УСТРОЙСТВО КОМПЬЮТЕРОВ, ПРИНЦИПЫ ИХ РАБОТЫ И ОСНОВЫ ПРОГРАММИРОВАНИЯ

Устройство компьютеров

Современный компьютер — это техническое устройство, предназначенное для приема, хранения, обработки и выдачи информации ее потребителям. Различают компьютеры специального назначения и универсальные или общего пользования. К последнему классу машин относятся и широко распространенные персональные компьютеры (ПК).

Первая электронная вычислительная машина (ЭВМ) — прообраз современного компьютера — была создана в США в 1943—1945 годах и называлась машиной Джона фон Неймана, по имени американского математика, который предложил при ее конструировании использовать два принципа: произвольный доступ к ячейкам памяти и хранение в памяти исходных данных решаемой задачи и программы ее решения.

В СССР первая ЭВМ на этих принципах была создана группой военных радиоинженеров в 1951 году в поселке Феофания под Киевом.

Далее конструирование и совершенствование ЭВМ в США и СССР развивалось своими путями. В США были созданы машины ишуак, СОС, 1ВМ, позже — персональные компьютеры Эппл Макинтош, 1ВМ. В СССР сконструированы машины Урал, М20—М22, Минск, БЭСМ, ЕС ЭВМ. Наиболее широко распространенный в СССР персональный компьютер назывался «Искра».

В настоящее время в России осуществляется только сборка персональных компьютеров из составных элементов, изготавливаемых за рубежом. Преимущественно собираются модели американской фирмы 1ВМ.

Физически персональный компьютер представляет собой набор полупроводниковых микросхем, иногда больших или сверхбольших интегральных схем, и прецизионных (сверхточных) электродвигателей, вращающих магнитные и лазерные диски и вентиляторы. К этим элементам в обязательном порядке добавляется клавиатура для ручного ввода в компьютер символьных данных, манипулятор «мышь» для подач команд управления и монитор (видеотерминал) — телевизионный экран, предназначенный для вывода из компьютера текущей информации для визуального ее восприятия человеком. Это так называемая минимальная конфигурация ПК. В необходимых случаях она может быть расширена за счет добавления сканера — устройства, считывающего в компьютер текстовую информацию, размещенную на бумаге, принтера — печатающего устройства, звуковых колонок для качественного воспроизведения звука, игровых приставок. Для ввода информации могут также использоваться цифровая видеокамера, фотоаппарат и микрофон. При работе в сети 1Шегпе1 подсоединяется модем (модулятор-демодулятор).

Интегральные схемы размещаются на системной (материнской) плате, которая в свою очередь располагается в закрытом корпусе, к которому крепятся и электродвигатели приводов дисков. На фасаде корпуса имеются окна для вставки дисков, а также кнопки для включения и выключения электропитания, индикаторные лампы. С тыльной стороны корпуса располагаются гнезда (разъемы) для подключения клавиатуры, мыши, видеотерминала, принтера и остальных ранее перечисленных устройств ввода-вывода информации. Вся аппаратура, размещаемая в корпусе, называется системным блоком. Те элементы компьютера, которые находятся вне системного блока, принято называть внешними устройствами, хотя это разграничение чисто условное. В переносных компьютерах (ноутбуках) все устройства компьютера размещаются в одном корпусе (кейсе).

Когда говорят об информации, обычно подразумевают некоторые новые сведения о чем-то. Объективно эти сведения порождаются людьми в виде мыслей и последующих высказываний, которые традиционно фиксируются на бумаге, магнитных, а в последние 20 лет лазерных носителях информации.

Для фиксации высказываний на бумаге люди очень давно изобрели алфавиты — конечные наборы символов, из которых по определенным правилам стали конструировать слова, предложения и в целом формировать и запоминать тексты. По существу тот или иной алфавит — это набор кодов речевых звуков, которые использовались той или иной народностью для выражения мыслей. Существуют различные алфавиты, в частности, греческий, латинский, арабский, русский (кириллица) и др. В Древнем Египте для запоминания речей использовались иероглифы, как в настоящее время они используются в Китае и Японии.

Ввод любой буквы алфавита, цифры, специального знака в компьютер предусматривает предварительное кодирование всех символов.

Для кодирования выбран числовой код, в котором используется две цифры 0 и 1 — двоичный код. В результате все символы однозначно заменяются числовыми кодами — последовательностями из нулей и единиц, нередко называемые двоичными конфигурациями, а чаще всего, двоичными числами.

В компьютерах 1ВМ используется код, разработанный этой фирмой, сокращенно называемый АБСН (Американский стандартный код для обмена информацией). Этот код предусматривает кодирование 256 символов. Каждый символ однозначно заменяется числовой последовательностью, состоящей из восьми нулей и единиц. Вся совокупность кодов называется кодовой таблицей. Первые 32 позиции этой таблицы содержат символы и соответствующие им коды, называемые управляющими. Далее расположены символы и коды спецзнаков, цифр, строчных и прописных букв латинского алфавита. Часть таблицы, содержащая 128 позиций, называется стандартной. Остальная ее часть включает символы и коды других алфавитов, символы псевдографики и знаки математических символов.

Букв русского алфавита таблица кодов 1ВМ не содержит. Для ввода в компьютер текстов на русском языке часть позиций таблицы заменяется русскими символами. Коды, соответствующие этим позициям, остаются прежними.

В табл. 2.1 приведена стандартная часть таблицы символов 1ВМ и та ее часть, куда вставлены буквы русского алфавита.

