Если разобрать компьютер…
СОДЕРЖАНИЕ: История возникновения компьютера. Устройство современного компьютера.Реферат
Исполнитель: Кауков Юрий ученик 9 «А» класса
Муниципальное общеобразовательное учреждение средняя общеобразовательная школа №1
г. Арамиль, 2011г
Введение.
КОМПЬЮТЕР (англ. Computer, от лат. computo — считаю), машина для приема, переработки, хранения и выдачи информации в электронном виде, которая может воспринимать и выполнять сложные последовательности вычислительных операций по заданной инструкции — программе1[1] .
С начала 1990-х годов термин «компьютер» вытеснил термин «электронная вычислительная машина» (ЭВМ), которое, в свою очередь, в 1960-х годах заменило понятие «цифровая вычислительная машина» (ЦВМ).
Хотя компьютеры создавались для численных расчетов, оказалось, что они могут обрабатывать и другие виды информации, так как практически все виды информации могут быть представлены в цифровой форме. Для обработки различной информации компьютеры снабжаются средствами для ее преобразования в цифровую форму и обратно. Поэтому с помощью компьютера можно производить не только численные расчеты, но и работать с текстами, рисунками, фотографиями, видео, звуком, управлять производством и транспортом, осуществлять различные виды связи. Компьютеры превратились в универсальные средства для обработки всех видов информации, используемых человеком.
Мы живём в таком веке, где все с «бешеной» скоростью совершенствуется. За последние десятилетия, человек с помощью компьютеров автоматизировал ручной труд человека. Поэтому человек, не владеющий компьютером, никогда не сможет управлять такой техникой. Опираясь на это, я выбрал именно эту тему для реферата. Мне хотелось хорошо изучить устройство компьютера и его отдельных частей. Появляются новые устройства: различные СКАНЕРЫ и др.;
Меня заинтересовала эта тема тем, что я уже немножко знаю об этой теме и хочу узнать о ней всё что можно. Поэтому я решил изучить тему «Из чего состоит компьютер» поподробнее. Узнать, из чего состоит компьютер, как называется какая – либо деталь, и какую роль она играет в компьютере.
При работе над рефератом я преследовал определенные цели и задачи:
Цель:
Определить роль основных устройств в структуре компьютера и познакомиться с их основными характеристиками.
Задачи:
1. Подробно изучить основные части персонального компьютера и их назначение.
2. Познакомиться с литературой по данной теме.
3. Создать компьютерную презентацию «Если разобрать компьютер…».
Глава I. История возникновения компьютера.
Слово «компьютер» означает «вычислитель», т.е. устройство для вычислений. Потребность в автоматизации обработки данных, в том числе вычислений, возникло очень давно. Многие тысячи лет назад для счёта использовались палочки, камешки и т.д. Более 1500 лет назад (а может быть и значительно раньше) для облегчения вычислений стали использовать счёты.1
В 1642 году Блез Паскаль изобрёл устройство, механически выполняющее сложение чисел, а 1673 году Готфрид Вильгельм Лейбниц сконструировал арифмометр, позволяющий механически выполнять четыре арифметических действия. Начиная с 19 века, арифмометры получили очень широкое применение. На них выполняли даже очень сложные расчёты, например, расчёты баллистических таблиц для артиллерийских стрельб. Существовала специальная профессия – счётчик – человек, работающий с арифмометром, быстро и точно соблюдающий определённую последовательность инструкций (такую последовательность инструкций впоследствии стали называть программой). Но многие расчёты производились очень медленно – даже десятки счётчиков должны были работать по несколько недель и месяцев. Причина проста – при таких расчётах выбор выполняемых действий и запись результатов производилась человеком, а скорость его работы весьма ограничена. В первой половине 19 века английский математик Чарльз Бэббидж попытался построить универсальное вычислительное устройство – Аналитическую машину, которая должна была выполнять вычисление без участия человека. Для этого она должна была уметь исполнять программы, вводимые с помощью перфокарт (карт из плотной бумаги с информацией, наносимой с помощью отверстий, они в то время уже широко употреблялись в ткацких станках), и иметь «склад» для запоминания данных и промежуточных результатов (в современной терминологии – память). Бэббидж не смог довести до конца работу по созданию Аналитической машины – она оказалась слишком сложной для техники того времени. Однако он разработал все основные идеи, и в 1943 году американец Говард Эйкен с помощью работ Бэббиджа смог построить на одном из предприятий фирмы IBM такую машину под названием «Марк – 1». К этому времени потребность в автоматизации вычислений стала на столько велика, что над созданием машин типа построенных Эйкеном одновременно работало несколько групп исследователей. Начиная с 1943 года, группа специалистов под руководством Джона Мочли и Преспера Экерта в США начала конструировать подобную машину уже на основе электронных ламп, а не реле. Их машина, названная ENIAK, работала в тысячу раз быстрее, чем Марк – 1, однако для задания её программы приходилось в течении несколько или даже несколько дней подсоединять нужным образом провода. Чтобы упростить процесс задания программ, Мочли и Экерт стали конструировать новую машину, которая могла бы хранить программу в своей памяти. В 1945 году к работе был привлечён знаменитый математик Джон фон Нейман, который приготовил доклад об этой машине. Доклад был разослан многим учёным и получил широкую известность, поскольку в нём Джон фон Нейман ясно и просто сформулировал общие принципы функционирования универсальных вычислительных устройств, т.е. компьютеров.
Первый компьютер, в котором были воплощены принципы фон Неймана, был построен в 1949 году английским исследователем Морисом Уилксом. С той поры компьютеры стали гораздо более мощными, которые изложил в своём докладе в 1945 году Джон фон Нейман.
