Ответы на билеты (1-ый семестр ВФ). 1. Определение информатики, составные части и краткая история развития 3
 Скачать 1.09 Mb.
|
|
Скорость передачи данных при последовательном доступе: внутренняя зона диска: от 44,2 до 74,5 Мб/с; внешняя зона диска: от 60,0 до 111,4 Мб/с. Объём буфера — буфером называется промежуточная память, предназначенная для сглаживания различий скорости чтения/записи и передачи по интерфейсу. В дисках 2009 года он обычно варьируется от 8 до 64 Мб.
Запоминающие устройства – устройства, которые служат для ввода/вывода и хранения информации в компьютере и переноса ее между ними. Внешние запоминающие устройства обеспечивают как оперативную работу с оперативной памятью ЭВМ, так и длительное хранение информации. Магнитооптический диск – носитель информации, сочетающий свойства оптических и магнитных накопителей. Магнитооптический диск взаимодействует с операционной системой как жесткий диск, поэтому он может быть отформатирован в стандартную файловую систему. Магнитооптический диск изготавливается с использованием ферромагнетиков. Первые магнитооптические диски (середина 80x) были размером с 5,25" дискету, потом появились диски размером 3,5". Емкость таких дисков составляет не менее 640 мегабайт. Из них могут создаваться магнитооптические библиотеки с автоматической сменой дисков (время на смену дисков составляет несколько секунд), емкость которых измеряется сотнями гигабайт. Запись на магнитооптический диск осуществляется по следующей технологии: излучение лазера разогревает участок дорожки выше температуры точки Кюри, после чего электромагнитный импульс изменяет намагниченность, создавая отпечатки, эквивалентные питам на оптических дисках. Считывание осуществляется тем же самым лазером, но на меньшей мощности, недостаточной для разогрева диска: поляризованный лазерный луч проходит сквозь материал диска, отражается от подложки, проходит сквозь оптическую систему и попадает на датчик. При этом в зависимости от намагниченности изменяется плоскость поляризации луча лазера (эффект Керра), что и определяется датчиком. Преимущества: слабая подверженность механическим повреждениям; слабая подверженность магнитным полям; гарантированное качество записи. Недостатки: относительно низкая скорость записи; высокое энергопотребление; высокая цена как самих дисков, так и накопителей; малая распространённость. Оптический диск (opticaldisc) — собирательное название для носителей информации, выполненных в виде дисков, чтение с которых ведётся с помощью оптического излучения. Диск обычно плоский, его основа сделана из поликарбоната, на который нанесён специальный слой, который и служит для хранения информации. Принцип работы оптического диска: для считывания информации используется обычно луч лазера, который направляется на специальный слой и отражается от него. При отражении луч модулируется мельчайшими выемками на специальном слое, на основании декодирования этих изменений устройством чтения восстанавливается записанная на диск информация. Первое поколение (Laserdisc (LD),CD700mb Магнитооптические диски), второе (DVD 4 Гб, UMD, MD), третье (Blu-ray Disc 16 Гб, HD DVD), четвертое (Голографический многоцелевой диск (Holographic Versatile Disk 200Gb)). Скорости чтения (1 поколение - 1.17 -65.62 Mbit/s), (2 поколение - 10.55 - 210.94 Mbit/s), (3 поколение - 36 - 432 Mbit/s).