Таблица 2.1. Стандартная и русскоязычная части кодовой таблицы символов

  • 0-1 - ©
  • 2- в Ъ-У
  • 4 - ?
  • 5 - * 6-4 !-•
  • 8- о
  • 9- о
  • 10- ®
  • 11 -с?
  • 12 - $
  • 13- /
  • 14- .13
  • 15 - *
  • 16- ?
  • 17- ?
  • 18- 1
  • 19- !!
  • 20- 1
  • 21 - §
  • 22 —
  • 23 -1
  • 24- Т
  • 25- |
  • 26-->
  • 27- <-
  • 28- 1
  • 29 - <-? 30- А
  • 31 - Т
  • 32-
  • 33- !
  • 34 -"%
  • 35- #
  • 36- $
  • 37 - % 38-&
  • 39_-
  • 40- (
  • 41- )
  • 42- *
  • 43- +
  • 44- ,
  • 45- -
  • 46- .
  • 47- /
  • 48- 0
  • 49- 1
  • 50- 2
  • 51- 3
  • 52- 4
  • 53- 5
  • 54- 6
  • 55- 7
  • 56- 8
  • 57- 9
  • 58- :
  • 59- ;
  • 60- <
  • 61 - =
  • 62 ->
  • 63-?
  • 64 - @
  • 65- А
  • 66- В
  • 67- С
  • 68- Э
  • 69- Е
  • 70 - Б
  • 71- 0
  • 72- Н
  • 73- 1
  • 74- 1
  • 75- К
  • 76- Ь
  • 77- М
  • 78- Ы
  • 79- 0
  • 80- Р
  • 81- 0
  • 82- й
  • 83- 8
  • 84- Т
  • 85- и
  • 86- V
  • 87- У
  • 88- Х
  • 89- У
  • 90 -1
  • 91 -[
  • 92 —
  • 93- ]
  • 94- л
  • 95 -_
  • 96- '
  • 97- а
  • 98- Ь
  • 99- с
  • 100- б
  • 101 -е
  • 102 — С ЮЗ -ё 104 — Ь
  • 105- 1
  • 106- ] 107 - к 108-1 109-т
  • 110 — п 111-0
  • 112 —р
  • 113 - Ч
  • 114- г
  • 115- 8
  • 116- 1
  • 117 —и
  • 118 — V
  • 119 - у 120-х
  • 121 -у
  • 122 - г
  • 123- {
  • 124- ;
  • 125- } 126 — 127 - А

128 — А

144-Р

160-а

176-|:

:::

192-

1_

208-21-

224-р

240-1

у

129-Б

145-С

161-6

177-I

193--*-

209-=р

225-с

241 -ё

к

130 — В

146-Т

162-в

178-1

194 --

Г

210-т

Г

226-т

242 ->

131 -г

147-У

163-г

179-

195-

1

211 -2

1

227-у

243-<

132-Д

148-Ф

164-д

180 —

196 —

212-

=

228-ф

244-

133-Е

149-Х

165-е

181 - =

197 --

213-

Г

229-х

245-

134 - Ж

150 — Ц

166 - ж

182 --

198-

=

214-

230-ц

246--

135-3

151 -Ч

167-з

183-л

199-

215 --

231 -ч

247- =

136-И

152 - Ш

168 - и

184-й

1

200-

]_

216- =

?

232-ш

248 - •

137-Й

153 - Щ

169-й

185—4

201 -

Т

217 —1

233-щ

249-

138 — К

154 - Ъ

170-к

186- |

202-

1

218-1

г

234-ъ

250-

139-Л

155-Ы

171 -л

187-й

1

203-й

г

219-|

1

235-ы

251 -V

140-М

156-Ь

172-м

188-2

1

204-

1.

220-?

|

236-ь

252-"

141 -Н

157-Э

173 - н

189—11

205 - =

221 -|

237-э

253 - г

142-0

158-Ю

174-о

190-2

206 — у

222-

1

238-ю

254-?

143-П

159-Я

175 - п

191 --|

207 - —

223-?

1

239-я

255 - ?

В табл. 2.1 приведены только десятичные коды — номера символов по порядку. Двоичные коды, соответственно этим номерам, можно легко получить, переводя десятичные числа в двоичные, хотя в использовании этих кодов потребности нет.

Внимательный читатель может справедливо задать вопрос. Символы закодированы, а как же все-таки слова и предложения, т. е. информация, попадает в компьютер? И вообще, зачем кодировать символы именно двоичным кодом?

Упрощенно говоря, при нажатии клавиши клавиатуры с тем или иным символом, обозначенным на ней, замыкается контакт электрической цепи и микросхема клавиатуры (контроллер) вырабатывает совокупность двух уровней электрических напряжений. Один из этих уровней соответствует единице в двоичном коде символа, другой — нулю. Таким образом, на выходе микросхемы получают двоичный код в виде последовательности напряжений двух уровней. В дальнейшем эти напряжения передаются в системный блок как электрическое представление кода символа для соответствующего использования.

Теперь рассмотрим, почему для кодирования символов выбран именно двоичный код. Представим себе, что необходимо ввести большую (прописную) букву «А» русского алфавита. Согласно табл. 2.1 десятичный код этой буквы 128. Тогда при нажатии клавиши с символом «А» микросхема клавиатуры должна была бы выработать три устойчивых уровня электрического напряжения, которые соответствовали 1, 2 и 8. В общем же при вводе любого числа десятичной системы счисления, оперирующей десятью числами 0, 1,2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, потребовалось бы конструировать микросхемы, вырабатывающие десять различных уровней напряжений. Принципиально это возможно, но сложно, дорого и менее надежно, чем разработка и производство микросхем, вырабатывающих на выходе два устойчивых уровня электрического напряжения. Таким образом, применение двоичного кода обусловлено прежде всего простотой аппаратной реализации устройств ввода и хранения информации в компьютере.

Второе важное обстоятельство, побудившее конструкторов ЭВМ использовать двоичный код, — простота арифметических операций над двоичными числами. В десятичной системе счисления, которой мы привыкли пользоваться с самого детства, для сложения двух чисел, меньших десяти, например 5 + 3 = 8, 9 + 6=17, необходимо помнить достаточно громоздкую таблицу сложения. В двоичной системе эта таблица имеет простейший вид:

  • 0 + 0 = 0, 0+1 = 1,
  • 1+0=1,
  • 1 + 1 = 10.

Поэтому сложение двух чисел выполняется весьма просто. Например,

10101010

+ 101011

11010101

Еще ярче простота двоичной арифметики проявляется в таблице умножения

  • 0x0 = 0, 1x0 = 0,
  • 0x1=0, 1x1 = 1.

В связи с этим умножение многозначных чисел выполняется элементарно:

  • 1010 х 101
  • 1010
  • 1010
  • 110010

По сути говоря, в данном примере и умножения в привычном смысле нет. Если соответствующий разряд множителя 1, то множимое записывается без изменения. Если разряд множителя 0, то переходят к очередному разряду множимого со сдвигом на один разряд влево. Далее полученные числа складывают согласно таблице сложения.

Операции вычитания и деления двоичных чисел также существенно проще, чем десятичных.

Вместе с тем применение двоичного кодирования информации в компьютерах, в частности представление десятичных чисел двоичными, имеет и свои недостатки.

Прежде всего удлиняется запись десятичных чисел. Например, число 50 в десятичной системе счисления записывается двумя цифрами, в двоичном коде представляется шестью знаками 110010. Далее, в связи с тем, что люди привыкли пользоваться десятеричной системой счисления, требуется преобразование десятичных чисел в двоичные при их вводе в компьютер и обратное преобразование при выводе. Однако, как показала практика, эти недостатки с лихвой покрываются описанными выше достоинствами двоичного кодирования информации.

