Состав компьютера
Основные составляющие компьютера представлены на рисунке:
Монитор (дисплей) предназначен для отображения информации на экране. На нем мы видим числовую, текстовую, графическую информацию (тексты и рисунки, героев своих любимых компьютерных игр).
Клавиатура предназначена для ввода информации (набора текстов и чисел), а также для управления компьютером с помощью специальных команд (стрелки, использующиеся для игр, «горячие клавиши»).
Мышь предназначена для управления компьютером (контекстное, программное меню).
Системный блок – самая «умная» часть компьютера. В нем находятся управляющие и запоминающие устройства: процессор, оперативная (внутренняя) память, накопители на гибких и жестких магнитных носителях, блок питания. Процессор (произошло от английского слова process – процесс; делать, обрабатывать) управляет всеми устройствами компьютера, выполняет программы, обрабатывает данные, находящиеся в оперативной памяти.
Память компьютера служит для хранения данных и делится на оперативную (ОЗУ – оперативное запоминающее устройство) и постоянную (ПЗУ – постоянное запоминающее устройство). Во время работы компьютера все использующиеся программы и данные помещаются в оперативную память (ОЗУ). Процессор может мгновенно обращаться к данным, находящимся в оперативной памяти. После отключения компьютера содержание оперативной памяти теряется, так как электрические импульсы, в форме которых информация сохраняется в оперативной памяти, существуют только тогда, когда компьютер включен. В ПЗУ хранятся инструкции, которые определяют порядок работы компьютера при его включении. Эти инструкции сохраняются при отключении компьютера. Для сохранения необходимых данных их записывают на внешнюю (долговременную) память. Такой памятью являются магнитные диски – диски из пластика или металла, покрытые магнитным веществом. Магнитные диски бывают гибкие и жесткие.
Жесткие (HDD) – диски с большой емкостью, встроенные в системный блок. Гибкие (FDD) – внешние диски, дискеты. Для их чтения в системном блоке есть специальное устройство – дисковод. С помощью дискет можно переносить информацию с одного компьютера на другой. Также для переноса информации используются оптические носители – лазерные диски (CD-R, CD-RW, DVD-R, DVD-RW).
Конфигурацию компьютера при необходимости можно гибко изменять.
Также к компьютеру могут подключаться дополнительные, так называемые, внешние или периферийные, устройства (устройства, которые имеют собственное управление и функционируют по командам процессора):
— колонки; — принтер; — сканер; — наушники с микрофоном; — джойстик и другие.
Все эти устройства называются аппаратным обеспечением компьютера.
Часто компьютеры объединяются в сети. Для этого используются модем и сетевые устройства. С помощью сетевых устройств компьютеры объединяются в сети (локальные и глобальные). В настоящее время сети получили широкое распространение, что позволяет передавать информацию быстро и на достаточно большие расстояния, и открывают пользователю доступ к информационным ресурсам.
— модем.
Компьютеры используются в школе для обучения. Они применяются не только на уроках информатики в начальной школе, но также для обучения старшеклассников таким предметам, как физика, математика, русский язык, литература, химия, биология, астрономия, иностранные языки. Студенты вузов также используют компьютеры для обучения.
Устройства ввода информации
Люди умеют вводить в память компьютера зрительную и звуковую информацию. Устройства, которые помогают это делать, называются устройствами ввода информации.
Рассмотрим их подробнее.
Устройства для ввода текстовой информации.
Основным, и обычно необходимым, устройством ввода текстовых символов и последовательностей (команд) в компьютер является клавиатура.
