Лекция. Курс лекций Лекция вычислительные машины содержание типы вычислительных устройств 1 1 Счёты
 Скачать 1.46 Mb.
|
|
Рис. 20. Компьютерный компакт-диск . При записи твёрдотельный лазер «выжигает» информацию на диске в виде крошечных углублений. При поиске такой же лазер используется (но в режиме пониженной мощности) для «чтения» информации: отраженный свет лазера преобразуется в электрические сигналы, которые воспроизводят первоначальную информацию. Положение лазера в режиме записи и поиска задается линейными двигателем и оптическим датчиком. 1 - подложка; 2 – слой. Устройства ввода-вывода. Компьютер должен иметь возможность связываться с внешним миром. Кроме устройств внешней памяти, рассмотренных выше, компьютер снабжается связями с оператором, линиями телекоммуникаций, датчиками, исполнительными механизмами и другими машинами. Интерфейс человек - компьютер. Связь с компьютером пока не похожа на разговор с человеком. Скорее она напоминает общение с пишущей машинкой. Отчасти такая ситуация является результатом недостатков, имеющихся у аппаратных средств, но в большей степени она объясняется неадекватностью программного обеспечения - не ясно, например, как люди думают, и ещё меньше известно, как программировать компьютер, чтобы имитировать мышление даже в простых случаях. Средства отображения это, прежде всего монитор. Все информация о работе компьютера выводиться именно на монитор. Монитор позволяет отслеживать, что происходит в компьютере в данное время, каким вычислительным процессом занят компьютер. Наиболее распространенным устройством интерфейса человек - машина для компьютера являются дисплей, подобный телеэкрану, и клавиатура, подобная клавиатуре пишущей машинки. Дисплей представляет собой терминал на электронно-лучевой трубке (ЭЛТ). Обычно дисплеи персональных компьютеров имеют значительно большее разрешение, чем экраны домашних телевизоров. Например, дисплей VGA (англоязычная аббревиатура для графического видеоадаптера) показывает на экране 640х480 точек. В течение 1980-х годов дисплеи и связанные с ними платы контроллеров на компьютерах были ориентированы в значительной степени на знаки: контроллер дисплея включал ПЗУ, содержащее точечные шаблоны для алфавитных и графических символов (до 255). Компьютер сообщал контроллеру дисплея, где на экране поместить каждый знак, а также какой знак (если таковой имеется) использовать в том или ином месте. С удешевлением памяти компьютера расширилось применение растровых дисплеев, в которых контроллер рассчитывает яркость и цвет каждой точки на экране. Растровые дисплеи требуются в графических интерфейсах пользователя (ГИП). Монитор - это устройство, через которое мы воспринимаем всю визуальную информацию от компьютера. Данные, отображаемые на экране монитора, хранятся в определенном блоке памяти компьютера (видеопамять). Управляет работой монитора устройство, размещенное в системном блоке и называемое видеокартой или видеоадаптером. Видеокарта вместе с монитором и образуют видеосистему. Процессор помещает в видеопамять данные, а видеокарта монитора примерно 60 раз в секунду просматривает данные и рисует соответствующее их содержанию изобра T) ) п з т я о ень потреб жение на экране. Современные мониторы бывают на основе электронно-лучевой трубки (CR или жидко- кристаллическими (LCD . В CRT-мониторах изображение олучается в результате свечения специального вещества - люминофора под воздействием потока электронов. LCD-мониторы сделаны и вещества, находящегося в жидком состоянии, но имеющего при этом некоторые свойства кристаллов. Молекулы жидких кристаллов меняю свойство проход щег сквозь них светового луча, таким образом на мониторе создается изображение. В настоящее время по показателю цена-качество CRT-мониторы превосходят LCD, т.е. при равном качестве LCD-мониторы дороже. Но зато в LCD-мониторах совершенно отсутствует вредное электромагнитное излучение, а также уров Монитор на электронно-лучевой трубке Плоские мониторы на жидких кристаллах. ления энергии примерно на 70% ниже, чем у CRT. http://profbeckman.narod.ru/ Один из показателей, характеризующих мониторы - размеры экрана. В настоящее время можно купить мониторы с размерами экрана от15 до 21 дюйма по диагонали (1 дюйм=2,54см). Экран дисплея может работать в двух основных режимах: текстовом и графическом. Текстовый режим для экрана является стандартным, а переход в графический режим достигается под управлением программ. В текстовом режиме экране обычно разбивается на 25 строк по 80 символов в строке. В