Архітектура комп’ютера. Конспект лекцій

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ  УКРАЇНИ

ДЕРЖАВНИЙ ВИЩИЙ НАВЧАЛЬНИЙ ЗАКЛАД

«ПРИАЗОВСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ»

МАРІУПОЛЬСЬКИЙ МЕХАНІКО-МЕТАЛУРГІЙНИЙ КОЛЕДЖ

Затверджено

Заст. директора

__________ Л.О. Рубан «____» __________ 2013 р.

КОНСПЕКТ ЛЕКЦІЙ

з дисципліни

«Архітектура комп’ютера»

Викладач Н.О. Красковська

Розглянуто і схвалено на засіданні циклової комісії

«Розробка програмного забезпечення»

Голова __________ /Красковська Н.О./

Протокол № ____ від «____» _____________ 2013 р.

Маріуполь

2013

ЛЕКЦІЯ №1

Дисципліна:«Архітектура комп’ютера»Блок змістовних модулів: 3.08 Архітектура комп'ютераМодуль змістовний:КЗП.20.01 Представлення данихМодульна одиниця:Історія розвитку. Класи обчислювальних машин

План лекції:

  1.  Історія розвитку
  2.  Покоління ЕОМ.
  3.  Основні класи сучасних ЕОМ

  1.  Історія розвитку. Технічні передумови та практичні потреби створення ЕОМ

Основними технічними передумовами створення ЕОМ є розвиток електроніки і досвід, накопичений у процесі розробки рахункових і лічильно-аналітичних машин на перфокартах .

1.1 Механічні рахункові машини

Перші спроби полегшити процес обчислень людство зробило вже на самому початку свого свідомого діяльності. Спочатку виконувався «рахунок на пальцях», потім на зміну пальцях прийшли палички, кісточки на дроті (рахунки ) , а пізніше більш зручні для обчислень лічильні механізми , механічні лічильні машинки і т. д.

1.2 Електромеханічні рахункові машини

Наприкінці XIX століття у зв'язку з розвитком науки і техніки потреба в рахункових машинах настільки зросла, що її перестали задовольняти і арифмометри й інші типи механічних рахункових машин.

Оскільки до цього часу достатньо хороший розвиток отримала теорія електрики, і зокрема теорія слабких струмів, перспективним напрямом розвитку лічильних машин стало використання в них електричних і електромеханічних компонентів.

Цей напрямок призвело до створення класу електричних , а потім електронних клавішних машин, інформація в які вводилася вручну за допомогою клавіатури (підвищилася швидкість і точність обчислень, але недостатньою залишалася ступінь автоматизації обчислень) .

Використання електрики в пристроях введення і виведення інформації при використанні перфокарт ( підвищилася швидкість введення і виведення інформації та автоматизація обчислень , оскільки на перфокарти наносилася не тільки числова , але і програмна інформація ) .

1.3 Електронні обчислювальні машини

Перша електронна обчислювальна машина на основі електронних вакуумних ламп з ниткою розжарювання була створена на замовлення артилеристів в Пенсильванському університеті в 1946 році - машина ENIAC ( Electronic Numeral Integrator and Computer ) .

На початку 50-х за замовленням атомників в 1951 році в Києві під керівництвом академіка С. А. Лебедєва була створена перша вітчизняна машина МЕСМ (мала електронна лічильна машина) ; в 1952 році БЕСМ (велика ЕСМ , що мала пізніше продовження БЕСМ- 2 , БЕСМ -4 , БЕСМ- 6) .

  1.  Покоління ЕОМ.

Можна виділити 4 основні покоління ЕОМ. Але поділ комп'ютерної техніки на покоління - дуже умовна, нестрогая класифікація за ступенем розвитку апаратних і програмних засобів, а також способів спілкування з комп'ютером.

ПОКОЛІННЯ   ЭОМХАРАКТЕРИСТИКИ IIIIIIIVРоки примінення  1946-19581958-19641964-19721972 – сучасний часОсновний елемент  Эл.лампаТранзисторІСБІСКількість ЕОМ у світі (шт.)ДесяткиТисячіДесятки тисячМіліониШвидкодія (операцій в секунду) 103-144104-106105-107106-108Носій інформації Перфокарта, ПерфолентаМагнітна лінтаДискГибкий або лазерний дискРозміри ЕОМ  ВеликіЗначно меншеМіні-ЕОМ

3 Основні класи сучасних ЕОМ

Електронна обчислювальна машина (ЕОМ), комп'ютер - комплекс технічних засобів , призначених для автоматичної обробки інформації в процесі вирішення обчислювальних та інформаційних задач .

Обчислювальні машини можуть бути класифіковані по ряду ознак , зокрема:

  •  за принципом дії ;
  •  етапах створення і елементній базі ;
  •  призначенням;
  •  способом організації обчислювального процесу;
  •  розміром і обчислювальної потужності;
  •  функціональним можливостям.

- За принципом дії обчислювальні машини діляться на три великі класи (рисунок 1) : аналогові , цифрові та гібридні .

 

Рисунок 1 - Класифікація обчислювальних машин за принципом дії

Критерієм поділу обчислювальних машин на ці три класи є форма подання інформації , з якою вони працюють (рисунок 4) :

1 ЦВМ (цифрові обчислювальні машини), або обчислювальні машини дискретної дії, працюють з інформацією, представленою в дискретної, а точніше , в цифровій формі.

2 АВМ (аналогові обчислювальні машини) , або обчислювальні машини не переривчастої дії , працюють з інформацією, представленою в безперервній (аналоговій) формі, тобто у вигляді безперервного ряду значень будь-якої фізичної величини (найчастіше електричного напруги) .

3 ГВМ (гібридні обчислювальні машини), або обчислювальні машини комбінованої дії , працюють з інформацією, представленою і в цифровій , і в аналоговій формі ; вони поєднують в собі переваги АВМ і ЦВМ . ГВМ доцільно використовувати для вирішення завдань управління складними швидко діючими технічними комплексами.

 

Рисунок 2 - Дві форми подання інформації в обчислювальних машинах

В економіці (та й в науці і техніці) найбільш широке застосування отримали ЦВМ з електричним поданням дискретної інформації - електронні цифрові обчислювальні машини , зазвичай звані просто електронними обчислювальними машинами (ЕОМ) , без згадки про їх цифровому характері.

- По етапах створення і елементній базі комп'ютери умовно діляться на покоління.

- За призначенням комп'ютери можна розділити на три групи (рисунок 3):

1  універсальні (загального призначення);

2 проблемно-орієнтовані ;

3 спеціалізовані .

Рисунок  3 - Класифікація комп'ютерів за призначенням

Універсальні комп'ютери призначені для вирішення найрізноманітніших інженерно-технічних, економічних, математичних, інформаційних та їм подібних завдань.

Проблемно-орієнтовані комп'ютери призначені для вирішення більш вузького кола завдань, пов'язаних , як правило, з управлінням технологічними об'єктами і процесами; реєстрацією, накопиченням і обробкою відносно невеликих обсягів даних; виконанням розрахунків за відносно нескладним алгоритмам. Вони володіють обмеженими, порівняно з універсальними комп'ютерами, апаратними та програмними ресурсами .

Спеціалізовані комп'ютери призначені для вирішення певного вузького кола завдань або реалізації строго певної групи функцій. Така вузька орієнтація комп'ютерів дозволяє чітко спеціалізувати їх структуру , істотно знизити їх складність і вартість при збереженні високої продуктивності і надійності роботи . До спеціалізованих комп'ютерів можна віднести, наприклад , програмовані мікропроцесори спеціального призначення; адаптери та контролери.

За розмірами і обчислювальній потужності комп'ютери можна розділити на наступні класи (рисунок 4) :

1 надвеликі (суперкомп'ютери , суперЕОМ ) ;

2 великі;

3 малі;

4 надмалі ( мікрокомп'ютери або мікроЕОМ ) .

Рисунок 4 - Класифікація комп'ютерів за розмірами і обчислювальної потужності

Функціональні можливості комп'ютерів обумовлені наступними найважливішими техніко-експлуатаційними характеристиками:

- швидкодія ( вимірюється усередненим кількістю операцій , виконуваних машиною за одиницю часу);

- розрядність та форми подання чисел, з якими оперує комп'ютер;

- номенклатура , ємність і швидкодія всіх запам'ятовуючих пристроїв;

- номенклатура і техніко-економічні характеристики зовнішніх пристроїв зберігання , обміну та введення-виведення інформації ;

- типи і пропускна здатність пристроїв зв'язку і сполучення вузлів комп'ютера між собою ( типи використовуваних внутрішньомашинних інтерфейсів ) ;

- здатність комп'ютера одночасно працювати з декількома користувачами і виконувати паралельно кілька програм ( багатозадачність ) ;

- типи та техніко-експлуатаційні характеристики операційних систем , що використовуються в машині ;

- наявність і функціональні можливості програмного забезпечення;

- здатність виконувати програми, написані для інших типів комп'ютерів (програмна сумісність з іншими типами комп'ютерів) ;

- система і структура машинних команд ;

- можливість підключення до каналів зв'язку і до обчислювальних мереж ;

- експлуатаційна надійність комп'ютера.

Контрольні питання:

  1.  Назвіть технічні передумови розвитку ЕОМ.
  2.  Назвіть покоління ЕОМ .
  3.  Що таке ЕОМ?
  4.  Назвіть ознаки, за якими класифікують ЕОМ
  5.  Які є ЕОМ за принципом дії?
  6.  Як є форми подання інформації?
  7.  На які групи діляться комп’ютери за призначенням?
  8.  На які класи діляться ЕОМ за розмірами і обчислювальній потужності?
  9.  Назвіть техніко-експлуатаційні характеристики комп’ютерів.

Література:

  1.  Максимов Н.В., Партыка Т.Л., Попов И.И. Архитектура ЭВМ и вычислительных систем: Учебник. – М.: ФОРУМ: ИНФРА-М, 2005. – 512 с.  
  2.  Э. Таненбаум. Архитектура компьютера. 5-е издание, Питер, 2007.– 830 с.
  3.  http://userdocs.ru/informatika/8803/index.html?page=6

ЛЕКЦІЯ №2

Дисципліна:«Архітектура комп’ютера»Блок змістовних модулів: 3.08 Архітектура комп'ютераМодуль змістовний:КЗП.20.01 Представлення данихМодульна одиниця:Фізичне представлення обробляємої інформації

План лекції:

1 Поняття інформації

2 Класифікація інформації.

3 Способи представлення інформації

4 Форми представлення чисел

1 Поняття інформації

У побуті інформацією називають будь-які дані чи факти , які кого або цікавлять ( повідомлення про яких або події , про чию-небудь діяльність) .

У техніці під інформацією розуміють повідомлення , передані у формі знаків або сигналів.

У кібернетиці під інформацією розуміють ту частину знань , яка використовується для орієнтування , активної дії , управління, тобто в цілях збереження , вдосконалення , розвитку системи.

2 Класифікація інформації.

Інформація може класифікуватися по:

а ) ознаками, що відображає структуру даних і форму подання інформації (за рівнями складності (сигнал , повідомлення документ , інформаційний масив), за типом сигналу ( аналогова , цифрова) , за способами кодування та подання (цифрова , символьна , графічна ), по організації даних ( таблична, текстова , графічна ) .

б) змістом предметної області застосування ( біржова і фінансова, комерційна , науково-технічна , правова , медична та ін.)

3 Способи представлення інформації

Першою технологічною формою отримання, передачі, зберігання інформації було аналогове (безперервне) подання звукового, оптичного, електричного або іншого сигналу (повідомлення). Магнітна аудіо-та відеозапис, фотографування, запис на вінілові грамплатівки, провідне й радіомовлення - основні способи збереження і передачі інформації в аналоговій формі.