Клавиатура — это устройство, представляющее собой набор кнопок (клавиш), предназначенных для управления каким-либо устройством или для ввода информации. Обычная клавиатура содержит 104 клавиши. Как правило, кнопки нажимаются пальцами рук. Каждой клавише соответствует один или несколько определённых символов. Возможно увеличить количество действий, выполняемых с клавиатуры, с помощью сочетаний клавиш. В клавиатурах часто клавиши сопровождаются наклейками с изображением символов или действий, соответствующих нажатию. Существуют методики, позволяющие набирать текст, не глядя на клавиатуру, так называемый «слепой метод набора». Многие современные компьютерные клавиатуры, помимо стандартного набора из ста четырёх клавиш, снабжаются дополнительными клавишами (как правило, другого размера и формы), которые предназначены для упрощённого управления некоторыми основными функциями компьютера, например управление громкостью звука: громче, тише, включить или выключить звук; управление лотком в приводе для компакт-дисков: извлечь диск, принять диск; управление аудиопроигрывателем: играть, поставить на паузу, остановить воспроизведение, промотать аудиозапись вперёд или назад, перейти к следующей или предыдущей аудиозаписи; управление сетевыми возможностями компьютера: открыть почтовую программу, открыть браузер, показать домашнюю страницу, двигаться вперёд или назад по истории посещённых страниц, открыть поисковую систему; управление наиболее популярными программами: открыть калькулятор, открыть файловый менеджер; управление состоянием окон операционной системы: свернуть окно, закрыть окно, перейти к следующему или к предыдущему окну; управление состоянием компьютера: перевести в ждущий режим, перевести в спящий режим, пробудить компьютер, выключить компьютер.
Устройства ввода графической информации.
Сканером называется устройство, позволяющее вводить в компьютер изображения текстов, рисунков, слайдов, фотографий или другой графической информации. Это устройство, которое, анализируя какой-либо объект (обычно изображение, текст), создаёт цифровую копию изображения объекта. Процесс получения этой копии называется сканированием. Для распознавания сканированного текста применяются специальные программы.
Графический планшет (или дигитайзер, диджитайзер, от англ. digitizer) — это устройство для ввода рисунков от руки непосредственно в компьютер. Состоит из пера и плоского планшета, чувствительного к нажатию или близости пера. Также может прилагаться специальная мышь.
Графические планшеты применяются для создания изображений на компьютере способом, максимально приближённым к тому, как создаются изображения на бумаге. Кроме того, их удобно использовать для переноса (отрисовки) уже готовых изображений в компьютер.
Веб-камера — цифровая видео или фотокамера, способная в режиме реального времени фиксировать изображения, предназначенные для дальнейшей передачи по сети интернет.
Такие камеры используются для видеоконференций, для изображения городских панорам. На сегодняшний день веб-камеры есть даже в космосе. Сама веб-камера не способна хранить видеозапись, она, как правило, подключена к компьютеру, на котором установлено необходимое программное обеспечение.
Цифровая видеокамера – электронный киносъемочный аппарат. Она снимает видеоинформацию и оснащена микрофоном, для записи звуковой информации.
Камеры бывают для повседневной съемки и профессиональные.
Цифровой фотоаппарат является разновидностью фотоаппарата, только информация представляется, обрабатывается и хранится в самом аппарате в цифровом виде. Современные фотоаппараты позволяют снимать не только статические снимки. Но и записывают видеоинформацию.
Цифровые фотоаппараты бывают со встроенной оптикой (любительские, их часто называют «мыльницы») и со сменной оптикой (профессиональные, зеркальные).
Устройства ввода звуковой информации.
Микрофон — электроакустический прибор, преобразовывающий звуковые колебания в колебания электрического тока.
Диктофон – аппарат для звукозаписи речи с целью последующей диктовки и записи текста речи от руки на бумаге. Используются для записи бесед, лекций, выступлений.
Указательные (координатные) устройства.
Манипулятор «мышь» — одно из указательных устройств ввода, обеспечивающих интерфейс пользователя с компьютером.
Мышь воспринимает своё перемещение в рабочей плоскости (обычно — на участке поверхности стола) и передаёт эту информацию компьютеру. Программа, работающая на компьютере, в ответ на перемещение мыши производит на экране действие, отвечающее направлению и расстоянию этого перемещения. С помощью мыши пользователь управляет специальным курсором — указателем — манипулятором элементами интерфейса. Так же мышь имеет дополнительные элементы управления – колесо прокрутки, кнопки.