каждую позицию экрана, называемую иногда техническим термином «знакоместо», из 9*14 пикселов может быть выведен один из 256 символов. В графическом режиме экран разделяется на отдельные светящиеся точки, количество которых зависит от типа дисплея, например 640 по горизонтали и 480 по вертикали. Светящиеся точки на экране обычно называют пикселями, их цвет и яркость может меняться. Именно в графическом режим тов, которые используются для во ме True color. с помощ м т н у а Также и л рули с педалями, штурвалы, но они предн е и ть. Устрой а ает компьютер в результате нажатия клавиш. Механизм обработки сигналов, поступающих от клавиатуры, примерно следующий. Каждая клавиша на клавиатуре имеет свой номер, называемый кодом. е появляются на экране компьютера все сложные графические изображения, создаваемыми специальными программами, которые управляют параметрами каждого пикселя экрана. Графические режимы характеризуются такими показателями как 1) разрешающая способность (количество точек, с помощью которых на экране воспроизводится изображение) - типичные в настоящее время уровни разрешения 800*600 точек или 1024*768 точек. Однако для мониторов с большой диагональю может использоваться разрешение 1152*864 точки. 2) палитра (количество цве спроизведения изображения), например 4 цвета, 16 цветов, 256 цветов, 256 оттенков серого цвета, 216цветов в режиме называемом High color или 224 цветов в режи ью, которых ы «говорим» компьютеру ч о делать, астоящий момент. Клавиатура и мышь - основные средства манипулирования, пр вления компьютером. к средствам ман пу ирования можно отнести различные джойстики, Средства манипуляции - устройства какие вычислительные процессы запускать в азначены в основном для управления игровым процессом. Мышь - средство интерфейса человек – компьютер предназначена для перем щения позиционной информации на дисплее с ЭЛТ или экране телевизора и указатели для выбора специфических мест на экране дисплея или чертежной доске. Некоторые диспле на ЭЛТ в качестве такого указателя позволяют использовать палец. Мышь - важное устройство в составе ПК, поскольку вместе с клавиатурой постоянно используется для ввода информации и управления ею внутри компьютера. По принципу действия мыши делятся на оптико-механические и оптические. Пока большинство мышей оптико-механические - они дёшевы, но требуют периодической чистки. Оптические мыши отличаются высокой надежностью и точностью позиционирования на экране, но они дороги. Ещё мыши различаются и по своим управляющим возможностям. Раньше по этому признаку мыши разделялись в основном на «двухкнопочные» и «трёхкнопочные». Теперь же трёхкнопочные мыши встречаются редко (в большинстве случаев для нормального управления вполне достаточно и двух кнопок). Сейчас некоторые фирмы выпускают беспроводные периферийные устройства, которые связаны с компьютером по радио. Дополнительно к беспроводным устройствам необходимы приемопередатчики, которые и подключаются к компьютеру. Такими устройствами могут быть мышь или клавиатура. Поскольку «радиомышки» имеют дополнительную «радионачинку», то весят они больше обычных, но к этому можно быстро привыкну - устройство для ввода числовой и текстовой информации. Функциональные (12 клавиш) Windows- Редактирования и листания документа (7 клавиш) ства с беспроводным подключением создают дополнительные удобства пользователю, они обеспечивают свободу перемещения - с ними можно работать н расстоянии 3-5 метров от компьютера. Клавиатура компьютера работает под управлением программ, которые определяют, какую информацию получ клавиши (3 клавиши) Управления курсором (4 клавиши) Специальные (12 клавиш) Цифровой блок (17 клавиш) Алфавитно- цифровые (49 клавиш) Управление питанием (3 клавиши) http://profbeckman.narod.ru/ Заметим, что даже если названия клавиш на клавиатуре и совпадают, например клавиши Shift слева и справа, то их код все-таки различен, и поэтому в принципе это совершенно разные клавиш ! После нажатия клавиши лавиатура посылает процессору гнал прерывания заставляет процессор приостановить свою работу и переключиться на программу обработки прерывания клавиатуры. При этом клавиатура в своей собственной специальной памяти запоминает, какая клавиша была нажата (обычно в памяти клавиатуры может храниться до 20 кодов нажатых клавиш, если процессор не успевает ответить на прерывание). После передачи кода нажатой клавиши процессору эта информация из памяти клавиатуры исчезает. Кроме нажатия клавиатура отмечает также и отпускание каждой клавиши, посылая процессору свой сигнал прерывания с соответствующим кодом. Таким образом, компьютер «знает», держат клавишу или она уже отпущена. Это свойство используется при переходах на другой регистр, например при написании заглавных букв. Кроме того, если клавиша нажата дольше определенного времени, т.