Аналого-цифрове перетворення - АЦП полягає у формуванні послідовностей n - розрядних двійкових слів, що представляють із заданою точністю аналогові сигнали. АЦП виготовляються у вигляді інтегральних схем .

Дискретний (цифровий ) сигнал має кінцеве, зазвичай невеличке, число значень .

У цифрових системах використовуються двійкові сигнали, що мають значення + і - . Разом з тим , при передачі даних в більшості випадків застосовуються трійчастий сигнали: +, 0, - (рисунок 1). Тут «1» представляється відсутністю потенціалу в каналі, тоді як «0» характеризується позитивним або негативним імпульсом. При цьому полярність імпульсів , що представляють «0» повинна чергуватися, тобто за позитивним (+) повинен слідувати негативний ( -) і навпаки. Цифрові сигнали у порівнянні з аналоговими мають ряд переваг: завадостійкість , легкість відновлення форми, простота апаратури передачі.

 

Рисунок 1 – Двійникові та трійчасті сигнали

Найбільш популярним пристроєм з цифровим способом зберігання інформації є аудиокомпакт - диск ( digital audio CD ) (рисунок 2) .

Рисунок 2 – Кодування звукового сигналу

 У цьому випадку звуковий сигнал спочатку перетворюється в дискретну апроксимацію (багаторівневий ступінчастий сигнал), при цьому відбувається квантування в часі, який полягає у вимірюванні в дискретні проміжки часу необхідного параметра аналогового сигналу. Крім того здійснюється квантування по амплітуді. Елемент розбиття цього сигналу іменують квантом .

4 Форми представлення чисел.

У ЕОМ застосовуються дві форми подання чисел :

 - Природна форма , або форма з фіксованою комою - ФК ;

 - Нормальна форма , або форма з плаваючою комою - ПК .

У формі подання з фіксованою комою числа зображуються у вигляді послідовності цифр з постійним для всіх чисел становищем коми, що відокремлює цілу частину від дробової .

Наприклад , +00721,35500

+00000,00328

-10301,20260

Ця форма найбільш проста, але має невеликий діапазон представлення чисел і тому найчастіше неприйнятна при обчисленнях .

У пам'яті ЕОМ числа з фіксованою точкою зберігаються в трьох форматах:

а ) півслово - ( 16 біт або 2 байти);

б) слово - ( 32 біта або 4 байти);

в) подвійне слово - ( 64 біта або 8 байтів ) .

Негативні числа в ФК записуються в розрядну сітку в додаткових кодах.

У формі подання з плаваючою комою число зображується у вигляді двох груп цифр : мантиса і порядок.

Наприклад: +0,721335 103

+0,325 10-3

-0,32659336 105

Ця форма подання забезпечує великий діапазон відображення чисел і є основною в комп'ютерах.

10,3510 = 0,1035  10 +2

0,000072458 = 0,7245  8-4

F5C , 9B16 = 0 , F5C9B 16 +3

У пам'яті ЕОМ числа з плаваючою точкою зберігаються у двох форматах:

а ) слово - ( 32 біта або 4 батів ) ;

б) подвійне слово - ( 64 біта або 8 батів ) .

Контрольні питання:

  1.  Що собою представляє інформація у побуті?
  2.  Що собою представляє інформація у техніці?
  3.  Що собою представляє інформація у кібернетиці?
  4.  За якими ознаками класифікується інформація ?
  5.  У якій першою технологічній формі подавалася інформація ?
  6.  Що таке АЦП?
  7.  Які є способи кодування цифрових сигналів?
  8.  Як проходить кодування (оцифровка) аналогового звукового сигналу?
  9.  Які є форми подання чисел ?
  10.  Які з форм представлення чисел найбільш проста?
  11.  Яка з форм являється основною в комп’ютерах ?

Література:

1 Максимов Н.В., Партыка Т.Л., Попов И.И. Архитектура ЭВМ и вычислительных систем: Учебник. – М.: ФОРУМ: ИНФРА-М, 2005. – 512 с.  

2 Э. Таненбаум. Архитектура компьютера. 5-е издание, Питер, 2007. – 830 с.

3 Алексеев Е.Г., Богатырев С.Д. Мультимедийный электронный учебник: Архитектура ЭВМ, http://inf.e-alekseev.ru/text/Arhit.html

ЛЕКЦІЯ №3

Дисципліна:«Архітектура комп’ютера»Блок змістовних модулів: 3.08 Архітектура комп'ютераМодуль змістовний:КЗП.20.01 Представлення данихМодульна одиниця:Кодування  і обробка чисел. Двійникова система обчислення

План лекції:

1 Поняття систем числення

2 Поняття двійникової системи числення

3 Правила перекладу чисел у двійниковій системі числення

4 Арифметичні операції з двійниковими кодами

5 Двійникове кодування інформації, представленої в різній формі

1 Поняття систем числення

Система числення - це сукупність правил і прийомів зображення чисел цифровими знаками.

С.С. діляться на позиційні і непозиційної .

Непозиційна С.С. - це система, в якій положення символу не залежить від його значення (наприклад Римська С.С.: Х- 10 , L - 50 , С- 100 , D- 500 , M- 1000). Основний недолік непозиційної С.С. - велике число різних знаків і складність виконання арифметичних операцій .

Позиційна С.С. - система, в якій значення символу залежить від його місця в ряді чисел, що зображують число. ( 586 , 6 - кількість одиниць , 8 - кількість десятків , 5 - кількість сотень) .

Позиційна система числення характеризується підставою.

Підстава - це кількість знаків, або символів, що використовуються для запису числа.

2 Поняття двійникової системи числення

У двійковій системі вся інформація кодується двома стійкими станами, яким відповідають коди «0» і «1 ». Згідно цій системі кодування будь десяткове число представляється у вигляді послідовності нулів та одиниць. Як і в десятковій системі позиція цифри це є десять в якійсь мірі, так і в двійковій системі це є два в тій же мірі . Позиція цифри називається вагою.

Число, що стоїть в нульовій позиції (крайнє справа) називається найменшим значущим розрядом, а число що стоїть у максимальній позиції називається старшим значущим розрядом.

3 Правила перекладу чисел у двійниковій системі числення

Правила перекладу десяткового числа в двійкове :

1  Необхідно розділити десяткове число на 2 , залишок від ділення вважається найменшим значущим розрядом .

2  Результат ділення ділити на 2 , залишок помістити в наступну позицію.

3  Виконувати поділ до тих пір, поки результат не буде рівним нулю.

4 Записувати залишки від ділення справа на ліво .

 Приклад:  15  2

             14  7  2

              1   6  3   2                              1510 = 11112

                   1 2   1

                       1    

 

Правила перекладу двійкового числа в десяткове:

1. Знайти добуток відповідної цифри і числа 2 в ступені даної позиції.

2. Скласти все твори.

Приклад.  11112 = 1*23 + 1*22 + 1*21 +1*20 = 8+4+2+1  =15

4 Арифметичні операції з двійниковими кодами

Правила двійникової арифметики:

                        Складання                              Множення

Двійкові еквіваленти найбільш важливих систем числення

Двійникова(основание 2)Вісімкова (основание 8)Десяткова(основание 10)Шістнадцяткова(основание 16)00000000000000011001100011000120102001020010301130011300114100401004010051015010150101611060110601107111701117011181000810009100191001A1010B1011C1100D1101E1110F1111

Процес підсумовування в машинах здійснює спеціальний пристрій, званий суматором. Він також виконує процес віднімання, але для цього негативне число необхідно представити спеціальним чином, щоб згодом замінити знак різниці на знак суми.

Приклад: 25+12=37

11001

01100

      100101

Для того , щоб представити від'ємник як негативне число , необхідно:

1 Необхідно знайти його зворотний код. Для цього нулі замінюються на одиниці , а одиниці на нулі .

2  Знайти додатковий код числа. Для цього до зворотного коду необхідно додати 1 .

3 Числа повинні бути вісьмирозрядні . Якщо ні, то дописати нулі. Після цього скласти.

4 Якщо після складання в старшому розряді 0, то результат число позитивне , якщо 1 - то негативне.

5  Якщо ми отримали від'ємне число, то необхідно знайти його зворотний код , а потім додатковий , який буде модулем від'ємного числа.

Приклад: 12-25=-13

  1.  Знайдемо додатковий код числа 25.

11001

00110  обр. код 25

      1

00111        (-25)

  1.  Знайдемо різницю:

00001100

00000111

00010011   (-13)

  1.  Виконаємо перевірку:

10011

01100

       1

  1.  |-13|

Множення:   12*25=300

  11001

 1100

00000

                                            00000

                                          11001

                                        11001

                                      100101100

Ділення двійкових чисел здійснюється двома способами: або звичайне віднімання з заемом двійки у старшого розряду, або знаходячи двійковий код. Якщо різниця число позитивне, то знімаємо цифру наступного розряду, а якщо від'ємне, то в результат приписуємо 0 і знову виробляємо розподіл.

Ділення: 25/12=2,1

                                  11001   1100

                                  1100     10

                                          1

5 Двійникове кодування інформації, представленої в різній формі

5.1 Двійкове кодування мультимедіа інформації

Графічна інформація на екрані дисплея представляється у вигляді зображення , яке формується з точок (пікселів). Роздільна здатність (кількість точок на екрані дисплея) , а також кількість квітів залежать від відеоадаптера і можуть мінятися програмно .

Кольорові зображення можуть мати різні режими : 16 , 256 , 65536 ( high color), 16 777 216 ( true color ) кольорів.

Кількість біт на точку (піксель) , наприклад режиму high color , одно: I = log265536 = 16біт = 2 байти.

Найбільш поширеною роздільною здатністю екрану є 800 на 600 точок , тобто 480000 точок . Тоді необхідний для режиму high color обсяг відеопам'яті:

V = 2 байта × 480000 = 960000 байт = 937,5 Кбайт.

У відеопам'яті комп'ютера зберігається бітовий план, який є двійковим кодом зображення , звідси вона зчитується (не рідше 50 разів на сек.) і відображається на екрані.

5.2 Двійкове кодування звукової інформації.

При довічним кодуванні аналогового звукового сигналу безперервний сигнал дискретизується (оцифровується) тобто замінюється серією окремих вибірок . Якість двійкового кодування залежить від двох параметрів: кількості розпізнаваних дискретних рівнів сигналу і кількості вибірок в секунду. Наприклад обсяг моноаудіофайла з тривалістю звучання 1 с. при середній якості звуку ( 16 біт (карта вибірки ) , 22 кГц (частота дискретизації )) .

Для цього 16 біт * 22000 вибірок в сек. = 43 Кбайта .

5.3 Кодування відеоінформації .

У зв'язку з великим обсягом інформації, що міститься в відео потоці , для запису інформації в ЕОМ зазвичай застосовують стислий кодування даних на вході з використанням алгоритмів сімейства MPEG \ JPEG.

Контрольні питання:

1 Що таке система числення?

2 Що таке - позиційна система числення?

3 Що така підстава числа?

4 Що таке вага числа?

5 Що є найменшим значущим розрядом числа?

6 Назвіть правило перекладу десяткового числа в двійкове.

7 Назвіть правило перекладу двійкового числа в десяткове

8 Назвіть правила двійникового складання.

9 Назвіть правила двійникового множення.

10 Назвіть правила двійникового віднімання.

11 Назвіть правила двійникового ділення.

12 Як проводиться двійкове кодування мультимедіа інформації ?

13 Як проводиться двійкове кодування звукової інформації ?