Компьютеры 40 – 50 годов были очень большими устройствами – огромные залы были заставлены шкафами с электронным оборудованием. Всё это стоило очень дорого, по этому компьютеры были доступны только крупным компаниям и учреждениям. Однако в борьбе за покупателей фирмы, производившие компьютеры и электронное оборудования для них, стремились сделать свою продукцию быстрее, компактнее и дешевле. Благодаря достижениям современной технологии на этом пути были достигнуты по истине впечатляющие результаты. Первый шаг к уменьшению размеров компьютеров стал возможен с изобретением в 1948 году транзисторов – миниатюрных электронных приборов, которые смогли заменить в компьютерах электронные лампы. В середине 50 – х годов были найдены очень дешёвые способы производства транзисторов, и во второй половине 50 – х годов появились компьютеры, основанные на транзисторах. Они были в сотни раз меньше ламповых компьютеров такой же производительности. Единственная часть компьютера, где транзисторы не смогли заменить электронные лампы, - это блоки памяти, но там вместо ламп стали использовать изобретённые к тому времени схемы памяти на магнитных сердечниках. К середине 60 – х годов появились и значительно более компактные внешние устройства для компьютеров, что позволило фирме Digital Equipment выпустить в 1965 году первый мини – компьютер PDP – 8 размером с холодильник и стоимостью 20 тыс. дол. Но к тому времени был подготовлен ещё один шаг к миниатюризации компьютеров – были изобретены интегральные схемы.
В том же году был сделан ещё один важный шаг на пути к персональному компьютеру – Маршиан Эдвард Хофф из этой же фирмы Intel сконструировал интегральную схему, аналогичную по своим функциям центральному процессору большой ЭВМ. Так появился первый микропроцессор Intel – 4004, который был выпущен в продажу в конце 1970 года. Конечно, возможности Intel – 4004 были куда скромнее, чем у центрального процессора большой ЭВМ, - он работал гораздо медленнее и мог обрабатывать одновременно только 4 бита информации (процессоры больших ЭВМ обрабатывал 16 или 32 бита одновременно). Но в 1973 году фирма Intel выпустила 8 – битовый микропроцессор Intel – 8008, а в 1974 году – его усовершенствованную версию Intel – 8080, которая до конца 70 – х годов стала стандартом для микрокомпьютерной индустрии.
Вначале эти микропроцессоры использовались только электронщиками – любителями и в различных специализированных устройствах. Но в 1974
году несколько фирм объявило о создании на основе микропроцессора Intel – 8008 компьютер, т.е. устройства, выполняющего те же функции, что и большая ЭВМ. В начале 1975 года появился первый, коммерчески распространяемый компьютер Альтаир – 8800, построенный на основе микропроцессора Intel – 8080. Этот компьютер, разработанный фирмой MITS, продавался по цене около 500 дол. Хотя возможности его были весьма ограничены (оперативная память составляла всего 256 байт, клавиатура и экран отсутствовали), его появление было встречено с большим энтузиазмом. В первые же месяцы было продано несколько тысяч комплектов машины. Покупатели этого компьютера снабжали его дополнительными возможностями: мониторам для вывода информации, клавиатурой, блоками расширения памяти и т.д. Вскоре эти устройства стали выпускаться другими фирмами. В конце 1975 года Пол Ален и Билл Гейтс (будущие основатели фирмы Microsoft) создали для компьютера «Альтаир» интерпретатор языка Basic, что позволило пользователям достаточно просто общаться компьютером и легко писать для него программы. Это также способствовал популярности компьютеров.
Успех фирмы MITS заставил многие фирмы также заняться производством персональных компьютеров. Появилось и несколько журналов, посвящённых персональным компьютерам. Компьютеры стали продаваться уже в полной комплектации, с клавиатурой и монитором, спрос на них составил десятки, а затем и сотни тысяч штук в год. Росту объёма продаж весьма способствовали многочисленные полезные программы, разработанные для деловых применений. Появились и коммерчески распространяемые программы, например, программа для редактирования текстов WordStar и табличный процессор VisiCalc (соответственно 1978 и 1979 гг.). Эти ( и многие другие) программы сделали для делового мира покупку компьютеров весьма выгодным вложением денег: с их помощью стало возможно значительно эффективнее выполнять бухгалтерские расчёты, составлять документы и т.д. В результате оказалось, что для многих организаций необходимые им расчёты стало возможно выполнять не набольших ЭВМ или мини – ЭВМ, а не персональных компьютерах, что значительно дешевле.
Распространение персональных компьютеров к концу 70-х годов привело к некоторому снижению спроса на большие ЭВМ и мини-ЭВМ. Это стало предметом серьёзного беспокойства фирмы IBM (International Business Machines Corporation) – ведущей компании по производству больших ЭВМ, и в 1979 г. Фирма IBM решила попробовать свои силы на рынке персональных компьютеров.
Однако руководство фирмы недооценила будущую важность этого рынка и рассматривало создания компьютера всего лишь как мелкий эксперимент – что-то вроде одной из десятков проводившихся в фирме работ по созданию нового оборудования. Чтобы не тратить на этот эксперимент слишком много денег, руководство фирмы предоставило подразделению, ответственному за данный проект, невиданную в фирме свободу. В частности, ему было разрешено не конструировать персональный компьютер с «нуля», а использовать блоки, изготовленными другими фирмами. И это подразделение сполна использовало предоставленный шанс.
Прежде всего, в качестве основного микропроцессора компьютера был выбран новейший тогда 16-разрядный микропроцессор Intel – 8088. его использование позволило значительно увеличить потенциальные возможности компьютера, так как новый микропроцессор позволял работать с 1 Мбайтом памяти, а всё имевшиеся тогда компьютеры были ограничены 64 Кбайтами памяти. В компьютере были использованы и другие комплектующие различных фирм, а его программное обеспечение было поручено разработать не большой фирме Microsoft.
В августе 1981 г. Новый компьютер под названием IBM PC был официально предоставлен публике и вскоре после этого он приобрёл большую популярность у пользователей. Через один-два года компьютер IBM PC занял ведущее место на рынке, вытеснив модели 8-битовых компьютеров. Фактически IBM PC стал стандартом персонального компьютера. Сейчас такие компьютеры составляют около 90% всех производимых в мире персональных компьютеров.
Глава II. Устройство современного компьютера.
Обычно персональные компьютеры состоят из трёх частей:
Системного блока;
Клавиатуры, позволяющей вводить символы в компьютер;
Монитора (дисплея) – для изображения текстовой и
графической информации.
Компьютеры выпускаются в портативном варианте (лэптор, ноутбук). У них системный блок, монитор и клавиатура заключены в один корпус: системный блок спрятан под клавиатурой, а монитор сделан как крышка к клавиатуре. Так же компьютеры выпускаются в настольном варианте. У него системный блок, монитор и клавиатура представлены как отдельные детали.