Системы графического ввода: Дигитайзер – это устройство для ввода графических данных, таких как чертежи, схемы, планы и т.п. Он состоит из планшета, соединенного с ним визира или специального карандаша. Перемещая карандаш по планшету, пользователь рисует изображение, которое выводится на экран. Сканер – это устройство ввода графических изображений в компьютер. В сканер закладывается лист бумаги с изображением. Устройство считывает его и пересылает компьютеру в цифровом виде. Во время сканирования листа с изображением плавно перемещается мощная лампа и линейка с множеством расположенных на ней в ряд светочувствительных элементов. Каждый элемент вырабатывает сигнал, пропорциональный яркости отраженного света от участка бумаги, расположенного напротив него. Яркость отраженного луча меняется из-за того, что светлые места сканируемого изображения отражают гораздо лучше, чем темные, покрытые краской. В цветных сканерах расположено три группы светочувствительных элементов, обрабатывающих соответственно красные, зеленые и синие цвета. Таким образом, каждая точка изображения кодируется как сочетание сигналов, вырабатываемых светочувствительными элементами красной, зеленой и синей групп. Закодированный таким образом сигнал передается на контроллер сканера в системный блок. Различают сканеры ручные, протягивающие и планшетные. В ручных сканерах пользователь сам ведет сканер по поверхности изображения или текста. Протягивающее устройство таких сканеров последовательно перемещает все участки сканируемого листа над неподвижной светочувствительной матрицей. Планшетные сканеры состоят из пластикового корпуса, закрываемого крышкой. Верхняя поверхность корпуса выполняется из оптически прозрачного материала, на который кладется сканируемое изображение. После этого изображение закрывается крышкой и производится сканирование. В процессе сканирования под стеклом перемещается лампа со светочувствительной матрицей. Главные характеристики сканеров – это скорость считывания, которая выражается количеством сканируемых станиц в минуту (pages per minute – ppm), и разрешающая способность, выражаемая числом точек получаемого изображения на дюйм оригинала (dots per inch – dpi). Системы графического вывода: Монитор (дисплей) является основным устройством вывода графической информации. Любое изображение на экране монитора образуется из светящихся разными цветами точек (пикселей). Пиксель – это самый мелкий элемент, который может быть отображен на экране. Мониторы подразделяются на ЭЛТ (Catode Ray Tube – CRT) и ЖК ( Liquid Crystal Display – LCD). В ЭЛТ мониторах изображение формируется с помощью зерен люминофора – вещества, которое светится под воздействием электронного луча. Различают три типа люминофоров в соответствии с цветами их свечения: красный, зеленый и синий. Цвет каждой точки экрана определяется смешением свечения трех разноцветных точек (триады), отвечающих за данный пиксель. Яркость соответствующего цвета меняется в зависимости от мощности электронного пучка. Под действием ускоряющего напряжения электроны разгоняются и достигают поверхности экрана, покрытой люминофором, который начинает светиться. Управление пучком электронов осуществляется отклоняющей и фокусирующей системой, которые состоят из набора катушек и пластин, воздействующих на электронный пучок с помощью магнитного и электрического полей. В соответствии с сигналами развертки, подаваемыми на электронную пушку, электронный луч пробегает по каждой строчке экрана, последовательно высвечивая соответствующие точки люминофора. Дойдя до последней точки, луч возвращается к началу экрана. Таким образом, в течение определенного периода времени изображение перерисовывается. Частоту смены изображений определяет частота горизонтальной синхронизации. Это один из наиболее важных параметров монитора, определяющих степень его вредного воздействия на глаза. Жидкокристаллические мониторы имеют меньшие размеры, потребляют меньше электроэнергии, обеспечивают более четкое статическое изображение. Принцип отображения на жидкокристаллических мониторах основан на поляризации света. Источником излучения здесь служат лампы подсветки, расположенные по краям жидкокристаллической матрицы. Свет от источника света однородным потоком проходит через слой жидких кристаллов. В зависимости от того, в каком состоянии находится кристалл, проходящий луч света либо поляризуется, либо не поляризуется. Далее свет проходит через специальное покрытие, которое пропускает свет только определенной поляризации. Там же происходит окраска лучей в нужную цветовую палитру. Принтеры: