Архитектура ПК. Основы технического обеспечения компьютерных систем

Инфоформация Микропроцессор Память Устройства ввода-вывода Информация

Рис. 1.1. Минимальный состав персонального компьютера

Более подробная схема архитектуры ПК имеет такой вид:

 

ПЭВМ состоит из аппаратуры и программного обеспечения (hardware и software).

К важнейшим составлявшим аппаратуры относятся:

1. Микропроцессор (МП), осуществляющий вычисления и обеспечивающий общее управление компьютером. Микропроцессор состоит из:

- Арифметико-логического устройства (АЛУ), предназначенного для выполнения арифметических операций;

- Устройства управления (УУ), обеспечивающего управление вычислительным процессом;

МП реализован в виде полупроводникового кристалла или группы кристаллов.

МП характеризуется:

- тактовой частотой, разрядностью, архитектурой.

Тактовая частота определяется максимальным временем выполнения элементарного действия в МП. Тактовая частота компьютера варьируется от 10 до 450 МГц.

Разрядность - максимальное число двоичных разрядов, которые могут обрабатываться одновременно. Понятие разрядности включает в себя:

- разрядность внутренних регистров МП,

- разрядность шины данный,

- разрядность шины адреса.

Разрядность внутренних регистров определяет размер данных с которыми может работать МП.

Разрядность шины данных определяет скорость передачи информации между МП и другими устройствами.

Разрядность шины адреса определяет адресное пространство МП.

Основной процессор способен реализовать любой алгоритм, который кодируется в системе команд МП. Большинство МП поддерживают только целочисленную арифметику. Арифметика с плавающей запятой реализуется программно.

Иногда в состав ПК входит основной МП и сопроцессор. Сопроцессор предназначен для выполнения действий с плавающей запятой. Наличие сопроцессора значительно повышает быстродействие ПЭВМ. Основные модели ПЭВМ и их характеристики приведены ниже.

ПК с МП 8086,8088 назывались ПК класса XT, остальные - ПК класса AT, а также Pentium I, Pentium II, Pentium III, Pentium IV.

В следующих подразделах рассматривается устройство агрегатов персонального компьютера, включая и наиболее распространенные внешние устройства.

Системный блок

Системный блок стационарного ПК представляет собой прямоугольный каркас, в котором размещены все основные узлы компьютера: материнская плата, адаптеры, блок питания, 1-2 дисковода для гибких магнитных дисков (НГМД), один (значительно реже — два) дисковод на жестком магнитном диске (НЖМД), в просторечии называемый «винчестер», динамик, органы управления (выключатель электропитания, кнопка общего сброса, переключатель тактовой частоты, индикаторы питания и режимов работы), иногда — дисковод оптических дисков и довольно часто — дисковод для компакт-дисков. С тыльной стороны системного блока видны штепсельные разъемы для подключения шнуров питания и кабелей связи с внешними (то есть устанавливаемыми вне системного блока) устройствами. Внутрь системного блока устанавливаются платы сопряжения устройств с центральным процессором (адаптеры, или контроллеры, о которых сказано ниже) и платы расширения, то есть электронные устройства, которые отсутствуют в первоначальной комплектации машины и приобретаются позже для увеличения ее мощности или расширения функциональных возможностей. Каркас накрывается крышкой или кожухом.

Ныне наиболее распространены три вида форм системного блока: «башня» (tower), «мини-башня» (mini-tower).

Габариты башни достаточно велики и позволяют разместить в каркасе большее число блоков и плат. Ее часто устанавливают на пол.

Мини-башня отличается тем, что системный блок устанавливается на меньшую грань, так что материнская плата оказывается расположенной вертикально, а вставленные в нее платы — горизонтально.

1.3.1.1 Материнская (системная) плата

Так называют большую печатную плату одного из стандартных габаритов, которая несет на себе главные компоненты компьютерной системы: центральный микропроцессор, оперативную память, микросхемы поддержки, центральную магистраль, или шину, контроллер шины и несколько разъемов-гнезд. Последние (часто их называют слотами, от английского slot — щель) служат для подключения к материнской плате других плат (контроллеры, платы расширения и др.). Часть слотов в исходной комплектации ПК остаются свободными.