II.1. Внутренне устройства системного блока.
Самым главным в компьютере является системный блок. В нём располагаются все основные узлы компьютера:
Электронные схемы, управляющие работой компьютера (микропроцессор, оперативная память, контроллёры устройств и т.д.);
Блок питания, преобразующий электропитание сети в постоянный ток низкого напряжения, подаваемый на электронный схемы компьютера);
Накопители (дисководы) для гибких магнитных дисков, используемые для чтения и записи;
Накопитель на жёстком магнитном диске, предназначенный для чтения и записи на не съёмный магнитный диск (винчестер)
II.1.1. Микропроцессор.
Самым главным элементом в компьютере, его «мозгом», является микропроцессор – небольшая (в несколько сантиметров) электронная схема, выполняющая все вычисления и обработку информации. Процессор состоит из десятков миллионов транзисторов, с помощью которых собранны отдельные логические схемы. Основные внутренние схемы микропроцессора – арифметико-логическое устройство, внутренняя память (так называемые регистры) и кэш – память (сверхоперативная память). Микропроцессор умеет производить сотни различных операций и делает это со скоростью несколько десятков или даже сотен миллионов операций в секунду. Он так же осуществляет выполнение программ, работающих на компьютере и управляет работой остальных устройств компьютера. Микропроцессоры отличаются друг от друга двумя характеристиками: типом (моделью) и тактовой частотой. Ещё десять лет назад использовались микропроцессоры модели Intel – 8088, 80286, 80386 SX, 80386, 80486. Одинаковые модели микропроцессоров могут иметь разную тактовую частоту – чем выше тактовая частота, тем выше производительность и цена микропроцессора. Тактовая частота указывает, сколько элементарных операций (тактов) микропроцессор выполняет в одну секунду. Тактовая частота измеряется в мегагерцах (МГц). Один МГц – это миллион тактов в секунду. Соответственно, 100 МГц – это 100 миллионов тактов в секунду. Следует заметить, что разные модели микропроцессоров выполняют одни и те же операции за разное число тактов. Чем выше модель микропроцессора, тем, как правило, меньше тактов требуется для выполнения одних и тех же операций. Поэтому, например, микропроцессор Intel – 80386 работает раза в два быстрее Intel – 80286 c такой же тактовой частотой.
В начале 80 – х годов микропроцессоры выпускались с тактовой частотой 4.77 МГц, затем были созданы модели с тактовой частотой 8, 10 и 12 МГц (т.е. новые модели работают в 1.7 – 2.1 раза быстрее). Модели с увеличенной производительностью (тактовой частотой) иногда называют Turbo-XT. Модель персонального компьютера АТ использует более мощный микропроцессор Intel – 80286, и её производительность приблизительно в 4 – 5 раз больше, чем у модели ХТ. Начальные варианты компьютеров модели АТ работали на микропроцессорах с тактовой частотой в 6 МГц, затем были созданы модели этого микропроцессора с тактовой частотой от12 до 25 МГц, т.е. работающие в 2 – 3 раза быстрее. Микропроцессор Intel – 80286 имеет больше возможностей по сравнению с Intel – 8088, но эти дополнительные возможности используются очень редко, так что большинство программ, работающих на АТ, будет работать и на ХТ. Сейчас микропроцессоры типа Intel – 80286 так же считаются устаревшими и для применения в компьютерах не производятся. В 90 – ые годы большинство производителей компьютеров переориентировались на использование более мощного микропроцессора Intel – 80486 (или 80486 DX). Этот микропроцессор мало отличается от Intel – 80386, но его производительность в 2 – 3 раза выше. В 1993 году фирмой Intel был выпущен новый микропроцессор Pentium. Этот микропроцессор ещё более мощен, особенно при вычислениях над вещественными числами. Большинство выпускаемых сейчас компьютеров основано на микропроцессорах Pentium. В наше время используются микропроцессоры с тактовой частотой 3.2 ГГц. В настоящее время системы начального уровня комплектуются процессорами Celeron или Duron, производительные системы - процессорами Intel P4 или Athlon, а корпоративные системы – процессорами Xeon. Что бы сделать компьютеры более доступными (по цене), фирмой Intel был разработан микропроцессор модели «Celeron». Он не отличается по техническим характеристикам от модели Pentium, хотя гораздо дешевле по цене. Процессоры Intel (это Celeron или Pentium 4) более известны благодаря маркетинговой политике и, как следствие, более дорогие. Процессоры Celeron отличаются от Pentium 4 уменьшенным объёмом внутренней памяти, таким образом, они более медленные, чем процессора P4. Существует ещё один вид микропроцессоров ADM (Advanced Micro Devices (Sempron и A – 64)). Они более быстрые и более дешёвые, чем их аналоги от Intel. Соответственно компьютеры на базе AMD получаются дешевле и быстрее по скорости.
Обычно процессор внутри себя ничего не хранит. У него совсем немного ячеек, в которых данные обрабатываются (эти «рабочие» ячейки называются регистрами). Поэтому для ускорения работы процессора уже давно была предложена технология кэширования. Кэш – это сравнительно не большой набор ячеек памяти, выполняющий роль буфера. Когда что-то считывается из общей памяти или записывается в неё, копия данных заносится и в кэш память. Если те же данные потребуются ещё раз, их не надо извлекать издалека – гораздо быстрее их взять из буфера. Использование кэш – памяти позволило значительно поднять производительность компьютерной системы.
II.1.2 Оперативная память.
Очень важным элементом компьютера является оперативная память. Именно из неё процессор берёт программы и исходные данные для обработки, в неё он записывает полученные результаты. Название «оперативная» это память получила потому, что она работает очень быстро, так что процессору практически не приходится ждать при чтении данных из памяти или записи в память. Однако содержащиеся в ней данные сохраняются только пока компьютер включен. При выключении компьютера содержимое оперативной памяти стирается (за некоторыми исключениями). От количества установленной в компьютере оперативной памяти напрямую зависит, с какими программами на нём можно работать. При недостаточном количестве оперативной памяти многие программы либо вовсе не будут работать, либо станут работать крайне медленно. Объём памяти измеряется в миллионах байтов – мегабайтах (Мбайт). Чем их больше, тем лучше и быстрее работают программы. В современных компьютерах используется оперативная память объёмом от 64 до 512 Mb и выше.