Тачпад – сенсорная панель — указательное устройство ввода, применяемое, чаще всего, в ноутбуках. Тачпад обычно используется для управления «указателем», перемещением пальца по поверхности устройства.
Джойстик — устройство ввода информации в электронное устройство, манипулятор. Служит для изменения позиции элемента интерфейса, также для перебора элементов списков. Является одним из стандартных средств ввода для компьютеров и многих мобильных телефонов. Широкое применение получил в компьютерных играх. Представляет собой рычаг на основании, который можно перемещать в одном, двух, трёх плоскостях. На рычаге обычно располагаются кнопки и переключатели различного назначения.
Устройства вывода информации
Устройства вывода информации используются для извлечения результатов работы компьютера. Существуют устройства вывода звуковой и графической информации.
Устройства вывода графической информации.
Основным устройством вывода графической информации является монитор. Монитор — устройство визуального представления данных. Наиболее распространены мониторы двух типов: ЭЛТ-мониторы (они работают посредством электронно-лучевой трубки, в настоящее время уже менее распространены, отличаются большим размером) и ЖК-мониторы (жидкокристаллические, обладают меньшим размером, в настоящий момент используются гораздо чаще) . ЭЛТ-мониторы обладают лучшим качеством изображения, но ЖК-мониторы приобрели большую популярность из-за своей компактности, небольшого веса и идеальной плоскости экрана. Важной характеристикой мониторов являются размер (измеряется расстоянием между противоположными углами – диагональю, которая измеряется в дюймах). Также монитор характеризуется разрешением – числом пикселей по горизонтали и по вертикали. (Пиксель – наименьший элемент двумерного цифрового изображения. Представляет собой неделимый объект квадратной или круглой формы, обладающий определенным цветом. Пиксели расположены по строкам и столбцам).
Так же к устройствам вывода относится проекторы, которые чаще всего называют мультимедийными. Проектор является световым прибором. Он проецирует изображение на специальный экран. В настоящее время он является важным элементом конференций, защит дипломных работ, лекций и уроков.
Принтер – устройство печати цифровой информации на твердый носитель, обычно бумагу. Процесс печати называется вывод на печать, а получившийся документ — распечатка или твёрдая копия. Принтеры делятся на цветные и черно-белые (монохромные). Также принтеры бывают матричные, струйные и лазерные. В настоящее время наиболее популярными и удобными являются цветные струнные принтеры и лазерные черно-белые. Матричные принтеры считаются устаревшими, но используются в банках, лабораториях, кассах, там, где нужно печатать на многослойных бланках (например, железнодорожные билеты) или нужен второй экземпляр, напечатанный под копирку.
Плоттер (или графопостроитель) устройство для автоматического вычерчивания с большой точностью рисунков, схем, сложных чертежей, карт и другой графической информации на бумаге размером до A0 или кальке. Графопостроители рисуют изображения с помощью пера (пишущего блока).
Устройства вывода звуковой информации.
К устройствам вывода звуковой информации относятся колонки и наушники – устройства для прослушивания речи, музыки или иных звуковых сигналов. Их основной характеристикой являются мощность воспроизведения звука.
Материнская плата (Motherboard)
Материнская (системная, основная) плата – является основой платой системного блока в компьютере, определяя вместе с процессором архитектуру и производительность ПК.
Наверное, вас интересует, почему «материнская»? Это сленговое слово, оно определяет аналогию как дети привязаны к матери, так и все устройства подсоединены к материнской плате, она управляет единой синхронизированной работой всех подсистем.