Кроме того, на материнской плате находятся миниатюрные переключатели, с помощью которых производится настройка электрической схемы платы.

На системной плате расположены также соединители, к которым с помощью специальных кабелей подключаются дополнительные устройства.

Микропроцессор представляет собой, по существу, миниатюрную вычислительную машину, размещенную в одной сверхбольшой интегральной схеме (СБИС). На одном кристалле сверхчистого кремния с помощью сложного, многоступенчатого и высокоточного технологического процесса создано несколько миллионов транзисторов и других схемных элементов, соединительные провода н точки подключения внешних выводов. В совокупности они образуют все логические блоки, описанные в п. 2.1., то есть арифметическое устройство, управляющее устройство, регистры и т. д. Мировой промышленностью выпускаются разнообразные типы центральных микропроцессоров. В табл. 2.1 показаны некоторые из процессоров, выпускаемых и выпускавшихся в недавнем прошлом компанией Intel — лидером в этой области.

Основными параметрами микропроцессоров являются: набор выполняемых команд, разрядность, тактовая частота.Тактовая частота указывает, сколько элементарных операций (тактов) микропроцессор выполняет в одну секунду. Тактовая частота измеряется в мегагерцах (1 МГц = 1 000000 Гц).Разрядность показывает, сколько двоичных разрядов (битов) информации обрабатывается (или передается) за один такт, а также — сколько двоичных разрядов может быть использовано в процессоре для адресации оперативной памяти.

Таблица 2. 1. Примеры центральных микропроцессоров

Обозначение	Число транзисторов на кристалле	Разрядность шины данных	Тактовая частота, МГц	Адресуемая память
I8008			0,8	16 Кбайт
I8080				64 Кбайт
I8086			4; 8; 10	1 Мбайт
I80286			8; 12; 16	16 Мбайт
I80386DX	275 000		20; 25; 33; 40	4 Гбайт
I80486DX	1200 000		25; 33; 50; 66	4 Гбайт
Pentium			60 ...200	4 Гбайт
Pentium Pro			160 ...200	4 Гбайт

Следует помнить, что тактовая частота служит лишь относительным показателем производительности процессора, поскольку схемные различия процессоров приводят к тому, что в некоторых из них за один такт выполняется работа, на которую другие расходуют несколько тактов.

Внешне микропроцессор выглядит как прямоугольная пластмассовая пластина размерами -5х5х0,5 см с многочисленными выводами (до 240). На современные высокоскоростные микропроцессоры устанавливается вентилятор (размером со спичечную коробку), необходимый для охлаждения.

Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), илиоперативная память(по-английски RAM, Random Access Memory, память с произвольным доступом, то есть, возможны и чтение, и запись) также реализована на СБИС. Скорость доступа, то есть время, необходимое для считывания данных из ОЗУ или записи их туда, у современных ОЗУ составляет около 60 нс (60 х 10 ^-9с). Существуют два типа СБИС памяти: статическая и динамическая.

Основная память - запоминавшее устройство, напрямую связанное с процессором и предназначенное для хранения программ и данных в процессе выполнения программы.

Основная память состоит из оперативного запоминавшего устройства (ОЗУ или RAM) и постоянного запоминающего устройства (ПЗУ или ROM). ОЗУ является энергозависимым. ПЗУ - энергонезависимое устройство, которое обеспечивает надежное хранение и выдачу информации. Содержимое ПЗУ не может быть изменено. В ПЗУ хранятся часто используемые программы и данные. Для большинства программ минимально требуемый объем ОЗУ - 640К. Современные компьютеры обладают ОЗУ в 128, 256, 518 и более Мб.

