Структура микропроцессора

Структура микропроцессора. Устройство управления Устройство управления является функционально наиболее сложным устройством ПК. Он вырабатывает управляющие сигналы, поступающие по кодовым шинам инструкций во все блоки машины. Упрощенная функциональная схема УУ показана на рис. 4.5. Здесь представлены Регистр команд - запоминающий регистр, в котором хранится код команды код выполняемой операции и адреса операндов, участвующих в операции.

Регистр команд расположен в интерфейсной части МП, в блоке регистров команд. Дешифратор операций - логический блок, выбирающий в соответствии с поступающим из регистра команд кодом операции КОП один из множества имеющихся у него выходов.

Постоянное запоминающее устройство микропрограмм - хранит в своих ячейках управляющие сигналы импульсы, необходимые для выполнения в блоках ПК операций обработки информации. Импульс по выбранному дешифратором операций в соответствии с кодом операции считывает из ПЗУ микропрограмм необходимую последовательность управляющих сигналов. Узел формирования адреса находится в интерфейсной части МП - устройство, вычисляющее полный адрес ячейки памяти регистра по реквизитам, поступающим из регистра команд и регистров МПП. Кодовые шины данных, адреса и инструкций - часть внутренней шины микропроцессора.

В общем случае УУ формирует управляющие сигналы для выполнения следующих основных процедур. выборки из регистра-счетчика адреса команды МПП адреса ячейки ОЗУ, где хранится очередная команда программы выборки ИЗ ячеек ОЗУ кода очередной команды и приема считанной команды в регистр команд расшифровки кода операции и признаков выбранной команды считывания из соответствующих расшифрованному коду операции ячеек ПЗУ микропрограмм управляющих сигналов импульсов, определяющих во всех блоках машины процедуры выполнения заданной операции, и пересылки управляющих сигналов в эти блоки считывания из регистра команд и регистров МПП отдельных составляющих адресов операндов чисел, участвующих в вычислениях, и формирования полных адресов операндов выборки операндов по сформированным адресам и выполнения заданной операции обработки этих операндов записи результатов операции в память формирования адреса следующей команды программы.

Арифметико-логическое устройство Арифметикo-логическое устройство предназначено для выполнения арифметических и логических операций преобразования информации.

Функционально АЛУ рис. 2 состоит обычно из двух регистров, сумматора и схем управления местного устройства управления. Рис. 2. Функциональная схема АЛУ Сумматор - вычислительная схема, выполняющая процедуру сложения поступающих на ее вход двоичных кодов сумматор имеет разрядность двойного машинного слова.

Регистры быстродействующие ячейки памяти различной длины регистр 1 Pr1 имеет разрядность двойного слова, а регистр 2 Pr2 -разрядность слова. При выполнении операции в Pr1 помещается первое число, участвующее в операции, а по завершении операции - результат в Pr2- второе число, участвующее в операции по завершении операции информация в нем не изменяется. Регистр 1 может принимать информацию с кодовых шин данных, и выдавать информацию с этих шин. Схемы управления принимают по кодовым шинам инструкций управляющие сигналы от устройства управления и преобразуют их в сигналы для управления работой регистров и сумматора АЛУ. АЛУ выполняет арифметические операции, только над двоичной информацией с запятой, фиксированной после последнего разряда, т.е. только над целыми двоичными числами.

Выполнение операций над двоичными числами с плавающей запятой и над двоично-кодированными десятичными числами осуществляется или с привлечением математического сопроцессора, или по специально составленным программам.

Микропроцессорная память Микропроцессорная память - память небольшой емкости, но чрезвычайно высокого быстродействия время обращения к МПП, т.е. время, необходимое на поиск, запись или считывание информации из этой памяти, измеряется наносекундами. Она предназначена для кратковременного хранения, записи и выдачи информации, непосредственно в ближайшие такты работы машины участвующей в вычислениях МПП используется для обеспечения высокого быстродействия машины, ибо основная не всегда обеспечивает скорость записи, поиска и считывания информации, необходимую для эффективной работы быстродействующего микропроцессора.

Микропроцессорная память состоит из быстродействующих регистров с разрядностью не менее машинного слова. Количество и разрядность регистров в разных микропроцессорах различны. Регистры микропроцессора делятся на регистры общего назначения и специальные. Специальные регистры применяются для хранения различных адресов адреса команды, например, признаков результатов выполнения операций и режимов работы ПК регистр флагов, например и др. Регистры общего назначения являются универсальными и могут использоваться для хранения любой информации, но некоторые из них тоже должны быть обязательно задействованы при выполнении ряда процедур.

Интерфейсная часть микропроцессора Интерфейсная часть МП предназначена для связи и согласования МП системной шиной ПК, а также для приема, предварительного анализа команд выполняемой программы и формирования полных адресов операндов и команд.

Интерфейсная часть включает в свой состав адресные регистры МПП, узел формирования адреса, блок регистров команд, являющийся буфером команд в МП, внутреннюю интерфейсную шину МП и схемы управления шиной и портами ввода-вывода. Порты ввода-вывода - это пункты системного интерфейса ПК, через которые МП обменивается информацией с другими устройствами. Всего портов у МП может быть 65536. Каждый порт имеет адрес - номер порта, соответствующий адресу ячейки памяти, являющейся частью устройства ввода-вывода, использующего этот порт, а не частью основной памяти компьютера.