Матричные принтеры схожи по принципу действия с печатной машинкой. Печатающая головка формирует изображение из множества точек, ударяя иголками по красящей ленте. Красящая лента перемещается через печатающую головку с помощью микроэлектродвигателя. Соответствующие точки в месте удара иголок отпечатываются на бумаге, расположенной под красящей лентой. Бумага перемещается в продольном направлении после формирования каждой строчки изображения. Струйный принтер относится к безударным принтерам. Изображение в нем формируется с помощью чернил, которые распыляются через капилляры печатающей головки. Лазерный принтер также относится к безударным принтерам. Он формирует изображение постранично. Первоначально изображение создается на фотобарабане, который предварительно электризуется статическим электричеством. Луч лазера в соответствии с изображением снимает статический заряд на белых участках рисунка. Затем на барабан наносится специальное красящее вещество – тонер, который прилипает к фотобарабану на участках с неснятым статическим зарядом. Затем тонер переносится на бумагу и нагревается. Частицы тонера плавятся и прилипают к бумаге. К основным характеристикам принтеров относятся: ширина каретки, которая обычно соответствую бумажному формату А3 или А4; скорость печати, измеряемая количеством листов, печатаемых в минуту; качество печати, определяемое разрешающей способностью принтера – количеством точек на дюйм линейного изображения. Чем разрешение выше, тем лучше качество печати; расход материалов: лазерным принтером – порошка, струйным принтером – чернил, матричным принтером – красящих лент. Плоттер (графопостроитель) – это устройство для отображения векторных изображений на бумаге, кальке, пленке и других подобных материалах. Плоттеры снабжаются сменными пишущими узлами, которые могут перемещаться вдоль бумаги в продольном и поперечном направлениях. В пишущий узел могут вставляться цветные перья или ножи для резки бумаги. Графопостроители могут быть миниатюрными, а могут быть настолько большими, что на них можно вычертить кузов автомобиля или деталь самолета в натуральную величину.
Монитор (дисплей) компьютера – это устройство, предназначенное для вывода на экран текстовой и графической информации. Электронно-лучевые мониторы. Существующие сегодня мониторы отличаются устройством, размером диагонали экрана, частотой обновления картинки, стандартами защиты и многим другим. Первые электронно-лучевые мониторы были векторными. В мониторах этого типа электронный пучок создает линии на экране, перемещаясь непосредственно от одного набора координат к другому. Из-за этого нет необходимости разбивать экран на пиксели. Позднее появились мониторы с растровым сканированием. В них электронный пучок сканирует экран слева направо и сверху вниз, пробегая каждый раз всю поверхность экрана. Следующим шагом в развитии электронно-лучевых мониторов стало цветное изображение, для получения которого необходимо было использовать не один, а три электронных пучка. Каждый из них высвечивал определенные точки на поверхности дисплея. Одной из основных характеристик такого монитора является частота обновления экрана. Для электронно-лучевых мониторов достаточной частотой обновления экрана считается 85 Гц. Эта величина показывает, сколько раз в секунду будет обновляться картинка на экране. Разрешение показывает, сколько точек располагается по вертикали и сколько по горизонтали. Еще один тип мониторов – жидкокристаллические (LCD). Первые жидкокристаллические материалы были открыты более 100 лет назад австрийским ученым Ф. Ренитцером. Со временем было обнаружено большое число материалов, которые можно использовать в качестве жидкокристаллических модуляторов, однако практическое использование технологии началось сравнительно недавно. Технология LCD-дисплеев основана на уникальных свойствах жидких кристаллов. Газоразрядные или плазменные панели (PDP). Принцип действия плазменной панели основан на свечении специальных люминофоров (фосфоресцирующие вещества) при воздействии на них ультрафиолетового излучения. В свою очередь это излучение возникает при электрическом разряде в среде сильно разреженного газа. При таком разряде между электродами с управляющим напряжением образуется проводящий «шнур», состоящий из ионизированных молекул газа (плазмы) (аналогичный принцип работы реализован в лампах дневного света – газ в колбе (стеклянной трубе) начинает светиться при пропускании напряжения через него). Поэтому газоразрядные панели, работающие на этом принципе, и получили название «газоразрядных» или «плазменных» панелей. Плазменные