Во-первых элементарную ячейку образуют так называемые триггерные схемы. Будучи установлена входным импульсом в одно из двух возможных состояний («0» или «1»), такая схема сохраняет его до очередного импульса или до выключения питания. При считывании записанного в ячейку значения ее состояние тоже не изменяется. Иначе работает динамическая память: она состоит из микроскопических конденсаторов, каждый из которых может пребывать в состоянии «заряжен» (что символизирует двоичную единичку) или «не заряжен» (двоичный ноль). Чтобы сохранять данные в такой памяти, заряженные конденсаторы необходимо периодически «подпитывать». Поэтому динамическое ОЗУ при прочих равных условиях существенно медленнее статического. Но зато оно менее энергоемко. Следует подчеркнуть, что оба вида памяти хранят данные лишь при постоянном электропитании. Про такое запоминающее устройство говорят, что оно энергозависимо. Данные в этой памяти стираются после выключения или перезагрузки компьютера.

Конструктивно современная СБИС ОЗУ (например, SIMM, single in-line memory module) представляет собой небольшую печатную плату с размещенными на ней микросхемами. В последнее время в основном применяются 72-контактные (72-pin) 36-битовые модули (32 бита — длина слова из четырех байт плюс по биту контроля четности на каждый байт).

Кроме ОЗУ, в современных ПК обязательно присутствует и так называемая сверхоперативная память (ее называютеще кэш-памятью, от английского cache). Она предназначена для согласования скорости работы медленных устройств с более быстрыми, например микропроцессора и динамической памяти.

Кэш-память бывает двух уровней: кэш-память первого уровня размером до 32 Кбайт встраивается непосредственно в микропроцессор; кэш-память второго уровня размером до 512 Кбайт (и более) устанавливается (как правило) на системной плате.

Системная магистраль данных (системная шина) — это группа электрических соединений (проводников) для передачи данных, адресов и сигналов между различными компонентами компьютера. Для обеспечения взаимозаменяемости устройств, изготавливаемых разными производителями, количество, назначение и размещение этих проводников стандартизовано. В подавляющем большинстве IBM-совместимых компьютеров системные шины изготовлены по стандарту ISA (Industry Standard Architecture, стандартная индустриальная архитектура). Согласно ему шина имеет 16 линий для передачи данных, 24 линии для передачи адреса, 15 линий для аппаратных прерываний и 7 линий для организации так называемого прямого доступа в память. Кроме того, несколько проводников отведены для разводки электропитания и служебных сигналов.

В недавнем прошлом обмен данными между внешними устройствами (например, НЖМД) и ОЗУ проходил через системную шину с участием центрального процессора (на время обмена последний приостанавливал выполнение основной программы). Это снижало общую производительность ПК. Введение в состав ПК локальной шины позволило устранить это узкое место, так как она напрямую связывает внешнее устройство с ОЗУ. Производителями ЭВМ разработан ряд стандартов на локальные шины. Наиболее популярен недавно был стандарт VLB (VESA Local Bus), предложенный ассоциацией VESA (Video Electronics Standards Association, ассоциация по стандартам в видеоэлектронике).

Промежуточный уровень между шиной микропроцессора и системной шиной ISA занимают так называемые mezzanine-шины, то есть шины-«пристройки». Они не зависят от типа основного процессора и его тактовой частоты. Одним из стандартов на такие шины является PCI (Peripheral Component Interconnect, связь периферийных компонентов).

Еще один важный элемент из числа устанавливаемых на системной плате — это микросхема BIOS (Basic Input-Output System, базовая система ввода-вывода). Она представляет собой энергонезависимое постоянное запоминающее устройство, в которое записаны программы, реализующие функции ввода-вывода, а также программа тестирования компьютера в момент включения питания (POST, Power-On-Self-Test) и ряд других специальных программ.

В своей работе BIOS опирается на сведения об аппаратной конфигурации компьютера, которые хранит еще одна микросхема— CMOS RAM (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor RAM). Это энергозависимая память, постоянно подпитывается от батарейки, которая тоже находится на системной плате. Та же батарейка питает и схему кварцевых часов, непрерывно отсчитывающих время и текущую дату.