Порт устройства содержит аппаратуру сопряжения и два регистра памяти - для обмена данными и обмена управляющей информацией. Некоторые внешние устройства используют и основную память для хранения больших объемов информации, подлежащей обмену. Многие стандартные устройства НЖМД, НГМД, клавиатура, принтер, сопроцессор и др. имеют постоянно закрепленные за ними порты ввода-вывода.

Схема управления шиной и портами выполняет следующие функции - формирование адреса порта и управляющей информации для него переключение порта на прием или передачу и др прием управляющей информации от порта, информации о готовности порта и его состоянии - организацию сквозного канала в системном интерфейсе для данных между портом устройства ввода-вывода и МП. Схема управления шиной и портами использует для связи с портами кодовые шины инструкций, адреса и данных системной шины при доступе к порту МП посылает сигнал по КШИ, который оповещает все устройства ввода-вывода, что адрес на КША является адресом порта, а затем посылает и сам адрес порта. То устройство, адрес порта которого совпадает, дает ответ о готовности, после чего по КШД осуществляется обмен данными.

Последовательность работы блоков ПК Программа хранится во внешней памяти ПК. При запуске программы в работу пользователь выдает запрос на ее исполнение в дисковую операционную систему DOS- Disc Operation System компьютера.

Запрос пользователя - это ввод имени исполняемой программы в командную строку на экране дисплея. Главная программа DOS-Command.com обеспечивает перезапись машинной исполняемой программы из внешней памяти в ОЗУ, в которой находится начало первая команда этой программы. После этого автоматически начинается выполнение команд программы друг за другом. Каждая программа требует для своего исполнения нескольких тактов работы машины такты определяются периодом следования импульсов от генератора тактовых импульсов. В первом такте выполнения любой команды производятся считывание кода самой команды из ОЗУ по адресу, установленному в регистре-счетчике адреса, и запись этого кода в блок регистров команд устройства управления.

Содержание второго и последующих тактов исполнения определяется результатами анализа команды, записанной в блок регистров команд, т. е. зависит уже от конкретной команды.

Пример. При выполнении ранее рассмотренной машинной команды СЛ 0103 5102 будут выполнены следующие действия - второй такт считывание из ячейки 0103 ОЗУ первого слагаемого и перемещение его в АЛУ - третий такт считывание из ячейки 5102 ОЗУ второго слагаемого и перемещение его в АЛУ - четвертый такт сложение в АЛУ переданных туда чисел и формирование суммы - пятый такт считывание из АЛУ суммы чисел и запись ее в ячейку 0103 В конце последнего в данном случае пятого такта выполнения команды в регистр-счетчик адреса команд МПП будет добавлено число, равное количеству байтов, занимаемых кодом выполненной команды программы.

Поскольку емкость одной ячейки памяти ОЗУ равна 1 байту и команды программы в ОЗУ размещены последовательно друг за другом, в регистре-счетчике адреса команд будет сформирован адрес следующей команды машинной программы, и машина приступит к ее исполнению и т.д. Команды будут выполняться последовательно одна за другой, пока не завершится вся программа. После завершения программы управление будет передано обратно в программу Command.com операционной системы.

III. Запоминающие устройства ПК. Память компьютера построена из двоичных запоминающих элементов - битов, объединенных в группы по 8 битов, которые называются байтами. Единицы измерения памяти совпадают с единицами измерения информации. Все байты пронумерованы. Номер байта называется его адресом. Байты могут объединяться в ячейки, которые называются также словами. Для каждого компьютера характерна определенная длина слова - два, четыре или восемь байтов.

Это не исключает использования ячеек памяти другой длины например, полуслово, двойное слово. Как правило, в одном машинном слове может быть представлено либо одно целое число, либо одна команда. Однако, допускаются переменные форматы представления информации. Разбиение памяти на слова для четырехбайтовых компьютеров представлено в таблице Байт 0 Байт 1 Байт 2 Байт 3 Байт 4 Байт 5 Байт 6 Байт 7 ПОЛУСЛОВО ПОЛУСЛОВО ПОЛУСЛОВО ПОЛУСЛОВО СЛОВО СЛОВО ДВОЙНОЕ СЛОВО Широко используются и более крупные производные единицы объема памяти Килобайт, Мегабайт, Гигабайт, а также, в последнее время, Терабайт и Петабайт.

Современные компьютеры имеют много разнообразных запоминающих устройств, которые сильно отличаются между собой по назначению, временным характеристикам, объёму хранимой информации и стоимости хранения одинакового объёма информации. Различают два основных вида памяти - внутреннюю и внешнюю. В состав внутренней памяти входят оперативная память, кэш-память и специальная память.

Оперативная память RAM, Random Access Memory Оперативная память используется только для временного хранения данных и программ, так как, когда машина выключается, все, что находилось в ОЗУ, пропадает. Доступ к элементам оперативной памяти прямой - это означает, что каждый байт памяти имеет свой индивидуальный адрес. Объем ОЗУ обычно составляет 32 - 512 Мбайта, а для эффективной работы современного программного обеспечения желательно иметь не менее 256 Мбайт ОЗУ. Обычно ОЗУ исполняется из интегральных микросхем памяти DRAM Dynamic RAM - динамическое ОЗУ . Микросхемы DRAM работают медленнее, чем другие разновидности памяти, но стоят дешевле.

