Практическая работа № 5

Тема: Компьютер

Наименование:          Основные устройства компьютера.

Цель работы: Сформировать у учащихся знания о магистрально-модульном принципе построения компьютера; об основных устройствах компьютера

1.       Краткие теоретические сведения.

I. Магистрально-модульный принцип построения компьютера.

Компьютер — это универсальное (многофункциональное) электронное автоматическое устройство, предназначенное для накопления, обработки и передачи информации.

Под архитектурой компьютера понимается его логическая организация, структура, ресурсы, то есть средства вычислительной системы, которые могут быть выделены процессу обработки данных на определенный интервал времени. В основу архитектуры временных персональных компьютеров положен магистрально-модульный принцип ( см рис.).

   Магистраль (системная шина) — это набор электронных линий, связывающих центральный процессор, основную память и периферийные устройства воедино относительно передачи данных служебных сигналов и адресации памяти. Благодаря модульному принципу построения потребитель сам может комплектовать компьютер нужной ему конфигурации и производить при необходимости ее модернизацию.

II. Состав ПЭВМ

В состав компьютера входят следующие основные (стандартные) устройства:

— системный блок;

— монитор;

— клавиатура.

Кроме того, к ПЭВМ можно подключать дополнительные устройства, называемые периферийными (внешними), которые можно разбить на несколько групп.

Устройства ввода: сканер, цифровая фотокамера, графический планшет.

Устройства вывода: принтер, графопостроитель.

Внешние запоминающие устройства: дисководы для работы с магнитными и лазерными дисками, стример.

Устройства управления: мышь, трекбол, контактная панель, джойстик.

Устройства, выполняющие одновременно функции ввода и вывода информации в/из ПЭВМ: модем, звуковая приставка, сетевая плата.

Далее рассмотрим назначение и состав названных компонентов персональной ЭВМ, и в первую очередь системного блока.

1. Основные компоненты системного блока

Корпус системного блока обычно имеет один из двух вариантов исполнения:

настольный вариант горизонтального типа (Deskop) — он показан на рис., и настольный вариант вертикального типа — башня.

Системный блок содержит: системную плату, дисковод(ы) для работы с гибкими дисками (НГМД), жесткий диск, порты ввода-вывода (разъемы), блок питания, громкоговоритель.

Основным элементом является системная плата.

На системной плате располагаются: микропроцессор;

сопроцессор (может отсутствовать); модули оперативной памяти; микросхемы быстрой памяти (КЭШ); микросхема базовой системы ввода-вывода (BIOS); системная шина;

адаптеры и контроллеры (платы расширения), управля­ющие работой различных устройств (дисководами, монитором, клавиатурой, мышью и т.д.).

Теперь перейдем к рассмотрению составных частей системной платы, а затем рассмотрим остальные элементы системного блока.

Микропроцессор

Микропроцессор (процессор, МП) — это микросхема, которая производит все арифметические и логические операции, осуществляет управление всем процессом решения задачи по заданной программе, т.е. является главным компонентом компьютера. Не случайно тип ПЭВМ определяется типом его процессора.

Укажем главные характеристики процессора.

Разрядность. Микропроцессор, как и любое устройство ЭВМ, работает, мы уже знаем, лишь с двоичными числами. Максимальная длина (количество разрядов) такого числа, которое может обрабатывать микропроцессор, есть его разрядность. Обычно разрядность равна 8, 16, 32 (в старых моделях) или 64.

Тактовая частота. Такт — время выполнения про­цессором элементарной внутренней операции. Тактовая частота (ТЧ) — это количество тактов, выполняемых процессором в секунду. Т.е. чем выше тактовая частота процессора, тем быстрее он работает. Единица измерения тактовой частоты — мегагерц (МГц).

Платы и микросхемы запоминающих устройств (ЗУ)

Прежде чем говорить о них, рассмотрим, что такое «запоминающее устройство» вообще и виды ЗУ.

Запоминающие устройства предназначены для хранения программ и данных и делятся на несколько видов: оперативные (ОЗУ), кэш-память, постоянные (ПЗУ), внешние.

Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) — неотъемлемая часть любой ЭВМ. Это быстродействующее ЗУ сравнительно небольшого объема, реализованное в виде набора микросхем. Именно в ОЗУ хранится выполняемая процессором в текущий момент программа и необходимые для нее данные.

Внимание! ОЗУ обеспечивает хранение информации лишь в течение сеанса работы ПЭВМ. После выключения ПЭВМ из сети данные, хранимые в ОЗУ, теряются безвозвратно!

Характеристики ОЗУ:

— объем памяти в современной ПЭВМ может достигать 128 Мбайт. Практически необходим объем не менее 16 Мбайт;

— время выборки данных из ОЗУ нормальным счи­тается 70 нонасекунд (нс).

— адресное пространство памяти, т.е. максимально возможный объем оперативной памяти, в настоящее время оно должно быть не менее 128 Мбайт.

Кэш-память. Это сверхбыстродействующее ОЗУ — время выборки — 15—20 нс. Используется для ускорения операций в памяти ПЭВМ. В кэш-память записывается та часть информации из ОЗУ, с которой процессор работает в данный момент.

Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ). - эта часть памяти доступна лишь для чтения данных и программ «зашитых» в него при изготовлении ПЭВМ.

В IBM-совместимых ПЭВМ ПЗУ реализовано отдельной микросхемой, в нем хранится часть операционной системы — базовая система ввода-вывода (BIOS). Она обеспечивает включение ПЭВМ в работу и тестирование его устройств.

Системная шина

Так называется комплекс проводных каналов связи, соединяющих различные компоненты системной платы ПЭВМ. Конструктивно она выполнена заодно с платой.

Разъемы плат расширения

На системной плате находятся разъемы для плат, управляющих работой различных устройств ПЭВМ.

Разъемы обеспечивают подключение плат расширения к системной шине, они унифицированы, т.е. в любой разъем можно вставить любую плату расширения. Именно наличие таких разъемов во многом определяет открытость архитектуры IBM PC. Число таких разъемов — важная характеристика ПЭВМ.

Порты

Разъемы, с помощью которых к системному блоку подключаются периферийные устройства (принтер, «мышь» и т.д.), называют «портами». Порты общего назначения бывают двух видов: параллельные (обозначаемые LPT1 — LPT4) — обычно 25 контактов, и последовательные (обозначаемые СОМ1 — COM3) — обычно 9 контактов, но возможно и 25.

К параллельному порту подключается, например, принтер, к последовательному — мышь. Параллельные порты выполняют ввод и вывод данных с большей скоростью, чем последовательные, но требуют и большего числа проводов.

Не так давно появился новый быстродействующий вид порта — USB. Он позволяет подключать до 256 устройств, прерывать работу с ПУ в активном режиме.

2. Внешние запоминающие устройства (ВЗУ)

Назначение ВЗУ — долговременное хранение больших объемов информации. Они характеризуются большим объемом памяти и по сравнению с ОЗУ более низким быстродействием. Большая часть их размещается непосредственно в корпусе системного блока.

К ВЗУ относятся в первую очередь:

— накопители на гибких магнитных дисках;

— накопители на жестких (несменных) магнитных дисках (винчестеры);

— накопители на жестких сменных магнитных дисках;

— дисководы для работы с лазерными компакт-дисками;

— магнитооптические системы;

— стримеры.

Дисководами называются устройства, позволяющие работать с информацией на дисках (магнитных гибких и жестких, лазерных).

Стример так называют устройство для записи информации на магнитную ленту, т.е. это магнитофон со специальными возможностями, который записывает информацию с ком­пьютера на магнитную кассету с одновременным ее сжатием. Назначение: используется в системах резервного сохранения информации с жесткого диска.

3. Монитор

   Монитор — это электронное устройство для визуального представления информации, вводимой (выводимой) в ЭВМ (из ЭВМ), как текстовой, так и графической. Находят применение в основном 2 вида мониторов: мониторы на жидких кристаллах с плоским экраном и ЭЛТ-мониторы, т.е. мониторы с электронно-лучевой трубкой (подобно телевизору).