1.3.1.2 Блок питания

Блок питания (БП) преобразует переменный ток сети электропитания в постоянный ток низкого напряжения. БП имеет несколько выходов на разные напряжения (12,5 и 3,5 В), которые обеспечивают питанием соответствующие устройства компьютера. Электронные схемы блока питания поддерживают эти напряжения стабильными вне зависимости от колебаний сетевого напряжения в довольно широких пределах (от 180 до 250 В).

1.3.2 Накопители

Накопители— это запоминающие устройства, предназначенные для длительного (то есть не зависящего от электропитания) хранения больших объемов информации. Выражение «большие объемы» означает, что емкость накопителя в десятки и сотни раз превосходит емкость ОЗУ или вообще не ограничена (если речь идет о накопителе со сменными носителями).

Накопитель можно рассматривать как совокупность носителя и соответствующего привода. Различают накопители со сменными и несменными носителями.

Привод представляет собой сочетание механизма чтения-записи с соответствующими электронными схемами управления. Его конструкция определяется принципом действия и видом носителя. Носитель, являющийся средой хранения информации, по внешнему виду может быть дисковым либо ленточным: по принципу запоминания — магнитным, магнитооптическим, оптическим. Ленточные носители применяются только в магнитных накопителях; в дисковых накопителях используются магнитные, магнитооптические и оптические методы записи-считывания. Дисковый носитель может иметь жесткую или гибкую основу.

Гибкие носители для магнитных накопителей в настоящее время выпускаются в виде дискет, пли флоппи-дисков. Собственно носитель представляет собой плоский диск из специальной пленки (майлара), обладающей достаточной прочностью и стабильностью размеров. Он покрыт ферромагнитным слоем и помещен в защитный конверт (оболочка дискеты). В табл. 2.2. приведены характеристики дискет.

Таблица 2.2. Дискеты

Размер дискеты	Тип оболочки	Емкость	Цена, $	Примечание
51/4 дюйма	Картон	До 1,2 Мбайт	0,2... 0,5	Выходят из употребления
31/2 дюйма	Пластмасса	до 2,88 Мбайт	0,6 ...1

Привод для гибких дисков (НГМД) представляет собой электронно-механическое устройство стандартных габаритов, в корпусе которого размещены:

• электродвигатель, который вращает шпиндель;

• магнитная головка и механизм ее позиционирования;

• печатная плата со схемами питания двигателя, управления механизмом позиционирования, усилителей записи и считывания, формирования выходных сигналов.

Конструктивной особенностью НГМД является то, что диск приводится во вращение только по поступлении команды на чтение или запись; в остальное время он покоится. Кроме того, головка чтения-записи во время работы механически контактирует с поверхностью носителя.

В системном блоке НГМД (как правило) крепится так, что щель для приема дискеты выходит на лицевую панель.

Накопитель на жестких магнитных дисках (НЖМД) — это устройство с несменным носителем. Его конструктивная схема сходна со схемой НГМД, но реализация отличается, и существенно. От НЖМД требуется в сотни раз большие емкость и скорость обмена данными. Поэтому информация записывается не на один диск, а на набор дисков, состоящий из нескольких пластин, идеально плоских и с отполированным ферромагнитным слоем (рис. 1.3). При этом запись производится на обе поверхности каждой пластины (кроме крайних).4

Рис. 1.3. Схема конструкции НЖМД

Следовательно, работает не одна, а группа магнитных головок, собранных в единый блок. Пакет дисков вращается непрерывно и с большой скоростью (до 7500, а в отдельных моделях до 10 000 и более об/мин), пока ПК включен, и потому механический контакт головок и дисков недопустим. Каждая головка «плавает» над поверхностью диска на расстоянии 0,5-0,13 микрометра. Ясно, что проникновение в такой механизм мельчайшей пылинки вывело бы его из строя, поэтому электромеханическая часть накопителя заключена в герметичный корпус. Технические характеристики некоторых современных и перспективных НЖМД приведены в табл. 1.3.