Каждый информационный бит в DRAM запоминается в виде электрического заряда крохотного конденсатора, образованного в структуре полупроводникового кристалла. Из-за токов утечки такие конденсаторы быстро разряжаются, и их периодически примерно каждые 2 миллисекунды подзаряжают специальные устройства.

Этот процесс называется регенерацией памяти Refresh Memory. Современные микросхемы имеют ёмкость 1-16 Мбит и более. Они устанавливаются в корпуса и собираются в модули памяти. Наиболее распространены модули типа DIMM и SIMM. В модуле SIMM элементы памяти собраны на маленькой печатной плате длиной около 10 см. Ёмкость таких модулей неодинаковая - 256 Кбайт, 1, 2, 4, 8, 16, 32 и 64 Мбайта. Различные модули SIMM могут иметь разное число микросхем - девять, три или одну, и разное число контактов - 30 или 72. Важная характеристика модулей памяти - время доступа к данным, которое обычно составляет 60 - 80 наносекунд.

В настоящее время SIMMы практически не применяются. На их сменяя пришли DIMM, а на смену DIMM приходят DDR и RIMM, но по сравнению с DIMM они имеют немного большую стоимость и соответственно повышенную скорость обмена. Кэш-память. cache Кэш-памятью управляет специальное устройство - контроллер, который, анализируя выполняемую программу, пытается предвидеть, какие данные и команды вероятнее всего понадобятся в ближайшее время процессору, и подкачивает их в кэш-память.

При этом возможны как попадания, так и промахи. В случае попадания, то есть, если в кэш подкачаны нужные данные, извлечение их из памяти происходит без задержки. Если же требуемая информация в кэше отсутствует, то процессор считывает её непосредственно из оперативной памяти. Соотношение числа попаданий и промахов определяет эффективность кэширования.

Кэш-память реализуется на микросхемах статической памяти SRAM Static RAM , более быстродействующих, дорогих и малоёмких, чем DRAM. Современные микропроцессоры имеют встроенную кэш-память, так называемый кэш первого уровня размером 8-16 Кбайт. Кроме того, на системной плате компьютера может быть установлен кэш второго уровня ёмкостью от 64 Кбайт до 256 Кбайт и выше. Специальная память. К устройствам специальной памяти относятся постоянная память ROM , перепрограммируемая постоянная память Flash Memory, память CMOS RAM, питаемая от батарейки, видеопамять и некоторые другие виды памяти ROM, Read Only Memory Flash Memory Прежде всего в постоянную память записывают программу управления работой самого процессора.

В ПЗУ находятся программы управления дисплеем, клавиатурой, принтером, внешней памятью, программы запуска и остановки компьютера, тестирования устройств. Важнейшая микросхема постоянной или Flash-памяти - модуль BIOS. BIOS Basic Input Output System Роль BIOS двоякая с одной стороны это неотъемлемый элемент аппаратуры Hardware, а с другой строны - важный модуль любой операционной системы Software. Разновидность постоянного ЗУ - CMOS RAM. CMOS RAM Содержимое CMOS изменяется специальной программой Setup, находящейся в BIOS англ. Set-up - устанавливать, читается сетап. Для хранения графической информации используется видеопамять.

VRAM Внешняя память. Внешняя память ВЗУ предназначена для длительного хранения программ и данных, и целостность её содержимого не зависит от того, включен или выключен компьютер. В отличие от оперативной памяти, внешняя память не имеет прямой связи с процессором.

Информация от ВЗУ к процессору и наоборот циркулирует примерно по следующей цепочке В состав внешней памяти компьютера входят - накопители на жёстких магнитных дисках - накопители на гибких магнитных дисках - накопители на компакт-дисках - накопители на магнито-оптических компакт-дисках - накопители на магнитной ленте стримеры и др. Накопители на гибких магнитных дисках, floppy disk Дискета состоит из круглой полимерной подложки, покрытой с обеих сторон магнитным окислом и помещенной в пластиковую упаковку, на внутреннюю поверхность которой нанесено очищающее покрытие.

В упаковке сделаны с двух сторон радиальные прорези, через которые головки считывания записи накопителя получают доступ к диску. Способ записи двоичной информации на магнитной среде называется магнитным кодированием. Он заключается в том, что магнитные домены в среде выстраиваются вдоль дорожек в направлении приложенного магнитного поля своими северными и южными полюсами.

Обычно устанавливается однозначное соответствие между двоичной информацией и ориентацией магнитных доменов. Информация записывается по концентрическим дорожкам трекам, которые делятся на секторы. Количество дорожек и секторов зависит от типа и формата дискеты. Сектор хранит минимальную порцию информации, которая может быть записана на диск или считана. Ёмкость сектора постоянна и составляет 512 байтов.

Рис. 3. Поверхностьмагнитного диска. На дискете можно хранить от 360 Килобайт до 2,88 Мегабайт информации. В настоящее время наибольшее распространение получили дискеты со следующими характеристиками диаметр 3,5 дюйма 89 мм, ёмкость 1,44 Мбайт, число дорожек 80, количество секторов на дорожках 18. Дискета устанавливается в накопитель на гибких магнитных дисках англ. floppy-disk drive, автоматически в нем фиксируется, после чего механизм накопителя раскручивается до частоты вращения 360 мин-1. В накопителе вращается сама дискета, магнитные головки остаются неподвижными.

