Состав персонального компьютера

Современный компьютер представляет собой сочетание двух важнейших компонент: аппаратуры, состоящей из целого ряда устройств, и программного обеспечения, представляющего собой совокупность программ по управлению работой компьютера и обработке поступающей в компьютер информации.[6]

Основные элементы персонального компьютера:

1. системный блок;

2. клавиатура;

3. монитор (дисплей, устройство отображения);

Все остальные устройства, подключенные к компьютеру, являются периферийными. К ним относятся:

1. принтер;

2. мышь;

3. сканер;

4. плоттер (графопостроитель);

5. модем; и т.д.

В системный блок входят:

1. блок питания;

2. системная плата (материнская);

3. шина (системная магистраль передачи данных);

4. накопители на магнитных носителях;

5. видеоадаптер;

6. адаптеры (контроллеры);

7. порты ввода/вывода.

Корпус системного блока

От типа корпуса системного блока зависят, в частности, размеры и размещение используемой системной платы, минимальная мощность блока питания и максимальное ко­личество устанавливаемых приводов накопителей. Можно выделить следующие наиболее известные типы корпусов:

baby – AT - горизонтального настольного исполнения;

mini – tower – “башенный” вертикального исполнения;

midi – tower – “башенный” вертикального исполнения;

big – tower – “башенный” вертикального исполнения напольного типа;

Notebook - портативный “книжного” формата.

Их основные параметры и дизайн могут варьироваться в зависимости от фирмы производителя. Общим для “настольных” корпусов типа desktop, является то, что системная плата располагается в нем горизонтально. Разумеется чем размеры корпуса меньше, тем меньше возможности для дальнейшего расширения системы. Поэтому основным отличием этих типов корпусов можно считать различное количество устано­вочных мест для плат расширения и накопителей. Кстати, места для накопителей в свою очередь могут быть двух типов: с внешним доступом и внутренним доступом. Таким об­разом, по определению, доступ к накопителям, смонтированным в установочные места последнего типа, может осуществляться только при открытой крышке корпуса системного блока. Такие установочные места могут использоваться только для накопителей с несмен­ным носителем.

Варианты корпусов типа tower ("башня") используются обычно для компьютеров "на­польного" исполнения. В плане (горизонтальной плоскости) они занимают немного места и могут устанавливаться как на краю стола (mini – tower), так и на тумбочке (midi – tower) или непосредственно на полу (например, big – tower).Системная плата располагается в них вертикально и как правило, в этих корпусах имеется достаточно установочных мест для дополнительных проводов накопителей. Понятно, что размеры корпуса налагают ограни­чение и на тип используемой системной платы. В корпусе типа big – tower может быть ус­тановлена системная плата большого размера, чем например, в корпусе mini – tower.

Заметим, что большинство корпусов изготовлено из металла и покрыто пластиком. Это связано с тем что работа электронных компонентов компьютера сопровождается дос­таточно сильным электромагнитным излучением, которое приводит к радиочастотным помехам. Федеральная Комиссия Связи (FСС – Federal Comunications Comision) в США разработала ряд стандартов, ограничивающих допустимый уровень электромагнитного излучения, в частности, и для компьютеров. Так промышленные компьютеры должны иметь сертификат FCC типа "А", а офисные и домашние - типа "В". Следует отметить, что требования сертификата "В" на порядок более строгие, чем "А". Как правило, на корпусе системного блока располагается несколько кнопок (например RESET, TURBO), индика­торы (RESET, TURBO, HDD), и выключатель питания (POWER). Внутри корпуса закреплен так же небольшой динамик. На ряде корпусов устаревших компьютеров имеется цифровой дисплей, используемый обычно для индикации тактовой частоты работы процессора.

Выбор корпуса системного блока. Как уже отмечалось, именно корпус определяет возможности расширения системы, например, по числу встраиваемых накопителей с внешним доступом. Кроме того, на расширение системы влияет максимальная мощность блока питания, который установлен в данном корпусе. В неявном виде тип корпуса огра­ничивает и количество карт расширения, устанавливаемых на материнской плате.

Блок питания

В компьютерной индустрии используются два типа блоков питания - линейные и импульсные.

Линейное регулирование. Эти источники заработали себе имя потому, что они реализуются на линейных (аналоговых) полупроводниковых цепях. Линейные блоки питания первоначально для понижения напряжения пропускают электрический ток через трансформатор. В результате на выходе трансформатора получают напряжение грубо приближенное к значению, которое требуется цепям компьютера. Дальше ток следует через несколько выпрямителей, которые преобразуют переменный ток в постоянный. А затем постоянный ток пропускается через линейный регулятор напряжения, который обеспечивает формирование напряжений, требуемых для цепей компьютера. В настоящее время блоки питания с линейным регулированием фактически не выпускаются.

Импульсные блоки питания. Хотя импульсные блоки питания являются более сложными, они в то же время зачастую дешевле своих линейных собратьев. Типовой источник первоначально преобразует частоту 50Гц входного напряжения в более высокую форму порядка 20000Гц. Одновременно, с увеличением частоты, происходит регулировка напряжения при помощи цифровой технологии, названной широкоимпульсной модуляцией. Длительность каждого импульса изменяется в зависимости от потребности компьютерных цепей. Широта каждого импульса формируется электрически при помощи коммутатора, который открывает, то закрывает электрический ток. Отсюда и второе название данного устройства коммутационный блок питания. Напряжение импульсов уменьшается при помощи трансформатора и преобразуется в чистый постоянный ток при помощи фильтров. Эффективность и сравнительно низкая стоимость коммутационных блоков питания происходит благодаря двум причинам: данная технология более эффективна, потому что меньше энергии теряется на рассеиваемое тепло. Вместо отсечения лишнего напряжения коммутаторы пропускают весь поток электронов, кроме того, для обработки высокочастотных сигналов требуются меньшие трансформаторы, которые более дешевле, как и цепи их фильтров.

Системная плата

Материнская плата - большая печатная плата стандартного размера, которая несет на себе главные компоненты компьютерной системы: процессор, оперативную память, микросхемы поддержки, шину, контроллеры устройств и несколько разъемов - гнезд, которые называются слотами от англ. slot - щель и служат для подключения к материнской плате других плат. Основными элементами компьютера, находящимися на материнской плате являются:

· Процессор для выполнения вычислений и общего управления всеми процес­сами внутри ЭВМ;

· Память для постоянного и временного хранения информации;

· BIOS (Basic Input Outout System – базовая система ввода – вывода информации) находящаяся в специальной микросхеме ПЗУ (постоянное запоминающее устройство);

· Контролеры, служащие для управления устройствами компьютера.

Функционально центральную печатную плату можно описать различным образом. Иногда такая плата содержит всю схему компьютера. Такие компьютеры называются од­ноплатными. Существуют IBM РС-совместимые компьютеры, у которых на одной сис­темной печатной плате сосредоточены все элементы необходимые для его работы.

Известны три базовых размера системных плат: Full –size AT, Baby -АТ и LPX (Low Profile X). Первый типоразмер называется так потому, что полностью соответствует гео­метрии первых плат для компьютеров IBM РС/АТ -12 на 13.8 дюйма. Как правило, плата такого размера может быть установлена только в корпус типа big - tower. Таким образом, в большинстве компьютеров полноразмерные системные платы практически не использует­ся.