В наше время используются типы памяти: DDR и RDRAM, - обеспечивающие умножение частоты в операциях с памятью. Модули DDR обеспечивают удвоение скорости операции с памятью, модули RDRAM – её увеличения в 4 раза. Быстродействие оперативной памяти измеряется в наносекундах (миллиардных долях секунды). Быстродействие должно быть согласовано с частотой на которой работает материнская плата. Необходимый объём оперативной памяти зависит от используемого программного обеспечения. По состоянию на начало 2003 года оптимальный объём памяти для домашних систем 256 Мбайт и выше. Есть простое правило для определения рекомендуемого объёма оперативной памяти. Нужно решить для себя, с какой операционной системой и с какими программами будем работать.
| Год | Операционная система | Минимальные требования | Рекомендуемый объём |
| 1992 – 1995 | Windows 3.1 | 4 Мбайт | 8 – 16 Мбайт |
| 1995 – 1998 | Windows 95 | 8 Мбайт | 16 – 64 Мбайт |
| 1998 - 2000 | Windows 98 | 16 Мбайт | 32 – 256 Мбайт |
| 2001 | Windows Me | 32 Мбайт | 64 – 256 Мбайт |
| 2002 - 2003 | Windows XP | 64 Мбайт | 128 - 512 Мбайт |
| 2005 | Windows Vista | 512 Mбайт | |
| 2009 | Windows 7 | 1 Гигабайт | 2, 25 ГБ |
II.1.3 Материнская плата.
Наиболее важные элементы компьютера: центральный микропроцессор, модули памяти и множество микросхем, без которых он не мог бы работать, - размещаются на материнской плате. Это основная плата компьютера, обычно самая большая по размеру. Одновременно материнская плата служит ещё и механической основой всей электронной схемой компьютера и несёт на себе ещё одну важную нагрузку – разъёму для установки дополнительных плат расширения. Свойства компьютера зависит от марки чипсеты материнской плату. Чипсет – это микропроцессорный комплект (это набор микросхем, необходимых для взаимодействия процессора со всем остальным электронным хозяйством). Чипсеты состоят из двух микросхем, одна из которых называется южным мостом, а другая, соответственно, северным. Если взглянуть на материнскую плату, то мы увидим, что это самые крупные микросхемы после процессора. По их маркировки можно определить производителя и марку чипсета. Знать это не менее важно, чем производителей и марку процессора, поскольку функциональные возможности компьютера определяет чипсет, а от процессора лишь зависит скорость, с которой эти функции выполняются. Чипсет материнской платы должен быть согласован с процессорам. Это значит, что не всякому процессору подойдёт любая материнская плата, и наоборот. От чипсета материнской платы, прежде всего, зависят частоты, на которых она может работать. От него зависит и возможный объём оперативной памяти, и количество дополнительных устройств которые можно подключить к материнской плате.
BIOS (Basic Input Output System – базовая система ввода – вывода) – это одна из важнейших микросхем материнской платы. В ней записаны первичные программы, с которых начинается работа компьютера. Как только на процессор поступает питание, он обращается в эту микросхему за своей самой первой программой и далее уже не прекращает свою работу, пока питание не будет выключено. Если вы видели, как включается компьютер, и обращали внимание на белые буквы, пробегающие на чёрном фоне сразу после запуска, то знайте, что это вы наблюдали работу программ, записанных в BIOS.
Программы BIOS производят проверку основных систем компьютера сразу после включения, обеспечивают взаимодействие с клавиатурой и монитором, выполняют проверку дисководов и позволяют выполнить некоторые настройки чипсета материнской платы и даже самого процессора.
II.1.4 Жёсткий диск.
Люди складывают свой скарб в чуланы, гаражи и выдвижные ящички на кухне. Компьютеры складывают всё это на жёстких дисках (HDD), скрытых глубоко в их недрах. Жёсткие диски имеют те же самые недостатки, что и их домашние аналоги. Они редко достаточно вместительные, чтобы содержать всё необходимое. Поэтому чтобы справиться с информационным бумом, некоторые люди приобретают жёсткий диск большей ёмкости. Многие устанавливают ещё один жёсткий диск.
HDD – главное хранилище всех наших программ и информации. В обиходе его называют «винчестером». Внутри жёсткого диска с большой скоростью вращаются диски, покрытые магнитным слоем. Над поверхностью этих дисков перемещаются головки чтения / записи. Диски и головки размещены в герметичном и прочном корпусе. Жёсткий диск – сложное устройство «высоких технологий». Он требует аккуратного обращения и соблюдения правил эксплуатации. Во время вращения дисков с высокой скоростью между их поверхностями и головками чтения / записи возникает тонкая воздушная подушка, предотвращающая касание (и повреждение) головками магнитного слоя дисков. При ударе или сильном толчке головка может коснуться поверхности диска и повредит магнитный слой. В некоторых случаях повреждается и сама головка.
Современные жёсткие диски имеют объём, измеряющийся сотнями гигабайт. Данные с жёсткого диска передаются медленнее, чем из оперативной памяти, зато остаются на нём после выключения питания. В большинстве обычных персональных компьютеров применяются жёсткие диски типа IDE. Основным параметром жёсткого диска является его ёмкость. Для большинства бытовых систем достаточен объём 60 – 80 Гбайт. Для профессиональных компьютеров используются жёсткие диски с ещё большим объёмом.
Давным-давно, когда компьютеры были большими и громоздкими, такими же были и карты контроллёров. На них устанавливались дорогие чипы и сложные цепи.
Внешний жесткий диск:
Говоря об интерфейсах для подключения винчестеров, стоит вспомнить и о
переносных винчестерах. В настоящее время существует несколько решений для подключения внешних устройств. Во-первых, есть винчестеры, подключающиеся к USB-порту. Они используются в основном для обмена данными с цифровыми камерами и прочими мобильными устройствами. В силу невысокой пропускной способности этой шины подобные диски, конечно, не смогут сравниться в производительности с внутренними устройствами.
Все большее распространение получает новый интерфейс IEEE1394, который может использоваться не только для подключения жестких дисков, но и других устройств, работающих с большими массивами данных, например, видеокамер.