н. «порог повтора» - обычно около половины секунды, то клавиатура генерирует повторные коды нажатия этой клавиши. и к си и внешние запоминающие устройства. с я ш н т Для ввода звуковой информации используется микрофон, который подключается ко входу звуковой карты. Джойстики предназначен ы для более удобного управления ходом компьютерны х игр. Геймпад Руль с педалями Периферийные устройства – устройство конструктивно отделенные от системного блока. Устройства, имеющие собственное управление и работающие по командам системного блока. Служат для внешней обработки данных. К периферийным устройствам можно отнести принтеры, сканеры, модемы, Принтер - устройство для получения бумажных копий документов. Принтеры бывают матричные, лазерные, струйные, твёрдокрасочные. Диапазон возможностей компьютерных принтеров простирается от принтеров с низким разрешением до принтеров с почти типографским качеством печати. Матричные принтеры позволяют получить самые дешевые копии документов на недорогой бумаге, но качество печати не высоко. Типичные матричные принтеры имеют разрешающую способность в диапазоне 56-141 точка/см и могут затрачивать на печать страницы текста до10с. больших компьютеров позволяют распечатывать огромные объемы бумаги за короткое время. Для и пользовани в офисе боль е всего подходят лазерные принтеры, которые позволяют получать высококачественные черно-белые копии документов. Лазерные принтеры бывают цветными и чёрно-белыми. Лазерные принтеры и принтеры а светодиодах состоя из механизмов, аналогичных используемым в фотонаборных машинах. Движение лазерного луча (или матрицы светодиодов) формирует линейное изображение на вращающемся светочувствительном барабане, который передает это изображение через электростатический заряд и тонер листу бумаги. Метод нанесения - электростатическое сухое порошковое нанесение изображения. Для печати используется обычная бумага для копировальных аппаратов. Струйные принтеры в настоящее время стали основными устройствами массовой цветной печати. Струйные принтеры печатают на бумаге с помощью краски, которую берут из картриджей. Принтеры могут комплектоваться различным количеством картриджей, все зависит от модели. Струйные принтеры, как правило, цветные. Есть струйные принтеры, которые могут печатать фотографии. Некоторые фото-принтеры можно подключать к фотоаппарату/телефону на прямую, в обход компьютера. Недостаток струйных принтеров – дорогая печать, чернила с бумаги обычно смываются водой. Большинство струйных принтеров используют для печати 4 краски, но уже есть принтеры, использующие 7 красок и обеспечивающие более высококачественную печать. Скорость печати примерно 500 с на страницу. Твёрдокрасочные принтеры позволяют получать цветные глянцевые высококачественные копии. Матричный принтер Струйный принтер Лазерный принтер - предназначены для вывода на бумагу графической, текстовой и числовой информации. Сублимированный принтер http://profbeckman.narod.ru/ Скорость печати при ее высоком качестве не велика - до 2-х копий в минуту. Для получения изображения на бумаге эти принтеры используют краски в виде твердых брусочков размером примерно со спичечную коробку утроенной толщины, которые по внешнему виду больше похожи на мыло или воск. Чернила 4-х цветов, цвет которых соответствует цветовой модели CMYK: синий, малиновый, жёлтый и чёрный. Сканеры - устройства для оцифровки и ввода в компьютер изображений с бумажных копий - это старейших вид компьютерной периферии. Современные сканеры позволяют оцифровывать изображения даже объемных предметов и диапозитовов (слайдов). Самый распространенный вид сканеров - планшетный. Разные сканеры имеют различную скорость сканирования. Также сканеры можно поделить по тому расширению, которое они поддерживают при сканировании. В некоторые сканеры устанавливается специальное устройство для сканирования негативов. Сканер обычно подключен к компьютеру через порт USB. Многофункциональные устройства – принтер/сканер/копир (ксерокс) в одном устройстве. Совмещают в себе все вышеперечисленные функции. Отличительная черта таких устройств, возможность их использования как копира, в обход компьютера. Такие комбинированные устройства могут быть как струйные, так и