14 Як проводиться двійкове кодування відеоінформації ?

Література:

1 Максимов Н.В., Партыка Т.Л., Попов И.И. Архитектура ЭВМ и вычислительных систем: Учебник. – М.: ФОРУМ: ИНФРА-М, 2005. – 512 с.  

2 Э. Таненбаум. Архитектура компьютера. 5-е издание, Питер, 2007. – 830 с.

3 Алексеев Е.Г., Богатырев С.Д. Мультимедийный электронный учебник: Архитектура ЭВМ, http://inf.e-alekseev.ru/text/Arhit.html

ЛЕКЦІЯ №4

Дисципліна:«Архітектура комп’ютера»Блок змістовних модулів: 3.08 Архітектура комп'ютераМодуль змістовний:КЗП.20.01 Представлення данихМодульна одиниця:Вісімкова  система обчислення. Шістнадцяткова система обчислення.

План лекції:

1 Вісімкова система числення

2 Шістнадцткова система числення

3 Правила перекладу чисел у 8-ій та 16-ій С.Ч.

1 Вісімкова система числення

Вісімкова система має підставу 8, тобто 23. Це додає системі компактність запису, тобто дає можливість кодувати трьохрозрядного двійкові коди. У даній системі використовують наступні цифри: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7.

2 Шістнадцткова система числення

Шістнадцяткова система має підставу 16, тобто 24. Шістнадцяткова система ще більш компактна, тобто дає можливість кодувати чотирирозрядні двійкові коди. У даній системі використовують наступні цифри і літери: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, B, C, D, E, F. Двійкові еквіваленти найбільш важливих систем числення

Двійникова(основание 2)Вісімкова (основание 8)Десяткова(основание 10)Шістнадцяткова(основание 16)00000000000000011001100011000120102001020010301130011300114100401004010051015010150101611060110601107111701117011181000810009100191001A1010B1011C1100D1101E1110F1111

3 Правила перекладу чисел у 8-ій та 16-ій С.Ч.

  1.  Розглянемо переклад з будь-якої системи числення (з будь-яким цілим числом в підставі) в десяткову. Для цього шукане число, наприклад, 123 потрібно записати за формулою запису числа, прийнятої у вихідній системі числення. Візьмемо для прикладу вісімкову систему. Виходячи з назви, підставою є цифра 8, це означає, що кожен розряд числа є ступенем підстави за зменшенням, в даному випадку це друга, перша і нульова ступінь (8 в нульової ступеня = 1). Числі 123 записується наступним чином: 1*8*8+2*8+3*1. Перемножте цифри і отримав 64+16 +3, у результаті — 83. Це число і буде поданням шуканого числа в десятковій системі числення.
  2.  Для шістнадцятковій системи розрахунок складніше. У ній окрім цифр у поданні беруть участь букви латинського алфавіту, тобто повний розряд складає цифри від 0 до 9 і букви від A до F. Наприклад, число 6B6 за формулою запису числа буде виглядати так: 6*16*16+11*16 +6*1, де В = 11. Перемножте цифри і отримаєте 1536 +176 +6, у результаті — 1718. Це — те ж число в десятковій системі числення.
  3.  Переклад з десяткової системи в вісімкову і шістнадцяткову проводиться шляхом послідовного розподілу на підставу (8 і 16) до тих пір, поки не залишиться число менше дільника. Залишки виписуються в зворотному порядку.
  4.  Переведемо число 123 з десяткової системи в вісімкову, залишки також пишуться в зворотному порядку. Ділите 123 на 8, виходить 15 і 3 в залишку, пишіть 3. Ділите 15 на 8, виходить 1 і 7 в залишку, пишіть 7. У старшому розряді пишіть залишилася 1. Підсумкове число — 173.
  5.  Переведемо число 123 з десяткової системи в шістнадцяткову. Ділите 123 на 16, виходить 7, 11 у залишку. Отже, цифра старшого розряду — 7, цифра 11 менше підстави і позначається буквою B. Отримуємо підсумкове число — 7B.
  6.  Для перекладу з двійкової системи в вісімкову або шістнадцяткову потрібно розбити вихідне число на четвірки або тріади по двійковій системі, а потім кожну з комбінацій (тріад або четвірок) замінити відповідною цифрою у підсумковій системі.

Приклад. Перевести число 7153 з вісімкової системи числення в десяткову.7153 = 7*83+1*82+5*81+3*80 = 3691Отже, (7153)8 = (3691)10Приклад. Перевести число A8E5 з шістнадцяткової системи числення в десяткову.A8E5 = A10*163+810*162+E10*161 + 510*160 = 10*163 + 8*162 + 14*161 + 5*1=43237.Отже, (A8E5)16 = (43237)10.

Переклад двійкового числа в восьмеричне:

1. Двійкове число розбивають на групи по три елементи (тріади), починаючи з молодшого значущого розряду.

2. Замість відсутніх дописують нулі.

3. Замість тріад записують відповідні числа від нуля до 7.

Приклад: 010  010  001  0102 = 22128

Переклад двійкового числа в шістнадцяткове:

1. Двійкове число розбивають на групи по чотири елементи (тетради), починаючи з молодшого значущого розряду.

2. Замість відсутніх дописують нулі.

3. Замість тетрад записують відповідні числа від нуля до 9 і букви.

Приклад: 0100  1000  10102 = 48А16

Контрольні питання:

1 Що собою представляє 8-а С.Ч.?

2 Що собою представляє 16-ва С.Ч.?

3 Як можна перекласти 10-ве число у 8-ве?

4 Як можна перекласти 10-ве число у 16-ве?

5 Як можна перекласти 8-ве число у 10-ве?

6 Як можна перекласти 16-ве число у 10-ве?

7 Як можна перекласти 2-ве число у 8-ве?

8 Як можна перекласти 2-ве число у 16-ве?

Література:

1 Максимов Н.В., Партыка Т.Л., Попов И.И. Архитектура ЭВМ и вычислительных систем: Учебник. – М.: ФОРУМ: ИНФРА-М, 2005. – 512 с.  

2 Мельник А.О. Архітектура комп’ютера . Наукове видання. – Луцьк: Волинська обласна друкарня, 2008. – 470 с.

3 В. Гуров, В. Чуканов. Видеокурс: Логические и арифметические основы и принципы работы ЭВМ -Открытый Интернет Университет Информационных технологий, http://www.intuit.ru/‎

ЛЕКЦІЯ №5

Дисципліна:«Архітектура комп’ютера»Блок змістовних модулів: 3.08 Архітектура комп'ютераМодуль змістовний:КЗП.20.01 Представлення данихМодульна одиниця:Загальні відомості про інтегральні мікросхеми

План лекції:

1 Поняття інтегральних мікросхем

2 Історія створення ІМС

3 Класифікація ІМС

4 Технологія виготовлення ІМС

1 Поняття інтегральних мікросхем

Мікроелектроніка - це галузь електроніки, що займається мініатюризацією електронної апаратури з метою зменшення її об'єму, маси, вартості, підвищення надійності та економічності на основі комплексу конструктивних, технологічних і схемних методів .

Інтегральна (мікро) схема (ІС, ІМС, м/сх , англ. Integrated circuit, IC, microcircuit), чіп, мікрочіп (англ. microchip , silicon chip , chip - тонка пластинка - спочатку термін ставився до платівці кристала мікросхеми) - мікроелектронний пристрій - електронна схема довільної складності, виготовлена ​​на напівпровідниковому кристалі (або плівці) і поміщена в нерозбірний корпус, або без такого, у разі входження до складу мікроскладення.

Часто під інтегральною схемою (ІС) розуміють власне кристал або плівку з електронною схемою , а під мікросхемою (МС) - ІС , укладену в корпус. Водночас вираз «чіп - компоненти» означає «компоненти для поверхневого монтажу» , на відміну від компонентів для пайки в отвори на платі. Тому правильніше говорити «чіп - мікросхема», маючи на увазі мікросхему для поверхневого монтажу. На сьогоднішній день більша частина мікросхем виготовляється в корпусах для поверхневого монтажу.

2 Історія створення ІМС

Винахід мікросхем почався з вивчення властивостей тонких оксидних плівок, що проявляються в ефекті поганої електропровідності при невеликих електричних напругах. Проблема полягала в тому, що в місці зіткнення двох металів не відбувалося електричного контакту або він мав полярні властивості. Глибокі вивчення цього феномена привели до винаходу діодів, а пізніше транзисторів і інтегральних мікросхем .

Напівпровідники - матеріали, які за своєю питомою провідністю займають проміжне місце між провідниками і діелектриками і відрізняються від провідників сильною залежністю питомої провідності від концентрації домішок, температури і різних видів випромінювання . Основною властивістю цих матеріалів є збільшення електричної провідності з ростом температури

Транзистор (від англ. Transfer - переносити і resistance - опір або transconductance - активна міжелектродному провідність і varistor - змінний опір) - електронний прилад з напівпровідникового матеріалу, звичайно з трьома висновками , що дозволяє вхідним сигналам керувати струмом в електричному ланцюзі. Зазвичай використовується для посилення, генерування та перетворення електричних сигналів.

3 Класифікація ІМС

- За ступенем інтеграції:

Безпосереднє відношення до технології виготовлення мікросхем має ступінь інтеграції. Базовим елементом ІМС є мікроскопічні транзисторні елементи (вентилі ), інтегровані в структуру ІМС, звану кристалом. Чим більше таких транзисторів інтегровано в кристал, тим більше функцій мікросхема здатна реалізувати.

ІМС з малим ступенем інтеграції SSI ( Small Scall Integration ) містять 10-100 вентилів на кристал /

ІМС середнього ступеня інтеграції MSI ( Medium Scall integration ) - від 100 до 1000 вентилів на кристал .

ІМС з високим ступенем інтеграції VLSI ( Very Large Scall Integration ) інтегрують від тисячі до мільйона вентилів на кристал .

Надвеликі ІМС ( НВІС ) з надвеликої ступенем інтеграції ULSI ( Ultra Large Scall Integration ) містять понад мільйон вентилів .

- Види ІМС:

Напівпровідникова мікросхема - всі елементи і міжелементні з'єднання виконані на одному напівпровідниковому кристалі (наприклад, з кремнію, германію, арсеніду галію ) .

Плівкова мікросхема - всі елементи і міжелементні з'єднання виконані у вигляді плівок: товстоплівкова інтегральна схема ; тонкоплівкова інтегральна схема .

Гібридна мікросхема - крім напівпровідникового кристала містить кілька безкорпусних діодів , транзисторів і (або) інших електронних компонентів , поміщених в один корпус.

- За видом оброблюваного сигналу:

Аналогові мікросхеми - вхідні і вихідні сигнали змінюються за законом безупинної функції в діапазоні від позитивної до негативної напруги харчування.

Цифрові мікросхеми - вхідні і вихідні сигнали можуть мати два значення :логічний нуль або логічна одиниця, кожному з яких відповідає певний діапазон напруги.

Аналого-цифрові мікросхеми сполучають у собі форми цифрової й аналогової обробки сигналів. У міру розвитку технологій одержують усе більше поширення.

4 Технологія виготовлення ІМС

4.1 Виготовлення підкладки

Виробництво ІМС з високим ступенем інтеграції, наприклад, мікропроцесорів (МП), які містять десятки мільйонів елементарних транзисторів, здійснюється на заводах, що нагадують лабораторії з дуже високими вимогами до чистоти. Велика частина операцій з виробництва інтегральних мікросхем з кремнієвих пластин виконується робототехнікою в автоматичному програмному режимі.