Таким образом, рассматривая компьютер как преобразователь информации из некоторой начальной формы в требуемую конечную форму, следует сказать, что он манипулирует двоичными числами, что позволило одному из американских математиков в шутку назвать ЭВМ «молотилкой» чисел. На физическом уровне компьютер, как набор микросхем, оперирует с электрическими величинами — токами и напряжениями, определяемыми движением электронов в проводниках и полупроводниках. Именно за счет высокой скорости движения указанных частиц достигается высокая скорость обработки информации рассматриваемым устройством.

По характеристикам выполняемых функций в компьютере выделяют следующие основные блоки: центральный процессор (ЦП), запоминающее устройство (ЗУ) или просто память, устройства ввода-вывода информации (УВВ). Эти блоки связаны между собой каналами связи, по которым передается информация и линиями управления.

Перечисленные блоки ЭВМ и связи между ними показаны на рис. 2.1.

ЦП ЗУ

Основные функциональные блоки компьютера

Рис. 2.1. Основные функциональные блоки компьютера

Двойными стрелками показаны направления движения информации, одинарными — пути передачи управляющих сигналов. Кроме этого, в блоках выделены основные узлы. В ЦП — арифметико-логическое устройство (АЛУ) и устройство управления (УУ), в ЗУ — оперативная память (ОП), долговременная память (ДП) и постоянное запоминающее устройство (ПЗУ). В последовательном порядке рассмотрим назначение каждого блока, его устройство и упрощенные функции.

Образно говоря, центральный процессор (с англ. — «обработчик») является сердцем компьютера. Принято считать, что он выполняет арифметико-логические операции, управляет процессом обработки информации, а также функционированием всех остальных блоков компьютера. Управление всеми устройствами ЭВМ центральный процессор современного компьютера осуществляет путем выдачи сигналов-приказов локальным (местным) специализированным процессорам, которые управляют работой тех или иных узлов компьютера. Например, постоянно в процессе решения большинства информационных задач ЦП выдает приказ записать некоторые данные в ОП или ДП или считать данные с этих устройств. Полученные приказы выполняются местными процессорами, контролирующими работу указанных устройств. Поэтому в действительности в современных компьютерах можно насчитать около десятка различных локальных процессоров.

Конструктивно современный ЦП представляет собой прямоугольный кристалл кремния площадью примерно 1 см2, вмонтированный в керамический корпус. С одной стороны этого корпуса находятся несколько сотен золоченных ножек-штырей, с другой — металлическая крышка. С помощью ножек ЦП соединяется с остальными блоками компьютера.

Процессор устанавливается на системной плате в специальный разъем — сокет, а над ним, как правило, располагается радиатор с вентилятором и электродвигателем — куллер, служащий для интенсивного отвода тепла.

Кристалл кремния, т. е. собственно говоря ЦП, — это тонкая керамическая пластинка, на которой по специальной технологии вытравлены несколько десятков миллионов микротранзисторов, электрических сопротивлений (резисторов) и конденсаторов. Эти элементы соединены между собой невидимыми глазом металлическими проводниками из золота, алюминия и меди и, таким образом, образуют сверхбольшую интегральную микросхему. На кремниевую пластину напылением наносятся контактные площадки, служащие для соединения с выводами на крышке процессора — ножками-штырями.

Основной технической характеристикой ЦП принято считать его производительность, измеряемую количеством миллионов (миллиардов) операций в сек. В свою очередь производительность ЦП в известной степени определяется его тактовой частотой, формируемой генератором тактовой частоты, который, по сути говоря, задает темп работы процессора. В настоящее время созданы процессоры, работающие на частоте до 4 Гц (Гигагерц — 109 колебаний/с).

Производительность процессора определяется на основании решения специального набора задач обработки информации.

Основными разработчиками ЦП, которые завоевали рынок продаж, являются две американские фирмы — Intel и AMD. Фирма Intel изготавливает процессоры Pentium и Celeron, фирма AMD — Duron и Athlon. Есть однако и другие фирмы, например Motorolla, изготавливающая ЦП для компьютеров Apple Macintosh.

Память компьютера предназначена для хранения информации. Образно говоря — это его мозги. В зависимости от того, краткосрочно или долговременно, или постоянно хранится информация в памяти, выделяют оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) или просто ОП, долговременную память (ДП) и постоянное запоминающее устройство (ПЗУ).

Оперативное запоминающее устройство характеризуется тем, что данные в нем могут храниться только во время работы компьютера. При потере электропитания все данные ОП теряются. Для остальных видов памяти это несвойственно. Данные в них могут храниться как угодно долго. Записанная информация в ОП считывается так, что она не теряется. Она просто копируется. В связи с этим она может считываться многократно.

ОП или в английском варианте Random Access Mamory (RAM), что означает память с произвольным доступом, часто называют электронной памятью, так как она конструктивно выполнена на микросхемах.

Основными техническими характеристиками ОП являются скорость обмена данными между ЦП и памятью (время доступа) и объем памяти (емкость), определяющая максимальное количество данных, которые могут храниться в ОП. В значительной степени именно от скорости обмена данными между ОП и ЦП зависит производительность компьютера. Однако изготовление микросхем электронной памяти, обеспечивающих малое время доступа, слишком дорого. Поэтому в современных компьютерах частично память изготавливается на дешевых микросхемах, частично — на более дорогих.

Память, изготовленная на дорогих микросхемах, называется статической, на дешевых — динамической.

Последнее название обусловлено тем, что динамическая память требует периодического восстановления данных, т. е. восстановления двух уровней напряжений, которые отображены последовательностью значений 0 и 1, кодирующих информацию. Для этого каждые две миллисекунды на соответствующие входы микросхемы специальной схемой управления подается необходимое напряжение регенерации, которое восстанавливает 1.

Конструктивно как в схемах статической, так и динамической оперативной памяти элементами, хранящими последовательности нулей и единиц, являются триггеры — микросхемы с двумя устойчивыми выходами напряжения. В переводе с англ, «триггер» означает защелка, курок. В одном состоянии на выходе триггера напряжение соответствует 0, в другом 1. При подаче управляющего напряжения на вход триггера его выход изменяется на противоположный. То есть, если был 0, то станет 1, и наоборот.

В классическом исполнении для изготовления триггера требуется минимум два транзистора. В динамической памяти используется один транзистор, что и влечет за собой необходимость ее регенерации.

Дорогие микросхемы используются для организации кэш-па-мяти. Название происходит от англ, cache, что в переводе означает тайный склад, тайник.

Основное назначение кэш-памяти — служить местом временного хранения обрабатываемой в текущий момент части информации. Выделяют кэши первого, второго и третьего уровней. В современных компьютерах кэш-память, как правило, располагается на одном кристалле с ЦП. В целом применение кэш-па-мяти ускоряет обмен данными по каналу процессор—память и тем самым увеличивает производительность компьютера.