Дискета вращается только при обращении к ней. Накопитель связан с процессором через контроллер гибких дисков. Накопители на жестких магнитных дисках Если гибкие диски - это средство переноса данных между компьютерами, то жесткий диск - информационный склад компьютера. HDD - Hard Disk Drive Рис. 4. Винчестерский накопитель со снятой крышкой корпуса. Как и у дискеты, рабочие поверхности платтеров разделены на кольцевые концентрические дорожки, а дорожки - на секторы.

Головки считывания-записи вместе с их несущей конструкцией и дисками заключены в герметически закрытый корпус, называемый модулем данных. При установке модуля данных на дисковод он автоматически соединяется с системой, подкачивающей очищенный охлажденный воздух. Поверхность платтера имеет магнитное покрытие толщиной всего лишь в 1,1 мкм, а также слой смазки для предохранения головки от повреждения при опускании и подъёме на ходу. При вращении платтера над ним образуется воздушный слой, который обеспечивает воздушную подушку для зависания головки на высоте 0,5 мкм над поверхностью диска. Винчестерские накопители имеют очень большую ёмкость от сотен Мегабайт до десятков Гбайт или даже сотни Гбайт. У современных моделей скорость вращения шпинделя достигает 5600 - 7200 оборотов в минуту, среднее время поиска данных - 10 мс, максимальная скорость передачи данных до 40 Мбайт с. В отличие от дискеты, винчестерский диск вращается непрерывно. Винчестерский накопитель связан с процессором через контроллер жесткого диска.

Все современные накопители снабжаются встроенным кэшем 64 Кбайт и более, который существенно повышает их производительность.

Накопители на компакт-дисках CD-ROM состоит из прозрачной полимерной основы диаметром 12 см и толщиной 1,2 мм. Одна сторона покрыта тонким алюминиевым слоем, защищенным от повреждений слоем лака. Двоичная информация представляется последовательным чередованием углублений pits - ямки и основного слоя land - земля. На одном дюйме 2,54 см по радиусу диска размещается 16 тысяч дорожек с информацией.

Для сравнения - на дюйме по радиусу дискеты всего лишь 96 дорожек. Ёмкость CD до 780 Мбайт. Информация заносится на диск на заводе и не может быть изменена. Достоинства CD-ROM При малых физических размерах CD- ROM обладают высокой информационной ёмкостью, что позволяет использовать их в справочных системах и в учебных комплексах с богатым иллюстративным материалом один CD, имея размеры примерно дискеты, по информационному объёму равен почти 500 таким дискетам Считывание информации с CD происходит с высокой скоростью, сравнимой со скоростью работы винчестера CD просты и удобны в работе, практически не изнашиваются CD не могут быть поражены вирусами На CD-ROM невозможно случайно стереть информацию Стоимость хранения данных в расчете на 1 Мбайт низкая.

В отличие от магнитных дисков, компакт-диски имеют не множество кольцевых дорожек, а одну - спиральную, как у грампластинок.

В связи с этим, угловая скорость вращения диска не постоянна. Она линейно уменьшается в процессе продвижения читающей магнитной головки к центру диска. Для работы с CD ROM нужно подключить к компьютеру накопитель CD-ROM CD-ROM Drive, в котором компакт-диски сменяются как в обычном проигрывателе. Накопители CD-ROM часто называют проигрывателями CD-ROM или приводами CD-ROM. Участки CD, на которых записаны символы 0 и 1 , отличаются коэффициентом отражения лазерного луча, посылаемого накопителем CD-ROM. Эти отличия улавливаются фотоэлементом, и общий сигнал преобразуется в соответствующую последовательность нулей и единиц.

Многие накопители CD-ROM способны воспроизводить обычные аудио-CD. Это позволяет пользователю, работающему за компьютером, слушать музыку в фоновом режиме. Есть CD-RW для записи на специальные компакт диски CD-R от 650 - 700 Mb и CD-RW для неоднократной записи емкостью от 650 - 700 Mb. Со временем на смену CD-ROM могут прийти цифровые видеодиски DVD читается ди-ви-ди. Эти диски имеют тот же размер, что и обычные CD, но вмещают до 28 Гбайт данных, т.е. по объёму заменяют семь и более стандартных дисков CD-ROM. В скором времени ёмкость дисков DVD возрастет до 48 Гбайт. DVD диски бывают 1, 2 и 4-х слойные, для проигрывания DVD дисков необходим DVD-ROM. Записывающие оптические и магнитооптические накопители Накопитель на магнитооптических компакт-дисках СD-MO Compact Disk-Magneto Optical. Диски СD-MO можно многократно использовать для записи, но они не читаются на традиционных дисководах CD-ROM. Ёмкость от 128 Мбайт до 2,6 Гбайт. Записывающий накопитель CD-R Compact Disk Recordable способен, наряду с прочтением обычных компакт- дисков, записывать информацию на специальные оптические диски. Ёмкость 650 Мбайт. Накопитель WARM Write And Read Many times, позволяет производить многократную запись и считывание.

Накопитель WORM Write Once, Read Many times, позволяет производить однократную запись и многократное считывание.

Накопитель ZIP и JAZZ на дисках емкостью от 100 Mb до 2,2 Gb. Накопители на магнитной ленте стримеры и накопители на сменных дисках tape streamer 1 - 2 ? Стримеры позволяют записать на небольшую кассету с магнитной лентой огромное количество информации.