В противоположность одноплатным в шиноориентированыхкомпьютерах цен­тральная плата реализует схему минимальной конфигурации. Остальные функции реали­зуются с помощью многочисленных дополнительных плат. Все компоненты соединяются параллельными проводниками - шиной, откуда и пошло это название.

Центральная плата, к которой присоединяются все остальные устройства в системном блоке называется материнской, а все остальные присоединяемые к ней дочерними.

Системная плата отличается от одноплатного компьютера тем, что содержит только основные поддерживающие схемы. В системной плате не хватает видеоадаптера, некото­рых видов памяти и средств связи с дополнительными устройствами. Эти устройства до­бавляются к системной плате путем присоединения дочерних плат к шине расширения, которая является частью системной платы. В терминах IBM эти присоединяемые платы обычно называются платами расширения.

Материнская плата любого компьютера выполняет несколько основных функций. Основная функция системной платы - это механическая основа любого компьютера. Она содержит платы расширения, разъемы, дополнительные элементы и обеспечивает электрическое соединение всех эле­ментов компьютера. Плата содержит процессор и поддерживающие его элементы. Эти цепи определяют функционирование компьютера и его реакцию на каждое внешнее воздействие.

Ни один элемент компьютера полностью не определяет его основные характеристики. Все решает их полная совокупность. Наиболее важные части:

Микропроцессор. Центральная схема компьютера. Используемый процессор опреде­ляет не только производительность, но и его программную совместимость.

Сопроцессор. Дополнительный микропроцессор, позволяющий компьютеру выпол­нять отдельные операции во много раз быстрее центрального процессора (операции с плавающей запятой).

Память. Жизненно необходимый элемент компьютера в целом. В памяти хранится вся информация о конфигурации компьютера, а также программное обеспечение и файлы.

Базовая система ввода-вывода информации (BIOS)

Базовая система ввода-вывода компьютера, наполовину относится к программному, а наполовину к техническому обеспечению. С её помощью реализуются отсутствующие связи этих двух компонент, позволяющие компьютеру принимать работоспособное со­стояние. Как и все программное обеспечение BIOS - набор команд микропроцессора. Из за промежуточного положения между программным и техни­ческим обеспечением эту систему часто относят к микропрограммному обеспечению.

BIOS совместимых с IBM компьютеров является очень специфическим микропро­граммным обеспечением, включающем в себя подпрограммы, тестирующие компьютер; дающие возможность, используя только языки программирования без всякого дополни­тельного программного обеспечения работать с компьютером. В своей работе BIOS опи­рается на сведения об аппаратной конфигурации компьютера, которые хранит микросхема CMOS RAM, это энергозависимый вид памяти и питание микросхемы осуществляется от аккумулятора.

Процессор

Процессор является основополагающим элементом персонального компьютера. По типу процессора можно судить о компьютере в целом. Микропроцессор, а именно его арифметико-логическое устройство (АЛУ), может выполнять четыре основных дейст­вия: сложение, вычитание, умножение и деление над двоичными числами, а кроме того, операции компьютерной логики: сравнение, условный переход и повторение. Именно последние возможности процессора отличают компьютер от простого калькулятора и де­лают его намного более эффективным.

Наименьшей единицей информации, обрабатываемой процессором, хранимой в памя­ти и передаваемой по шине компьютера, является бит - сокращение от английского выра­жения “binary digit” (двоичная цифра), который может принимать только два значения: 0 и 1. Использование памятью и процессором компьютера двоичной системы исчисления, как наиболее элементарной системы из всех возможных, связано с простотой технической реализации элементов, имеющих два состояния "включено - выключено".

Сочетание из 8 бит называется байт, и оно уже может принимать 256 различных значений (2⁸). Для удобства представления информации в байтах ис­пользуется шестнадцатеричная система исчисления, цифры в которой записываются в ви­де десяти обычных цифр: О, 1 ... 9 и соответственно первых шести букв латинского алфа­вита: А, В, С, В, Е, F. Таким образом, любые из 256 различных комбинаций из восьми ну­лей и единиц от 00000000 до 11111111 представляются некоторыми комбинациями всего из двух цифр шестнадцатеричной системы исчисления от 00 до FF.

Байт является основной единицей при хранении и передаче компьютерных данных. Кроме него часто используются термины: Кбайт (или просто К) - килобайт для обозначе­ния 1024 байт (2¹⁰, округленно 1000 байт) и Мбайт - мегабайт, то есть 1048576 байт (2²⁰, округленно 1000000 байт). До недавнего времени процессоры персональных компьютеров обрабатывали одновременно 16 бит данных или 2 байта данных, что составляет одно машинное слово. Именно поэтому такие компьютеры назывались 16-разрядными (по аналогичной причине говорят 8- и 32-разрядных компьютерах). Компьютеры IBM работают на микропроцессорах фирмы Intel и соответственно оснащены микропроцессорами:

1) IBM PC, IBM XT – Intel 80086, Intel 80088;

2) IBM РС АТ 286 – Intel 80286;

3) IBM РС АТ 386 – Intel 80386;

4) IBM PС АТ 486 – Intel 80486.

IBM - совместимые компьютеры работают на микропроцессорах, изготовленных по схожей технологии с микропроцессорами фирмы Intel.

Процессор имеет следующие характеристики ( табл.2.1):

1) Быстродействие: которое определяется разрядностью и тактовой частотой.

· Тактовая частота – величина, характеризующая скорость работы процессора, указывает, сколько элементарных операций (тактов) микропроцессор выполняет в одну секунду. Тактовая частота микропроцессора измеряется в мегагерцах (МГц).

· Разрядность процессора - число бит одновременно обрабатываемых процессором за один временной цикл.

2) Объем адресуемой памяти, т.е. какую оперативную память (ее объем) может ис­пользовать процессор.

Таблица 2.1.

Основные характеристики процессоров Intel

На рынке производителей микропроцессоров высоких результатов добились фирмы Intel и AMD.Сегодня фирма Intel и AMD выпускают широкий спектр микропроцессов, в том числе и двуядерные микропроцессоры (CPU ATHLON64 X2 6000+ 2x(3000MHz 1024Kb 1000MHz Socket AM2 и CPU INTEL Core 2 Duo E6700 2x2660MHz-1066 4096Kb LGA775 BOX), когда на одном кристалле расположены два процессора. Весной 2007 года фирма Intel объявила о создание четырехядерного микропроцессора.

Для выполнения сложных научных расчетов и операций с числами большой разрядно­сти используется математический сопроцессор. Сопроцессор - микросхема для операций с плавающей точкой.

РС ХТ использует сопроцессор Intel 8087;

РС АТ/286 использует сопроцессор Intel 287;

РС АТ/386 использует сопроцессор Intel 387.

Начиная с Intel 80486, сопроцессор встраивается в корпус процессора.

Тактовая частота - это частота импульсов, синхронизирующих работу элементов ПК. Тактирование обеспечивает кварцевый генератор синхронизации, расположенный на сис­темной плате. Стандартные частоты: 4,77; 6; 8; 10; 12; 16; 20; 25; 33,3; 40; 50; 60; 66,6 МГц, для новейших плат - 75, 83, 100, 125, 133, 150, 166, 200 МГц и более.