Микросхемы динамической памяти объединяются в блоки, которые устанавливаются на системной плате. Количество блоков может наращиваться. Для этого на плате предусмотрены запасные штекерные разъемы. Тем самым память (динамическая) компьютера может увеличиваться и достигать значительных размеров.

В ранее изготавливаемых ЭВМ в качестве единиц памяти была принята ячейка. Размер ячейки определялся длиной двоичного числа, т. е. количеством нулей/единиц, которые можно было расположить в ячейке. Эта длина называлась разрядностью числа и, как следствие, говорила о разрядности ячейки.

В свою очередь понятие разрядности пришло из десятичной позиционной системы счисления, где каждая позиция числа в его записи называется разрядом. Например, в числе 1126 имеется четыре разряда: нулевой разряд — единицы, первый — десятки, второй — сотни и третий — тысячи. Разряды отсчитываются справа налево, от младшего к старшему, и значность цифры каждого разряда по отношению к предшествующему увеличивается в 10 раз.

По аналогии с этим говорят о разрядности двоичных чисел, и их разряды также отсчитывают справа налево. При этом значность цифры каждого очередного разряда в 2 раза выше, чем предшествующего. В табл. 2.2 показаны 8- и 16-разрядные двоичные числа.

Таблица 2.2. 8- и 16-разрядные двоичные числа

7

6

5

4

3

2

1

0

15

14

13

12

11

10

9

8

7

6

5

4

3

2

1

0

1

0

1

1

0

1

0

1

1

1

0

0

1

0

1

0

0

0

1

1

0

1

0

1

Нумерация разрядов чисел с нуля вызвана тем, что любое число привычной нам десятичной системы счисления может быть представлено как разложение по степеням десяти. Например, число 1126 представляется так:

1-103 + Ы02 + 2 • 101 + 6- 10°.

Иными словами, 1 тысяча + 1 сотня + 2 десятка + 6 единиц.

По аналогии записываются разложения двоичных чисел. Например, 8-разрядное число, указанное в табл. 2.2, представляется так:

1 • 27 + 0 • 26 + 1 ? 25 + 1 • 24 + 0 • 23 + 1 • 22 + 0 • 21 + 1 • 2° = = 128 + 32 + 16 + 4+ 1 = 181

Старые компьютеры изготавливались с разрядностью ячеек, как правило, от 32 до 64. Все ячейки компьютера нумеровались. Нумерация начиналась с нуля. Номер ячейки назывался ее адресом. Вся совокупность адресов ячеек компьютера представляла его адресное пространство.

Эта терминология почти не претерпела изменений и по отношению к компьютерам, изготавливаемым в настоящее время.

Единственное, что изменено — это единица измерения памяти. В качестве такой сейчас используется байт (byte — кусочек, частица). В связи с этим теперь память компьютеров исчисляется в байтах. Нумерация байтов также начинается с нуля. Номер байта называется адресом. Более крупными единицами измерения памяти являются килобайт (Кб), равный 1024 байтам, мегабайт (Мб), равный 1024 килобайтам или 1024 х 1024 байтам, гигабайт (Гб), равный 1024 Мб или 1024 х 1024 х 1024 байтам.

По существу байт — это 8-разрядная ячейка памяти. Поэтому эта ячейка может содержать либо код символа, взятый из таблицы кодов (см. табл. 2.1), либо число, не большее 255, которое соответствует максимальному 8-разрядному двоичному числу 11111111. Для размещения в памяти последовательности символов используется непрерывная последовательность байтов. Целые числа, большие 255, размещаются в двух или четырех соседних байтах, а в компьютерах последних моделей — в восьми, десяти байтах. Два соседних байта называются словом, а четыре соседних байта — двойным словом. При этом адрес слова или двойного слова — это адрес байта, с которого начинается слово или двойное слово. На рис. 2.2 показана адресация слов, а также указан разряд, отводимый под знак целого числа.

  • 8 7
  • 0

а

Адрес —і Знак

  • 24 23
  • 1 15
  • 8 7

Адрес —J Знак

Рис. 2.2. Адресация слова (а) и двойного слова (б)

Знаковый разряд слова или двойного слова — всегда самый старший разряд его представления. Условились, что если этот разряд содержит 0, то целое число положительное. Если 1 — оно отрицательное. В связи с этим, максимальное положительное число, которое может быть размещено в слове, составляет 214 + 213 + ... + 21 + 2° = 32767. Для двойного слова оно равно

231 + 230 + ... + 21 + 2° = 2 147 483 647.

Десятичные дроби (вещественные числа) в ячейки памяти записываются в форме с плавающей запятой. Пусть с точностью до второго знака задана известная константа — отношение длины окружности к ее диаметру, число я = 3,14. Это число может быть представлено как 3,14- 10° = 0,314- 10'= 0,03 1 4- 102 и т. д.

Оно может быть представлено и так: 31,4 • 10-1 = 314,0 • 10~2.

Приведенные записи числа называются его представлением в виде мантиссы и порядка.

Мантисса — это непосредственно цифры числа с запятой, а порядок — показатель степени десяти. Так, если число 3,14 записано как 0,314 • 101, то мантисса 0,314, а порядок 1. Если же оно представлено как 31,4 • 10“1, то мантисса 31,4, а порядок -1.

Как видно, представление числа в виде мантиссы и порядка неоднозначно. Порядок числа определяет положение запятой в мантиссе и при его изменении она меняет свое положение — как бы «плавает». Отсюда и происходит название такого представления чисел — с плавающей запятой.

Для однозначности представления чисел с плавающей запятой в ячейках компьютера они нормализуются. Для этого мантисса М должна удовлетворять условию 0,1 < М < 1, а в двоичном представлении 0,5<М<1, иными словами, первая цифра мантиссы после запятой должна быть отличной от нуля. Нормализация осуществляется изменением порядка.

Представление чисел с плавающей запятой позволяет записывать в памяти компьютера достаточно большие числа. Для этого используются слова от 4 до 8 байт, а иногда и 10 байт. Первые старшие разряды этих слов содержат коды знаков мантиссы и порядка, остальные разряды отводятся на числа порядка и мантиссы.

Для представления вещественных чисел с обычной точностью используется слово из 4 байт. Эти числа лежат в интервале от З,4е^38 до З,4е38. При этом для записи чисел без показателей степени десяти условились их представлять в виде 3,4Е-38, 3,4Е+38.

Вещественные числа могут также представляться и с удвоенной точностью, для этого используется слово в 8 байт. Эти числа лежат в интервале от 1,7Е-308 до 1,7Е+308. Как и при адресации целых чисел, вещественные числа адресуются с самого первого левого байта слова.