З очищеного кремнію " вирощується " великий монокристал циліндричної форми. Циліндр монокристала ріжеться на дуже тонкі пластини, які потім використовуються як підкладки для виготовлення кристалів ІМС.

Кремнієва пластина - підкладка для виготовлення мікросхем

Технологічні проектні норми (конструктивні норми або топологічні розміри ) виражаються в частках мікрона (мкм) і показують, які мінімально - допустимі розміри елементів топології мікросхеми. Наприклад , норма 0,25 мкм означає, що ефективна довжина каналу зв'язку між вентилями кристала становить 0,25 мкм - така дистанція пробігу струму між двома транзисторами. Чим коротше канал, тим вище швидкодія, менше споживання струму і нагрівання елементів (виділення тепла). Чим менше норма, тим щільніше набивка мікросхеми елементами і менше паразитні ємності.

Виготовлення ІМС нерозривно пов'язане з фотолітографією - автоматичним процесом експонування і травлення ділянок пластин, підготовлених під впливом ультрафіолетового світла. Сучасна фотолітографічна машина здатна обробити за одну годину кілька десятків 8 -дюймових напівпровідникових пластин.

На одному з початкових етапів виготовлення ІМС на кремнієвій підкладці під впливом високої температури і кисню вирощується перший, дуже тонкий шар двоокису кремнію. Він служить прекрасним ізолятором і захищає поверхню пластини при фотолітографії .

Потім підкладка покривається захисним фотослоем (фоторезистом). Фоторезист - світлочутливе речовина, яка під впливом опромінення ультрафіолетовим світлом стає розчинним. Згодом непотрібні ділянки фоторезиста і плівки окислів можна видалити ( витравити ) з поверхні пластини в незахищених від облучення ультрафіолетом місцях. При цьому оголюються ділянки чистого кремнію.

4.2  Експонування

Для експонування використовується фотомаски, що представляють прецизійний фотошаблон, який виготовлений з квадратної пластинки на кварцовому склі, покритому хромом. На такий фотопластинці фотохімічним способом формується високоточний малюнок шару , що складається з прозорих ділянок .  

                                  а)                                                б)

Засвічування пластини через фотомаски ( а ) і травлення (б)

Різні фотомаски беруть участь в процесі виробництва мікросхем на всіх етапах фотолітографії. Для створення кожного шару кристала використовується своя маска. Загальна кількість таких шарів - кілька десятків.

По мітках, заздалегідь сформованим на поверхні пластини , в спеціальній установці світлочутливий шар засвічується ультрафіолетовим світлом через систему лінз і через маску із зменшенням таким чином , що на пластині виходить зображення елементів кристала в масштабі 1:1. Потім пластина зсувається , експонується наступний фрагмент кристала і т.д., поки на підкладці не будуть оброблені всі фрагменти .

4.3 Травлення

В результаті експонування хімічний склад ділянок світлочутливого шару , не захищених фотомаскою, змінюється. Це дозволяє видалити їх (під впливом рентгенівських променів, за допомогою відповідних хімікатів та інших методів).

Процес видалення областей шару для формування багатошарової структури з певними якостями називається травленням.

Засвічений фоторезист віддаляється спеціальним розчинником, діоксид засвіченою області витравляється хімічними препаратами, після чого видаляються всі непотрібні області фотослоя .

4.4 Багатошарове структурування

Щоб відокремити готовий шар від нового, на отриманому малюнку мікросхеми вирощується додатковий тонкий шар діоксиду кремнію.

Після цього наноситься шар полікристалічного кремнію і ще один фотослой. Ультрафіолет пропускається крізь відповідний малюнок другої маски і висвічує фоторезист . Виконується травлення та очищення від залишків фотослоя .

Експонування і травлення - багатоетапні операції, завдяки яким на підкладці формуються всі елементи кристала. Ці операції виконуються за допомогою декількох наборів хімікатів, що дозволяють зняти шари фоторезиста і діоксиду . Процеси протікають при накладенні великого числа всіляких шаблонів.

Між елементами малюнка на кристалі створюється так звані «кишені». Через «кишені» в кристал вводяться різні домішки, призначені для отримання областей кремнію з різними електричними властивостями провідності «p» і «n» - типів .

Поверхня пластини піддається ретельному очищенню, що оберігає кристал від попадання елементів , здатних його зіпсувати.

4.5 Завершальні операції

На одному із завершальних етапів у спеціальній термокамері виконується іонна імплантація домішок на підкладку. В "кишені" кристала вводиться невелика кількість необхідних домішок.

Дифузія іонів домішок призводить до зміни атомної структури кремнію і в об'ємі кристала мікроскопічних вентилів (елементарних транзисторів). Для формування "p'' - областей використовуються бор, галій, алюміній, для створення "n" - областей - сурма , миш'як , фосфор.

Наприкінці цього етапу на поверхню кристала наноситься все та ж захисна плівка з діоксиду кремнію товщиною близько одного мікрона.

Для міжшарових з'єднань в шарах витравлюються спеціальні "вікна" , що заповнюються атомами металу. Після нанесення фоторезисту, засвічення і витравлювання на кристалі залишаються металеві смужки - провідні області. В якості металевих з'єднань шарів зазвичай використовується алюміній.

У ІМС встановлюються зв'язки між безліччю шарів. Число шарів залежить від ступеня складності мікросхеми. Таким чином , формується складна тривимірна схема .

У результаті складного виробничого циклу на одній кремнієвій пластині «вирощуються» сотні ідентичних ІМС. Сформовані кристали мікросхеми ретельно тестуються . Потім з пластини-підкладки вирізаються кондиційні за результатами тестування кристали. На заключному етапі кристал монтується в корпус , підключається до висновків і герметизується .

 В даний час велика частина інтегральних схем проектується за допомогою спеціалізованих САПР , які дозволяють автоматизувати і значно прискорити виробничі процеси, наприклад отримання топологічних фотошаблонів .

Контрольні питання:

1 Що таке мікроелектроніка?

2 Що таке напівпровідники ?

3 Що таке транзистори ?

4 Що показує ступінь інтеграції?

5 Як підрозділяються ІМС за ступенем інтеграції?

6 Які є види ІМС ?

7 Які є ІМС за видом обробляє мого сигналу ?

8 Назвіть етапи виробництва ІМС ?

9 Що собою представляє процес фотолітографії ?

10 Що собою представляє процес експонування?

11 Що собою представляє процес травлення?

12 Які операції проводяться з ІМС на завершальних операціях ?

Література:

1 Максимов Н.В., Партыка Т.Л., Попов И.И. Архитектура ЭВМ и вычислительных систем: Учебник. – М.: ФОРУМ: ИНФРА-М, 2005. – 512 с.  

2 В. Гуров, В. Чуканов. Видеокурс: Логические и арифметические основы и принципы работы ЭВМ -Открытый Интернет Университет Информационных технологий, http://www.intuit.ru/‎

3 Э. Таненбаум.Архитектура компьютера.5-е издание, Питер, 2007. – 830 с.

ЛЕКЦІЯ №6

Дисципліна:«Архітектура комп’ютера»Блок змістовних модулів: 3.08 Архітектура комп'ютераМодуль змістовний:КЗП.20.01 Представлення данихМодульна одиниця:Логічні основи ЕОМ

План лекції:

1 Робота логічних вузлів 2 Найпростіші логічні операції 1 Робота логічних вузлів Логічні елементи являють собою базову основу комп'ютерної електроніки . Основне завдання цих елементів - зберігати одне з двох стійких станів (включено і вимкнене), що дозволяє використовувати їх для зберігання двійкової інформації . Логічні вузли процесора і всіх логічних елементів ПК, що складають електронну базу комп'ютера, побудовані відповідно до принципів булевої алгебри. Стосовно до електроніки будь-яка логічна схема , що представляє собою вентиль , отримує з поза кілька двійкових сигналів (наприклад, А або В), обробляє їх , формуючи на виході відповідний двійковий сигнал (наприклад, С). Двійникова змінна (сигнал, імпульс напруги) А і А , де А називається інверсією (або запереченням ) змінної А. У ЕОМ мінлива А кодується , як правило , високим рівнем , а А - низьким рівнем напруження . Для будь-якої логічної схеми зв'язок між вхідними та вихідними величинами можна виразити таблицею вико ¬ істинності . Таблиця істинності складається з двох частин. Перша частина відноситься до вхідних величинам і містить повний перелік їх можливих комбінацій. Другу частину таблиці визначає вихідні стану як функцію від комбінації вхідних величин . Існує декілька простих логічних операцій , на базі яких будуються більш складні .

2 Найпростіші логічні операції

Операція Заперечення (інверсія).

Інвертор - схема, що реалізує логічну функцію заперечення НІ (NО) або інверсії вхідного сигналу. Якщо на вході такої схеми 0, то на виході 1, і навпаки, якщо на вході 1, то на виході 0. (все, що не A, тобто A).

А   А

  1.  1                                                            А                                  А
  2.  0

Схема і таблиця істинності елемента НЕ

Операция Конъюнкция (логическое умножение).

Схема І (часто звана вентилем) - схема, що реалізує логічну операцію І(АND): A*B або А&В або А/\В. На виході такої схеми буде 1 тоді і тільки тоді, коли на обох входах буде 1. Якщо входів більше двох, на виході буде 1, коли на всіх входах 1.

          А   В     А*В

0   0         0

0   1         0                                A                               А*В

1   0         0                                 B

1   1         1  

Схема і таблиця істинності елемента І

Операція Диз'юнкція (логічне додавання).

Схема АБО - схема, що реалізує логічну операцію АБО (OR) , А+В, АВ. На виході такої схеми буде 1 тоді, коли хоча б на одному його вході 1.

А        В          А+В

0         0             0

1         0             1                       А                                А+В

0         1             1                        В

1          1            1     

Схема і таблиця істинності елемента АБО

Операція виключає Або (exclusive-OR).

ВИКЛЮЧНЕ АБО аналогічно АБО c тією різницею, що одна з умов для A і В виключається: якщо змінні А і В знаходяться в стані 1, то на виході схеми формується 0, а не 1. Логічне рівняння, що описує роботу двухвходового схеми виключає Або, виглядає наступним чином: C=(A+B)*(A*B)

 

Таблиця істинності і умовне графічне позначення логічного елемента ВИКЛЮЧНЕ АБО

Схема АБО-НЕ є комбінацією схеми АБО і інвертора і реалізує логічну операцію АБО-НЕ (NOR): А + В. На виході такої схеми відсутня 1 у всіх випадках, коли 1 є хоча б на одному вході.

АВА+ВА+В0001101001101110

Схема і таблиця істинності елемента АБО-НЕ

Схема І-НЕ є комбінацією схеми І і інвертора і реалізує логічну операцію І-НЕ (NАND): A * В, або А / \ В, або А & В. На виході такої схеми відсутня 1 тоді, коли на обох входах мається 1, у всіх інших випадках на виході є сигнал 1.

АВА*ВA*В0001100101011110

Схема і таблиця істинності елемента І-НЕ

З розглянутих елементів будуються боле складні вузли та пристрої ЕОМ, що забезпечують виконання арифметичних і логічних операцій, запис зберігання і видачу даних, управління обчислювальним процесом (тригери, лічильники, регістри, суматори).

Контрольні питання:

1 Що є завданням логічних елементів ?

2 Що собою являє вентиль?

3 Що таке двійникова змінна ?

4 Що собою представляє табиця істинності ?

5 Назвіть найпростіші логічні елементи ЕОМ.

6 Що собою являє інвертор?

7 Що собою являє елемент І?

8 Що собою являє елемент АБО?

9 Що собою являє елемент АБО-НЕ?

10 Що собою являє елемент І-НЕ?