Накопители выпускаются десятками фирм-производителей. Чтобы обеспечить взаимозаменяемость устройств, разработаны стандарты на их габаритные и электрические характеристики. Последние определяют, например, номенклатуру соединительных проводников, их размещение в переходных разъемах, электрические параметры сигналов (то есть то, что принято называть интерфейсом). На сегодня наиболее употребительны стандарты IDE (Integrated Drive Electronics) и более Производительные EIDE (Enhanced IDE) и SCSI (Small Computer System Interface). EIDE отличается от своего предшественника (IDE) тем, что допускают подключение к одному адаптеру до четырех устройств, поддерживает накопители с емкостью свыше 504 Мбайт, обслуживает и немагнитные накопители, до-

Таблица 2.3. Накопители на жестких магнитных дисках

Модель	фирма	Интерфейс	Емкость, Мбайт	Скорость вращения, об/мин	Время доступа, мсек
М2714	Fujitsu	IDE
М2952	Fujitsu	SCSI
М2949	Fujitsu	SCSI
HP SureStore 1080А	Hewlett-Packard	IDE
HP SureStore 1600A	Hewlett-Packard	IDE
HP SureStore 2000LP	Hewlett-Packard	SCSI			9,5
Cabo CFS1081A	Seagate	IDE
Medal i st 2140	Seagate	IDE
Cabo CFP1080	Seagate	SCSI
Barracuda 4LP	Seagate	SCSI
Bigfoot 1280	Quantum	IDE			15,5
Sirocco 1700	Quantum	IDE
Atlas XP34300	Quantum	SCSI			8,5

Формы представления данных и управляющих сигналов, используемые в разных устройствах ПК, существенно различаются. Это естественно, так как существенно различны функции устройств, физические принципы их работы, формы взаимодействия с человеком. Так, данные, считываемые с дискеты, представляются последовательностью электрических импульсов, каждый из которых несет значение одного бита.

Те же данные в системной шине изображаются комбинацией тридцати двух одновременно передаваемых импульсов (рис. 2.4).

Адаптеры

Ясно, что для поддержки взаимодействия устройств необходимо выполнять преобразование форм представления информации. Эту задачу решают специальные устройства, называемые адаптерами. Конструктивно они оформляются в виде печатных плат, которые, с одной стороны, имеют стандартный разъем для сопряжения с шиной, а с другой — специфический разъем (или разъемы) для связи с соответствующим устройством. На самой плате размещаются микросхемы и другие элементы, которые и выполняют необходимые преобразования. Следует отметить, что по мере совершенствования элементной базы складываются предпосылки уменьшения потребности в адаптерах, так как часть «обязанностей» по преобразованию сигналов берут на себя электронные схемы управления самих устройств (к примеру, тех же накопителей), а некоторые из согласовании выполняют микросхемы, установленные на системной плате. Тем не менее сегодня в номенклатуре адаптеров устойчиво фигурируют: видеоадаптеры (они же — видеоплаты, видеокарты), адаптеры портов ввода-вывода, сетевые адаптеры (сетевые карты), звуковые платы (аудиокарты), модемы.

Видеоадаптер — это устройство, преобразующее набор данных, подлежащих отображению на экране, в видеосигнал, посылаемый монитору по кабелю. Видеоадаптер обычно размещается в системном блоке компьютера. Данные о некоторых видеоадаптерах приведены в табл. 1.4.

Таблица 1.4. Видеоадаптеры.

Модель	Фирма	Объем памяти, Мбайт	Максимальное разрешение	Максимальное число цветов, млн
SpeedStar Graphics 2000	Diamond	1 или 2	1280 x 1024	16,7
Stealth64 Video 3000	Multimedia	2 или 4	1600 x 1200	16,7
MGA Millenium	Matrox	2... 4 ...8	1600 x 1200	16,7
Matrox Mystique	Graphics	2 ...4	1280 x 1024	16,7
Imagine 128 Series 2	Number Nine	2... 4	1600 x 1200	16,7
9FX Motion 331	Number Nine	1 или 2	1280 x 1024	16,7

ТИПЫ ВИДЕОАДАПТЕРОВ.