Арифметические операции с вещественными числами несколько сложнее, чем с целыми. При их сложении и вычитании требуется выравнивание порядков, участвующих в этих действиях чисел, сложение и вычитание нормализованных мантисс с последующей результирующей в случае необходимости нормализацией результирующей мантиссы. Умножение и деление требует умножения и деления мантисс чисел и сложения и вычитания порядков, а также нормализации результирующей мантиссы. Поэтому выполнение арифметических действий над вещественными числами осуществляется локальным специализированным быстродействующим микропроцессором. В первых моделях ПК он назывался арифметическим сопроцессором и устанавливался на системной плате рядом с ЦП. Теперь это узел центрального процессора.

Центральный процессор арифметические операции выполняет только над целыми числами.

Современные ПК оперируют достаточно большим адресным пространством. Оно определяется величиной 2". Если первая модель ПК фирмы 1ВМ имела размер оперативной памяти 220 = 1 Мб, то сейчас она доходит до 232 = 4 Гб. Для передачи адресов такой длины в ЦП служит 32-разрядная шина. Данные из ячеек памяти поступают в ЦП по другому кабелю — шине данных. Для передачи сигналов управления от ЦП к различным устройствам и ответов этих устройств ЦП используются отдельные линии связи.

В заключение скажем, что каждый байт ОП физически реализуется 8 триггерами. На этом основании легко подсчитать, сколько потребуется этих микросхем для устройства памяти емкостью 4 Гб.

Постоянное запоминающее устройство — это раздел памяти ПК, в котором хранится относительно постоянная информация, необходимая для включения и работы компьютера, а также настройки его параметров: программа автоматического контроля всех устройств компьютера, программа-загрузчик, программа BIOS (Basic Input Output System — базовая система ввода-вывода). До недавнего времени ПЗУ представляло собой полупроводниковую микросхему, в которую специальным способом заносилась перечисленная информация и которая практически не изменялась. В настоящее время ПЗУ изготавливается на основе новейшей флеш-технологии, позволяющей обновлять содержащуюся в ней информацию с помощью специальной программы, выполняемой ЦП. Название «флэш» происходит от английского flash, что означает «вспышка».

Долговременная память современного персонального компьютера создается на гибких (floppy) и жестких (hard) магнитных дисках, лазерных компакт-дисках и флеш-картах. В дисках используются механические действия вращения и перемещения тел, флеш-карты представляют собой твердотельную память на микросхемах, изготавливаемых по флеш-технологии. Для хранения информации перечисленные устройства не требуют энергопитания.

В качестве гибких дисков (дискет) в настоящее время массово используются диски 3,5 дюйма (3,5"). Однако следует отметить, что они постепенно, но достаточно интенсивно вытесняются флеш-картами.

Физически диск 3,5" представляет собой гибкий пластиковый круг диаметром 3,5 • 2,54 « 8,9 см с круговым отверстием в центре, в которое вставлена металлическая втулка. На диск с двух сторон в виде полос шириной примерно 1,5 см наносится тончайший ферромагнитный слой, который и является запоминающей средой.

Для предотвращения от механических повреждений диск помещается в жесткий пластиковый конверт квадратной формы с круговым отверстием в центре и прямоугольным окном, расположенным над полосой ферромагнитного слоя. От попадания пыли окно закрывается пластиковой шторкой.

Для записи-чтения информации через прямоугольное окно, расположенное на фасаде системного блока компьютера, диск вставляется в дисковод (floppy disk drave) — прямоугольную металлическую коробку, закрепленную внутри корпуса компьютера, в которой располагаются электродвигатель, приводящий во вращение диск с постоянной скоростью 300 об/мин, две комбинированные головки чтения-записи информации, шаговые двигатели, перемещающие головки поперек ферромагнитной полосы диска и управляющие микросхемы. После установки диска, открывается шторка на окне конверта, головки чтения-записи опускаются на ферромагнитную полосу, диск центральным отверстием со втулкой насаживается на шпиндель электродвигателя и с указанной скоростью приводится во вращение. Запуск и разгон двигателя происходит примерно за 400 мс.

Запись информации на диск осуществляется по концентрическим дорожкам (трекам) при его вращении с постоянной скоростью при помощи записывающей головки. Информация передается побайтно. Для этого на записывающую головку подаются последовательности напряжений, имитирующие двоичные конфигурации байтов. Эти напряжения создают электромагнитное поле, воздействующее на ферромагнитный слой так, что в нем образуются различимые участки намагниченности, соответствующие единицам и нулям байта. Участки сохраняют свое состояние вплоть до перемагничивания диска. Согласно принятому стандарту трек разбивается на 18 секторов, емкостью по 512 байт каждый. Между секторами создаются промежутки, которые служат для плавной установки головок чтения-записи в нужную часть трека. Сектора нумеруются начиная с нуля. Всего на одной стороне диска размещается 80 рабочих треков. Треки также нумеруются начиная с нуля. Внешний трек имеет номер 0, внутренний — 1.

Таким образом, каждая дорожка диска имеет емкость 18 х 512 = 9216 байт. Всего на одной стороне размещается 9216 х х 80 = 737 280 байт, а на двух сторонах — 1 474 560 = 1440 Кб = = 1,44 Мб. Однако это не означает, что вся память диска отводится под информацию, связанную с решением той или иной задачи или задач. Обычно нулевые сектора дорожек содержат служебные данные об объемах записей, их структуре, расположении, времени записи и т. п.

Чтение информации с диска осуществляется с помощью головок чтения. При его вращении участки различной намагниченности ферромагнитного слоя того или иного трека, образованные при записи информации, изменяют электрическое сопротивление обмотки головки чтения так, что на выходе этой обмотки получаются напряжения различных уровней, отображающие нули и единицы двоичных конфигураций, записанных на соответствующей дорожке.

Перемещение головок чтения-записи с одной дорожки на другую осуществляется по радиусу диска шаговыми электродвигателями. При подаче напряжения на эти двигатели их вал, механически связанный с конструкцией, на которой крепятся головки, поворачивается на фиксированный угол и тем самым устанавливает головки на очередной трек.

Гибкие диски 3,5" являются удобным средством переноса информации с одного компьютера на другой. Их недостаток — малая емкость памяти. Именно поэтому они постепенно заменяются флеш-картами.

При пользовании дисками их нельзя подвергать механическим воздействиям, помещать в магнитные поля, касаться рабочей поверхности руками. В противном случае информация, хранящаяся на дисках, может быть потеряна или искажена.

Принципы организации долговременной памяти на жестких дисках, часто называемых винчестерами, такие же, как и для дискет. Основное различие этих устройств заключается в материале диска и конструкции дисковода.