Некоторые компьютеры (старой модификации) могут работать на двух частотах - нормальной и повышенной (турбо). Переключение можно осуществлять переключателем TURBO на передней панели системного блока, или с помощью клавиатуры, нажав комбинацию клавиш. Например: Ctrl – Alt – “+” - повышение частоты, Ctrl – Alt – “ - ” - понижение частоты.

Частота процессора может, отличается от тактовой частоты ПК, это указывается на мар­кировке процессора:

80486DX2 - то есть процессор работает с удвоенной внутренней частотой по сравнению с тактовой частотой компьютера (производительность ПК увеличивается в 1,5 раза);

80486DX4 - процессор работает с учетверенной внутренней частотой по сравнению с тактовой частотой компьютера, (производительность ПК увеличивается в 2,5 раза).

Athlon64 3500+ 2200MHz – работает на частоте 2200МHz, но по производительности приравнивается к процессору Pentium 4 с частотой 3500 MHz.

Системная магистраль передачи данных (шина)

Шина (системная шина) или интерфейс - это общий канал связи, соединяющий все части компьютера друг с другом, представляет собой просто пучок проводов, по которым, как по отдельным линиям, передаются сигналы. Стык шины с устройством называется портом, каждому из которых, как и каждой ячейке памяти, присвоен свой уникальный номер, являющийся их адресом. Шина играет роль телефонного коммутатора, которым пользуются все устройства компьютера. Когда процессору необходимо связаться с тем или иным устройством, он посылает в общую шину сигнал, соответствующий номеру нужного порта или ячейки памяти, и устройство, порт которого имеет этот номер, немедленно “отвечает” ему. Кроме того, через шину передаются управляющие сигналы, а также электрические напряжения для питания электронных схем компьютера. Таким образом, все линии шины функционально разделяются на четыре группы: адресов, данных, управления и линии питания.

Существуют несколько стандартов шин:

- ISA (Industrial Standart Arhitecture) - ХТ 8-ми и АТ 16-ти разрядный канал об­мена данными между устройствами компьютера.

- EISA (Extended ISA) - жестко стандартизированное расширение ISA до 32-разрядов.

- MCA (Micro Chanel Arhitecture) - используется только в фирменных компью­терах IBM (PS/2), и не совместима с другими.

- VLB (VESA Lokal Bus) - локальная шина фирмы VESA (32/64 битная шина), является дополнением к шине ISA и напрямую работает с процессором, обеспечи­вая высокую скорость ввода-вывода (скорость микропроцессора), эффективна при использовании VLB - видеоадаптера и дискового контроллера.

- PCI (Peripheral Component Interconnect bus) – шина соединения периферийных компонентов (32/64 битная шина), является мостом между локальной шиной про­цессора и шиной ввода-вывода ISA/EISA или МСА. Шина разработана для Pentium - систем, хорошо сочетается со всеми процессорами.

- AGP (Accelerated Grafic Port) – выделенный ускоренный графический порт для подключения графического акселератора, режим передачи данных 1х-8х, 32 разрядная шина, работающая на частоте 66Мгц.

- USB - это очень популярная универсальная последовательная шина. Предназначена для легкого подключения различного вида устройств это клавиатуры, мыши, джойстики, колонки, модемы, мобильные телефоны, ленточные, дисковые, оптические и магнитооптические накопители, флэш-диски, сканеры и принтеры, дигитайзеры, словом все, что подключается к ПК. Также, с ожиданием большого роста в области интеграции компьютеров и телефонии, шина USB может выступать в качестве интерфейса для подключения устройств цифровой сети с интегрированными услугами (ISDN) и цифровых устройств Private Branch eXchange (PBX). Пропускной способности в 480 Мбит/с в версии 2.0 достаточно для удовлетворения потребностей всех этих применений в полной мере. Добавление устройств больше не сопряжено с установкой дополнительных адаптеров, выполнением сложного конфигурирования, ручным инсталлированием дополнительного программного обеспечения: система автоматически определяет, какой ресурс, включая программный драйвер и пропускную способность, нужен каждому периферийному устройству и делает этот ресурс доступным без вмешательства пользователя.

- PCI-E (PCI Express Special Interest Group, сокращённо SIG) - обеспечивает достаточно широкую полосу пропускания шин ввода-вывода для удовлетворения растущих требований к скорости передачи данных по этим шинам. Технология PCI-E имеет многоуровневую логическую структуру, передает данные в пакетах и позволяет задействовать разные физические среды передачи.

Шины ввода-вывода конструктивно оформляются в виде щелевых разъемов (слотов) на системной плате. В них устанавливаются платы контроллеров и адаптеров, к которым подключаются периферийные устройства.

Память

Память- это рабочий стол компьютера, его рабочее место, где размещаются програм­мы и данные, которые он обрабатывает. Память требуется на каждом шагу выполнения программ. Память нужна как для исходных данных, так и для хранения результатов. Она необходима для взаимодействия с периферией компьютера и даже для поддержания об­раза, видимого на экране.

Вся память компьютера делится на внутреннюю и внешнюю. В компьютерных систе­мах работа с памятью основывается на очень простых концепциях. Все что требуется от компьютерной памяти, - это сохранять один бит информации так, чтобы по­том он мог быть извлечен оттуда.

В настоящее время широкое распространение получили устройства динамической па­мяти, базирующиеся на способности сохранять электрический заряд. Память компьютера выполняется в виде электронных схем и разделяется на несколько функционально раз­личных частей.

Оперативная память - оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) или RAM (Random Access Memory) - это основная память компьютера, предназначенная для вре­менного хранения (пока включен компьютер), используется для записи и чтения данных программ, а так же размещения самих программ во время их выполнение. После выклю­чения компьютера ее содержимое теряется.

Память изготовляется в виде микросхем (DRAM, SIMM, DDR и т.д.). Микросхемы могут упаковываться в DIP- или ZIP-корпуса, устанавливаемые в колодки и собираться в модули SIPP (Single In-Line Package), DIMM (Dual In-Line Memory Module), устанавливаемые в специальные гнезда. Микросхемы базового объ­ема памяти могут быть впаяны в системную плату.

Максимальный объем оперативной памяти в компьютере, определяется разрядно­стью шины адреса процессора (Максимальная память = 2^{разрядность шины адреса}). Например пер­вый процессор персонального компьютера, 8088 может адресоваться к 1024 Кб (т.е. к 1048576 байтам) памяти. Для простоты это значение округляют до - 1 Мб. Первый мегабайт памяти компьютера называют - основной памятью. Память выше 1Мб называется - дополнительная (расширенная) память, она доступна для процессоров на­чиная с 80286.

Сегодня современные компьютеры оснащаются оперативной памятью объемом 512Мб и выше (например, DDR2 512Mb PC2-5300 667MHz).

Постоянная память - постоянно запоминающее устройство (ПЗУ) или ROM (Read Only Memory - память только для чтения), энергонезависимая память (т.е. при отключении питания, ее данные не стираются), используется для BIOS. BIOS содержит программы ди­агностики аппаратных средств, поддержки стандартных ресурсов и вызова загрузчика операционной системы.

Кеш - память (Cache Memory) - сверхоперативная память, буфер между процессором и ОЗУ. Процессор сначала обращается к кеш-памяти, если нужные данные отсутствуют, то происходит обращение к ОЗУ.