1. Адаптер МDA (Monochroae Display Adapter) обеспечивает воспроизведение текстовой информации в монохромном режиме, . 25 строк и 80 столбцов на экране.

2. Адаптер CGA (Color Graphic Adapter), цветной графический адаптер. Этот адаптер позволяет работать в текстовом (80х25, 16 цветов) и графическом режимах. Графических режимов пять. Первые четыре имеют разрешающую способность 320х200, доступны четыре цвета из шестнадцати возможная. Эти режимы отличаются друг от друга конкретными цветами. Пятый режим монохромный с разрешающей способностью 640х200.

3. Адаптер EGA ( Fnchanced Graphic Adapter), усовершенствованный графический адаптер быв разработан в 1984 году. Он поддерживает 3 цветных текстовых режима (80х25, 80х35, 80х43, 16 цветов) и все графические режимы адаптер CGA. Кроме того адаптером поддерживаются графические режимы 640х200, 640х350, 16 цветов и некоторые другие режимы.

4. Апаптер VGA (Video Graphic Array) был разработан в 1987 году, поддерживает 3 шестнадцатицветных текстовых режима 80х25, 80х40, 80х50, все графические режимы адаптеров CGA и EGA и режим 640х480, 16 цветов.

5. Адаптер SVGA ( Super Video Graphic Array) поддерживает все режимы адаптера VGA и некоторые дополнительные графические режимы, такие как 1024х768, 256 цветов.

В чем суть этого преобразования? Известно, что изображение на экране монитора, так же как и телевизора, складывается из отдельных точек. Точки формируются электронным лучом, траектория которого на экране в результате воздействия горизонтальной и вертикальной разверток представляет собой несколько сот горизонтальных линий. Управляя интенсивностью электронного луча, можно управлять яркостью отображаемой точки. Таким образом, для создания на экране требуемого изображения (например, буквы) необходимо соответствующим образом модулировать электронный луч, а для этого хранимые в ОЗУ коды символов приходится предварительно преобразовывать в видеосигнал. Схематически этот процесс показан на рис. 1.5.

Следует заметить также, что изображение на экране монитора приходится регенерировать (воссоздавать) как минимум 25-30 раз в секунду, всякий раз формируя заново видеосигнал, и, следовательно, обращаясь к оперативной памяти за исходными данными. (В действительности частоту регенерации делают еще более высокой, до 80 герц, с тем чтобы ослабить мерцание и снизить утомление глаз оператора). Чтобы этот процесс не мешал работе центрального процеccopa, подлежащие выводу данные хранятся в специально выделенной для этого видеопамяти.

Строчные синхроимпульсы

Рис. 1.5. Принцип преобразования кодов символов в видеосигнал

 

Конструктивно это может быть реализовано в форме выделения участка основного ОЗУ или (как правило) включением специальной микросхемы памяти в состав видеоадаптера. Требования к объему видеопамяти возрастают с увеличением разрешающей способности и количества воспроизводимых цветов. В настоящее время существует несколько стандартов на видеотракт персональных компьютеров. Они различаются наборами показателей разрешающей способностью, количеством отображаемых цветов, частотами разверток. В табл. 2.5 приведен перечень современных видеостандартов.

Таблица 2.5. Видеостандарты

Название стандарта	Шкала разрешающих способностей	Число отображаемых цветов	Требуемый объем видеопамяти, Мбайт	Частоты горизонтальной развертки, кГц	Частоты вертикальной развертки, Гц
CGA	320 x 200		0,256
EGA	640 x 350	16 из 64	0,256
VGA	640 x 480	256 из 4096	0,512	31,5
SVGA	800 x 600 1024 x 768 1280 x 1024 и выше	до 16,7 млн	от 0,512 до 8	31,5	70...120

Все платы SVGA совместимы с более ранними, то есть адаптер SVGA, способный работать при разрешающей способности в 1280 х 1024 пикселей, может также воспроизводить изображение и с более низкими значениями разрешающей способности.