Жесткий диск — это круг не из гибкого пластика, а из твердого композитного материала (чаще стекла и керамики), который наглухо насажен на шпиндель электродвигателя, приводящий его во вращение. На диск в виде кольца напылен ферромагнитный материал, служащий средой запоминания данных. Раньше на шпинделе электродвигателя закрепляли несколько дисков, в последнее время устанавливают от одного до трех. Диски образуют цельный пакет и не подлежат съему.

Если в пакете больше одного диска, ферромагнитный слой весьма часто наносится не на все поверхности дисков. Количество комбинированных головок чтения-записи информации определяется количеством напыленных слоев. В качестве механизма перемещения головок с дорожки на дорожку служит соленоид с пружиной. Головки перемещаются одновременно и их постоянным местом расположения (местом парковки) служит последняя дорожка диска, самая ближняя к его центру.

Перечисленные узлы помещаются в герметичный корпус, из которого откачивают воздух. Скорость вращения дисков различна: от 5400 до 15 000 об/мин. Наиболее распространенные винчестеры имеют скорость 7200 об/мин, так как это дешевле, проще и надежнее.

При вращении дисков с такой скоростью аэродинамическая сила поднимает головки над поверхностью дисков, и они как бы парят над ними на очень малом расстоянии, составляющем сотые доли микрон.

Современные винчестеры могут располагать огромной памятью, составляющей сотни Гигабайт. Это достигается за счет большого количества треков на дисках, часто превышающих 1000, и высокой плотности записи информации.

Емкость памяти винчестера определяется по формуле

с х h х S х 512,

где с количество дорожек на поверхности диска; h количество головок чтения-записи информации; S количество секторов. Время доступа к информации жесткого диска существенно меньше, чем гибкого.

Винчестеры изготавливаются различными фирмами и при правильной эксплуатации могут надежно служить более 10 лет. Поэтому пока что они являются основным устройством долговременной памяти современных ПК.

Компакт-диски, они же оптические или лазерные диски, применяемые в компьютерах для долговременного хранения информации, являются потомками музыкальных компакт-дисков. В настоящее время используется несколько видов таких дисков: CD-ROM (Compact disk read-only memory) — диск, с которого только считывается информация, CD-RW (Compact disk rewritetable) — диск, на который пользователь может записывать и считывать с него информацию, DVD (Digital versatile disk) — цифровой многосторонний диск, предназначенный для записи и воспроизведения фильмов, длительных музыкальных программ и др.

Во всех перечисленных дисках используется лазерная технология записи и воспроизведения информации. Данные записываются на спиральную дорожку с началом в центре диска и с концом на его периферии. В CD-ROM расстояние между витками спирали составляет 1,6 мкм, в DVD — 0,74 мкм. Уменьшение расстояний между витками и повышение плотности записи в DVD позволили довести объем информации, хранимый на этих дисках, до 4,7 Гб, а использование двух сторон и двухслойной технологии изготовления — до 17 Гб. Стандартный CD-ROM позволяет хранить информацию только до 700 Мб.

Длительность воспроизведения информации с 4,7 Гбайт DVD составляет 133 мин, что равно времени показа стандартного видеофильма. Двухсторонний и двухслойный DVD увеличивает эту длительность до 481 мин.

Все диски имеют стандартный диаметр — 120 мм и стандартную толщину 1,2 мм. CD-ROM представляет собой круг из прозрачного пластика, покрытый тонким отражающим слоем алюминия, реже золота. Для защиты от повреждений отражающий слой закрыт тонкой пленкой прозрачного лака. Изготовление CD-ROM происходит в несколько этапов.

Сначала изготавливают мастер-диск. Для этого предварительно подготавливают заносимую на диск информацию. Далее эта информация в виде последовательности напряжений, отображающей двоичный код, подается на вход полупроводникового лазера записывающего устройства, которое вращает диск с постоянной линейной скоростью по всей спирали. Лазерный луч переменной интенсивности, образно говоря, порождаемый нулями и единицами двоичного кода, фокусируется на витках спирали, нагревает отражающий слой и проделывает в ней углубления (питы). Двоичный нуль представляется в виде углубления и основной поверхности диска, двоичная единица — в виде границы между ними. Таким образом, информация на диске записана в виде чередования углублений металлического слоя.

При записи одного байта к восьми разрядам добавляются дополнительные двоичные разряды, необходимые для коррекции ошибок и управления. Базовая информационная единица на диске — кадр (frame) содержит 24 байта и дополнительные двоичные разряды. Кадры объединяются в секторы и блоки.

В соответствии с принятыми стандартами поверхность диска разделена на три области: оглавление — кольцо шириной 4 мм, ближайшее к центру диска, область данных — следующее кольцо шириной 33 мм и хвост спирали с меткой конца диска.

С изготовленного мастер-диска делается несколько копий-матриц для тиражирования. Репликация (тиражирование) дисков осуществляется методом горячей прессовки. Полученный таким образом диск допускает до 1000 циклов безошибочного считывания информации.

Чтение данных с диска осуществляется считывающим лазером. Для этого диск устанавливается на специальный лоток, который выдвигается с передней стороны корпуса системного блока. Возвращаясь назад, лоток закрепляет диск на шпинделе приводного двигателя, приводящего во вращение с постоянной линейной скоростью по всей спирали. Сфокусированный на спирали лазерный луч (вследствие наличия на ней углублений) отражается от поверхности диска с разной интенсивностью и с помощью фотодиодов преобразуется в последовательноть напряжений, имитирующую последовательность двоичных кодов, записанных на диске.

Наиболее важной характеристикой CD-ROM является скорость передачи данных с диска в ОП компьютера. Скорость передачи данных первых компьютерных приводов CD-ROM составляла 150 Кб/с и была согласована со скоростью передачи данных в проигрывателях музыкальных компакт-дисков. Скорости передачи данных в современных компьютерах кратны этой скорости, т. е. кратны числу 150 Кб/с.

В настоящее время достигнут потолок в повышении скорости чтения данных. Он равен 56-кратному увеличению. Наиболее популярные привода CD-ROM имеют 52-кратное превышение. Однако уже на 48-кратной скорости существует опасность разрушения некачественного компакт-диска.

Технология записи информации на CD-RW не предусматривает образования углублений на отражающем слое диска. Вместо этого на его поверхность наносится краситель, который при различном разогреве лучом лазера образует темные пятна, воспринимаемые читающим лазером как псевдоуглубления. Для обеспечения повторной записи применяется восстановление красящего вещества.

Достоинством флеш-карт, как устройств долговременного хранения информации, является то, что они не содержат движущихся частей, могут легко переставляться с одного компьютера на другой и допускают хранение достаточно больших объемов данных. В продаже имеются флеш-карты, имитирующие жесткие диски, они также широко используются в ноутбуках.