Устройство монитора с эл/лучевой трубкой. Монитор включает: экран (с электронно-лучевой трубкой); систему управления эл/лучевой трубкой; неотъемлемая его часть — видеоадаптер. Адаптер размещается в системном блоке, на отдельной плате — видеоплате. Он во многом определяет возможности монитора. Основные блоки его — видеопамять и ПЗУ-генератор символов.

Структура экрана. В мониторе любого типа поверхность экрана разбита на отдельные малые элементы (так называемые «пиксели»), каждый из которых может активизироваться, «включаться» независимо от прочих — при этом на экране видна светящаяся точка.

Пиксели на экране располагаются в несколько рядов (строк) с равным числом точек в строке, например, 640 (точек в строке)*200 (строк). На плоскость экрана монитора накладывается некоторая система координат, и каждая точка экрана определяется своими координатами в этой системе. Включая определенные сочетания точек, можно получить на экране изображение любой линии, кривой или фигуры.

Режимы работы монитора.

1. Графический режим монитора предназначен для вывода на экран графиков, рисунков и т.д. В этом режиме можно также выводить и текстовую информацию в виде различных надписей, причем эти надписи могут иметь произвольный шрифт, размер букв и т.д. В графическом режиме можно управлять состоянием каждой точки экрана, задавать ей свой цвет, т.е. можно строить, «собирать» изображение из отдельных точек.

2. Текстовый режим используется для вывода текста. В этом режиме экран монитора условно разбивается на отдельные участки размером 8х8 точек (подобный участок называется «знакоместо»), т.е. на экране размера 640х200 точек размещается 25 строк по 80 знакомест в строке. В каждое знакоместо может быть введен один символ текста, изображения которых в готовом виде хранятся в ПЗУ-генераторе символов видеоадаптера.

4. Клавиатура

Клавиатура служит для ввода информации в ПЭВМ и управления ее работой.

5. Периферийные устройства

Устройства управления ПЭВМ

Мышь — портативный манипулятор, обеспечивающий перемещение курсора по экрану монитора при перемещении манипулятора (мыши) по ровной поверхности.

Мышь — это коробочка с 2—3 кнопками, соединяющаяся с ПЭВМ обычно при помощи шнура. Существует большое количество конструкций мыши, например, беспроводная мышь — сигналы от мыши к ПЭВМ передаются с помощью миниатюрного радиопередатчика. Другой пример — оптическая мышь — использует специальный коврик и луч света вместо шарика. Существует ножная мышь.

Трекбол выглядит как перевернутая мышь, но значительно большего размера. Он не перемещается, вместо этого пользователь крутит шарик. На поверхности трекбола имеются 2—3 кнопки.

Контактная панель — это плоская коробочка размером 76х70 мм, соединенная с ПЭВМ кабелем. Верхняя крышка ее представляет собой экран. Для перемещения курсора пользователь перемещает палец по экрану. Щелчок пальцем по экрану — то же, что нажатие кнопки мыши.

Джойстик — игровой манипулятор, устройство (рукоятка) для ручного управления движением курсором на экране монитора. Используется главным образом с игровыми программами.

Устройства вывода

Принтер (печатающее устройство). Предназначен для вывода информации на бумагу. Все современные принтеры могут выводить и текст, и рисунки, и графики. Существует несколько тысяч моделей принтеров, которые могут использоваться с IBM-совместимыми ПЭВМ. Наиболее широко применяются принтеры следующих типов: матричные, струйные; лазерные и светодиодные.

Графопостроитель (плоттер, ГП). Служит для вывода чертежей, графиков, качественных цветных изображений на бумагу или синтетическую пленку. Применяется в основном в проектных и конструкторских бюро, в рекламных агентствах.

Устройства ввода

Сканер. Служит для считывания с листа бумаги и ввода в ЭВМ графической информации, изображения.

Сканеры подразделяются на ручные, планшетные и барабанные. Последние обеспечивают наивысшее качество. Первые практически не выпускаются. Кроме того, различают черно-белые и цветные сканеры.

Графический планшет. Это планшет со специальным покрытием, на который можно положить лист бумаги и графическим пером писать на нем. Все, что написано, будет введено в ПЭВМ в виде изображения. Графическое перо — аналог мыши, снабжено 1—2 кнопками. Может быть перо-карандаш, перо-ручка, перо-ластик.