Література:

1 Максимов Н.В., Партыка Т.Л., Попов И.И. Архитектура ЭВМ и вычислительных систем: Учебник. – М.: ФОРУМ: ИНФРА-М, 2005. – 512 с.  

2 В. Гуров, В. Чуканов. Видеокурс: Логические и арифметические основы и принципы работы ЭВМ -Открытый Интернет Университет Информационных технологий, http://www.intuit.ru/‎

3 Э. Таненбаум.Архитектура компьютера.5-е издание, Питер, 2007. – 830 с.

ЛЕКЦІЯ №7

Дисципліна:«Архітектура комп’ютера»Блок змістовних модулів: 3.08 Архітектура комп'ютераМодуль змістовний:КЗП.20.02 Процесори, КЗП.20.03 Організація пам’яті комп’ютера, КЗП.20.04 Системні пристрої ПКМодульна одиниця:Компоненти системних блоків. Розміщення пристроїв в корпусі ПК

План лекції:

1 Компоненти ПК.

2 Призначення  та склад корпусу ПК.

3 Типи корпусів ПК.

1 Компоненти ПК.

Комп'ютером ми будемо називати вміст системного блоку, корпусу, в якому зосереджені всі компоненти відповідальні за обчислення, зберігання, обробку та передачу даних.

Все, що знаходиться зовні - пристрої введення / виведення інформації .

Пристрої виведення інформації : монітор , принтер.

Пристрої введення інформації: клавіатура , миша

Це так звані периферійні пристрої.

Вузли, з яких складається системний блок комп'ютера.

1 ) Материнська плата

Плата це "шматок текстоліту", зазвичай прямокутної форми, на якому припаяні деякі електричні компоненти, і є можливість стикувати плату з іншими компонентами комп'ютера.

Центром комп'ютера є найбільша плата - так звана Системна ( материнська) Плата ( MotherBoard , MainBoard ) - є як би сполучною ланкою між усіма компонентами комп'ютера , практично всі пристрої підключаються саме до неї .

Один з найважливіших фізичних параметрів системних плат - формфактор, або типорозмір. Формфактор визначає не тільки розміри плати, а й можливості для установки тих чи інших вузлів, ефективність тепловідведення, використання корпусів і блоків живлення певних типів. Системні плати сімейства ATX. СП з формфактором NLX

Компоненти, з яких складається материнська плата, і які компоненти підключаються до неї :

1 Процесор ( CPU, Central Processor Unit , Модуль Центрального Процесора). Процесор це пристрій, який уміє виконувати певний набір команд (інструкцій), а комп'ютерна програма - це і є послідовність цих самих інструкцій. Тобто процесор - як би мозок комп'ютера, процесор виконує практично всі обчислення в комп'ютері.

2 Оперативна пам'ять ( RAM , Random Access Memory , пам'ять з довільним доступом) . RAM - енергозалежна пристрій , її вміст при виключенні живлення стирається.

3 Набір мікросхем або chipset , на базі якого будується материнська плата . Чіпсет забезпечує зв'язок між основними вузлами , розташованими на материнській платі , в першу чергу між процесором і пам'яттю. Крім того , сучасний чіпсет містить цілий ряд основних, базових контролерів різних пристроїв , що підключаються до материнської плати .

Які ж контролери інтегрують ? Контролер дисковода (його називають FDC - Floppy Disk Controller , а сам дисковод FDD - Floppy Disk Drive ) , до нього можна підключити 2 дисковода ; Контролер жорсткого диска (контролер прийнято називати IDE Controller , а жорсткий диск - HDD - Hard Disk Drive ) , причому вбудований в чіпсет контролер підтримує 2 порту для підключення жорстких дисків , а до кожного порту можна підключити по 2 диски , тобто до стандартної материнської плати можна підключити до 4 жорстких дісков.Контроллер порту принтера ( ще його називають паралельний порт або LPT port ). Як зрозуміло з назви до цього порту підключають принтер , так само нерідко в цей порт підключають сканер. Комунікаційні порти (2 шт.) , Говорять так само про послідовні портах, COM - портах. До цих портів може підключатися миша , модем ( пристрій, щоб зв'язку з іншими комп'ютерами по телефонних лініях). Контролер клавіатури і контролер спеціального порту миші. ( PS/2 ). Контролер Універсальної Послідовною Шини (USB , Universal Serial Bus ), дозволяє до одного порту підключити послідовно 127 пристроїв, відео та аудіо контролери .

Зазвичай чіпсет складається з декількох мікросхем , найчастіше з двох . Ці мікросхеми прийнято називати мостами ( bridge ) . Одна мікросхема забезпечує зв'язок компонентів системної плати , її зазвичай називають Північним мостом (North bridge ), інша мікросхема називається Південним мостом ( South bridge ) , вона відповідальна в першу чергу за інтегровані в чіпсет контролери .

4 BIOS

BIOS ( Basic Input Output -System , базова система введення-виведення ). Ця мікросхема постійної пам'яті . У цій мікросхемі записана програма, яка забезпечує початковий старт комп'ютера. У момент старту комп'ютера в першу чергу починає виконуватися вміст мікросхеми постійної пам'яті, власне програма BIOS. Ця програма забезпечує процедуру старту машини , перевірки , ініціалізації і налаштування всіх її вузлів , а потім передає керування операційній системі .

5  Набір роз'ємів, розташованих на материнській платі. Ці роз'єми призначені для установки так званих плат розширення. Це плати, що є контролерами яких або необхідних нам пристроїв , які не інтегровані в материнську плату. Наприклад , в ці роз'єми можна встановити відео плату ( що відповідає за виведення інформації на монітор) , аудіо плату ( що відповідає за звукові можливості комп'ютера) , TV або FM приймач і т.д.

Набагато важливіше шина (тобто магістраль обміну даними), що закінчується роз'ємом , який ми і спостерігаємо на платі.

2 ) Накопичувачі: накопичувачі на жорстких магнітних дисках (НЖМД), накопичувачі оптичної пам’яті.

3 ) Блок живлення

Блок живлення призначений для перетворення електричної енергії, що надходить з мережі змінного струму , в енергію постійного струму , придатну для живлення вузлів комп'ютера. Блок живлення містить елементи, що дозволяють згладити сплески і провали напруги , а також захистити стабілізатор від перенапруги в мережі.

Як правило, логічні електронні компоненти і ІМС ПК використовують постійні напруги +3,3 і +5 В, у той час як двигуни дисководів і вентиляторів працюють з напругою +12 В.

Існує сім стандартних формфакторів блоків живлення . П'ять з них створені на основі конструкцій IBM , два - на основі розробок Intel. У найбільш сучасних системах використовуються тільки три різновиди формфакторів , всі інші вважаються застарілими. ( Формфактори PC \ XT , ATX , LPX ) .

2 Призначення  та склад корпусу ПК.

Корпус ПК виконує наступні функції:

- забезпечує механічне кріплення і захист усіх елементів;

- екранує ПК від електромагнітних випромінювань;

- містить органи управління ПК ( включення, виключення , перезапуск ) ;

- підтримує режим охолодження.

Корпус ПК містить наступні елементи:

1  Бічну стінку , або кожух , який можна зняти з комп'ютера « через верх» , вигвинтивши кріпильні гвинти.

2 Передню , або лицьову панель.

3 Напрямні для установки пристроїв 5,25 дм.

4 Пластикову дверцята.

5 Монтажні відсіки (кишені ) для установки пристроїв 3,5 дм.

6 Кронштейни для кріплення вентиляторів.

7 Екрануючий блок введення-виведення .

8 Заглушку.

9 Блок напрямних для підтримки нестандартних плат розширення.

3 Типи корпусів ПК.

Типи корпусів для настільних ПК:

1 Тонкий корпус - містить мінімум кишень і вільного простору. Для складання ПК він не придатний , оскільки не дозволить заповнити системний блок новими пристроями.

2 Корпус настільного типу - призначений для установки на столі в горизонтальному положенні. Не дуже компактний і займає на робочому столі багато місця.

3 Корпус типу вежа:

Повна вежа - дуже добре вміщує нові додаткові пристрої , які з'являються в процесі модернізації . Через значну вагу і розміру їх зазвичай розташовують вертикально на підлозі під столом.

Корпус міні-вежа - також встановлюється вертикально , але поруч з монітором на столі.

Контрольні питання:

1 Які є пристрої введення\виведення інформації?

2 Назвіть вузли, з яких складається системний блок комп'ютера.

3 Що собою представляє системна плата ?

4 Які компоненти розміщаються на системній платі?

5 Що собою представляє чіпсет ?

6 Що собою представляє процесор ?

7 Що собою представляє BIOS?

8 Яке призначення блоку живлення ?

9 Які функції виконує корпус ПК ?

10 Які елементи містить системний блок ?

11 Які є типи корпусів ?

Література:

1 Максимов Н.В., Партыка Т.Л., Попов И.И. Архитектура ЭВМ и вычислительных систем: Учебник. – М.: ФОРУМ: ИНФРА-М, 2005. – 512 с.  

2 Э. Таненбаум.Архитектура компьютера.5-е издание, Питер, 2007. – 830 с.

3 Степаненко О.С. Сборка, модернизация и ремонт ПК.: - М.: Издательский дом “Вильямс”, 2003. – 672 с.

ЛЕКЦІЯ №8

Дисципліна:«Архітектура комп’ютера»Блок змістовних модулів: 3.08 Архітектура комп'ютераМодуль змістовний:КЗП.20.02 Процесори, КЗП.20.03 Організація пам’яті комп’ютера, КЗП.20.04 Системні пристрої ПКМодульна одиниця:Структура і функціонування процесора

План лекції:

1 Поняття про центральний процесор.

2 Характеристики МП.

3 Принцип роботи процесора

4 Режими роботи МП

1 Поняття про центральний процесор.

Центральний процесор CPU (центральний процесор ) представлений на системній платі однією-двома інтегральними мікросхемами (ІМС). ЦП управляє взаємодією між усіма блоками і підсистемами комп'ютера.

У ПК може працювати декілька процесорів. Один процесор управляє введенням/ иводом даних і називається «процесором введення-виведення». Обчислення з математичними числами виконуються математичним співпроцесором. Графічний процесор забезпечує швидке виведення зображення на екран дисплея. ЦП управляє всією комп'ютерною системою .

Перший МП 4004 був випущений компанією Intel в 1971 році. До цих пір ЦП збирали з безлічі дискретних компонентів: електронних ламп, транзисторів, мікросхем з малим ступенем інтеграції . Робоча частота i4004 становила 108 кГц. Цей МП призначався для використання в програмованих калькуляторах .

МП стали застосовуватися в ПК починаючи з моделі i8080 , яка була представлена ​​фірмою Intel в 1974 році. На цьому МП був зібраний перший ПК Altair 8800.

Покоління процесорів Intel

ПоколінняПроцесорРік випускуР1i80801978P2i802861981P3i803861987P4i804861989Р5Pentium1993P6Pentium Pro, Pentium II, III, Celeron19961997P7(AMD Athlon, AMD Duron) Pentium 4 , Intel Хеоп, 32-битные2000Р8 Intel и AMD 64-битные.2003Двухядерные Intel (Core 2 Duo), AMD (Athlon 64 Х2).2005Четырехядерные  Intel — Core 2 Quad; AMD — Athlon 64 X4 (Phenom).2007

2  Характеристики мікропроцесора

1 Найважливіший параметр процесора - набір команд, який він уміє виконувати. Зрозуміло , всі процесори , на базі яких будується PC- сумісний комп'ютер , повинні вміти виконувати однаковий набір команд.