Контроллеры этого интерфейса иногда даже встраиваются в материнские платы. Его производительности хватает, например, для проигрывания видео высокого качества - заявленная пропускная способность интерфейса достигает 50 Мб/с. Напомним, что еще пару лет назад такой скоростью не мог похвастаться интерфейс IDE.
II.1.5 Видеокарта.
Чтобы подключить к компьютеру монитор, нужен специальный видеоадаптер. Задача видеоадаптера – сформировать сигнал, отображающий на мониторе определённую область памяти, в которой хранятся данные об изображении, а так же выдать сигналы синхронизации – горизонтальную (строчную) и вертикальную (кадровую) развёртки.
Видеоадаптеры прошли долгий путь совершенствования от первых персональных компьютеров, где в качестве монитора использовались бытовые телевизоры, до современных, превращающих компьютер в мощную графическую станцию. За это время сменилось несколько поколений плат и стандартов.
Сначала появился стандарт MDA – Monochrome Display Adapter (монохромный адаптер дисплея). Плата MDA способна была выводить на экран только алфавитно – цифровую информацию - буквы и цифры; никакой графики и цвета.
Пришедший на смену MDA видеостандарт CGA – Color Graphics Adapter (адаптер цветной графики) работал не только в текстовом, но и в графическом режиме и поддерживал вывод четырёх из шестнадцати цветов.
EGA – Enhanced Graphics Adapter (адаптер улучшенной графики) довёл число видимых на экране до 16 из палитры в 64 цвета и значительно улучшил качество графики, выводимой на экран. С появлением стандарта EGA связано начало широкого использования графических программ, в том числе и первых операционных систем Microsoft Windows.
Самым удачным, используемый по сей день, стал видеостандарт VGA – Video Graphics Array, постепенно перешедший в стандарт SVGA (Super VGA). Первые платы VGA поддерживали вывод 256 цветов из палитры в 262144 цвета! Позднее появилось множество плат, совместимых с VGA, в которых число возможных оттенков цвета доходит до 16, 8 миллионов (режим True Color).
Общее стремление разработчиков видеоадаптеров – получать на экране монитора как можно более качественное изображение, максимально приближенное к натуральному. При этом всегда стоит задача увеличения количества отображаемых цветов, повышение разрешающей способности изображения и скорости его вывода на экран.
Разрешающая способность на прямую связана с количеством выводимых на экран отдельных точек изображения – пикселов. Обычно говорят о количество пикселов по горизонтали и вертикали. Разрешающая способность в режиме VGA – 640*480 точек. Сегодня применяются режимы SVGA – 800*600, 1024*768, 1280*1024, 1600*1200 точек и более.
Количество одновременно воспроизводимых цветов называют глубиной цвета или цветовым разрешением. Цветовое разрешение зависит от того, сколько битов памяти выделяется для каждой точки изображения. При восьми битах число доступных цветов равно 256 (два в восьмой степени), 16 бит дают 65 536 цветов – этот режим называется High Color, а режим True Color (16 777 216 цветов) достигается при использовании24 битов для кодирования цвета пиксела.
Современные видеоадаптеры имеют и более высокую разрядность, например 48 бит на одну точку, хотя при этом количество видимых цветов не увеличивается. Информация, хранящаяся в дополнительных разрядах, используется специальными программами для ускорения операций по отображению графики (в компьютерных играх) или для улучшения цветопередачи, когда компьютер используются при подготовке полиграфической продукции.
Для самых первых компьютеров IBM PC никакой специальной видеопамяти не требовалось. Просто в основной памяти компьютера выделялась специальная область, в которой хранилось экранное изображение. Если изображение необходимо было изменить, в ячейке этой памяти записывались другие значения.
В современных компьютерах основную память для хранения изображений не используют – всё работает гораздо быстрее, если на плате видеоадаптера разместить специальные микросхемы памяти, работающие с более высокой скоростью.
Чем больше разрешающая способность и глубина цвета, обеспечиваемые видеокартой, тем больше потребность в видеопамяти. Если видеокарта имеет 1 Мбайт памяти, ей доступен максимальный режим 1024*768 точек при 256 цветах или 640*480 точек при 16, 8 млн. цветов. Если она имеет 2 Мбайт, то режим True Color достигается и при разрешении 800*600 точек, а с 4 Мбайт – при 1280*1024 точек.
Типовой размер видеопамяти для современных компьютеров зависит от назначения компьютера. Если планируется работа с документами, вполне достаточно 2 – 4 Мбайт; если ожидается работа с графикой, желательно иметь 8 - 16 Мбайт; но самые высокие требования к видеоадаптеру предъявляют мультимедийные приложения, особенно компьютерные игры. Графика в них – это всё. Медленный видеоадаптер способен затормозить игровую программу даже на компьютере с весьма передовым процессором. Потому, если компьютер предполагается использовать для компьютерных игр, желательно иметь современный видеоадаптер с памятью 32 – 128 Мбайт.
Современная видеокарта – это не просто устройство, которое хранит в своей памяти экранный образ и формирует сигнал для монитора. Теперь это компьютер в миниатюре со своим микропроцессором, способным производить вычисления и управлять тем, что и как строится на экране. Способность видеокарты выполнять вычисления и построения называют аппаратным видеоускорением (когда видеокарта такими свойствами не обладает, нагрузка ложится на основной процессор, и в этом случае говорят о программном видеоускорении). Для большинства современных компьютерных игр не просто желательно, а даже необходимо наличие у видеоадаптера ускорительных функций.
Чтобы видеокарта могла выполнять какие – то вычисления, она, разумеется, должна действовать по заданным алгоритмам. И вся хитрость здесь состоит в том, что программисты, создающие программы, должны об этих алгоритмах знать заранее. Лет пять назад нормальной была ситуация, когда изготовители видеокарт вводили в них ускорительные функции, но программ, которые могли бы их использовать, просто не существовало. Обычно в таких случаях к видеокарте прилагалась на отдельном диске какая – нибудь одна – единственная игра, при взгляд на которую у покупателя захватывало дух, но со всеми другими программами видеокарта работала, как обычная. Так появился термин оптимизация видеоускорения. В подобных случаях говорили, что данная программа оптимизирована для данной видеокарты или, наоборот, видеокарта оптимизирована для данной программы, то есть создатели видеокарты и создатели программы работали рука об руку.