Время доступа к кеш-памяти значительно меньше, чем к обычной памяти, а наиболее необходимые процессору данные хранятся в именно в ней, поэтому время поиска данных уменьшается, а значит повышается быстродействие компьютера.

Кеш-память находится внутри микропроцессора и имеет 2 уровня. Первый уровень имеет небольшой размер (десятки килобайт) и предназначен для хранения микрокоманд, второй уровень размером сотни мегабайт (128 – 2048Мб) используется для хранения наиболее часто используемых данных.

Когда микропроцессор 80286 стали использовать, возникла про­блема с организацией архитектуры памяти. Обычные микросхемы памяти не могли рабо­тать в таком быстром темпе, в котором работал микропроцессор. Поэтому пришлось ис­пользовать статус ожидания, в случае когда процессор требовал информацию из памяти, то есть микропроцессору приходилось зависать на один-два такта, что давало возмож­ность памяти обработать запрос.

Чтобы справиться с ограничением по скорости, были использованы специальные ре­шения по организации памяти. Наиболее простое из них - это использование обычной ар­хитектуры с необходимым числом циклов ожидания.

Хорошая альтернатива предыдущему методу - использование кэш-памяти, что позво­лит избежать полного заполнения всей машины быстрой RAM памятью. Обычно про­грамма использует память, какой либо ограниченной области. Храня нужную информацию в кэш-памяти, работа с которой позволяет процессору обходиться без всяких циклов ожи­дания.

Фундаментальные решения были приняты при разработке первых компьютеров. Для того, чтобы микропроцессор 8088 мог пользоваться памятью, она должна быть адресуемой. И этот микропроцессор должен обладать возможностью адресоваться к 1Мб. Конструкторы IBM решили выделить специальные области памяти для специфических целей. Они разделили всю память на разделы, и каждый раздел предназначался для реализации своих функций. Результирующая диаграмма названа картой памяти.

При разработке ЭВМ половина всей памяти была зарезервирована. Верхняя половина адресного пространства, была выделена для содержания кодов BIOS и для прямого про­цессорного доступа к памяти, используемой видеосистемой. Первые несколько Кбайт бы­ли зарезервированы под информацию о системе и расположение конкретных секций ко­дов, которые выполнялись на момент возникновения прерываний программного обеспечения. Эти ячейки памяти называются векторами прерывания, а функция программного кода - механизмом прерывания.

В конце адресного пространства располагается буфер клавиатуры - номиналом 16 байт. Здесь хранятся 16 последних символов введенных с клавиатуры. Этот буфер нужен для сохранения набранного текста во время, когда процессор занят другой задачей, после того как он освободится, текст будет обработан. Звуковой сигнал писк компьютера означает - буфер переполнен и дальнейший набор невозможен.

Ранее когда большинство компьютеров имели 60Кб памяти, 512Кб были очень большим объемом. Поэтому 128Кб были отданы под программное обеспечения, ос­тальные 384Кб от начала адресного пространства, предназначались для использования про­граммами BIOS и видеопамятью.

Эти решения выделяли 640Кб для DOS - это был максимум адресуемого пространства, которым мог оперировать 8088 при выполнении программ. Со временем эти 640Кб были названы базовой памятью, потому что это является основополагающим стандартом, на котором должны базироваться все IBM совместимые системы.

Дополнительная память. Память, выходящая за пределы 1 Мб адресуемого простран­ства 8088, которая может стать доступной в защищенном режиме Intel 80286 и 80386, обычно называется дополнительной памятью, хотя IBM иногда называет эту память рас­ширенной (extended). Вплоть до 15 Мб дополнительной памяти может быть прибавлено в компьютеры на 80286 микро­процессоре, и до 4 Гб с 80386. Наиболее существенным различием базовой и дополни­тельной памяти является то, что программы, работающие в реальном режиме, не могут выполняться в дополнительной памяти. А так как DOS написана для реального режима, ему приходится обходиться только базовой памятью.

Дисковые накопители

Дисковые накопители разделяются на жесткие, встроенные в системный блок компьютера и обычно называемые винчестер и гибкие, вставляемые в отверстие дисково­да компьютера и называемые дискетами или флоппи-дисками.

Диски приводятся во вращение приводами дисководов, которые также передвигают головки для чтения/записи информации в радиальном направлении. Количество головок дисковода определяет, в свою очередь, количество сторон или поверхностей на диске. Для дискеты таких головок две, а для жестких дисков их четыре и более, т.к. винче­стер состоит из двух и более дисков, нанизанных на один общий стержень, являющийся осью вращения. При подготовке диска к работе он форматируется, т.е. поверхность каж­дой из сторон размечается на определенное количество концентрических окружностей-дорожек, а каждая дорожка размечается нанесением определенных меток на секторы (рис. 2.2 ,2.3). Это делается для того, чтобы можно было точно позиционировать головку дисковода на диске, в секторы которого записывается в виде порций фиксированной ве­личины информация.

Начало дорожки

1- й сектор

2- й сектор

……….

9- й сектор

Конец дорожки

Межсекторные интервалы

Рис. 2.3 Расположение информации на дорожке диска

Количество дорожек на диске, секторов на каждой дорожке и объем сектора в байтах определяется как конструктивными особенностями самих дисков, так и заданными поль­зователем параметрами специальных программ, производящих форматирование дисков, т.е. подготовку их для работы в той операционной системе, в которой будет работать ком­пьютер. Так, например при форматировании двухсторонней дискеты на 360 Кбайт в опе­рационной системе MS - DOS происходит разбивка каждой из сторон на 40 дорожек по 9 секторов на дорожке, с объемом записи в сектор по 0,5 Кбайт (512 байт). Стандартные накопители на магнитных дисках:

FDD (Floppy Disk Drive) - накопитель на гибком магнитном диске (НГМД); HDD (Hard Disk Drive) - накопитель на жестком магнитном диске (НЖМД, винчестер);

Основные характеристики дисковых устройств:

• Емкость (Гбайт);

• Время доступа (поиск цилиндра и сектора), мс;

• Скорость вращения (об/мин);

• Скорость передачи данных, Кбайт/с, Мбайт/с, иногда Мбит/с.

Накопители на гибких магнитных дисках

Накопитель на гибком магнитном диске располагается на передней панели системного блока в специальных отсеках (иногда устройство располагается в отдельном корпусе и имеет собственный блок питания).

В дисковод вставляются гибкие магнитные диски (флоппи-диски, дискеты), на кото­рые записывается или считывается информация. НГМД. Они различаются по размеру дискет и плотности хранения информации.

Различают следующие параметры диска:

1. количество цилиндров;

2. количество головок чтения - записи;

3. количество секторов на треке.

Плотность записи (Density) дискет обозначается латинскими буквами:

а) SD (Single - Density) - одинарная плотность (устаревший тип);

б) DD (Double - Density) - двойная продольная плотность (стандартные дискеты 360 Кбайт);

в) QD (Quadr - Density) - DD с удвоенным количеством треков (720 Кбайт);

г) HD (High - Density) - высокая плотность (стандартные дискеты 1,2 и 1,44 Мбайт);

д) ED (Extra – High - Density) - сверхвысокая плотность (2,88 Мбайт).

По количеству рабочих поверхностей (головок дисковода), дискеты различаются:

Double Side (DS) - двусторонние (стандартные);

Single Side (SS) - односторонние, уже давно не выпускаются.