Встроенные в стример средства аппаратного сжатия позволяют автоматически уплотнять информацию перед её записью и восстанавливать после считывания, что увеличивает объём сохраняемой информации.

Недостатком стримеров является их сравнительно низкая скорость записи, поиска и считывания информации. В последнее время всё шире используются накопители на сменных дисках, которые позволяют не только увеличивать объём хранимой информации, но и переносить информацию между компьютерами. Объём сменных дисков - от сотен Мбайт до нескольких Гигабайт. IV. Основные внешние устройства ПК. Клавиатура служит для ввода информации в компьютер и подачи управляющих сигналов.

Она содержит стандартный набор алфавитно-цифровых клавиш и некоторые дополнительные клавиши - управляющие и функциональные, клавиши управления курсором, а также малую цифровую клавиатуру. Курсор - светящийся символ на экране монитора, указывающий позицию, на которой будет отображаться следующий вводимый с клавиатуры знак. Все символы, набираемые на клавиатуре, немедленно отображаются на мониторе в позиции курсора. Наиболее распространена сегодня 101-клавишная клавиатура c раскладкой клавиш QWERTY читается кверти, названная так по клавишам, расположенным в верхнем левом ряду алфавитно-цифровой части клавиатуры Такая клавиатура имеет 12 функциональных клавиш, расположенных вдоль верхнего края. Нажатие функциональной клавиши приводит к посылке в компьютер не одного символа, а целой совокупности символов.

Функциональные клавиши могут программироваться пользователем. Например, во многих программах для получения помощи подсказки задействована клавиша F1, а для выхода из программы - клавиша F10. Управляющие клавиши имеют следующее назначение Enter - клавиша ввода Esc Escape - выход клавиша для отмены каких-либо действий, выхода из программы, из меню и т.п. Ctrl и Alt - эти клавиши самостоятельного значения не имеют, но при нажатии совместно с другими управляющими клавишами изменяют их действие Shift регистр - обеспечивает смену регистра клавиш верхнего на нижний и наоборот Insert вставлять - переключает режимы вставки новые cимволы вводятся посреди уже набранных, раздвигая их и замены старые символы замещаются новыми Delete удалять - удаляет символ с позиции курсора Back Space или - удаляет символ перед курсором Home и End - обеспечивают перемещение курсора в первую и последнюю позицию строки, соответственно Page Up и Page Down - обеспечивают перемещение по тексту на одну страницу один экран назад и вперед, соответственно Tab - клавиша табуляции, обеспечивает перемещение курсора вправо сразу на несколько позиций до очередной позиции табуляции Caps Lock - фиксирует верхний регистр, обеспечивает ввод прописных букв вместо строчных Print Screen - обеспечивает печать информации, видимой в текущий момент на экране.

Длинная нижняя клавиша без названия - предназначена для ввода пробелов.

Клавиши и служат для перемещения курсора вверх, вниз, влево и вправо на одну позицию или строку.

Малая цифровая клавиатура используется в двух режимах - ввода чисел и управления курсором. Переключение этих режимов осуществляется клавишей Num Lock. Клавиатура содержит встроенный микроконтроллер местное устройство управления, который выполняет следующие функции - последовательно опрашивает клавиши, считывая введенный сигнал и вырабатывая двоичный скан-код клавиши - управляет световыми индикаторами клавиатуры - проводит внутреннюю диагностику неисправностей - осуществляет взаимодействие с центральным процессором через порт ввода-вывода клавиатуры. Клавиатура имеет встроенный буфер - промежуточную память малого размера, куда помещаются введённые символы.

В случае переполнения буфера нажатие клавиши будет сопровождаться звуковым сигналом - это означает, что символ не введён отвергнут. Работу клавиатуры поддерживают специальные программы, зашитые в BIOS, а также драйвер клавиатуры, который обеспечивает возможность ввода русских букв, управление скоростью работы клавиатуры и др. Видеосистема компьютера состоит из трех компонент - монитор называемый также дисплеем - видеоадаптер - программное обеспечение драйверы видеосистемы. Видеоадаптер посылает в монитор сигналы управления яркостью лучей и синхросигналы строчной и кадровой развёрток. Монитор преобразует эти сигналы в зрительные образы.

А программные средства обрабатывают видеоизображения - выполняют кодирование и декодирование сигналов, координатные преобразования, сжатие изображений и др Подавляющее большинство мониторов сконструированы на базе электронно-лучевой трубки ЭЛТ , и принцип их работы аналогичен принципу работы телевизора.

Мониторы бывают алфавитно-цифровые и графические, монохромные и цветного изображения.

Современные компьютеры комплектуются, как правило, цветными графическими мониторами. Основной элемент дисплея - электронно-лучевая трубка. Её передняя, обращенная к зрителю часть с внутренней стороны покрыта люминофором - специальным веществом, способным излучать свет при попадании на него быстрых электронов. 5. Люминофор наносится в виде наборов точек трёх основных цветов - красного, зелёного и синего.