Несмотря на большое разнообразие в дизайне и исполнении, все материнские платы имеют схожие черты. Так, на любой из них обязательно устанавливаются следующие компоненты: процессор и сопроцессор; память ROM, RAM и SRAM; схемы ввода/вывода; схемы интерфейсов и шин, кварцевый генератор, схемы управления напряжением.
Главным набором микросхем в современных материнских платах является чипсет, который управляет работой всех остальных контроллеров и компонентов, согласуя их работу во времени. Именно чипсет определяет кокой процессор, будет установлен и какая, память будет использоваться, от этого будет зависеть производительность.
Ведущими производителями процессоров (Intel и AMD) определено два основных направления в создании материнских плат. Обусловлено это тем, что процессоры Intel и AMD устанавливаются в разные разъёмы (Socket) на материнской плате. Поэтому при выборе материнской платы, вы должны знать, для каких процессоров она предназначена.
Вообще о технических характеристиках материнских плат можно говорить много, но важно разобраться с основами. И поэтому сейчас стоит рассмотреть ещё одну возможность, интеграцию.
То есть речь идёт об объединении нескольких устройств в одной системной плате. И вы уже наверняка слышали понятие «интегрированная» звуковая или видеокарта. Это значить, что материнская плата уже сочетает в себе эти устройства. Большинство продвинутых пользователей и геймеров решительно выступают против интеграции, так как отдельные устройства производительнее интегрированных. Но для бюджетных компьютеров это идеальное решение. Последнее время стало нормой использовать интегрированное видео и звук, сетевые и модемные контроллеры.
От материнской платы, на заднюю панель системного блока, выходят разъёмы для подключения внешних устройств.
Видео YouTube
Программное обеспечение. Программы могут находиться в двух состояниях: активном и пассивном. В пассивном состоянии программа не работает и выглядит как данные, содержательная часть которых — сведения. В этом состоянии содержимое программы можно «читать» с помощью других программ, как читают книги, и изменять. Из него можно узнать назначение программы и принцип ее работы. В пассивном состоянии программы создаются, редактируются, хранятся и транспортируются. Процесс создания и редактирования программ называется программированием.
Когда программа находится в активном состоянии, содержательная часть ее данных рассматривается как команды, согласно которым работают аппаратные средства компьютера. Чтобы изменить порядок их работы, достаточно прервать исполнение одной программы и начать исполнение другой, содержащей иной набор команд.
Совокупность программ, хранящихся на компьютере, образует его программное обеспечение. Совокупность программ, подготовленных к работе, называют установленным программным обеспечением. Совокупность программ, работающих в тот или иной момент времени, называют программной конфигурацией.
Устройство компьютера. Любой компьютер (даже самый большой)состоит из четырех частей:
устройства ввода информации
устройства обработки информации
устройства вывода информации.
Конструктивно эти части могут быть объединены в одном корпусе размером с книгу или же каждая часть может состоять из нескольких достаточно громоздких устройств
Базовая аппаратная конфигурация ПК. Базовой аппаратной конфигурацией персонального компьютера называют минимальный комплект аппаратных средств, достаточный для начала работы с компьютером. С течением времени понятие базовой конфигурации постепенно меняется.
Чаще всего персональный компьютер состоит из следующих устройств:
Дополнительно могут подключатся другие устройства ввода и вывода информации, например звуковые колонки, принтер, сканер.
Системный блок — основной блок компьютерной системы. В нем располагаются устройства, считающиеся внутренними. Устройства, подключаемые к системному блоку снаружи, считаются внешними. Для внешних устройств используют также термин периферийное оборудование.
Монитор — устройство для визуального воспроизведения символьной и графической информации. Служит в качестве устройства вывода. Для настольных ПК в настоящее время наиболее распространены мониторы, основанные на электронно-лучевых трубках. Они отдаленно напоминают бытовые телевизоры.
Клавиатура — клавишное устройство, предназначенное для управления работой компьютера и ввода в него информации. Информация вводится в виде алфавитно-цифровых символьных данных.
Мышь — устройство «графического» управления.