На дискетах может быть также показана поперечная плотность, TPI (Track Per Inch) -количество треков на дюйм.

Для персонального компьютера используются 3,5 дюймовые дискеты.

3.5" :

QD - 720 Кбайт;

HD - 1,44 Мбайт;

ED - 2,88 Мбайт.

3,5 дюймовые дискеты. У этих дискет пакет выполнен из пластмассы, металлической шторкой закрыто окно для считывания записи. Когда дискета вставляется в дисковод - шторка отодвигается, открывая окно. На противоположной стороне от шторки, по углам дискеты могут быть отверстия. Одно отверстие предназначено для защиты от записи. У нее имеется скользящая задвижка, которая открывает или закрывает отверстие. При открытом отверстии - запись на диск запрещена. Второе отверстие говорит о плотности записи магнитного диска:

· QD - если отверстия нет;

· HD - если есть отверстие.

Примечание:

Дискеты для 3,5 дюймовых накопителей, кроме более высокой плотности хранения информации, лучше защищены от внешних воздействий (пыль, грязь, деформация). Однако все диски без исключения критичны к воздействию сильных внешних магнитных поле. При сильном охлаждении перед использованием дискетам нужно дать нагреться до комнатной температуры, чтобы исключить появление конденсата.

Накопители на жестких магнитных дисках

За редким исключением, практически все компьютеры имеют в своем составе накопи­тель на жестком магнитном диске (НЖМД). Его иначе называют винчестером. НЖМД размещается внутри системного блока, в специальном отсеке.

Основные характеристики:

а) габаритные размеры (форм-фактор);

б) физические характеристики;

в) метод кодирования и передачи информации;

г) интерфейс подключения винчестера к компьютеру;

д) скоростные характеристики.

Различают вертикальный и горизонтальный размеры винчестеров. Гори­зонтальный размер: 1.8; 2.5; 3.5 и 5.25 дюйма. Вертикальный размер обычно имеет одно из следующих обозначений:

FH – Full Height - более 3.25 дюймов;

HH – Half Height - 1.63 дюйма;

LP – Low Profile - около 1 дюйма.

Накопитель (НЖМД, HDD – Hard Disk Drive) представляет из себя, плотно упакован­ную металлическую коробку, внутри которого содержится один или несколько дисков (пластин) с магнитным покрытием. Они установлены на одной оси-шпинделе, который приводится в движение специальным двигателем. Скорость вращения двигателя для обычных моделей составляет около 3600 об/мин. В современных моделях скорость вращения достигает 4500, 5400, 7200 об/мин и выше. Чем выше скорость вращения, тем быстрее происходит обращение к диску при передаче больших объемов данных.[7]

Сами диски представляют собой алюминиевые, керамические или даже стеклянные пластины, на которые нанесен специальный магнитный слой. На пластины наносится магнитный слой:

- оксид железа (в самых старых устройствах),

- гамма-феррит оксид,

- изотропный оксид,

- феррит бария,

- пленка с напылением ферромагнитного металла (обычно кобальта) - в совре­менных накопителях.

Количество дисков может быть разным - от одного до пяти и выше, число рабочих по­верхностей при этом соответственно в два раза больше, но не всегда. Иногда наружные поверхности крайних дисков или одного из них не используются для хранения данных, при этом число рабочих поверхностей уменьшается и может оказаться нечетным.

Другой важной частью любого накопителя являются головки чтения-записи. Они находятся на специальном позиционере, который напомина­ет рычаг звукоснимателя на проигрывателе грампластинок. Существуют также линейные позиционеры.

В накопителях применяются несколько типов магнитных головок: монолитные, ком­позиционные, тонкопленочные и магниторезистивные. Одним из перспективных в на­стоящее время считается магниторезистивные головки, разработанные фирмой IBM. Магниторезистивная головка, представляет собой сборку из двух головок: тонкопленоч­ной для записи и магниторезистивной для чтения. Каждая из головок оптимизирована под свою задачу. В современный винчестерах магнитные головки находятся на расстоя­нии доли микрона от поверхности дисков (около 0,13 мкм).

Все накопители характеризуются такими параметрами:

а) емкость (Мб, Гб);

б) среднее время доступа к данным (мс);

в) скорость передачи данных (Мб/с);

г) среднее время безотказней работы (200000 часов и более).

Емкость винчестера показывает, сколько данных может вместиться на диск. Измеряет­ся емкость в мегабайтах (Мб) и гигабайтах (Гб).

Среднее время доступа определяет временной интервал, в течение которого накопи­тель находит требуемые данные. Измеряется данная величина в миллисекундах (мс). Среднее время доступа только, примерно отражает действительное быстро­действие накопителя при работе с тем или иным программным приложением.

Для накопителей могут указываться как внутренняя (от носителя к встроенному ин­терфейсу привода), так и внешняя скорость передачи данных (от накопителя к системной или локальной шине). В зависимости от типа интерфейса скорость определяется либо в мегабайтах, либо в мегабайтах на секунду.

Среднее время безотказной работы вычисляется обычно как статическая величина. Например, берется 1000 винчестеров, которые работа­ют по 24 часа в течение месяца. Зная число отказавших за этот месяц винчестеров и общее время работы, определяют среднее время безотказной работы. Следовательно данный параметр для на­копителей составляет 200 тысяч часов (то есть более 20 лет).

Внутри любого винчестера обязательно находится печатная плата с электронными компонентами, которые необходимы для нормального функционирования устройства привода. Так, например, электроника расшифровывает команды контроллера жесткого диска, стабилизирует скорость вращения двигателя, генерирует сигнал для головок запи­си и усиливает их от головок чтения и т.п.

Магнитное покрытие диска представляет собой множество элементарных намагниченных частичек - доменов (т.е. самые маленькие, неделимые). Цифровая информация (с которой работает компьютер, в виде нулей и единиц) преобразу­ется в переменный электрический ток и подается на магнитную головку записи-чтения, с помощью которой преобразуется в переменное магнитное поле. Под воздействие внешне­го магнитного поля, создаваемого головкой, собственные магнитные поля доменов ориен­тируются в соответствии с его направлением. После снятия внешнего поля на поверхности дисков, в результате записи информации, остаются зоны определенной намагниченности. Так как магнитный диск вращается, то все записи получаются в форме концентрических окружностей, они называются магнитными дорожками. Совокупность дорожек, располо­женных друг над другом на всех рабочих поверхностях дисков, называют цилиндром. Все дорожки разбиты на дуги - сектора. В любом секторе, на внешней дорожке или на внут­ренней дороже, объем информации записывается одинаковый (т.е. размер всех секторов одинаков).

Производители винчестеров заинтересованы в размещении как можно большего числа битов на одной дорожке. Поэтому появились различные методы кодировки и записи дан­ных. К основным методам кодирования и передачи информации относятся:

- MFM (Modified Frequency Modulation) - модифицированная частотная моду­ляция. Каждому биту данных соответствует изменение знака намагниченности на поверхности диска, т.е. устанавливается однозначное соответствие между битами данных и намагниченностью.

- RLL (Run Length Limited) - групповое кодирование. Метод, позволяющий за­писывать , в среднем, более 1 бита на каждый переход намагниченности.