Эти цвета называют основными, потому что их сочетаниями в различных пропорциях можно представить любой цвет спектра. Наборы точек люминофора располагаются по треугольным триадам. Триада образует пиксел - точку, из которых формируется изображение англ. pixel - picture element, элемент картинки. Расстояние между центрами пикселов называется точечным шагом монитора. Это расстояние существенно влияет на чёткость изображения. Чем меньше шаг, тем выше чёткость. Обычно в цветных мониторах шаг составляет 0,24 мм. При таком шаге глаз человека воспринимает точки триады как одну точку сложного цвета. На противоположной стороне трубки расположены три по количеству основных цветов электронные пушки.

Все три пушки нацелены на один и тот же пиксел, но каждая из них излучает поток электронов в сторону своей точки люминофора. Чтобы электроны беспрепятственно достигали экрана, из трубки откачивается воздух, а между пушками и экраном создаётся высокое электрическое напряжение, ускоряющее электроны.

Перед экраном на пути электронов ставится маска - тонкая металлическая пластина с большим количеством отверстий, расположенных напротив точек люминофора. Маска обеспечивает попадание электронных лучей только в точки люминофора соответствующего цвета. Величиной электронного тока пушек и, следовательно, яркостью свечения пикселов, управляет сигнал, поступающий с видеоадаптера. 6. На ту часть колбы, где расположены электронные пушки, надевается отклоняющая система монитора, которая заставляет электронный пучок пробегать поочерёдно все пикселы строчку за строчкой от верхней до нижней, затем возвращаться в начало верхней строки и т.д. Количество отображённых строк в секунду называется строчной частотой развертки.

А частота, с которой меняются кадры изображения, называется кадровой частотой развёртки. Последняя не должна быть ниже 60 Гц, иначе изображение будет мерцать. Наряду с традиционными ЭЛТ-мониторами все шире используются плоские жидкокристаллические ЖК мониторы.

Жидкие кристаллы - это особое состояние некоторых органических веществ, в котором они обладают текучестью и свойством образовывать пространственные структуры, подобные кристаллическим. Жидкие кристаллы могут изменять свою структуру и светооптические свойства под действием электрического напряжения. Меняя с помощью электрического поля ориентацию групп кристаллов и используя введённые в жидкокристаллический раствор вещества, способные излучать свет под воздействием электрического поля, можно создать высококачественные изображения, передающие более 15 миллионов цветовых оттенков.

Большинство ЖК-мониторов использует тонкую плёнку из жидких кристаллов, помещённую между двумя стеклянными пластинами. Заряды передаются через так называемую пассивную матрицу - сетку невидимых нитей, горизонтальных и вертикальных, создавая в месте пересечения нитей точку изображения несколько размытого из-за того, что заряды проникают в соседние области жидкости. Активные матрицы вместо нитей используют прозрачный экран из транзисторов и обеспечивают яркое, практически не имеющее искажений изображение.

Панель при этом разделена на 308160 642х480 независимых ячеек, каждая из которых состоит из четырех частей для трёх основных цветов и одна резервная. Таким образом, экран имеет почти 1,25 млн точек, каждая из которых управляется собственным транзистором. По компактности такие мониторы не знают себе равных. Они занимают в 2 - 3 раза меньше места, чем мониторы с ЭЛТ и во столько же раз легче потребляют гораздо меньше электроэнергии и не излучают электромагнитных волн, воздействующих на здоровье людей.

Разновидность монитора - сенсорный экран. Здесь общение с компьютером осуществляется путём прикосновения пальцем к определённому месту чувствительного экрана. Этим выбирается необходимый режим из меню, показанного на экране монитора. Меню - это выведенный на экран монитора список различных вариантов работы компьютера, по которому можно сделать конкретный выбор.

Сенсорными экранами оборудуют рабочие места операторов и диспетчеров, их используют в информационно-справочных системах и т.д. Видеоадаптер - это электронная плата, которая обрабатывает видеоданные текст и графику и управляет работой дисплея. Содержит видеопамять, регистры ввода вывода и модуль BIOS. Посылает в дисплей сигналы управления яркостью лучей и сигналы развертки изображения. Наиболее распространенный видеоадаптер на сегодняшний день - адаптер SVGA Super Video Graphics Array - супервидеографический массив, который может отображать на экране дисплея 1280х1024 пикселей при 256 цветах и 1024х768 пикселей при 16 - 32 миллионах цветов.

С увеличением числа приложений, использующих сложную графику и видео, наряду с традиционными видеоадаптерами широко используются разнообразные устройства компьютерной обработки видеосигналов Графические акселераторы ускорители - специализированные графические сопроцессоры, увеличивающие эффективность видеосистемы. Их применение освобождает центральный процессор от большого объёма операций с видеоданными, так как акселераторы самостоятельно вычисляют, какие пиксели отображать на экране и каковы их цвета.

Фрейм-грабберы, которые позволяют отображать на экране компьютера видеосигнал от видеомагнитофона, камеры, лазерного проигрывателя и т. п с тем, чтобы захватить нужный кадр в память и впоследствии сохранить его в виде файла. TV-тюнеры - видеоплаты, превращающие компьютер в телевизор. TV-тюнер позволяет выбрать любую нужную телевизионную программу и отображать ее на экране в масштабируемом окне. Таким образом можно следить за ходом передачи, не прекращая работу.