 Комп'ютерна програма - послідовність деяких команд , кожну з цих команд має вміти виконати процесор. Процесори , на базі яких будуються Інший (не ПК) комп'ютери , виконують свої , зовсім інші набори команд.

2  Тактова частота

Тактова частота (МГц) визначається параметрами кварцового резонатора , що представляє собою кристал кварцу в олов'яної оболонці . Під впливом електричної напруги в кристалі кварцу виникають коливання електричного струму з частою , яка визначається формою і розмірами кристала. Частота цього змінного струму і називається тактовою частотою. Найменшою одиницею часу для процесора , як для логічного пристрою є період тактової частоти або просто такт. На кожну операцію (виконання команди ) процесор витрачає деяку кількість тактів .

Чим вище тактова частота процесора, тим продуктивніше він працює , так як в одиницю часу відбувається більшу кількість тактів і виконується більшу кількість команд.

Середня кількість операцій виконується за один такт роботи процесора прийнято називати продуктивністю . Чим менше тактів витрачає в середньому процесор на виконання команди , тим вище його ефективність (продуктивність) навіть при незмінній тактовій частоті.

3  Розрядність шини даних і шини адреси

Шина даних - набір з'єднань , для передачі і прийому даних. Чим більше сигналів одночасно надходить на шину , тим більше даних по ній передається за певний інтервал часу, і тим швидше вона працює. У процесорі 286 для прийому і передачі двійкових даних використовується 16 сполук , тому їх шина даних вважається 16 - розрядної . Сучасні процесори (починаючи з Pentium ) мають 64 -х розрядну шину даних , тому вони можуть передавати в системну пам'ять по 64 біта за один такт.

Кількість бітів даних , які може обробити процесор за один прийом , характеризується розрядністю внутрішніх регістрів .

Регістр - це по суті комірка пам'яті всередині процесора, наприклад , процесор може складати числа, записані в двох різних регістрах , а результат записувати в третій регістр. Розрядність регістрів описує розрядність оброблюваних процесором даних. Розрядність регістрів визначає також характеристики програмного забезпечення і команд, які виконуються процесором . Наприклад , процесори з 32 - розрядними внутрішніми регістрами можуть виконувати 32 - розрядні команди , які обробляють дані 32- розрядними порціями , а процесори з 16 - розрядними регістрами цього робити не можуть.

Крім того в залежності від структури регістрів розрізняють два основних типи процесорів:

1 ) RISC - Reduced (Restricted) Instruction Set Computer  - процесори (комп'ютери ) з скороченою системою команд. Ці процесори зазвичай мають набір однорідних регістрів універсального призначення; їх система команд відрізняється відносною простотою.

2 ) CISC - Complete Instruction Set Computer- процесори (комп'ютери) з повним набором інструкцій , до яких відноситься і сімейство х86. Склад і призначення їх регістрів істотно неоднорідні, широкий набір команд ускладнює декодування інструкцій , на що витрачаються апаратні ресурси . Зростає число тактів , необхідне для виконання інструкцій.

Практично у всіх сучасних процесорах внутрішні регістри є 32 - розрядними ( виключення Itanium від Intel і Молот від AMD).

Шина адреси - являє собою набір провідників , по яких передається адреса комірки пам'яті , в яку або з якої пересилаються дані . По кожному провіднику передається один біт адреси , відповідний одній цифрі в адресі . Збільшення кількості провідників ( розрядів шини ) використовуваних для формування адреси , дозволяє збільшити кількість адресованих осередків. Розрядність шини адреси визначає максимальний об'єм пам'яті , що адресується процесором .

У комп'ютерах застосовується двійкова системи числення. Якщо, наприклад , розрядність шини адреси склала б усього один біт (один провід для передачі даних) , то з цього проводу можна було б передати всього два значення (логічний нуль - немає напруги , логічна одиниця - є напруга) і таким чином можна було б адресуватися до двох комірок пам'яті . Такий б процесор підтримував обмін тільки з двома байтами оперативної пам'яті! Використання двох біт для завдання адреси дозволило б адресуватися вже до 4-м байтам пам'яті ( 00, 01, 10, 11 на шині - на чотири різних адреси можна вказати ). Взагалі, кількість різних значень , що приймається н- розрядним двійковим числом одно 2 в ступені N. Відповідно, при ширині шини адреси н біт, кількість різних елементів пам'яті , до яких можна адресуватися становить 2 у степені N , тому говорять , що процесор підтримує 2 у степені N байт оперативної пам'яті , або говорять , що адресний простір процесора дорівнює 2 в ступені N байт. Наприклад: процесор 8086 мав адресну шину 20 біт. Тоді він міг адресувати { 2 в ступені 20 = 1048576 } байт оперативної пам'яті, тобто 1 Мбайт.

Розрядність цих шин є показником можливостей процесора: розрядність шини даних визначає можливості процесора швидко обмінюватися інформацією , розрядність адресної шини визначає обсяг підтримуваної процесором пам'яті.

3 Принцип роботи процесора

3.1 Конвейеризация обчислень

Процесори містять конвеєри, що дозволяють прискорити обчислювальний процес. У процесорах i486 і Pentium (P5) команди проходили через стандартний п'ятиступінчастий конвеєр. Число ступенів конвеєра відповідає числу етапів роботи з командою (рисунок 1).

 

Рисунок 1 - Етапи конвеєрної обробки команд в процесорах Р5 і Р6

При конвейеризации на кожну зі стадій повної обробки команди витрачається певна кількість робочих тактів .

Оскільки на другому етапі декодування (Decode) поточної команди вивільняється логіка першого етапу вибірки команди ( Fetch Інструкція), то з пам'яті в конвеєр вибирається чергова команда. Таким чином, звільнення чергового етапу призводить до негайного заняттю всіх попередніх етапів виконуваними в черзі командами. Всього в черзі одного конвеєра можуть одночасно виконуватися різні фази п'яти команд. За один такт синхронізації в класичному конвеєрі може бути виконана одна команда.

3.2 Суперскалярне виконання .

Процесори, починаючи з Pentium (P5), побудовані за суперскалярной схемою, тобто вони можуть виконувати одночасно кілька команд за такт. Pentium (P5) виконує 2 команди , а Р6 - три.

Pentium (P5) має двома окремими конвеєрами і називається двопотокової суперскалярним мікропроцесором. Процесори архітектури Р6 ( Celeron , Pentium II , Pentium III) - трехпотоковие cynерскалярние процесори . Вони містять трехблочний багатофункціональний конвеєр (а не три окремих однакових конвеєра) , що дозволяє на більш ранніх етапах розгорнути команди в коди мікрокоманд .

Розбиття стандартного конвеєра команд на більш дрібні складові називається суперконвейерізаціей ( superpipelining ) .

Якщо конвеєр процесора P5 має п'ятьма ступенями , то процесор покоління Р6 включає 12 ступенів , виділених в три блоки. У процесорі Pentium 4 застосовується архітектура гіперконвейерізаціі (hyperpipelining) з конвеєром , що складається з 20 сходинок.

3.3 Динамічне виконання команд

Суперскалярна суперконвейерная архітектура мікропроцесора наділяє його здібностями динамічного виконання команд.

Динамічне виконання дозволяє процесору не тільки оптимізувати і динамічно пророкувати логічний хід виконання команд , але і при необхідності виконувати їх усередині АЛП в іншому порядку аж до вирішення умов переходу . Динамічне виконання - одне з нововведень в процесори Р6 , яке сприяє підвищенню швидкодії .

4 Режими роботи процесора.

4.1 Реальний режим.

Команди потрапляють в процесор з системного ОЗП і зчитуються з пам'яті по черзі , використовуючи спеціальний пристрій - лічильник команд.

Будь-яка команда , яка надходить на виконання в процесор , містить кілька байтових полів інформації . Поле коду операції дозволяє процесору з'ясувати , до якого типу належить дана команда. Залежно від приналежності команди до того чи іншого типу процесор може вибрати операнди , виконати логічну або арифметичну операцію , а результат використовувати як новий операнд або помістити його на зберігання в ОЗУ. Інша адресне полі команди дозволяє процесору визначити напрям пошуку операндів. У форматах команд можна зустріти кілька адресних полів, їх число залежить від кількості операндів , що беруть участь в чергової операції . Якщо процесор буде записувати інформацію в будь-яку довільну область ОЗП, це призведе до загибелі вмісту пам'яті. Тому для зберігання команд і даних зумовлені області системної пам'яті.

Режим роботи процесора, при якому інформація в ОЗУ може бути зіпсований некоректно виробленої записом , називається реальним режимом. Процесори сімейства Intel Р1 (8086 , 8088) і ОС MS- DOS працювали тільки в реальному режимі роботи .

Починаючи з процесорів Р2 (80286) у системі крім реального став підтримуватися захищений режим роботи . I286 адресує 16 Мбайт пам'яті ( 24 лінії шини даних).

4.2  Захищений режим.

У процесор вмонтований спеціальний механізм захисту , що включає системні програмовані регістри . За допомогою системних регістрів досягається поділ адресного простору на чотири привілейованих рівня. Доступ з менш привілейованих шару захисту в більш захищений може бути здійснений тільки лищь допомогою виконання спеціальних високорівневих команд.

Процесори Р6 розташовують 36 адресними лініями, що дозволяє звертатися до 64 Гбайт ОЗУ.

4.3  Віртуальний реальний режим.

У захищеному режимі процесор, використовуючи свої системні регістри , може звертатися навіть до простору пам'яті 64 Тбайт. Однак пам'ять ця організована не в області фізичних адрес , а в логічному (віртуальному) адресному просторі .

Віртуальний адресний простір надає доступ до великих масивів захищених областей пам'яті і забезпечує багатозадачність.

Всі процесори при включенні починають працювати в реальному режимі , і тільки при старті 32 - розрядної операційної системи відбувається перемикання в 32 - розрядний режим.

Контрольні питання:

1 Що собою представляє центральний процесор?

2 Які є покоління процесорів ?

3 Назвіть характеристики мікропроцесора.

4 Що показує тактова частота процесора?

5 Що таке шина даних?

6 Які є типи процесорів в залежності від структури регістрів?

7 Яким показником є розрядність шин?

8 Що собою представляє конвейєр?

9 У чому заклечається конвейєрізація обчислень?

10 У чому заключається суперскалярне виконання ?

11 У чому заключається динамічне виконання?

12 Назвіть режими роботи процесора.

Література:

1 Максимов Н.В., Партыка Т.Л., Попов И.И. Архитектура ЭВМ и вычислительных систем: Учебник. – М.: ФОРУМ: ИНФРА-М, 2005. – 512 с.  

2 Мельник А.О. Архітектура комп’ютера . Наукове видання. – Луцьк: Волинська обласна друкарня, 2008. – 470 с.

3 Алексеев Е.Г., Богатырев С.Д. Мультимедийный электронный учебник: Архитектура ЭВМ, http://inf.e-alekseev.ru/text/Arhit.html

ЛЕКЦІЯ №9

Дисципліна:«Архітектура комп’ютера»Блок змістовних модулів: 3.08 Архітектура комп'ютераМодуль змістовний:КЗП.20.02 Процесори, КЗП.20.03 Організація пам’яті комп’ютера, КЗП.20.04 Системні пристрої ПКМодульна одиниця:Організація пам’яті

План лекції:

1 Рівні памяти

2 Статична і динамічна пам'ять

3 Регистрова пам'ять

4 Основна пам'ять

5 Типи оперативної пам’яті

1 Рівні памяти

ПК мають чотири рівня пам'яті: мікропроцесорна пам'ять (МПП), реєстрова кеш-пам'ять, основна пам'ять (ОП), зовнішня пам'ять (ЗП).