Пользы потребителю от такого ускорителя не было никакой, ведь никто не будет работать с одной – единственной программой, тем более если это игра. Она быстро надоест. Тогда производители видеокарт решили найти такую программу, с которой работают большинство пользователей, и оптимизировать свои видеоускорители под неё. Искать долго не пришлось – это всем хорошо знакомая система Windows. Её окна и элементы этих окон совершенно одинаковы на десятках миллионах компьютеров. Видеокарты, позволяющие ускорить отображение стандартных элементов Windows, получили название 2D – ускорителей (ускорителей двумерной, плоской графики).
2D – ускорители действительно ускорили работу с операционной системой и её приложениям. А всё, что не укладывалось в рамки окошек Windows (в первую очередь это были мультимедийные программы и компьютерные игры), отнесли к области трёхмерной (3D) графики. 3D – ускоритель занимается построением изображения из огромного количества небольших треугольников, определяет, как они взаимодействуют друг с другом, как они затеняют друг друга, затем закрашивает их или заливает заранее заготовленными текстурами.
Разумеется, всё это можно делать множеством разнообразных алгоритмов. Поэтому в этой области долго не было единых стандартов, и производители программ и видеокарт разбились на «кланы». А когда стандарты появились, между кланами началась война.
В области 3D – графики стандарты назвали библиотеками. Этот термин пришёл от программистов. Свои микропрограммы (из которых собираются программы) они стандартизуются путём объединения их в библиотеке. Если видеоускоритель оптимизирован для работы со стандартной графической библиотекой фирмы XYZ, значит, все программы этой фирмы будут использовать функции ускорения.
II.1.6 Звуковая карта.
Долгое время компьютер был глухим и немым, ведь в плоть до середины 90 – х годов модели IBM PC рассматривались, в основном, как офисная оргтехника. А зачем нужна оргтехника, оснащённая музыкой? Но когда в 1994 – 1995 годах компьютер стал рассматриваться как домашний, он обрёл полноценные средства воспроизведения звука. Сегодня «немой» компьютер – это нонсенс. По качеству звуку компьютер вполне догнал домашние музыкальные центры, а по удобству управления воспроизведением музыки, созданию всевозможных звуковых и цветовых эффектов – намного перегнал. Добавьте к этому совершенно феноменальный успех формата записи музыки MP3. В этом формате на один компакт – диск можно записать до дюжины обычных музыкальных дисков с отличным качеством звука, текстам песен, биографиями исполнителей и справочной информацией, например дискографией.
II.1.7 CD – ROM, CD – R/RW, DVD.
Дисковод CD – ROM, как и звуковая карта, относится к мультимедийному оборудованию. Эта пара (её ещё называют мультимедийным комплектом) стала одним из наиболее поздних компонентов системы.
Сегодня компьютер без дисковода CD – ROM практически не имеет шансов на существование, поскольку большинство программ распространяются на компакт – дисках. Компьютер, не имеющий такого устройства, очень трудно оснастить программами – для этого нужен опыт и дополнительное оборудование.
Один компакт – диск (лазерный диск) имеет ёмкость порядка 650 Мбайт, то есть заменяет 450 трёхдюймовых гибких дисков. При этом надёжность хранения информации на нём гораздо выше. Например, он не боится магнитных полей, старения и даже мелких царапин. Главный недостаток CD – ROM – невозможность перезаписи информации; он предназначен только для чтения, но это так обидно, когда знаешь о возможности приобретения тысяч наименований готовых дисков.
Производители дисководов CD – ROM постоянно улучшают их скоростные характеристики. Сегодня компьютеры комплектуются 48 – 56-скоростными дисководами, хотя до сих пор применяются и более медленные устройства.
За единицу производительности дисководов CD – ROM принята производительность обычных аудио CD – проигрывателей (CD-DA). Они до сих пор сохраняют ту же производительность, что была 15 лет назад – это необходимо с точки зрения стандартизации. Их компьютерным собратьям повезло больше. Стандарты на них не давали, и производительность дисководов CD – ROM увеличилась в десятки раз.
С помощью дисководов CD – ROM можно не только устанавливать программы, но и прослушивать музыкальные компакт – диски. Все модели дисководов CD – ROM имеют на передней панели гнездо для подключения стереонаушников и регулятор громкости для них, а некоторые имеют кроме стандартной кнопки загрузки диска (Eject) ещё и остальные кнопки управления CD-плеером: Play, Stop, Pause. Это позволяет пользоваться таким дисководом как проигрывателем, не загружая никакой управляющей программы, что очень удобно.
Дисковод CD – ROM подключается к материнской плате аналогично жёсткому диску и, как и он, бывает одного из двух общепринятых стандартов подключения: SCSI или IDE (ATA, ATAPI).
Дисководы CD – ROM с интерфейсом SCSI работают быстрее, но и дороже стоят. Их удобно добавлять в систему, уже оснащённую SCSI - шиной, т.е. если в компьютере уже установлен жёсткий диск SCSI. К ленточному кабелю (шлейфу) интерфейса SCSI кроме жёсткого диска можно подключить ещё шесть SCSI – устройств, в том числе и дисковод CD – ROM. Иногда интерфейсом SCSI (или IDE) может быть оснащена звуковая плата – тогда дисковод можно подключить к ней.
В последние несколько лет идёт активное распространение дисководов CD – RW, способных выполнить не только чтение, но и запись компакт – дисков. Запись производится на заготовки, содержащие слойку органического красителя. При воздействии лазера с определённой длиной волны и мощностью этот слой разрушается. При этом открывается металлическая подложка – происходит запись.
Определённым недостатком дисководов CD – RW на сегодняшний день является снижение надёжности чтения по сравнению с обычными дисководами CD – ROM, особенно при сомнительном качестве носителя. CD – ROM + CD – RW упрощает операции копирования компакт – дисков.
Двухскоростные дисководы отличались «всеядностью» - нетребовательностью к качеству дисков. Они и сегодня готовы читать то, что не один другой прибор читать не будет. Если при установке программы вам важен результат, а не продолжительность, и вы готовы ждать двадцать минут вместо пяти, лишь бы было чего ждать, двухскоростной дисковод CD – ROM вас устроит, особенно если он бесплатен. А вот среди 4- и 8-скоростных дисководов было множество капризных моделей. Позже, по мере увеличения скоростей, эти трудности были преодолены, и у современных дисководов таких проблем практически нет. Если сбои и бывают, то это проблемы не дисководов, а дисков. Но на руках у населения ещё остались устаревшие 4- и 8-скоростные модели, исправно читающие диски по принципу «через один».