Аудиоадаптер Sound Blaster или звуковая плата это специальная электронная плата, которая позволяет записывать звук, воспроизводить его и создавать программными средствами с помощью микрофона, наушников, динамиков, встроенного синтезатора и другого оборудования. Аудиоадаптер содержит в себе два преобразователя информации - аналого-цифровой, который преобразует непрерывные то есть, аналоговые звуковые сигналы речь, музыку, шум в цифровой двоичный код и записывает его на магнитный носитель - цифро-аналоговый, выполняющий обратное преобразование сохранённого в цифровом виде звука в аналоговый сигнал, который затем воспроизводится с помощью акустической системы, синтезатора звука или наушников.

Профессиональные звуковые платы позволяют выполнять сложную обработку звука, обеспечивают стереозвучание, имеют собственное ПЗУ с хранящимися в нём сотнями тембров звучаний различных музыкальных инструментов.

Звуковые файлы обычно имеют очень большие размеры. Так, трёхминутный звуковой файл со стереозвучанием занимает примерно 30 Мбайт памяти. Поэтому платы Sound Blaster, помимо своих основных функций, обеспечивают автоматическое сжатие файлов. Область применения звуковых плат - компьютерные игры, обучающие программные системы, рекламные презентации, голосовая почта voice mail между компьютерами, озвучивание различных процессов, происходящих в компьютерном оборудовании, таких, например, как отсутствие бумаги в принтере и т.п. Модем - устройство для передачи компьютерных данных на большие расстояния по телефонным линиям связи. Цифровые сигналы, вырабатываемые компьютером, нельзя напрямую передавать по телефонной сети, потому что она предназначена для передачи человеческой речи - непрерывных сигналов звуковой частоты.

Модем обеспечивает преобразование цифровых сигналов компьютера в переменный ток частоты звукового диапазона - этот процесс называется модуляцией, а также обратное преобразование, которое называется демодуляцией.

Отсюда название устройства модем - модулятор демодулятор. Рис. 7. Схема реализации модемной связи Для осуществления связи один модем вызывает другой по номеру телефона, а тот отвечает на вызов. Затем модемы посылают друг другу сигналы, согласуя подходящий им обоим режим связи. После этого передающий модем начинает посылать модулированные данные с согласованными скоростью количеством бит в секунду и форматом.

Модем на другом конце преобразует полученную информацию в цифровой вид и передает её своему компьютеру. Закончив сеанс связи, модем отключается от линии. Управление модемом осуществляется с помощью специального коммутационного программного обеспечения. Модемы бывают внешние, выполненные в виде отдельного устройства, и внутренние, представляющие собой электронную плату, устанавливаемую внутри компьютера. Почти все модемы поддерживают и функции факсов.

Факс - это устройство факсимильной передачи изображения по телефонной сети. Название факс произошло от слова факсимиле лат. fac simile - сделай подобное, означающее точное воспроизведение графического оригинала подписи, документа и т.д. средствами печати. Модем, который может передавать и получать данные как факс, называется факс-модемом. Манипуляторы мышь, джойстик и др это специальные устройства, которые используются для управления курсором. Мышь имеет вид небольшой коробки, полностью умещающейся на ладони.

Мышь связана с компьютером кабелем через специальный блок - адаптер, и её движения преобразуются в соответствующие перемещения курсора по экрану дисплея. В верхней части устройства расположены управляющие кнопки обычно их три, позволяющие задавать начало и конец движения, осуществлять выбор меню и т.п. Джойстик - обычно это стержень-ручка, отклонение которой от вертикального положения приводит к передвижению курсора в соответствующем направлении по экрану монитора.

Часто применяется в компьютерных играх. В некоторых моделях в джойстик монтируется датчик давления. В этом случае, чем сильнее пользователь нажимает на ручку, тем быстрее движется курсор по экрану дисплея. Трекбол - небольшая коробка с шариком, встроенным в верхнюю часть корпуса. Пользователь рукой вращает шарик и перемещает, соответственно, курсор. В отличие от мыши, трекбол не требует свободного пространства около компьютера, его можно встроить в корпус машины. Дигитайзер - устройство для преобразования готовых изображений чертежей, карт в цифровую форму.

Представляет собой плоскую панель - планшет, располагаемую на столе, и специальный инструмент - перо, с помощью которого указывается позиция на планшете. При перемещении пера по планшету фиксируются его координаты в близко расположенных точках, которые затем преобразуются в компьютере в требуемые единицы измерения. Принтеры печатающие устройства - это устройства вывода данных из ЭВМ, преобразующие информационные ASCII-коды в соответствующие им графические символы буквы, цифры, знаки и т.п. и фиксирующие эти символы на бумаге.

Принтеры являются наиболее развитой группой ВУ ПК, насчитывающей до 1000 различных модификаций. Принтеры разнятся между собой по различным признакам - цветность черно-белые и цветные - способ формирования символов знакопечатающие и знакосинтезирующие - принцип действия матричные, термические, струйные, лазерные - способы печати ударные, безударные и формирования строк последовательные, параллельные - ширина каретки с широкой 375 - 450 мм и узкой 250 мм кареткой - длина печатной строки 80 и 132 - 136 символов - набор символов вплоть до полного набора символов ASCII - скорость печати - разрешающая способность, наиболее употребительной единицей измерения является dpi dots per inch - количество точек на дюйм. Внутри ряда групп можно выделить по несколько разновидностей принтеров например, широко применяемые в ПК матричные знакосинтезирующие принтеры по принципу действия могут быть ударными, термографическими, электрографическими, электростатическими, магнитографическими и др. Среди ударных принтеров часто используются литерные, шаровидные, лепестковые типа ромашка, игольчатые матричные и др. Печать у принтеров может быть посимвольная, построчная, постраничная.