Тип памятиЕмкостьБыстродействиеМППДесятки байтtобр = 0,001 – 0,002 мксКэш-памятьСотни килобайтtобр = 0,002 – 0,01 мксОсновная память, в том числе:ОЗПСотни – тысячи мегабайтtобр = 0,005 – 0,02 мксПЗПСотни килобайтtобр = 0,035 – 0,1 мксВЗУ, в том числе: НЖМДДесятки-сотни гигабайтtдост = 5 – 30 мсvсчит = 500 - 3000 Кбайт/сНГМДЕдиницы мегабайтtдост = 65 – 100 мсvсчит = 40 -150 Кбайт/сCD-ROMСотни – тысячи мегабайтtдост = 50 – 300 мсvсчит = 150 - 5000 Кбайт/с

Нагадаємо загальноприйняті скорочення: с - секунда , мс - мілісекунда , мкс - мікросекунда , нс - наносекунд ; 1с = 106 мс = 106 мкс = 109 нс.

2 Статична і динамічна пам'ять

Оперативна пам'ять ( ОП ) може складається з мікросхем статичного ( SRAM ) і динамічного (DRAM ) типу.

У статичній пам'яті елементи ( осередки) побудовані на різних варіантах тригерів - схем з двома стійкими станами . Після запису біта в таку комірку вона може перебувати в цьому стані настільки завгодно довго - необхідно тільки наявність живлення . Статична пам'ять використовується в основному в якості мікропроцесорної пам'яті.

У динамічної пам'яті осередки побудовані на основі напівпровідникових областей з накопиченням зарядів - своєрідних конденсаторів, - що займають набагато меншу площу, ніж тригери , і практично не споживають енергії при зберіганні. Оскільки конденсатори поступово розряджаються (заряд зберігається в осередку протягом декількох мілісекунд) , щоб уникнути втрати інформації, що зберігається заряд в них необхідно постійно регенерувати, звідси і назва пам'яті - динамічна. Динамічна пам'ять використовується для побудови ОЗУ.

3 Регістрова пам'ять

Регістрова кеш-пам'ять - високошвидкісна пам'ять порівняно великий ємності, що є буфером між ОП і МП і дозволяє збільшити швидкість виконання операцій . Регістри кеш -пам'яті недоступні для користувача , звідси і назва від англійського кеш - « тайник ».

У сучасних системних платах застосовується конвеєрний кеш з блоковим доступом. У кеш -пам'яті зберігаються копії блоків даних тих областей ОП , до яких виконувалися останні звернення і дуже ймовірні звернення найближчими такти роботи, - швидкий доступ до цих даних і дозволяє скоротити час виконання чергових команд програми .

МП починаючи від МП80486 володіють вбудованою в основне ядро МП кеш- пам'яттю 1 рівня - L1 , у Pentium Pro і вище є кеш 2 рівня і третього рівня ( L2 і L3) .

4 Основна пам'ять

Основна пам'ять містить оперативне (ОЗП- оперативний запам'ятовуючий пристрій) і постійне (ПЗП - Read Only Memory ) запам'ятовуючі пристрої .

ОЗП призначений для зберігання інформації, безпосередньо бере участь в обчислювальному процесі в поточний інтервал часу. ОЗУ - енергозалежна пам'ять: при відключенні напруги живлення інформація, що зберігається в ній , втрачається.

Основу ОЗУ складають мікросхеми динамічної пам'яті DRAM. Це БІС , що містять матриці напівпровідникових конденсаторів . Наявність заряду в конденсаторі означає «1» , відсутність заряду - «0».

Конструктивно елементи ОЗУ виконуються у вигляді окремих модулів пам'яті - невеликих плат знапаяними на них однієї або , частіше , декількома мікросхемами . Ці модулі вставляються в роз'єми - слоти на СП.

Типи модулів ОЗУ:

DIP - одиночна ІМС , зараз використовується тільки в складі укрупнених модулів , наприклад SIMM , SIP , SIPP - зараз практично не застосовуються.

SIMM (Single в лінію модуля пам'яті) - бувають 30 -ти і 72 -х контактні до встановлених ІМС типу DIP . Зустрічаються тільки в застарілих ПК.

DIMM (Dual In - лінія Модуль пам'яті) - 168 контактні роз'єми , можуть мати розрядність 64 , 72 80 біт.

RIMM (Rambus в лінію модуля пам'яті) - новітній тип пам'яті технології Rambus .

 

5 Типи оперативної пам’яті

1 FPM DRAM - динамічна пам'ять з швидким сторінковим доступом ( процесори 80386 і 80486 ) . Випускалася в конструктиві SIMM .

2 ОЗУ ОКБ - розширена пам'ять FPM . Випускалася в конструктиві SIMM і DIMM.

3 BEDO DRAM - пам'ять з блоковим доступом. Випускається в конструктиві SIMM і DIMM.

4 SDRAM - синхронна динамічна пам'ять .

5 DDR SDRAM - подвоєна синхронна динамічна пам'ять .

6 DRDRAM - динамічна пам'ять технології Rambus .

Контрольні питання:

1 З чого складається основна пам'ять?

2 Що собою являють осередки статичної пам'яті?

3 Що собою являють осередки динамічної пам'яті?

4 Яка пам'ять використовується для побудови ОЗП?

5 Що таке реєстрова кеш-пам'ять?

6 Скільки рівнів кеш-пам'яті є?

7 У вигляді чого конструктивно виконані елементи ОЗП?

8 Які є модулі пам'яті?

9 Які є типи ОЗУ?

Література:

1 Мельник А.О. Архітектура комп’ютера . Наукове видання. – Луцьк: Волинська обласна друкарня, 2008. – 470 с.

2 Э. Таненбаум. Архитектура компьютера.5-е издание, Питер,2007. – 830 с.

3 Алексеев Е.Г., Богатырев С.Д. Мультимедийный электронный учебник: Архитектура ЭВМ, http://inf.e-alekseev.ru/text/Arhit.html

ЛЕКЦІЯ №10

Дисципліна:«Архітектура комп’ютера»Блок змістовних модулів: 3.08 Архітектура комп'ютераМодуль змістовний:КЗП.20.05 Інтерфейси вводу/ виводуМодульна одиниця:Відеосистема

План лекції:

1 Поняття відеосистеми

2 Принцип роботи  та склад відеоадаптера  

3 Класифікація моніторів

4 Види моніторів

1 Поняття відеосистеми

Відеосистема складається з двох компонентів: монітора і відеоадаптера, який може бути представлений як окремої платою, так і елементом, інтегрованим на системну плату або в монітор.

Монітор походить від телевізійного приймача. Один з перших моніторів з'явився в ЕОМ Вихор в 1951 році і був зібраний на базі трубки Вільямса .

Принцип роботи будь-якого монітора в головному вельми схожий: відеокарта формує відеосигнал і подає інформацію на дисплей. Власне, єдине завдання монітора - це показати картинку.

2 Принцип роботи  та склад відеоадаптера  

За час існування ПК змінилося декілька стандартів відеоадаптерів :

- MDA ( Monochrom адаптера дисплея) - монохромний ,

- CGA ( Color Graphics Adapter ) - 4 кольори ,

- EGA ( Enchanced графічний адаптер) -16 квітів ,

- VGA ( Video Graphics Array ) - 256 квітів ,

- SVGA ( Super VGA ) - до 16,7 млн. кольорів.

На ці стандарти розраховані всі програми , призначені для IBM- сумісних комп'ютерів.

Сформоване графічне зображення зберігається у внутрішній пам'яті відеоадаптера , яка називається відеопам'яттю . Необхідна ємність відеопам'яті залежить від заданої роздільної здатності та палітри кольорів , тому для роботи в режимах з високою роздільною здатністю та повноцінною кольоровою гаммою потрібно якомога більше відеопам'яті. Якщо ще недавно типовими були відеоадаптери з 2-4 Мбайт відеопам'яті , то вже сьогодні нормальним вважається ємність в 32-64 Мбайт. Більшість сучасних відеокарт володіє можливістю розширення об'єму відеопам'яті до 128 Мбайт , а також властивістю відеоакселерації . Суть цієї властивості полягає в тому , що частина операцій з побудови зображення може відбуватися без виконання математичних обчислень в основному процесорі , а чисто апаратним шляхом - перетворенням даних у спеціальних мікросхемах відеоакселератора .

Відеоакселератори можуть входити до складу відеоадаптера , а можуть поставлятися у вигляді окремої плати розширення , що встановлюється на материнській платі і під'єднується до відеокарти. Розрізняють два типи відеоакселераторів: плоскою (2D ) і тривимірної ( 3D) графіки. Перші найбільш ефективні для роботи з прикладними програмами загального призначення і оптимізовані для ОС Windows , інші орієнтовані на роботу з різними мультимедійними та розважальними програмами.

3 Класифікація моніторів

За розмірністю відображення:

- двовимірний (2D ) - одне зображення для обох очей;

- тривимірний (3D ) - для кожного ока формується окреме зображення для отримання ефекту обсягу .

За типом інтерфейсного кабелю:

- D -Sub - для передачі даних по послідовному інтерфейсу RS- 232;

- DVI - стандарт на інтерфейс і відповідний роз'єм , призначений для передачі відеозображення на цифрові пристрої відображення, такі як рідкокристалічні монітори й проектори;

- USB;

- HDMI - інтерфейс для мультимедіа високої чіткості , дозволяє передавати цифрові відеодані високої роздільної здатності та багатоканальні цифрові аудіосигнали із захистом від копіювання;

- DisplayPort - стандарт сигнального інтерфейсу для цифрових дисплеїв.

За типом екрану:

- ЕПТ - на основі електронно-променевої трубки (англ. електронно- променева трубка , ЕПТ);

- РК - рідкокристалічні монітори (англ. рідкокристалічний дисплей , РК);

- Плазмовий - на основі плазмової панелі ( дисплей англ. Плазмова панель , PDP , газовий плазмовий дисплей панелі);

- Проектор - відеопроектор і екран , розміщені окремо або об'єднані в одному корпусі (як варіант - через дзеркало або систему дзеркал ) ; та проекційний телевізор;

- OLED-монітор - на технології OLED (англ. органічних світловипромінюючих діодів - органічний світловипромінювальних діод );

- Віртуальний ретинальний монітор - технологія пристроїв виводу , що формує зображення безпосередньо на сітківці ока;

- Лазерний - на основі лазерної панелі ( поки тільки впроваджується у виробництво).

Основні параметри:

- Співвідношення сторін екрану - стандартний (4:3) , широкоформатний ( 16:9 , 16:10 ) або інше співвідношення (наприклад 5:04 );

- Розмір екрану - визначається довжиною діагоналі , найчастіше в дюймах;

- Дозвіл - число пікселів по вертикалі і горизонталі;

- Глибина кольору - кількість біт на кодування одного пікселя ( від монохромного до 32 - бітного );

- Розмір зерна або пікселя;

- Частота оновлення екрану (Гц);

- Час відгуку пікселів ( не для всіх типів моніторів);

- Кут огляду.

4 Види моніторів

За принципом роботи монітори прийнято розділяти на 3 види: ЕПТ -монітори (монітори з електронно-променевою трубкою), РК- монітори (рідкокристалічні) і PDP -монітори (плазмові). Розглянемо їх головні особливості .

ЕПТ -монітори

Зображення на ЕПТ - моніторі формується за допомогою пучків електронів, які пускає електроннопроменева трубка. Висока електрична напруга розганяє ці електрони. Вони потрапляють на поверхню екрана (з внутрішнього боку) , яка покрита люмінофором . В результаті, створюється растр .