Контроллер дисков предназначен для управления работой механических подвижных частей устройства и формирования электрических импульсов при записи и чтении. Он содержит:

· генератор, питающий переменным током двигатель дисков;

· сложную сервосистему, которая управляет устройством позиционирования

· блока головок на требуемую дорожку (цилиндр) в соответствии с поступающими от адаптера сигналами;

· усилители записи, формирующие электрические импульсы, которые подаются на магнитные головки при записи данных;

· усилители считывания и формирователи выходных сигналов при считывании информации.

Контроллер ввода-вывода, илиадаптер портов, представляет собой устройство, которое обслуживает разнообразные внешние устройства, такие как принтеры, манипуляторы и т. п. Присоединение их к процессорному блоку осуществляется через специальные схемные элементы, называемые портами. Различают параллельные и последовательные порты. Параллельный порт позволяет передать за один такт по крайней мере один байт, поскольку каждому биту выделен один проводник (один контакт) и, таким образом, все составляющие байта передаются одновременно, параллельно (см. рис. 2.4).

Последовательный порт содержит для передачи данных только одну пару проводников, и потому биты, составляющие сигнал, проходят через порт последовательно. Отметим, что последовательный порт используют не только для цифровой передачи, но и для передачи некодированных сигналов (например, от манипулятора).

Наиболее часто адаптер ввода-вывода обслуживает три параллельных порта (их именуют LPT1 ... LPT3) н четыре последовательных (с именами СОМ1 ... COM4). Для LPT-портов используют 41-штырьковые разъемы, для СОМ-портов 9-или 25-штырьковые. Разъемы выходят на заднюю стенку системного блока, и к ним подключаются соединительные кабели внешних устройств. Общее число разъемов, как правило, меньше числа портов.

Сетевая плата. Этот адаптер предназначен для сопряжения персонального компьютера с физическим каналом передачи данных, например с коаксиальным кабелем. Он осуществляет двунаправленную транспортировку данных: прием сигналов из канала и передачу их на шину компьютера или наоборот — прием данных из компьютера и их передачу в канал. При этом сетевая плата выполняет все необходимые преобразования структуры передаваемых сообщений строго в соответствии со стандартами, по которым построена данная вычислительная сеть.

Монитор

Монитор (дисплей) компьютера предназначен для отображения текстовой и графической информации. Мониторы бывают цветными и монохромными. Они могут работать в одном из двух режимов: текстовом или графическом.

В текстовом режиме экран монитора условно разбивается на отдельные участки — знакоместа (чаще всего на 25 строк по 80 символов). На каждом знакоместе может быть отображен один из 256 заранее определенных символов. В число этих символов входят заглавные и строчные буквы, цифры и т. д. Подчеркнем, что общая номенклатура (она зависит от системы кодирования символов) отображаемых на экране символов не ограничена числом 256. Одному и тому же коду в зависимости от режима («латинский алфавит», «кириллица», «псевдографика») на экране монитора могут соответствовать разные символы. В графическом режиме экран монитора представляет собой, по существу, растр, состоящий из точек (пикселей). Количество точек по горизонтали и вертикали, которые монитор способен воспроизвести четко и раздельно, называется разрешающей способностью монитора. Выражение «разрешающая способность 800 х 600» означает, что монитор может выводить 600 горизонтальных строк по 800 точек в каждой строке. Это свойство монитора определяется, в частности такой его характеристикой, как размер точки (зерна) экрана. Не следует думать, что потенциальная разрешающая способность монитора реализуется автоматически. Реальная разрешающая способность всего видеотракта зависит еще и от видеокарты.

Существуют два основных типа мониторов: жидкокристаллические и с электронно-лучевой трубкой. Мониторы подразделяются на монохромные и цветные. Жидкокристаллические мониторы имеют (при прочих равных условиях) на порядок меньший вес и геометрический объем, потребляют на два порядка меньше энергии, но зато они примерно в 5 раз дороже и поэтому применяются (пока) только в переносных компьютерах.