Скорость печати варьируется от 10-300 зн. с ударные принтеры до 500- 1000 зн. с и даже до нескольких десятков до 20 страниц в минуту безударные лазерные принтеры разрешающая способность - от 3 - 5 точек на миллиметр до 30 - 40 точек на миллиметр лазерные принтеры. Многие принтеры позволяют реализовать эффективный вывод графической информации с помощью символов псевдографики сервисные режимы печати плотная печать, печать с двойной шириной, с подчеркиванием, с верхними и нижними индексами, выделенная печать каждый символ печатается дважды, печать за два прохода второй раз символ печатается с незначительным сдвигом и многоцветная до 100 различных цветов и оттенков печать.

Матричные принтеры.

В матричных принтерах изображение формируется из точек Матричные принтеры могут работать в двух режимах - текстовом и графическом.

В текстовом режиме на принтер посылаются коды символов, которые следует распечатать, причем контуры символов выбираются из знакогенератора принтера. В графическом режиме на принтер пересылаются коды, определяющие последовательность и местоположение точек изображения. В игольчатых ударных матричных принтерах печать точек осуществляется тонкими иглами, ударяющими бумагу через красящую ленту.

Каждая игла управляется собственным электромагнитом. Печатающий узел перемещается в горизонтальном направлении, и знаки в строке печатаются последовательно. Многие принтеры выполняют печать как при прямом, так и при обратном ходе. Количество иголок в печатающей головке определяет качество печати. Недорогие принтеры имеют 9 игл. Матрица символов в таких принтерах имеет размерность 7х9 или 9х9 точек. Более совершенные матричные принтеры имеют 18 игл и даже 24. Качество печати матричных принтеров определяется также возможностью вывода точек в процессе печати с частичным перекрытием за несколько проходов печатающей головки. Для текстовой печати а общем случае имеются следующие режимы, характеризующиеся различным качеством печати - режим черновой печати Draft - режим печати, близкий к типографскому NLQ - Near-Letter-Quality - режим с типографским качеством печати LQ - Letter-Quality - сверхкачественный режим SLQ - Super Letter-Qublity. Примечание.

Режимы LQ н SLQ поддерживаются только струйными и лазерными принтерами. В принтерах с различным числом иголок эти режимы реализуются по-разному.

В 9-игольчатых принтерах печать в режиме Draft выполняется за один проход печатающей головки по строке. Это самый быстрый режим печати, но зато имеет самое низкое качество. Режим NLQ реализуются за два прохода после первого прохода головки бумага протягивается на расстояние, соответствующее половинному размеру точки затем совершается второй проход с частичным перекрытием точек. При этом скорость печати уменьшается вдвое.

Матричные принтеры, как правило, поддерживают несколько шрифтов и их разновидностей, среди которых получили широкое распространение roman мелкий шрифт пишущей машинки, italic курсив, bold-face полужирный, expanded растянутый, elite полусжатый, condenced сжатый, pica прямой шрифт - цицеро, courier курьер, san serif рубленый шрифт сенсериф, serif сериф, prestige elite престиж-элита и пропорциональный шрифт ширина поля, отводимого под символ, зависит от ширины символа. Переключение режимов работы матричных принтеров и смена шрифтов могут осуществляться как программно, так и аппаратно путем нажатия имеющихся на устройствах клавиш и или соответствующей установки переключателей.

Быстродействие матричных принтеров при печати текста в режиме Draft находится в пределах 100-300 символов с, что соответствует примерно двум страницам в минуту с учетом смены листов. Лазерные принтеры.

В них применяется электрографический способ формирования изображений, используемый в одноименных копировальных аппаратах. Лазер служит для создания сверхтонкого светового луча, вычерчивающего на поверхности предварительно заряженного светочувствительного барабана контуры невидимого точечного электронного изображения - электрический заряд стекает с засвеченных лучом лазера точек на поверхности барабана. После проявления электронного изображения порошком красителя тонера, налипающего на разряженные участки, выполняется печать - перенос тонера с барабана на бумагу и закрепление изображения на бумаге разогревом тонера до его расплавления.

Лазерные принтеры обеспечивают наиболее качественную печать с разрешением до 50 точек мм 1200 dpi и скорость печати до 1000 зн. с. Широко используются цветные лазерные принтеры. Например, лазерный принтер фирмы Tektronix США Phaser 550 имеет разрешение и по горизонтали, и по вертикал 1200 dpi скорость цветной печати - 5 страниц формата А4 в минуту, скорость монохромной печати - 14 стр. мин. К МП принтеры могут подключится и через параллельный, и через последовательный порт. Параллельные порты используются для подключения параллельно работающих воспринимающих информацию сразу по байту принтеров.

Например, адаптеры типа Centronics позволяют подключать одновременно до трех принтеров. Последовательные порты 2 шт. служат для подключения последовательно работающих воспринимающих информацию последовательно по 1 биту принтеров, например адаптеры типа R3-232C стык С2 . Последовательное печатающее устройство вовсе не означает, что оно медленнодействующее.

Большинство принтеров используют параллельные порты. Многие быстродействующие принтеры имеют собственную буферную память емкостью до нескольких сотен килобайт. В