- ARLL (Advanced RLL), ERLL (Enhanced RLL) - дальнейшее развитие метода RLL. Увеличено количество битов, записываемых за один переход намагниченно­сти.

- PRML (Partial Response Maximum Likelihood) - применяется алгоритм цифро­вой фильтрации входного сигнала, что обеспечивает надежное выделение инфор­мации в условиях высокой плотности записи.

Для передачи и обмена данными используют различные интерфейсы:

· ST506/412 - интерфейс аппаратного уровня. Поддерживает два диска. Скорость пе­редачи данных при MFM до 5 Мбит/с, при RLL до 7.5 Мбит/с.

· IDE (Integrated Drive Electronics; другое название - ATA, AT Attachment) - интерфейс системного уровня. Поддерживает два устройства. Метод кодирования - RLL. Скорость обмена - 10 МБ/с.

· Широко применяются интерфейсы, которые являются развитием ATA - Fast ATA-2 и EIDE (Enhanced IDE), поддерживающие до четырех устройств, в том числе CD-ROM, и имеющие скорость обмена в некоторых режимах РIO до 22 МБ/с. Реа­лизуется LBA (Logical Block Addressing - линейная адресация информации на диске через логический адрес блока), который позволяет системе распознавать диски емкостью более 528 МБ.

· ESDI (Enhanced Small Device Interface) - интерфейс аппаратного уровня. Поддержи­вает два диска. Методы записи - MFM, RLL. Скорость передачи до 2.5 МБ/с.

· SCSI (Small Computer System Interface) - интерфейс системного уровня. В отличие от ST506/412 и ESDI, осуществляет параллельную пересылку данных. Позволяет подключить к адаптеру до семи устройств любого типа. Скорость обмена - 5 МБ/с.

Дальнейшее развитие интерфейсов:

· Wide SCSI-2 — для шины данных предусматриваются 24 дополнительные линии (68-контактный кабель).

· Fast SCSI-2 — скоростной SCSI-2; скорость обмена до 10 МБ/с.

· Fast Wide SCSI-2 — скорость обмена до 40 МБ/с.

· SCSI-3 — возможность подключать большее число устройств, использовать более длинный кабель и передавать данные по волоконно-оптическим линиям, наличие высоко­скоростного последовательного порта.

· SATA - высокоскоростной последовательный интерфейс предназначенный для устройств хранения. По своей внутренней организационной структуре - четырехуровневой модели - он очень похож на другие стандарты, например USB или SCSI-3. Для компьютера в котором установлен Serial ATA принципиально ничего не меняется, взаимодействие операционной системы через драйвер контроллера в целях обеспечения совместимости с предыдущими версиями ATA оставлено прежним. В новом Serial ATA нет понятия ведомого и ведущего устройства (Master/Slave). Пропускная способность достигает 3Гб/с.

Наиболее известные фирмы производители винчестеров: Seagate Technology, Western Digital, Conner, Quantum, Maxtor.

Магнитооптические накопители

Магнитооптический накопитель построен на совмещении магнитного и оптического принципа хране­ния информации. Запись информации производится при помощи луча лазера и магнитно­го поля, а считывание при помощи только лазера.

В качестве активного слоя на МО дисках применяется магнитный материал на основе редкоземельных металлов или полимеров. Одним из важных свойств подобных материа­лов является то, что они при обычной температуре (из-за высокой коэрцитивной силы) не могут быть перемагничены приложенным к ним магнитным полем определенной напря­женности. Только при нагревании (достигнув температуры Кюри 780⁰С - Fe) соответствующий уча­сток активного слоя, под воздействием магнитного поля, перемагничивается должным об­разом.

Когда накопитель производит запись информации, лазерный луч нагревает участок записи, и под воздействием температуры сопротивляемость изменению полярности маг­нитных частиц, для нагретого участка резко падает. Это позволяет магнитному полю из­менять полярность нагретой точки. После окончания нагрева сопротивляемость снова увеличивается, но полярность нагретой точки остается в соответствии с магнитным полем, примененным к ней в момент нагрева.

В процессе чтения с МО диска используется эффект Керра, заключающийся в измене­нии плоскости поляризации отраженного лазерного луча, в зависимости от направления магнитного поля отражающего элемента. Отражающим элементом в данном случае явля­ется намагниченная при записи точка на поверхности диска, соответствующая одному биту хранимой информации. При считывании используется лазерный луч небольшой интен­сивности, не приводящий к нагреву считываемого участка. Таким образом, при считыва­нии хранимая информация не разрушается.

Таким образом, этот способ имеет преимущество перед традиционной магнитной за­писью, в плане надежности. Так как перемагничивание участков диска возможно только под воздействием высокой температуры, то вероятность случайного перемагничивания очень низка, в отличии от традиционной магнитной записи, к потери которой могут при­вести случайные магнитные поля.

МО устройство является низкоскоростным по сравнению с НЖМД. Это обуславлива­ется несколькими причинами:

1. оптический носитель вращается, как правило, с меньшей скоростью, чем жесткие маг­нитные диски - обычно около 3000 об/мин;

2. оптический носитель характеризуется более длительным временем доступа, среднее время установки головки составляет 30-95 мс против 10-26 мс для НЖМД, а время ожида­ния (пока нужный сектор данных не окажется под головкой чтения/записи) составляет 13 мс против 8-13 мс для НЖМД.

Но они работают быстрее гибких дисков, существенно превосходя их по скорости и по емкости. Надежность используемого магнитного носителя существенно превосходит такой же параметр для стримеров.

Накопители на компакт-дисках

Оптические компакт-диски (CD-ROM - Compact disk ROM) первоначально созданные как альтернатива грампластинкам, открыли новые возможности применению этого вида носителей информации. В настоящее время проигрыватели компакт-дисков широко при­меняются при аудио-воспроизведении в бытовой и промышленной аппаратуре. Теперь на­копители CD-ROM занимают свое место в персональном компьютере.[8]

Основные характеристики CD-ROM:

а) интерфейс;

б) цифровые стандарты;

в) скорость считывания.

Компакт-диски используют технологию компакт-дисков для аудиозаписи. Они имеют похожие физические характеристики: размер диска, скорость, вращения, ме­ханизм считывания, конструкцию диска и процессы получения дубля.

Считывание информации с CD-ROM происходит с помощью лазерного луча. Инфор­мация на компакт-дисках кодируется посредством чередования отражающих и не отра­жающих свет участков на подложке диска. При промышленном производстве компакт-дисков эта подложка выполняется из алюминия, а не отражающие свет участки делаются с помощью продавливания углублений в подложке специальной пресс-формой. При еди­ничном производстве компакт-дисков (которые называются CD-R диски) подложка вы­полняется из золота, а нанесение информации на нее осуществляется лучом лазера. В лю­бом случае сверху подложки на дисках находится прозрачное покрытие, защищающее за­несенную на них информацию от повреждений.

Компакт-диски имеют одну физическую дорожку в форме непрерывной спирали (по принципу грампластинки). Компакт-диски вращаются с переменной угловой скоростью, чтобы обеспечить постоянную линейную скорость при чтении. Стандартная скорость чтения данных с компакт-дисков 150 Кбайт/с, а время доступа 0,4 с. Весь диск имеет 72 минуты записи для аудиодисков, и 663,5 Мб информации для компакт-дисков CD-ROM.