В настоящее время в продаже имеются флеш-карты емкостью 2 Гб и выше.

Основным устройством ввода информации в память ПК в минимальной его конфигурации является клавиатура (keyboard).

Она имеет вид пластиковой доски с большим набором различных по форме клавиш и индикаторными лампами. Для подключения клавиатуры к системному блоку используют гибкий кабель. Есть и беспроводные клавиатуры, в которых для связи применяется инфракрасное излучение или радиоволны.

Несмотря на попытки многих фирм улучшить конструкцию клавиатуры, со времени своего появления в компьютерах IBM PC АТ-286 она претерпела мало изменений. Во всех предлагаемых в настоящее время клавиатурах на одних и тех же местах остается 101 клавиша. С помощью этих клавиш вводятся символы, спецзнаки и вызываются специальные действия компьютера. Клавиши группируются по целевым операциям. Основная группа клавиш, расположенная в центре доски, соответствует клавиатуре пишущей машинки. На клавишах букв русскоязычной клавиатуры нанесено два символа. Верхний черный символ — латинская буква, нижний красный символ — буква кириллицы. Верхний ряд буквенной клавиатуры образуют клавиши ввода цифр и спецзнаков. Для фиксации окончания ввода данных служит большая клавиша Enter.

В самом правом конце доски расположены цифровые клавиши, предназначенные для ввода исключительно числовых данных. Этот режим устанавливается нажатой клавишей Num Lock с зеленой подсветкой. Расположенная в одном ряду с этой клавишей слева клавиша Caps Lock с зеленой подсветкой фиксирует режим ввода прописных букв.

Клавиши Page Up, Page Down предназначены для перелистывания страниц текста на экране монитора. Клавиши Home, End переводят курсор — указатель на символ строки на экране монитора — в начало и конец строки. Клавиша Delete удаляет символ, на который указывает курсор. Клавиша Insert определяет режим вставки символов в слова предложения.

Особое назначение имеют функциональные клавиши Fl—F12, расположенные в самом верхнем ряду клавиатуры. Оно определяется алгоритмами обработки информации. Слева от этого ряда клавиш расположена клавиша Esc (escape — убегать, спасаться), которая предназначена для выхода из текущего режима обработки данных. Справа от ряда функциональных клавиш расположены три клавиши: Prtscr, Break, Backspace. Они позволяют передать копию экрана на принтер, прервать выполнение режима обработки информации, последовательно удалить символы в слове, расположенные слева от курсора.

В самом нижнем ряду клавиатуры по центру находится длинная клавиша. В словах текста она формирует пробел. Слева и справа от клавиш пробела расположены две клавиши Ctrl (управление) и Alt (альтернатива). Как правило, они используются в комбинации с клавишами символов. В результате этого последние изменяют свое назначение. Например, при нажатой клавише Alt, набирая на цифровой клавиатуре коды от 1 до 256, на экран монитора можно вывести изображения символов кодовой таблицы. Переключение клавиатуры с латинского на русский алфавит и наоборот чаще всего осуществляется одновременным нажатием клавиш Ctrl и Shift (менять, заменять).

Кроме перечисленных групп клавиш в последующих образцах клавиатуры часто добавляют клавиши для работы в глобальной компьютерной сети Internet, для работы с аудио-, видеодисками и др.

После нажатия символьной клавиши ее код помещается в буфер, рассчитанный для хранения 16 символов. Чтобы можно было вводить неограниченное количество символов, буфер работает по принципу «первым вошел — первым ушел».

Клавиши изготавливаемых в настоящее время клавиатур представляют собой механические толкатели с резиновой пружиной и пластмассовым колпачком. Резиновые пружины изготовлены в виде колокольчиков, внутри которых наклеиваются кружочки из токопроводящей резины. Внутри корпуса клавиатуры под клавишами размещается тонкая пленка из изоляционного материала, на которой под каждой клавишей (толкателем) токопроводящей краской нанесены электрические контакты с отходящими из этой краски проводами. При нажатии на клавишу токопроводящая резина внутри колокольчика замыкает контакты из токопроводящей краски. В результате этого образуется электрическая цепь и код клавиши передается в буфер.

Основная неисправность клавиатур — разбалтывание и заедание клавиш. Поэтому для того, чтобы она дольше служила, стучать по клавиатуре следует осторожно.

Вторым устройством ручного ввода в компьютер после клавиатуры является манипулятор «мышь» — (mouse). С помощью мыши осуществляется перемещение графического курсора (стрелки) на экране монитора, а также подаются различные команды компьютеру.

Мышь представляет собой пластмассовую коробочку, которая удобно размещается в руке. Она расположена на компьютерном столе и подключается к системному блоку кабелем. В последние годы все большую популярность приобретают беспроводные мыши, использующие для связи инфракрасное излучение либо радиоволны.

Наиболее распространенная и дешевая мышь на фасаде имеет две кнопки — левую и правую. Есть, однако, мыши с тремя и более кнопками. Наиболее часто используется левая кнопка.

Перемещение мыши по столу обеспечивает синхронное движение курсора по экрану монитора. Для этого в прежних образцах этого устройства использовался шарик, который выступал примерно на 2 мм над нижней плоскостью мыши. При ее перемещении шарик катился по поверхности стола и приводил во вращение два сцепленных с ним валика, на концах которых были насажены диски с прорезями для преобразования механического движения в электрические сигналы. В настоящее время используются оптические мыши, в которых механическое перемещение устройства преобразуется в электрические сигналы специальной оптической системой и микросхемой, установленными в корпусе мыши.

Текущие и окончательные результаты решения той или иной задачи обработки информации могут выводиться на видеотерминал (монитор), принтер, диски. На видеотерминал выводится только текущая (оперативная) информация, которая не запоминается, и основное назначение этого устройства — обеспечение постоянного диалога человека с компьютером. Иногда говорят — обеспечение работы пользователя в интерактивном режиме.

В настоящее время используются два типа видеотерминалов. Первый и старший из них — это вакуумная электронно-лучевая трубка, по принципу работы — аналог цветного домашнего телевизора. Второй — жидкокристаллический или плазменный монитор.

В электронно-лучевой трубке изображение формируется потоком электронов на слое люминофора, светящегося от ударов электронов вещества. Этот слой нанесен на внутреннюю поверхность стеклянной колбы, куда направляются вылетающие из катода электроны специальной магнитной отклоняющей системой, надетой на горловину колбы. Главное внешнее отличие этих мониторов — большие габариты по глубине, которые, к сожалению, нельзя уменьшить без заметного уменьшения экрана дисплея.