Внутренние устройства персонального компьютера.
Внутренними считаются устройства, располагающиеся в системном блоке. Доступ к некоторым из них имеется на лицевой панели, что удобно для быстрой смены информационных носителей, например гибких магнитных дисков. Разъемы некоторых устройств выведены на заднюю стенку — они служат для подключения периферийного оборудования. К некоторым устройствам системного блока доступ не предусмотрен — для обычной работы он не требуется.
Процессор. Микропроцессор — основная микросхема персонального компьютера. Все вычисления выполняются в ней. Основная характеристика процессора — тактовая частота (измеряется в мегагерцах, МГц). Чем выше тактовая частота, тем выше производительность процессора. Так, например, при тактовой частоте 500 МГц процессор может за одну секунду изменить свое
состояние 500 миллионов раз. Для большинства операций одного такта недостаточно, поэтому количество операций, которые процессор может выполнить в секунду, зависит не только от тактовой частоты, но и от сложности операций.
Единственное устройство, о существовании которого процессор «знает от рождения», — оперативная память — с нею он работает совместно. Оттуда поступают данные и команды. Данные копируются в ячейки процессора (они называются регистрами), а потом преобразуются в соответствии с содержанием команд. Более полную картину того, как процессор взаимодействует с оперативной памятью, вы получите в главах, посвященных основам программирования.
Оперативная память. Оперативную память можно представить как обширный массив ячеек, в которых хранятся числовые данные и команды в то время, когда компьютер включен. Объем оперативной памяти измеряется в миллионах байтов — мегабайтах (Мбайт).
Процессор может обратиться к любой ячейке оперативной памяти (байту), поскольку она имеет неповторимый числовой адрес. Обратиться к индивидуальному биту оперативной памяти процессор не может, так как у бита нет адреса. В то же время, процессор может изменить состояние любого бита, но для этого требуется несколько действий.
Материнская плата. Материнская плата — это самая большая плата персонального компьютера. На ней располагаются магистрали, связывающие процессор с оперативной памятью, — так называемые шины. Различают шину данных, по которой процессор копирует данные из ячеек памяти, адресную шину, по которой он подключается к конкретным ячейкам памяти, и шину команд, по которой в процессор поступают команды из программ. К шинам материнской платы подключаются также все прочие внутренние устройства компьютера. Управляет работой материнской платы микропроцессорный набор микросхем — так называемый чипсет.
Видеоадаптер. Видеоадаптер — внутреннее устройство, устанавливаемое в один из разъемов материнской платы. В первых персональных компьютерах видеоадаптеров не было. Вместо них в оперативной памяти отводилась небольшая область для хранения видеоданных. Специальная микросхема (видеоконтроллер) считывала данные из ячеек видеопамяти и в соответствии с ними управляла монитором.
По мере улучшения графических возможностей компьютеров область видеопамяти отделили от основной оперативной памяти и вместе с видеоконтроллером выделили в отдельный прибор, который назвали видеоадаптером. Современные видеоадаптеры имеют собственный вычислительный процессор (видеопроцессор), который снизил нагрузку на основной процессор при построении сложных изображений. Особенно большую роль видеопроцессор играет при построении на плоском экране трехмерных изображений. В ходе таких операций ему приходится выполнять особенно много математических расчетов.
В некоторых моделях материнских плат функции видеоадаптера выполняют микросхемы чипсета — в этом случае говорят, что видеоадаптер интегрирован с материнской платой. Если же видеоадаптер выполнен в виде отдельного устройства, его называют видеокартой. Разъем видеокарты выведен на заднюю стенку. К нему подключается монитор.
Звуковой адаптер. Для компьютеров IBM PC работа со звуком изначально не была предусмотрена. Первые десять лет существования компьютеры этой платформы считались офисной техникой и обходились без звуковых устройств. В настоящее время средства для работы со звуком считаются стандартными. Для этого на материнской плате устанавливается звуковой адаптер. Он может быть интегрирован в чипсете материнской платы или выполнен как отдельная подключаемая плата, которая называется звуковой картой.
