лучевой трубки монитора

В ЭЛТ используется поток электронов, сфокусированных в узкий пучок, управляемый по интенсивности и по положению в пространстве. Электронный пучок испускается электронным прожектором (точнее, катодом), а изменение положения пучка на кране производится отклоняющей системой.

Перемещение электронного луча по экрану ЭЛТ в соответствии с определенным законом называется разверткой, а рисунок, прочерченный следом пучка на экране, – растром. Развертка осуществляется подачей на отклоняющую систему ЭЛТ периодически изменяющихся напряжений. В ходе развертки электронный пучок последовательно обегает по строчкам поверхность экрана ЭЛТ. В процессе сканирования поток электронов движется по зигзагообразной траектории от левого верхнего угла экрана к нижнему правому углу.

Экран покрыт люминофором, поэтому в местах падения электронного пучка появляется свечение, яркость которого пропорциональна интенсивности пучка. Интенсивность потока электронов изменяется в соответствии с сигналами, подаваемыми на управляющий электрод – модулятор. Именно эти сигналы формируют необходимое изображение на экране дисплея. С помощью отклоняющей системы модулированный пучок электронов развертывается в растр, высвечивая на экране строку за строкой. Изображение воспроизводится кадр за кадром. Благодаря инерционности зрения человек видит на экране слитное, динамическое, изображение.

В цветных мониторах для формирования изображения применяют отдельные пушки для каждого из основных цветов (Red – красный, Green – зеленый, Blue – синий), а слой люминофора составляют из близко расположенных группами по три (также в сочетании Red, Green, Blue – RGB) точек цветного люминофора.

Мониторы на ЭЛТ (рис. 2.12) являются источником высокого статического напряжения, элек-тромагнитного излучения и мягкого рентгеновского излучения, которые оказывают неблагоприятное воздействие на пользователя. Наиболее интенсивны электромагнитные и другие излучения в области задней стенки корпуса монитора.

Экраны на плоских панелях могут быть основаны на нескольких технологиях:

ü жидких кристаллах (LCD);

ü плазменных (PDP);

ü светодиодных элементах (LED);

ü электронной эмиссии (FED)

ü и других.

Рис. 2.12. Внешний вид ЭЛТ-монитора

Жидкокристаллические мониторы (LCD – Liquid Crystal Display) имеют панели, ячейки (пикселы) которых содержат жидкие вещества, обладающие некоторыми свойствами, присущими кристаллам (рис. 2.13). Молекулы жидких кристаллов под воздействием электрического поля могут изменять свою ориентацию и вследствие этого изменять свойства светового луча, проходящего сквозь них.

Рис. 2.13. Внешний вид ЖК-монитора

ЖК-панель имеет несколько слоев, среди которых ключевую роль играют две стеклянные подложки и находящийся между ними слой жидких кристаллов. На подложках проделаны параллельные бороздки, определяющие ориентацию жидких кристаллов. Бороздки двух подложек перпендикулярны между собой. Молекулы жидких кристаллов в отсутствие напряжения под воздействием источника проходящего или падающего света поворачивают плоскость поляризации на угол 90°, что обеспечивает совпадение с ориентацией бороздок. При появлении электрического поля ЖК-молекулы выстраиваются вдоль поля, и угол поворота плоскости поляризации света становится отличным от 90°. Поворот плоскости поляризации светового луча незаметен для глаза, поэтому на панели устанавливают несколько поляризационных фильтров. Они пропускают только ту компоненту светового потока, у которой ось поляризации соответствует заданной. В отсутствие напряжения на сегменте углы поляризации света после прохождения ЖК-ячеек и второй подложки совпадают, и потому пиксел выглядит прозрачным.

Важнейшим параметром плоскопанельных дисплеев является стандартное (Native) разрешение. Оно соответствует числу пикселов по горизонтали и вертикали. Именно в стандартном разрешении ЖК-монитор воспроизводит изображение наиболее качественно. Разрешение определяется размером ячеек и диагональю панели. В настоящее время производятся панели с ячейками размером 0,24–0,3 мм.

Яркость и контрастность определяют комфортность работы с ЖК-монитором. Цветовой охват современных ЖК-панелей достигает 16,7 млн цветов. Таким образом, к преимуществам ЖК-мониторов можно отнести небольшое питающее напряжение, малую глубину панели, действительно плоское изображение (без геометрических искажений), высокие значения яркости, низкое энергопотребление, отсутствие электромагнитных излучений. Существенных недостатков четыре: высокая цена (которая динамично снижается), искажение цветов, единственный режим разрешения, обеспечивающий хорошее качество, малые углы комфортного обзора.

Мониторы, основанные на плазменных технологиях, светодиодных элементах и электронной эмиссии, пока используются редко.

Принтеры

Принтер предназначен для вывода текстовой и графической информации на твердый носитель, в основном – на бумагу. Для уменьшения загруженности компьютера, под управлением которого они работают, принтеры имеют собственный узкоспециализированный процессор и оперативную память (буфер), в которую помещается полностью или частично информация, выводимая на печать.