В настоящее время существуют пятидесятичетырехскоростные устройства (8100 Кбайт/с).

Для подключения к компьютеру CD-ROM может использоваться стандартный интер­фейс (IDE, SCSI), так и оригинальный (Sony, Panasonic).

Различают пишущие накопители двух типов: CD-R(Compact Disc ReCordable) и CD-RW(Compact Disc Rewritable). Первый позволяет вести однократную запись прямо с персонального компьютера, второй — многократную, со стиранием предшествующей. Разумеется, физически и те, и другие диски устроены не так, как CD-ROM. Диски для CD-R и для CD-RW (а они разные) не имеют физического рельефа; вместо него — физически идеаль­но ровная поверхность, на которой «рельеф» создан путем нагрева лазерным лу­чом смеси лака и тончайшей золотой пленки. При чтении с помощью отраженного лазерного луча этот «рельеф» воспринимается так же, как механические бороздки на CD-ROM-диске, и поэтому CD-ROM-накопитель позволяет читать эти диски. Устройства CD-R гораздо дешевле, чем CD-RW.

По долговечности хранения информация, записанная на оптическом дис­ке, намного превосходит информацию, записанную на любом магнитном но­сителе.

Однако, относительно малая информационная емкость оптических дисков является во многих случаях препятствием для их использования. Будущее в этой сфере за DVD-дисками(Digital Versatile Disc). Стандартный DVD-диск имеет емкость 4,7 Гбайт, что достаточно для хранения полнометражного фильма с трехканальным звуко­вым сопровождением; существуют и DVD-диски емкостью в несколько раз боль­шей. Увеличение емкости достигается за счет многослойности самого диска, ис­пользования лазеров с меньшей длиной волны (что позволяет сокращать размеры элементов записи на диске), специальных программ сжатия информации и т.д. Скорость записи на такие диски достигает 16х (1х – 1200Кб/с).

Необходимо отметить, что в 2001 г., появились очень популярными устройства Flash-памяти (флеш-накопители). Эти энергонезависимые полупроводниковые запоминающие устрой­ства в настоящий момент достигли скорости записи/чтения десятки Мбайт/с и информационной емкости до 16 Гбайта. Такие характеристики и малые размеры дают им все шансы на вытеснение дискет, делают реальными соперниками CD и DVD-дисков.

Контроллеры ввода/вывода

Плата ввода/вывода используется для подсоединения к ком­пьютеру таких устройств, как мышь, модем, принтер. Подключение устройств произво­дится через порты ввода/вывода. Порты бывают:

- параллельные (parallel);

- последовательные (serial);

- USB универсальные.

Каждый тип адаптера имеет свой стандартный интерфейс, определяющий:

- тип и “род” соединителя: розетка или вилка - female (F) или male (M) соответст­венно (обозначение кабеля 25F/25M определяет кабель, на одном конце которого 25-контактная розетка, а на другом 25-контактная вилка);

- уровни и длительности электрических сигналов;

- протоколы обмена данными.

Параллельный порт использует электрические сигналы уровня ТТЛ (+5 В и 0 В). Параллельные порты в MS-DOS имеют логические имена LPT1, LPT2 и LPT3. Подсоединение кабеля к адаптеру параллельного интерфейса производится через 25 контактный разъем типа D-Shell (DB-25).

Последовательный порт RC-232C - стандартный интерфейс последовательного пор­та. Последовательные порты в MS-DOS имеют логические имена СОМ1, COM2, COM3 и СОМ4.

Игровой адаптер. Обычно используется для подключения джойстика.

Видеотерминальная система

Видеоадаптер

Видеотерминальная система включает в себя видеоадаптер и монитор. Видеоадаптер (Video controller card - плата видеоконтроллера) располагается на системной плате или устанавливается в слот системной шины. Она используется для вывода информации на монитор.

Видеоадаптер характеризуется:

- разрядность шины данных;

- “интеллектуальностью” (ускорители или акселераторы, сопроцессоры). Сопроцессоры ускоряют работу компьютера за счет самостоятельного выполнения некоторых операций. Чаще всего это:

- перемещение фрагментов растрового изображения;

- рисование линий и прямоугольников;

- закрашивание области;

- кэширование шрифтов;

- поддержка аппаратного курсора;

- обработка двумерных массивов;

- функции булевой алгебры.

В отличии от сопроцессоров, акселераторы - устройства с фиксированным набором функций и ориентацией на конкретные программы и приложения. Эти микросхемы обычно содержат внутренний кэш с методом чтения вперед.

В видео картах обычно используются микросхемы DRAM либо VRAM (Video-RAM). VRAM - специальные двухпортовые микросхемы памяти, позволяющие выполнять чтение и запись одновременно. Существуют два стандарта для кабеля монитор-видеоадаптер:

-9-контактный DB-shell; ТТЛ-сигналы; MGA, CGA, EGA.

-15-контактный DB-shell; аналоговые сигналы; VGA, SVGA.

Основные стандарты видеоадаптеров:

- MDA (Monochrome Display Adapter) монохромный дисплейный адаптер. Разрешающая способность - 720x348 точек. Монохромное изображение, текстовый режим: 25 строк по 80 символов в строке.

-CGA (Color Graphics Adapter)- цветной графический адаптер. Разрешающая способность 640x200 точек в текстовом режиме и 320x200 в графическом. Количество цветов - 16 в текстовом, по 4 из палитры в 16 цветов - в графическом.

-MGA (Monochrome Graphics Adapter) - монохромный графический адаптер. В отличии от MDA может работать в графическом режиме.

- EGA (Enhanced Graphics Adapter) - улучшенный графический адаптер. Разрешающая способность - 640x350 точек в графическом режиме при 16 цветах из палитры в 64 цвета.

- VGA (Video Graphics Adapter) – видеографическая матрица. Обеспечивает разрешение 640x480 точек при 16 цветах 320x200 при 256 цветах.

- SVGA (Super VGA) - поддерживает режимы до 1024x768 точек при использовании от 16 до 65536 цветов.

Монитор

Монитор является одним из наиболее эффективных средств общения человека с компьютером. Посредством монитора диалог человек-компьютер становится более простым и удобным. На экране дисплея отображаются вводимые команды и данные; сообщения операционной системы, информирующей пользователя о состоянии компьютера в ходе решения задач; директивы, требующие от пользователя выполнения тех или иных действий.

Характеристики монитора. Современные настольные компьютеры используют мониторы на базе электронно-лучевых трубок (ЭЛТ} или CRT (Cathode Ray Terminal) – монитор на катодно-лучевой трубке и жидкокристаллические (ЖК) или LCD дисплеи (Liquid Crystal Display).

Мониторы на ЭЛТ бывают монохромными (используется два цвета) и цветными.

Принцип действия таких мониторов заключается в том, что испускаемый электронной пушкой пучок электронов, попадая на экран, покрытый люминофором, вызывает его свечение. Таким образом, любое изображение на мониторе состоит из множества светящихся дискретных точек, называемых также пикселями (pixel- picture element).