Цифровая фотокамера. Имеет размеры обычного фотоаппарата. Съемка выполняется обычным способом, но изображение воспринимается светочувствительным датчиком-матрицей, содержащим большое число (например, 700х500) пикселей-фотодатчиков, и запоминается затем в ЗУ, которое может хранить до 50 кадров. При подключении камеры к ПЭВМ на экране воспроизводится кадр, который можно распечатать на принтере.

Устройства, выполняющие одновременно функции и ввода и вывода информации в/из ПЭВМ

Звуковая приставка. Это комплекс устройств для качественного воспроизведения звука, компьютерной имитации голоса, голосового управления ЭВМ, для записи звука в программы. Включает звуковую плату, звуковые колонки, микрофон.

Звуковая плата — это устройство, позволяющее представлять звуковые колебания в цифровом виде. Непрерывный звуковой сигнал, имеющий во времени переменную амплитуду, преобразуется в серию импульсов с соответствующей амплитудой. Амплитуда каждого импульса представляется в виде двоичного числа, т.е. вместо кривой линии напряжения получается ряд чисел, которые можно хранить в любом ЗУ.

Сетевой адаптер — плата, обеспечивающая работу ПЭВМ в составе локальной компьютерной сети. Дает возможность пользователю получать доступ к данным на других ПЭВМ (в пределах одной организации), кол­лективно использовать периферийные устройства ЭВМ (принтеры, графопостроители и пр.).

Модем - это устройство сопряжения ПЭВМ с телефонной линией. Позволяет подключать ПЭВМ к глобальной компьютерной сети, обеспечивая пользователю возможность доступа к "чужим" ПЭВМ, удаленным, может быть, на тысячу километров.

2. Задания.

1.       Заполните предложенную функциональную схему ПК.

2. Распределите следующие устройства в зависимости от их назначения (названия устройств записать рядом с элементами схемы ПК, задания №1): клавиатура, мышь, принтер, сканер, дискета, монитор, магнитная лента, компакт-диск, жесткий диск, стример, микрофон, наушники, джойстик, цифровая камера, ОЗУ, ПЗУ.

3. Расшифруйте аббревиатуры: ОЗУ, ПЗУ, ГМД, ЖМД, НГМД, НЖМД, НМЛ, МД, ОД, CD-ROM, RAM, HD, HDD, FD, FDD, SVGA, CD, CDD, SB.

А) Какие обозначения можно считать устаревшими?

Б) Почему большее распространение получили английские обозначения устройств?

4. В предложенном списке найдите два или более обозначения одного и того же устройства и заполните таблицу:

ОЗУ, ПЗУ, оперативная память, ГМД, внутренняя память, внешняя память, ЖМД, НГМД, дисковод для гибких дисков, оптический диск, НЖМД, дисковод для лазерных дисков, НМЛ, жесткий диск, дискета, магнитная лента, МД, ОД, звуковая карта, CD-ROM, видеокарта, RAM, HD, HDD, FD, FDD, SVGA, винчестер, CD, CDD, стример, SB.

5. а) Установите соответствие между устройством и его назначением:

б) Опишите процесс работы компьютера с информацией (вставьте недостающие слова или словосочетания), пользуясь словами для справок:

В ходе работы ….… информация с помощью .….. или путем считывания с устройств ….. через ….. попадает во.….; …... извлекает информацию, работает с ней и помещает обратно результаты работы; полученные результаты могут также через …... сообщаться пользователю или сохраняться во внешней памяти.

Слова для справок: устройства ввода, компьютер, информационная магистраль, внешняя память, внутренняя память, процессор, устройства вывода.

3. Оформление отчета:

1. Переписать основные определения из теоретической части методического пособия в тетрадь.

2. Выполнить п. 1, 2, 3, 4 и 5 задания.

4. Контрольные вопросы.

1.       В чем смысл модульного принципа организации современной ЭВМ?

2.       Что такое магистраль?

3.       Какова функция процессора при работе компьютера?

4.       Какова роль шины управления?

5.       Какие типы компьютерной памяти вы знаете? Дайте их характеристику функционального назначения.

6.       Перечислите и охарактеризуйте какие вы знаете периферийные устройства.