Дисководы DVD позволяют смотреть настоящее кино на компьютере! Ну а большинство людей будет видеть намного большее изображение на своих телевизорах.
DVD (digital versatile discs – универсальные цифровые диски, или digital video discs – цифровые видеодиски) могут быть разной ёмкостью. Наиболее популярны в настоящее время DVD ёмкостью 4, 7 Гбайт. Этого достаточно для полнометражного кинофильма. Поскольку приводы DVD способны читать обычные компакт-диски, они быстро становятся стандартным оборудованием на новых компьютерах.
Технология DVD усовершенствуется, и новые приводы второго поколения (DVD-2) будут читать не только DVD ёмкостью 17 Гбайт, но и диски CD-R и CD-RW.
Уже разрабатываются приводы DVD которые смогут записывать и сами диски DVD, тогда на единственный DVD можно будет полностью скопировать жёсткий диск.
II.1.8 FDD.
FDD (Floppy Disk Drive) – устройство для чтения / записи гибких дисков (флоппи – дисковод, дискет). Раньше применялись магнитные диски двух размеров – 5, 25” (133 мм) и 3, 5” (89 мм) в диаметре. Программы всегда поставлялись на таких дисках. Сейчас пятидюймовые диски давно исчезли, а трёхдюймовые в связи с широким распространением компакт – дисков CD – ROM используются в основном для переноса информации между компьютерами. На гибком диске размером 3, 5” можно записать до 1, 4 Мбайт данных.
За долгие годы своего существования дисковод гибких дисков стал настолько стандартным устройством, что к его выбору нет никаких претензий. Берите то, что дают, и, скорее всего, он будет прекрасно работать десять лет. Опыт показывает, что это самое долгоживущее устройство компьютера. Тем не менее, при покупке готового компьютера в сборе работу дисковода FDD всё – таки проверить надо.
II. 2. Внешние устройства персонального компьютера.
II.2.1 Клавиатура.
Клавиатура – это панель с клавишами. В белые времена с её помощью управляли компьютером, однако постепенно большая часть функции перешла к мыши. Сегодня клавиатуру используют для управления только на самых ранних этапах загрузки компьютера, когда он ещё не до конца «проснулся» и о наличии таких устройств, как мышь, не догадывается. Во всё остальное время клавиатура служит для ввода текстовой информации. Каждая клавиша клавиатуры представляет собой крышку для миниатюрного переключателя (механического или мембранного). Содержащийся в клавиатуре небольшой микропроцессор отслеживает состояние этих переключателей, и при нажатии или отпускании каждой клавиши посылает в компьютер соответствующие сообщения, а программы компьютера обрабатывают эти сообщения.
Если клавиатура приобретается отдельно от компьютера, надо обратить внимание на тип её разъёма. Сегодня существуют два типа: «обычный» и PS / 2. Клавиатуры с обычным разъёмом подключаются к системным блокам, имеющим форм – фактор АТ, а с разъёмом PS / 2 – к системным блокам в форм – факторе АТХ. Второй вариант предпочтительнее. В крайнем случае, можно приобрести переходник. Раньше использовалась клавиатура, на которой были расположены самые основные клавиши: алфавит, пробел, цифры. Сейчас широко используется мультимедийные клавиатуры, на которых расположено большее количество клавиш для управления: клавиши для выхода в Интернет, управление звуком, приближение и удаления, для чтения электронной почты и т.д.
II.2.2 Мышь.
Для работы с современными операционными системами практически обязательным является использование мыши.
Мышь – удобная пластмассовая коробочка, которую можно катать по гладкой поверхности. При перемещении она посылает сигнал в системный блок. Компьютер подсчитывает количество сигналов, поступивших при горизонтальном и вертикальном смещении, после чего смещает на экране графический элемент управления, который называется указателем мыши.
Указатель мыши – это активный элемент управления. Кроме него, на экране могут быть изображения пассивных элементов управления: кнопок, списков, экранных меню и т.п. При наведении активного элемента на пассивный между ними происходит взаимодействие. Это взаимодействие может быть разным, в зависимости от того, какую кнопку мыши мы нажнём и как мы это сделаем.
Обработкой сигналов от мыши и расчётом взаимодействия с экранными элементами управления занимаются программы, в первую очередь самая большая и самая главная программа компьютера, так называемая операционная система.
Мыши могут быть основаны на самых разных принципах. Совсем ещё недавно самыми распространенными считались оптико-механические мыши.
Центральным узлом такой мыши является шарик, покрытый слоем резины. При движении мыши он может вращаться в любом направлении. Контакте с этим шариком находятся два шарика. На один передаётся вращение, соответствующие на горизонтальное смещение, а на другой – вертикальному. На обоих валиках закреплены чёрные диски с радиальными прорезями.
Сигнал мыши снимается с фотоэлемента, который подсвечивается лучом от фотодиода. На пути этого луча стоит вращающийся прорезной диск. Чем выше скорость вращения диска, тем чаще прерывается луч света, тем больше сигналов перемещения поступает в системный блок и, соответственно, тем быстрее движется указатель по экрану.
Сегодня появились и чисто оптические мыши, не содержащихся движущихся частей. Они более точны и более долговечны. Так же широко используются без проводные мыши (инфракрасные). Они удобны тем, что не требуют провода для соединения с системным блоком.
II.2.3 Монитор.
Монитор (дисплей компьютера) предназначен для вывода на экран текстовой или графической информации. Существует два видов мониторов: электронно-лучевые (с электронно-лучевой тропкой ЭЛТ) и жидкокристаллический (ЖК). Для идеального изображения электронно – лучевая трубка сохраняет преимущества. В её пользу говорят более высокие яркость и контрастность, лучшая цветовая передача. Однако для ЖК мониторов принципиально исключаются такие дефекты, как смещение изображения, нарушения геометрии изображения, нарушения линейности. Качество картинки в центре экрана и на краю совершенно одинаково. Мониторы могут работать в одном из двух режимов текстовом или графическом. Они бывают разных размеров: от 14 до 21 дюйма.