В подавляющем большинстве случаев монитор представляет собой самостоятельный конструктивный блок. К донной части кожуха монитора прикреплена опора со сферическим сочленением, которая позволяет устанавливать экран под удобным для оператора углом. Внутри кожуха размещены блок питания и электронные схемы, необходимые для формирования экранного изображения.

В современных ПК предпринимаются специальные аппаратно-программные меры для продления срока службы экрана монитора и сбережения электроэнергии. Если в течение определенного времени пользователь не производит никаких действий, то сначала операционная система выдает команду на вывод на экран специальной картинки, а еще чуть позже - на перевод электропитания монитора в «спящий режим» (питание сохраняется только для логических схем, с тем чтобы монитор мог включиться снова).

Монитор является частью видеосистемы компьютера.

Видеосистема компьютера состоит из трех компонент:

· монитор (называемый также дисплеем);

· видеоадаптер;

· программное обеспечение (драйверы видеосистемы).

Видеоадаптер посылает в монитор сигналы управления яркостью лучей и синхросигналы строчной и кадровой развёрток. Монитор преобразует эти сигналы в зрительные образы. А программные средства обрабатывают видеоизображения — выполняют кодирование и декодирование сигналов, координатные преобразования, сжатие изображений и др.

Монитор — устройство визуального отображения информации (в виде текста, таблиц, рисунков, чертежей и др.).

Рис. 1.6. Монитор

Подавляющее большинство мониторов сконструированы на базе электронно-лучевой трубки (ЭЛТ), и принцип их работы аналогичен принципу работы телевизора. Мониторы бывают алфавитно-цифровые и графические, монохромные и цветного изображения. Современные компьютеры комплектуются, как правило, цветными графическими мониторами.

 

1. 3.4.1 Монитор на базе электронно-лучевой трубки

Основной элемент дисплея — электронно-лучевая трубка. Её передняя, обращенная к зрителю часть с внутренней стороны покрыта люминофором — специальным веществом, способным излучать свет при попадании на него быстрых электронов.

Рис. 1.7. Схема электронно-лучевой трубки

Люминофор наносится в виде наборов точек трёх основных цветов — красного, зелёного и синего. Эти цвета называют основными, потому что их сочетаниями (в различных пропорциях) можно представить любой цвет спектра.

Рис. 1.8. Пиксельные триады

Наборы точек люминофора располагаются по треугольным триадам. Триада образует пиксел — точку, из которых формируется изображение (англ. pixel — picture element, элемент картинки).

Расстояние между центрами пикселов называется точечным шагом монитора. Это расстояние существенно влияет на чёткость изображения. Чем меньше шаг, тем выше чёткость. Обычно в цветных мониторах шаг составляет 0,24 мм. При таком шаге глаз человека воспринимает точки триады как одну точку "сложного" цвета.

На противоположной стороне трубки расположены три (по количеству основных цветов) электронные пушки. Все три пушки "нацелены" на один и тот же пиксел, но каждая из них излучает поток электронов в сторону "своей" точки люминофора. Чтобы электроны беспрепятственно достигали экрана, из трубки откачивается воздух, а между пушками и экраном создаётся высокое электрическое напряжение, ускоряющее электроны. Перед экраном на пути электронов ставится маска — тонкая металлическая пластина с большим количеством отверстий, расположенных напротив точек люминофора. Маска обеспечивает попадание электронных лучей только в точки люминофора соответствующего цвета.

Рис. 1.8. Ход электронного пучка по экрану

Величиной электронного тока пушек и, следовательно, яркостью свечения пикселов, управляет сигнал, поступающий с видеоадаптера.

На ту часть колбы, где расположены электронные пушки, надевается отклоняющая система монитора, которая заставляет электронный пучок пробегать поочерёдно все пикселы строчку за строчкой от верхней до нижней, затем возвращаться в начало верхней строки и т.д.

Количество