панели создаются путем заполнения пространства между двумя стеклянными поверхностями инертным газом. Все пространство разделяется на множество пикселей (элементов изображения), каждый из которых состоит из трех подпикселей, соответствующих одному из трех цветов (красный, зеленый и синий). Дисплей (монитор) – необходимое устройство вывода информации. Дисплей может работать в 2-х режимах: текстовый и графический. Текстовый режим – для вывода символов. Экран разбивается на 80 вертикальных полосок, каждая из них, как правило, разбита на 25 частей по горизонтали (иногда – 43 или 45). Каждый полученный прямоугольник называется знакоместом. В нем размещается 1 символ. Знакоместо состоит из пикселей. Часть пикселей используется для изображения символа (передний план), а остальные образуют фон. Для изображения символа в текстовом режиме используется 16 цветов, а для изображения фона – 8 цветов. Текущую позицию (знакоместо, в котором появится следующий введенный с клавиатуры символ) указывает мигающая метка – курсор. После вывода символа в этом знакоместе курсор смещается на одну позицию (знакоместо) вправо. Графический режим – каждый пиксель экрана используется отдельно. Обычно курсор не выводится. Но в некоторых задачах возможен вывод на экран графического курсора (он отличается по виду от текстового курсора). Дисплей подключается к ПК через устройство сопряжения – видеоадаптер. Видеоадаптер имеет собственную память для хранения изображения, выводимого на экран. Объем этой памяти определяет количество цветов в цветовой палитре и разрешающую способность экрана. Наиболее известны видеоадаптеры CGA, EGA, VGA, SVGA.
Архитектура ЭВМ – это общее описание структуры и функций ЭВМ, ее ресурсов. Интерфейс – совокупность унифицированных, аппаратурных, программных и конструктивных средств, необходимых для реализации взаимодействия различных функциональных элементов в автоматизированных системах сбора и обработки информации при условиях, предписанных стандартом и направленных на обеспечение информационной, электрической и конструктивной совместимости Виды интерфейса: системный (внутрисистемный), периферийное оборудование, программируемый прибор, магистрально-модульный, микропроцессорные системы, локальные вычислительные системы.
По-видимому, самой ранней и наиболее известной является классификация архитектур вычислительных систем, предложенная в 1966 году М. Флинном. Классификация базируется на понятии потока, под которым понимается последовательность элементов, команд или данных, обрабатываемая процессором. На основе числа потоков команд и потоков данных Флинн выделяет четыре класса архитектур: ОКОД (SISD), МКОД (MISD), ОКМД (SIMD), МКМД (MIMD). ОКОД (SISD) (single instruction stream / single data stream) – одиночный поток команд и одиночный поток данных. К этому классу относятся, прежде всего, классические последовательные машины, или, иначе, машины фон-неймановского типа, например, PDP-11 или VAX 11/780. В таких машинах есть только один поток команд, все команды обрабатываются последовательно друг за другом и каждая команда инициирует одну операцию с одним потоком данных. Не имеет значения тот факт, что для увеличения скорости обработки команд и скорости выполнения арифметических операций может применяться конвейерная обработка – как машина CDC 6600 со скалярными функциональными устройствами, так и CDC 7600 с конвейерными попадают в этот класс. ОКМД (SIMD) (single instruction stream / multiple data stream) – одиночный поток команд и множественный поток данных. В архитектурах подобного рода сохраняется один поток команд, включающий, в отличие от предыдущего класса, векторные команды. Это позволяет выполнять одну арифметическую операцию сразу над многими данными – элементами вектора. Способ выполнения векторных операций не оговаривается, поэтому обработка элементов вектора может производится либо процессорной матрицей, как в ILLIAC IV, либо с помощью конвейера, как, например, в машине CRAY-1. МКОД (MISD) (multiple instruction stream / single data stream) – множественный поток команд и одиночный поток данных. Определение подразумевает наличие в архитектуре многих процессоров, обрабатывающих один и тот же поток данных. Однако ни Флинн, ни другие специалисты в области архитектуры компьютеров до сих пор не смогли представить убедительный пример реально существующей вычислительной системы, построенной на данном принципе. Ряд исследователей относят конвейерные машины к данному классу, однако это не нашло окончательного признания в научном сообществе. Будем считать, что пока данный класс пуст. |