Для качественного отображения текста требуется высокая чёткость. Для этого в мониторах применяются схемы тракта видеосигнала с гораздо более широкой, чем у телевизора, полосой пропускания. Чем меньше размер элемента изображения, тем большая частота нужна для его чёткого воспроизведения на экране. Современный монитор должен иметь полосу пропускания видеосигнала шириной от 150 до 200 МГц.
II.2.4 Принтер.
Для работы с компьютером используются дополнительные устройства – сканер, принтер.
Принтер предназначен для вывода информации на бумагу. Все принтеры могут выводить текстовую информацию, а так же рисунки и графики. В настоящее время широко используется лазерные и струйные принтеры. Так же они бывают чёрно-белые и цветные. Лазерные принтеры обеспечивают наилучшие (близкое к типографическому) качество печати. В этих принтерах для печати используется принцип ксерографии: изображение переносится на бумагу со специального барабана, которому электрически притягиваются части краски. Печатающий барабан электризуется с помощью лазера по командам из компьютера. Лазерные принтеры можно условно разделить на следующие группы: не дорогие принтеры с невысокой производительностью (4-5 страниц в минуту), принтеры среднего класса (8-12 страниц в минуту), высокопроизводительные принтеры, предназначенные для работы в локальной сети (16-30 страниц в минуту). Качество печати лазерных принтеров зависит, в основном, от разрешающей способности принтера, т.е. количества точек, печатаемых на каждый дюйм:
300 точек на дюйм – большинство деловых документов получаются в полнее удовлетворительными, но мелкие буквы и полутоновые изображения печатаются плохо;
600 точек на дюйм – качество достаточно для деловых документов и даже для издательских нужд – при чёрно-белой полиграфии и невысоких требованиях к печати;
1200 точек на дюйм – такие принтеры печатают документы с высоким качеством;
1800 точек на дюйм и более – такие принтеры используются для издательских нужд при подготовке особо высококачественных изданий.
Лазерные принтеры не печатают получаемые от компьютера данные сразу, а формируют изображения печатаемой страницы в содержащейся в них оперативной памяти и лишь затем, по специальной команде, печатают его. Большинство цветных лазерных принтеров обеспечивают не плохую разрешающую способность (600-120 точек на дюйм), насыщенные, яркие краски и приемлемую цветопередачу.
В струйных принтерах изображение формируется микрокаплями специальных чернил, выдуваемых на бумагу с помощью сопел. Основные разновидности струйных принтеров:
Не дорогие чёрно-белые и цветные струйные принтеры, рассчитанные в основном на индивидуальных пользователей;
Принтеры, обеспечивающие высококачественную цветную печать;
Быстродействующие принтеры, предназначенные для интенсивной печати;
Не большие портативные (переносные) принтеры, снабжённые аккумуляторами и предназначенные для использования с портативными компьютерами.
Скорость печати на струйных принтерах сильно зависит от режима печати и печатаемого изображения. При печати в среде Windows типичная скорость печати составляет от 20 до 60 секунд на страницу, в среде Corel Draw скорость печати от 40 секунд до 3 минут на страницу. При печати струйные принтеры могут обеспечивать качество, приближающееся качество дешёвых лазерных принтеров. Качество цветной печати струйных принтеров на обычной бумаге, как правило, весьма среднее, оно достаточно лишь для офисных применений – печать и графиков, линий, диаграмм, цветного текста.
II.2.5 Сканер.
Сканер – устройство для считывания графической и текстовой информации в компьютер. Сканеры могут вводить в компьютер рисунки. С помощью специального программного обеспечения компьютер может распознавать символы во введённой через сканер картинке, это позволяет быстро вводить напечатанный (а иногда и рукописный) текст в компьютер. Сканеры бывают настольные и ручные, чёрно-белые и цветные. Сканеры отличаются друг от друга разрешающей способностью, количеством воспринимаемых цветов или оттенков серого цвета. При систематическом использовании необходим настольный сканер, хотя он и дороже. Для подготовки цветных изданий требуется, естественно, цветной сканер.
Заключение
Человек всегда стремился к прогрессу: взял в руки палку, изобрёл колесо, множество механизмов и инструментов. Они расширили его физические возможности и увеличили свободу в пространстве и времени. Человек всё время изобретал что –то новое что бы облегчить свой труд. Сначала считал с помощью палочек, камушек, затем придумал счёты, что бы было легче считать, а теперь и калькулятор. Чтобы облегчить свой труд при подъёме тяжестей, человек сначала придумал балку, затем кран. Для того что бы ткать одежду, в древние времена использовали ручной ткацкий станок, в 20-ые годы прошлого столетия был изобретён электрический ткацкий станок.
Развитие науки и техники не стоит на месте, а всё время появляются всё новые и новые механизмы и агрегаты. В наше время многий труд заменяют роботы, которыми управляет человек с помощью компьютера. Компьютер используют при создании кинофильмов, при написании музыки. Архитекторы и инженеры используют его для создания чертежей, бухгалтеры используют для составления различных отчётов и начисления заработных плат. Можно сделать вывод, что компьютер используется во всех отраслях промышленности.
В настоящее время компьютер стал появляться и у нас дома. И для того чтобы эффективно и правильно использовать его, нужно не только уметь пользоваться компьютером, но и знать, как он устроен. Изучая эту тему, я открыл много интересного для себя. В частности, откуда и как появился компьютер, какие части у него основные, а какие дополнительные. Я узнал, что на материнской плате существуют разъёмы для нескольких жёстких дисков, нескольких оперативных памятей. Что любой компьютер можно со временем модернизировать. Работая над рефератом, я узнал, чем нужно руководствоваться, покупая новый компьютер, какие программы используются в компьютерах и для чего каждая программа необходима.
Список литературы
Симонович С. В., Евсеев Г. А., Мураховский В. И. «Вы купили компьютер (1000 советов)».
Фигурнов В. Э.IBM PC-шестое издание, переработанное и дополнённое. М.: ИНФРАМ, 1996.
Фигурнов В. Э. «IBM PC» - седьмое издание, переработанное и дополнённое, Москва 1998 г. «ИНФРАМ».
4. www.wikipedia.org
5.http://gdpk.narod.ru/blok/blok.html
6.www.mirknig.com