У цветных мониторов, в ЭЛТ расположены три электронные пушки - по одной на каждый из основных цветов: красный (Red), зеленый (Blue) и синий (Green). Пушки испускают бесцветные пучки электронов, отклоняющая система, расположенная на горловине трубки, направляет их на экран так, чтобы каждый из трех пучков попадал на соответствующий люминофор - красный, синий и зеленый. И эти тройки образуют точки, или элементы изображения - пиксели. Экран цветной ЭЛТ покрыт сотнями тысяч капелек люминофоров, выстроенных в горизонтальные и вертикальные ряды. Прежде чем достичь экрана, электронные пучки проходят через маску - тонкую металлическую пластину с микроскопическими отверстиями (сетку). Она задерживает рассеянные электроны, которые могли бы вызвать размазывание изображения. Под воздействием электронов люминофоры каждого пикселя светятся своим цветом. Человеческий глаз воспринимает это свечение как широкую гамму цветов, в зависимости от интенсивности каждого из пучков.

Жидкокристаллические мониторы отличаются малой толщиной и плоским экраном, но стоимость их выше, по сравнению с мониторами на ЭЛТ. Различают жидкокристаллические мониторы с активной матрицей (более качественные, с большим углом обзора, но более дорогие) и пассивной матрицей (более бледным изображением, заметными следами смены кадров).

В последнее время появились плазменные мониторы, обладающие высоким качеством изображения и большими размерами.

Наиболее важные характеристики монитора:

1. тип кинескопа;

2. частота вертикальной синхронизации (кадровая развертка);

3. частота горизонтальной синхронизации (строчная развертка, частота строк);

4. полоса пропускания видеосигнала;

5. размер кинескопа по диагонали;

6. поддерживаемые разрешения и частоты разверток;

7. способ формирования изображения;

8. размер точки люминофора;

9. соответствие международным стандартам по допустимому уровню излучения и энергосбережения.

ДляЖКмониторов необходимо отметить дополнительные характеристики, такие как угол обзора, яркость, контрастность и время отклика (от 1мс до 16 мс).

Кадровая развертка - число кадров, которое монитор выводит за 1 секунду. Измеряется в герцах и определяет мерцание экрана: чем выше частота кадров, тем меньше мерцание.

Строчная развертка - частота линий, которое монитор выводит на экран за 1 секунду. Измеряется килогерцах.

Полоса пропускания видеосигнала - пропорциональна числу точек в строке, которое монитор может воспроизвести за 1 секунду. Измеряется в мегагерцах. Зависит от количе ства точек в строке (разрешающей способности по горизонтали). Типичные значения этого параметра: для монитора VGA - 18 МГц и для SVGA - 35 МГц.

Размер кинескопа по диагонали: стандартные значения размеров ЭЛТ для современных мониторов - 14, 15, 17, 21 дюйм. Однако следует иметь в виду, что размер видимого изображения меньше размера ЭЛТ.

По частоте развертки мониторы можно разделить на три группы:

1. с фиксированной частотой;

2. с несколькими фиксированными частотами;

3. мультичастотные (мультисканирующие) - настраивающиеся на любые значения частот кадровой и строчной развертки, которые поступают от видеоадаптера. Функция автомасштабирования позволяет поддерживать постоянный размер изображения при переключении режимов.

Организация VESA (Video Electronics Standarts Association) рекомендует использовать частоту обновления кадров 75 Гц при всех значениях разрешения- от 640x480 до 1280x1024, хотя допустима и частота 72Гц._

По способу формирования изображения мониторы бывают:

- с прогрессивной разверткой: когда все строки кадра выводятся в течение одного периода кадровой развертки;

- с чересстрочной разверткой: когда за один период кадровой развертки выводятся четные строки изображения, а за следующий - нечетные.

Четкость изображения на мониторе тем выше, чем меньше размер точки люминофора на внутренней поверхности экрана, измеряется в миллиметрах. Типичные значения - от 0.28 до 0.2 мм.

Чтобы повысить яркость изображения, на переднее стекло кинескопа в виде нескольких слоев на носятся улучшенные составы:

- ARAG антибликовый, антистатический;

- ARAS антибликовый, антистатический;

- AGRAS - антибликовый, антистатический, антиотражающий.

С этой же целью применяется - метод антибликовой обработки.

В соответствии со стандартом Energy Star Федерального агентства по защите окружающей среды (ЕРА), монитор должен потреблять в режиме ожидания не более 30 Вт.

Стандарт DPMS (Display Power Management Signaling - сигналы управления мощностью потребления дисплея) организации VESA описывает метод выведения монитора из режима активной работы и предлагает метод опознавания частотных сигналов строчной и кадровой развертки, используемых для запуска механизма снижения потребляемой мощности.

Можно определить четыре режима потребляемой мощности:

- максимальная нагрузка (on);

- ожидание (standby) - экономия 30% суммарной мощности;

- приостановка работы (suspend) - отключение некоторых элементов ЭЛТ;

- отключенное состояние (off) - питание подается только на микропроцессор монитора.

Для ограничения потенциально опасных излучений монитора в диапазонах крайне низких частот и очень низких частот в 1990 году Шведским институтом мер и испытаний совместно с Институтом расщепляющихся материалов (SSI) был принят стандарт MPRII. В соответствии с этим стандартом, величина электромагнитного излучения, измеряемого в 16 точках на расстоянии 50 см от монитора, не должна превышать 200 нТ для излучения крайне низкой частоты.

В 1992 году был принят стандарт ТСО, еще более строгий, чем MPRII. TUV - германский стандарт, аналогичный MPRII. Нормами BGA (Министерство здравоохранения Германии) ограничивается максимально допустимая напряженность электрического поля.

В настоящее время действует стандарт ТСО-99, ТСО-03, выдвигающие самые жесткие требования к безопасному для человека уровню электромагнитных излучений, эргономическим и экологическим параметрам, а также параметрам, определяющим качество изображения – яркости, контрастности, мерцанию, антибликовым и антистатическим свойствам покрытия экранов монитора.

Экран дисплея может работать в двух основных режимах: алфавитно – цифровом или текстовом и графическом.. Текстовый режим для экрана является стандартным, а переход в графический режим достигается под управлением программ. Характеристики типов мониторов представлены в таблице 2.3.

Таблица 2.3.

Характеристики основных типов дисплеев

Кроме экранов с ЭЛТ, есть еще экраны на плоской индикаторной панели. Существует три способа изготовления плоских панелей:

1. газо-плазменные панели, как в неоновых лампах, используется свойство некоторых газов светиться при протекании через них электрического тока;

2. электролюминесцентные панели, в них применяется флуоресцентные соединения, подобные люминофорам, которыми покрывают экраны ЭЛТ;

3. жидкокристаллические панели, применяются специальные кристаллы называемые бифенилами, которые имеют особенность преломлять свет под воздействием электрического тока.

Вид монитора показывает, с каким типом видеоадаптера он может работать. В настоящее время многие виды мониторов уже не производятся.

В текстовом режиме экран обычно разбивается на 25 строк по 80 символов в строке. В каждую позицию экрана, называемую иногда техническим термином “знакоместо”, состоящую из 8х8 пикселей (9x14 и т.п., в зависимости от типа дисплея) может быть выведен один из 256 символов, которые вырисовывает на экране специальная электронная схема - Знакогенератор дисплея, запрограммированная на прорисовку всех возможных символов: цифр, букв (больших и малых, русских и латинских), различных управляющих символов, а также псевдографических символов для удобного построения таблиц, диаграмм и рамок вокруг участков экрана.

При этом каждому знакоместу могут соответствовать