Принтеры классифицируются по пяти основным позициям:

ü принципу работы печатающего механизма,

ü максимальному формату листа бумаги,

ü использованию цветной печати,

ü наличию или отсутствию аппаратной поддержки языка PostScript (см. пункт 1.5.4),

ü рекомендуемой месячной нагрузке, которая взаимосвязана со скоростью печати.

По принципу действия принтеры делятся на:

ü матричные,

ü струйные,

ü лазерные,

ü и другие.

Матричные принтеры являются принтерами ударного действия. Печатающая головка матричного принтера состоит из вертикального столбца маленьких стержней, которые под воздействием магнитного поля «выталкиваются» из головки и ударяют по бумаге через красящую ленту. Перемещаясь, печатающая головка оставляет на бумаге строку символов. Недостатками матричных принтеров являются медленная печать, много шума при печати и качество печати. Достоинства матричных принтеров определяются способностью работать с любой бумагой и низкой стоимостью печати.

Струйные и лазерные принтеры могут быть монохромными или цветными. Для каждого класса принтеров существуют основные стандарты протокола обмена и систем команд. Для матричных принтеров основными являются стандарты фирм IBM и Epson, для струйных – фирмы Hewlett Packard, для лазерных – фирмы Hewlett Packard и язык описания страниц PostScript.

Вструйных принтерах (рис. 2.14) используется чернильная печатающая головка, которая под давлением выбрасывает чернила из ряда мельчайших отверстий на бумагу. Печатающая головка струйного принтера содержит от 12 до 64 сопел, диаметры которых тоньше человеческого волоса. Перемещаясь вдоль бумаги, печатающая головка оставляет строку символов или полоску изображения.

Известно несколько принципов действия струйных печатающих головок.

В одной из конструкций на входном конце каждого сопла расположен маленький резервуар с чернилами. Позади резервуара располагается нагреватель (тонкопленочный резистор). Когда резистор нагревается проходящим по нему током до температуры 500°С, окружающие его чернила вскипают, образуя пузырек пара. Этот расширяющийся пузырек выталкивает из сопла капли чернил диаметром 50–85 мкм со скоростью около700 км/ч.

В другой конструкции печатающей головки источником давления служит мембрана, приводимая в движение пьезоэлектрическим способом.

Во всех конструкциях принтеров электромеханические устройства перемещают печатающие головки и бумагу таким образом, чтобы печать происходила в нужном месте.

Струйные принтеры печатают достаточно быстро, производят мало шума. Качество печати определяется разрешающей способностью струйных принтеров, которая составляет 600 dpi и выше. Символы dpi означают число точек на дюйм (dot per inch). Однако они очень требовательны к бумаге. На бумаге низкого качества чернила расплываются. Также полученное изображение чувствительно к действию влаги.

В лазерных принтерах (рис. 2.15) используется электрографический принцип создания изображения. Процесс печати включает в себя создание невидимого рельефа электростатического потенциала в слое полупроводника с последующей его визуализацией. Визуализация осуществляется с помощью частиц сухого порошка – тонера, наносимого на бумагу. Тонер представляет собой кусочки железа, покрытые пластиком. Наиболее важными частями лазерного принтера являются полупроводниковый барабан, лазер и прецизионная оптико-механическая система, перемещающая луч (рис. 2.16).

Рис. 2.15. Внешний вид лазерных принтеров

Рис. 2.16. Принцип работы лазерного принтера

Лазер генерирует тонкий световой луч, который, отражаясь от вращающегося зеркала, формирует электронное изображение на светочувствительном полупроводниковом барабане.

Поверхности барабана предварительно сообщается статический заряд. Для получения изображения на барабане лазер должен включаться и выключаться, что обеспечивается схемой управления. Вращающееся зеркало служит для разворота луча лазера в строку, формируемую на поверхности барабана. Поворот барабана на новую строку осуществляет позиционный шаговый двигатель. Процесс развертки изображения на барабане во многом напоминает построение изображения на экране монитора (создание растра).

Когда луч лазера попадает на предварительно заряженный барабан, заряд «стекает» с освещенной поверхности. Освещаемые и неосвещаемые лазером участки барабана имеют разный заряд. В результате сканирования всей поверхности полупроводникового барабана на нем создается скрытое (электронное, не видимое для человека) изображение.

На следующем этапе работы принтера происходит проявление изображения, т.е. превращение скрытого электронного изображения в видимое изображение. Заряженные частицы тонера притягиваются только к тем местам барабана, которые имеют противоположный заряд по отношению к заряду тонера.

Когда видимое изображение на барабане построено, и он покрыт тонером в соответствии с оригиналом, подаваемый лист бумаги заряжается таким образом, что тонер с барабана притягивается к бумаге. Прилипший порошок закрепляется на бумаге за счет нагрева частиц тонера до температуры плавления. В результате этих операций формируется водоу