Жидкокристаллические или плазменные мониторы — это плоские панели, в которых не применяется электронно-лучевая трубка. Эти мониторы малогабаритны. Их толщина не превышает нескольких сантиметров. Они потребляют меньше энергии, чем электронно-лучевые трубки, менее инерционны и менее подвержены механическим воздействиям. Такие характеристики способствуют все большему распространению плоских мониторов, хотя они пока существенно дороже, чем электронно-лучевые.

Основной технической характеристикой обоих типов мониторов является длина диагонали экрана в дюймах. Чаще всего используются мониторы с длиной диагонали от 14 до 21 дюйма, т. е. от 33,5 до 50,3 см. Наиболее ходовой размер диагонали — 17 дюймов, т. е. 40,5 см.

Второй не менее важной характеристикой монитора является разрешение, которое указывается в пикселях (точках) по горизонтали и вертикали экрана. Например, для 17-дюймового монитора могут быть указаны разрешения 800 х 600 или 1024 х 768, которые означают, что в одной строке экрана размещается 800 или 1024 точек, а по вертикали — 600 или 678 точек. При этом чем больше точек на экране, тем качественнее выводимое изображение.

Для жидкокристаллических дисплеев указывается не разрешение, а количество элементов матрицы кристаллов, которая формирует изображение. Указывается также яркость свечения точек и контрастность.

Через многожильный кабель и разъем монитор подключается к видеоадаптеру (видеоплате, видеокарте) — специальному блоку. Видеокарта устанавливается на системной плате и представляет собой электронный узел со своим микропроцессором, памятью и разъемами. Микросхемы видеокарты преобразуют инструкции центрального процессора, что должно быть изображено на экране, в три раздельных сигнала, несущих информацию о яркости и цветности каждой его точки, выводимой на экран.

Современные видеоадаптеры обеспечивают два режима работы монитора: текстовый и графический. В текстовом режиме площадь экрана, например, в 720 точек по горизонтали и 350 по вертикали, делится на прямоугольники 9 х 14. В результате этого на нем образуются условно 25 строк и 80 столбцов. Графический образ (буква, цифра, спецзнак) изображается в прямоугольнике с помощью символов псевдографики. Непосредственно образ символа, который будет построен на экране монитора, хранится в памяти видеоплаты. При этом для его хранения требуется всего лишь 1 байт памяти. Набор всех образов называется таблицей знакогенератора и загружается в память видеокарты ЦП. По соответствующим инструкциям количество строк и столбцов экрана может быть изменено.

В настоящее время используется преимущественно графический режим работы монитора. Текстовый режим можно заметить только при включении ПК. Наиболее популярный режим SVGA для 17-дюймовых мониторов с разрешением 1024 x 768 дает на экране 786 432 точки. Номера этих точек также хранятся в памяти видеокарты, куда заносятся ЦП. Для каждой точки указывается определенный цвет, который получается из смеси базовых цветов — красного, зеленого и синего. Общее количество оттенков цветов может достигать больших значений. Чаще всего используется 16 или 256 цветов.

С помощью точек и их множеств на экран терминала выводятся различные геометрические изображения. Они могут быть представлены как на плоскости, так и в пространстве.

Заканчивая весьма сжатый рассказ об основных блоках персонального компьютера, кратко поясним значение часто употребляемых в компьютерной литературе следующих слов: интерфейс, порты ввода-вывода, блоки питания.

Под словом интерфейс (в дословном переводе с англ, между-личие) подразумевают устройство сопряжения (связи) между двумя объектами (узлами, устройствами, схемами), обеспечивающее между человеком и машиной надежный и эффективный обмен информацией.

Так как к компьютеру может быть подключено много различных внешних устройств, входы которых сильно отличаются друг от друга, для упрощения подключения было разработано несколько стандартных интерфейсов. Наиболее популярными оказались параллельный интерфейс LPT, последовательные интерфейсы RS-232, USB и сетевой интерфейс Ethernet. Становится популярным также последовательный интерфейс Fire Wire и инфракрасный IrDa.

Параллельный интерфейс LPT (старое название LPT-порт) был разработан для подключения к компьютеру принтера. Поскольку раньше можно было подключить только два принтера, говорили об портах LPT1, LPT2. Собственно говоря, порт — это специальная ячейка памяти, куда передаются выводимые данные через ЦП или прямо из ОП и куда помещаются данные устройств ввода. Кроме этих данных ЦП посылает еще целый ряд сигналов, в частности, опроса готовности принтера к выводу данных, а также получает информационные сведения от схемы управления принтером. Данные в порт и далее по кабелю передаются побайтно. Для каждого разряда байта в передающем кабеле служит свой провод. Отсюда происходит название параллельный интерфейс.

Кроме принтеров в настоящее время к параллельному порту может быть подключен сканер, а также через него могут быть соединены компьютеры.

Последовательный интерфейс RS-232 (старое название «COM-порт») в настоящее время используется исключительно для подключения мыши и модема. Однако от него стали отказываться в пользу более совершенных устройств согласования USB и Fire Wire.

В последовательном интерфейсе данные в одном направлении передаются по одному проводу. Передача ведется побайтно. Однако каждый байт передается поразрядно. Для того чтобы отделить передаваемые байты друг от друга, вначале каждого передаваемого байта посылается стартовый бит (от binary digit — двоичная цифра), т. е. 1 или 0. После передачи последнего бита передаются два так называемых стоповых бита.

Более совершенный и универсальный последовательный интерфейс — USB (Universal Serial Bus). Он допускает более высокую скорость обмена информацией (до 1,5 Мб/с) по сравнению со старыми вариантами RS-232. К интерфейсу можно подключить до 127 различных внешних устройств, обладающих различными скоростями обмена информацией.

Интерфейс Fire Wire (огненный провод) применяется преимущественно в компьютерах Macintosh фирмы Apple. Однако в последнее время под наименованием IEEE 1394 он стал устанавливаться и на системных платах машин IBM PC. Максимальная скорость передачи данных по этому интерфейсу достигает 50 Мб/с. Количество подключаемых устройств — 63.

Блок питания — это отдельное устройство компьютера, обеспечивающее электроэнергией все его узлы. Блок питания устанавливается на системной плате, имеет автономный вентилятор для охлаждения диодного мостика, транзисторов и конденсаторов, используемых для выпрямления сетевого напряжения 220 В.

Существуют два стандарта блоков питания: АТ и АТХ. Оба блока питания вырабатывают напряжения постоянного тока +5, -5, +12, -12 В. Кроме этого в блоке АТХ добавлена линия с напряжением 3,3 В, от которой питается самый большой потребитель энергии в компьютере — ЦП, потребляющий ток 20—30 А.

К сети блоки питания подключаются через систему фильтров от помех и защитное устройство от генератора напряжений, выпускаемые под маркой Pilot.

 
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ     След >