Разъемы звуковой карты выведены на заднюю стенку компьютера. Для воспроизведения звука к ним подключают звуковые колонки или наушники. Отдельный разъем предназначен для подключения микрофона. При наличии специальной программы это позволяет записывать звук. Имеется также разъем (линейный выход) для подключения к внешней звукозаписывающей или звуковоспроизводящей аппаратуре (магнитофонам, усилителям и т.п.).
Жесткий диск. Поскольку оперативная память компьютера очищается при отключении питания, необходимо устройство для длительного хранения данных и программ. В настоящее время для этих целей широко применяют так называемые жесткие диски.
Принцип действия жесткого диска основан на регистрации изменений магнитного поля вблизи записывающей головки.
Основным параметром жесткого диска является емкость, измеряемая в гигабайтах (миллиардах байтов), Гбайт. Средний размер современного жесткого диска составляет 80 — 160 Гбайт, причем этот параметр неуклонно растет.
Дисковод гибких дисков. Для транспортировки данных между удаленными компьютерами используют так называемые гибкие диски. Стандартный гибкий диск (дискета) имеет сравнительно небольшую емкость 1,44 Мбайт. По современным меркам этого совершенно недостаточно для большинства задач хранения и транспортировки данных, но низкая стоимость носителей и высокая степень готовности к работе сделали гибкие диски самыми распространенными носителями данных.
Для записи и чтения данных, размещенных на гибких дисках, служит специальное устройство — дисковод. Приемное отверстие дисковода выведено на лицевую панель системного блока.
Дисковод CD-ROM. Для транспортировки больших объемов данных удобно использовать компакт-диски CD-ROM. Эти диски позволяют только читать ранее записанные данные — производить запись на них нельзя. Емкость одного диска составляет порядка 650-700 Мбайт.
Для чтения компакт-дисков служат дисководы CD-ROM. Основной параметр дисковода CD-ROM— скорость чтения. Она измеряется в кратных единицах. За единицу принята скорость чтения, утвержденная в середине 80-х гг. для музыкальных компакт-дисков (аудиодисков). Современные дисководы CD-ROM обеспечивают скорость чтения 40х — 52х.
Основной недостаток дисководов CD-ROM — невозможность записи дисков — преодолен в современных устройствах однократной записи — CD-R. Существуют также устройства CD-RW, позволяющие осуществлять многократную запись.
Принцип хранения данных на компакт-дисках не магнитный, как у гибких дисков, а оптический.
Коммуникационные порты. Для связи с другими устройствами, например принтером, сканером, клавиатурой, мышью и т. п., компьютер оснащается так называемыми портами. Порт — это не просто разъем для подключения внешнего оборудования, хотя порт и заканчивается разъемом. Порт — более сложное устройство, чем просто разъем, имеющее свои микросхемы и управляемое программно.
Сетевой адаптер. Сетевые адаптеры необходимы компьютерам, чтобы они могли обмениваться данными между собой. Этот прибор следит за тем, чтобы процессор не подал новую порцию данных на внешний порт, пока сетевой адаптер соседнего компьютера не скопировал к себе предыдущую порцию. После этого процессору дается сигнал о том, что данные забраны и можно подавать новые. Так осуществляется передача.
Когда сетевой адаптер «узнает» от соседнего адаптера, что у того есть порция данных, он копирует их к себе, а потом проверяет, ему ли они адресованы. Если да, он передает их процессору. Если нет, он выставляет их на выходной порт, откуда их заберет сетевой адаптер очередного соседнего компьютера. Так данные перемещаются между компьютерами до тех пор, пока не попадут к адресату.
Сетевые адаптеры могут быть встроены в материнскую плату, но чаще устанавливаются отдельно, в виде дополнительных плат, называемых сетевыми картами.