лазерные. К компьютерному оборудованию относится также цифровая видеокамера (web-cam), цифровые камеры видео звуковая карта, акустические колонки и наушники и др. На них мы останавливаться не будем. Интерфейсы для телекоммуникаций. Персональный компьютер, связанный с системой телекоммуникаций, может общаться с другими компьютерами, подсоединенными к этой системе. Приспособление, выполняющее эту функцию через обычную телефонную линию, называется модемом (сокращение от полного названия «модулятор-демодулятор»). Существуют модемы двух типов. Один представляет собой внешний блок, который подсоединяется к телефонной линии и компьютеру. Другой имеет вид платы, устанавливаемой внутри компьютера. Преимущество такого модема состоит в том, что компьютер программируется на автоматический набор телефонного номера. Модемы имеют скорости передачи от 120 до 56 тыс. знаков в секунду. Быстродействие модемов, скорости передачи сигналов и методы сжатия данных регулируются международными стандартами. Таким образом, появляется возможность относительно легко и быстро обмениваться информацией между многими географическими пунктами земного шара. С конца 1970-х годов появился ряд других коммуникационных систем, спроектированных специально для использования со всеми видами компьютеров. Эти системы названы локальными вычислительными сетями, или ЛВС. Они образуют базовую технологию различных схем автоматизации учрежденческих работ. Автоматизация таких работ является главной областью компьютерных приложений; она нацелена на использование компьютеров (особенно микрокомпьютеров), связанных с коммуникационными системами для облегчения прохождения информации. используются для прослушивания звука. Wi-Fi (Wireless Fidelity - «беспроводная точность») - стандарт на оборудование Wireless LAN. Рис.21. Схема организации Wi-Fi-доступа Установка Wireless LAN рекомендована там, где развёртывание кабельной системы невозможно или экономически нецелесообразно. Пользователи могут перемещаться между точками доступа по территории покрытия сети Wi-Fi. Мобильные устройства (КПК, смартфоны и ноутбуки), оснащённые клиентскими Wi-Fi приёмо-передающими устройствами, могут подключаться к локальной сети и получать доступ в Интернет через точки доступа или хот-споты. Интерфейсы датчик - исполнительный механизм. Миникомпьютеры, подсоединенные к большим токарным, фрезерным станкам и другому производственному оборудованию, могут контролировать машинные операции и корректировать их с целью стабильного получения требуемых деталей. Такой компьютер оборудуется датчиками, обеспечивающими его информацией о положении рабочих элементов http://profbeckman.narod.ru/ станка, например револьверной головки с режущим инструментом, и заготовки, подвергаемой обработке. Компьютер сравнивает показания датчика со своими предварительно запрограммированными инструкциями и выдает команды исполнительным механизмам о перемещении рабочих элементов станка так, чтобы обеспечить соответствие проектным данным. Часто компьютеры используются для замены людей при выполнении опасных заданий, таких, как обработка радиоактивных материалов. Персональные компьютеры могут управлять многими домашними делами, например расходованием энергии, противопожарными системами, системами отопления и безопасности, при условии, что они снабжены нужными датчиками (температуры и освещения, влажности, охранной сигнализации и т.д.). Недостатком таких систем является их дороговизна. До тех пор пока интегральные схемы не будут встраиваться в большинство бытовых приборов и устройств, использование персональных компьютеров в сборе информации от датчиков и управлении соответствующими бытовыми устройствами останется нерентабельным. Производители автомобилей используют интегральные схемы и микропроцессоры в автомобильных системах управления, например, в системах нейтрализации выхлопа и экономии топлива. 3. ПРИМЕНЕНИЕ КОМПЬЮТЕРОВ Везде, где требуется быстрая обработка больших количеств информации или выполнение рутинных, многократно повторяющихся задач, возникает и потребность в компьютерах. Первые компьютеры создавались исключительно для вычислений (что отражено в названиях «компьютер» и «ЭВМ»). Даже самые примитивные компьютеры в этой области во много раз превосходят людей (если не считать некоторых уникальных людей-счётчиков). Вторым крупным применением были базы данных. Прежде всего, они были нужны правительствам и банкам. Базы данных требуют уже более сложных компьютеров с развитыми системами ввода-вывода и хранения информации. |