Растр - це результат роботи системи управління електронів , яка змушує їх пробігати по всій поверхні дисплея. Електрони заповнюють площину монітора так швидко , що людина встигає побачити тільки вже сформоване зображення , а не сам процес.

Якість картинки безпосередньо залежить від розміру точки зображення (пікселя ) . 0,25 мм - це, мабуть , середній розмір пікселя на сьогодні.

ЕПТ - моніторів сьогодні в магазині вже не побачиш. Але ще до недавнього часу вони займали левову частину ринку. ЕПТ -монітори мали ряд мінусів , тому й не витримали конкуренції .

Недоліки наступні:

- Великі габарити;

- Випромінювання і тепловиділення в великих кількостях ;

- Значна енергоємність .

Рідкокристалічні монітори

РК- монітори також відомі як РК- монітори ( Liquid Crystal Display). Такі монітори зроблені з рідкого речовини. Вони також має властивості характерними для кристалічних тіл .

Особливість цієї технології полягає в тому , що електрична напруга може змінити форму молекули цього рідкого речовини. У результаті таких модифікацій змінюються властивості світлового променя і , відповідно, саме зображення .

РК- монітори мають незаперечні переваги:

- Компактність ;

- Мінімальний шкоду для очей ;

- Доступність ;

- Енергоощадність.

PDP-монітори

PDP-монітори ( плазмових панелей) також відомі як плазмові . Лампи денного освітлення можна вважати прообразом плазмових екранних матриць . PDP- монітор - це по суті своїй скляна панель , заповнена газом. Електроди виводяться з внутрішньої сторони стінок і утворюють симетричні матриці . Зовні конструкція покрита люмінофором . В результаті електричного між ними виникають розряди , які провокують світіння молекул газу.

Поки PDP-монітори трохи дорожче , ніж РК . Також вони зустрічаються відносно рідко. Але з часом складуть серйозну конкуренцію РК-технології.

Переваги :

- Висока яскравість і контрастність картинки;

- Дуже компактні .

Недоліки:

- Низька роздільна здатність;

- Висока вартість;

- Вживають багато електроенергії .

Контрольні питання:

1 З яких компонентів складається відеосистема ?

2 Для чого призначений монітор ?

3 Які функції відеодадаптера ?

4 Які основні характеристики має монітор ?

5 Які існують технології екранів моніторів ?

6 Який принцип роботи монітора на кінескопі ?

7 Які недоліки ЕПТ - моніторів ?

8 Що собою являють рідкі кристали ?

9 Який принцип роботи РК- монітора ?

10 Який принцип роботи плазмового монітора ?

11 Яка з технологій моніторів відрізняється найменшим енергоспоживанням ?

12 Яка з технологій моніторів не боїться електромагнітних полів ?

13 Які достоїнства РК- екранів у порівнянні з PDP- екранами ?

Література:

1 Максимов Н.В., Партыка Т.Л., Попов И.И. Архитектура ЭВМ и вычислительных систем: Учебник. – М.: ФОРУМ: ИНФРА-М, 2005. – 512 с.  

2 Степаненко О.С. Сборка, модернизация и ремонт ПК.: - М.: Издательский дом “Вильямс”, 2003. – 672 с.

3 Железо ПК 2010/ В.Г. Соломенчук, П.В. Соломенчук. – СПб.: БХВ-Петербург, 2010. – 448 с.

4 Алексеев Е.Г., Богатырев С.Д. Мультимедийный электронный учебник: Архитектура ЭВМ, http://inf.e-alekseev.ru/text/Arhit.html

ЛЕКЦІЯ №11

Дисципліна:«Архітектура комп’ютера»Блок змістовних модулів: 3.08 Архітектура комп'ютераМодуль змістовний:КЗП.20.05 Інтерфейси вводу/ виводуМодульна одиниця:Стандартні периферійні пристрої

План лекції:

1 Поняття клавіатури. Типи клавіатур.

2 Принцип дії  клавіатури  

3 Поняття пристроїв позиціонування.  

4 Принцип дії комп’ютерної миші

5 Інші пристрої позиціонування

1 Поняття клавіатури. Типи клавіатур.

Клавіатура - одне з найважливіших пристроїв комп'ютера, використовуване для введення в систему команд і даних.

Зовнішній вигляд клавіатур відрізняється залежно від індивідуального дизайну і виконання.

Основними елементами клавіатури є клавіші. Клавіша являє собою керований механічний або сенсорний елемент, який бере два стани (нажате і віджате) і генерує два сигналу (натискання і відпускання клавіші).

Типи клавіатур по конструктивно - технічному виконанню

Клавіатури можуть мати різні конструкції:

1 Механічні , історично перші - рух клавіші за допомогою більш-менш складної системи важелів , тяг і т.д. безпосередньо виконує свою корисну функцію (наприклад , важелів в друкарській машині або клапанів в духових музичних інструментах ) .

2 Кнопкова - рух клавіші безпосередньо з'єднує або роз'єднує електричні контакти .

3 Безкнопокова

4 Екранна

Пристрій клавіатури.

Під верхньою панеллю клавіатури знаходиться плата з мікросхемами і матриця контактів.

Основна мікросхема клавіатури - це мікроконтролер (однокристальний мікрокомп'ютер) типу i8048 або i8049, до складу якого входять такі компоненти:

  - кварцовий генератор;

  - мікропроцесор, що виконує арифметичні, логічні та інші операції, що ініціюються командами, що направляються з системи;

  - ОЗП невеликого об'єму;

  - регістри загального призначення;

  - програмований запам'ятовуючий пристрій ПЗП з таблицею скан-кодів.

Підключення клавіатури.

Клавіатура ПК фактично являє собою невеликий комп'ютер, пов'язаний з основною системою одним із двох способів:

- за допомогою стандартного роз'єму клавіатури і спеціального послідовного каналу передачі даних;

- через порт USB.

2 Принцип дії  клавіатури.  

Внутрішня площина клавіатури розбита металевими шинами на квадрати по координатних осях X і Y. Сітка з таких шин утворює матрицю контактів. У вузлах рядків і стовпців матриці розташовуються клавіші і ключі.

Мікроконтролер генерує в матрицю контактів імпульси, які оббігають всі рядки і стовпці. Якщо в одному з вузлів матриці виявлена ​​натиснута клавіша, то мікроконтролер зіставляє координату натискання і віджимання клавіші з однобайтовим кодом, який зберігається в спеціальній таблиці ПЗУ. Цей код називається кодом сканування (скан-кодом) .

Мікроконтролер по лінії даних пересилає скан-код на системну плату.

У ПК послідовний інтерфейс клавіатури підключений до спеціального микроконтролеру клавіатури на СП. Скан-коди та додаткова інформація, отримана з клавіатури обробляється BIOS. На підставі скан-коду вибирається код символу, який пересилається на екран монітора.

Кожна клавіша містить одне або декілька позначень чи назв, пов'язаних з найбільш часто виконуваними в програмах або призначуваними користувачами функціями.

Клавіатури містять стандартний набір клавіш, розташованих у певному місці.

3 Поняття пристроїв позиціонування.  

В операційній системі Windows пристрої позиціонування грають досить помітну роль, оскільки використовуються так само часто, як і клавіатура.

Пристрої позиціонування різних типів:

- комп'ютерна миша;

- кульовий покажчик (trackball), трекбол;

- вказівний джойстик;

- сенсорна панель (вказівний планшет).

4 Принцип дії комп’ютерної миші

Основні компоненти миші:

 - корпус , який ви тримаєте в руці і пересуваєте по робочому столу;

 - механізм відстеження переміщення миші : кулька / ролик або оптичні датчики ;

 - кілька кнопок ( зазвичай дві ) для подачі ( або вибору ) команд.

Інтерфейс з'єднання миші з системою.

У традиційних конструкціях для цього використовується кабель і роз'єм; в бездротових конструкціях застосовуються радіочастотні або інфрачервоні приймачі, розташовані в корпусі миші і спеціальному модулі комп'ютера , який необхідний для взаємодії миші з системою.

Типи комп'ютерних мишей:

1  Миша кульового типу ( оптико-механічна миша).

 У нижній частині миші розташовується невелика покрита гумою металева кулька, яка обертається при переміщенні миші по столу. Обертання кульки перетворюється в електричні сигнали, які по кабелю передаються в комп'ютер. Зовні миша кульового типу виглядає досить просто. Шарик контактує з двома валиками, один з яких відстежує переміщення миші по осі X , а другий - по осі Y. Ці валики з'єднані з невеликими ребристими дисками, через які періодично проходять (або не проходять) промені від джерела світла. Невеликі оптичні датчики реєструють обертання осей, вловлюючи відблиски інфрачервоних променів, що проходять при обертанні валиків через ребра дисків. Відблиски світла перетворюються в переміщення уздовж відповідної осі координат.

2  Оптична миша.

 У цій миші немає рухомих елементів, крім колеса прокрутки і кнопо , розташованих у верхній частині корпусу. У цій конструкції використовується поліпшена модель сканера із зарядним зв'язком ( Charge Coupled Device - CCD) , який реєструє переміщення, відстежуючи зміни тієї поверхні, де розташована миша. Функцію освітлення поверхні виконує світловипромінювальний діод ( lighttemitting diode - LED).

Діоди LED, що знаходяться всередині оптичної миші, освітлює поверхню, посилаючи імпульси світла кілька разів на секунду. Світло, відбиване від поверхні (будь то стіл або килимок миші), вловлюється датчиком, який перетворює інформацію в цифрові дані і передає їх до комп'ютера

Взаємодія миші і комп'ютера здійснюється за допомогою спеціальної програми драйвера, яка або завантажується окремо, або є частиною системного програмного забезпечення.

5 Інші пристрої позиціонування

Сенсорна панель (touch pad) або вказівний планшет (track pad) У ньому використовується плоский квадратний планшет, який реагує на положення пальця. Цей пристрій працює за тим же принципом, що і ємнісні датчики, використовувані як кнопки управління ліфтами, які встановлюються в деяких офісах і готелях. У портативних комп'ютерах сенсорні панелі розміщуються не між клавішами, а під клавішею пробілу і вимірюють тиск, який чиниться пальцем на планшет. Датчик під планшетом перетворює рух пальця в рух покажчика на екрані. Сенсорні панелі часто вбудовуються в різні клавіатури середнього і вищого класів для настільних систем і зазвичай розташовуються з правого боку від області друку. Для того щоб натиснути кнопку на екрані комп'ютера, користувачеві досить встановити на ній курсор і один або два рази легко вдарити кінчиком пальця по сенсорній панелі. Крім того, сенсорні панелі оснащені кнопками, аналогічними за своїми функціями кнопкам миші. У процесі "перетягування" елементів ці кнопки не використовуються, так як досить встановити курсор на переміщуваний об'єкт, натиснути на сенсорну панель пальцем і , утримуючи його, перемістити курсор на потрібне місце. Далі потрібно всього лише відпустити палець, і елемент залишиться на новому місці. Більш сучасні моделі включають в себе кнопки з додатковими функціями, які діють приблизно так само, як і гарячі клавіші клавіатур. Сенсорні панелі в основному використовуються в портативних комп'ютерах і настільних клавіатурах з інтегрованими пристроями позиціонування . Незважаючи на досить широке застосування, ця технологія має ряд недоліків. Управління пристроєм залежить від опору шкіри і змісту на ній вологи, а також від чутливості і рухливості пальців. Але найбільшим недоліком є те , що для роботи з сенсорним датчиком необхідно знімати руки з клавіш, а це істотно уповільнює роботу. Для портативних систем вказівні пристрої типу сенсорного датчика переважніше трекбола або зовнішньої громіздкої миші. Трекбол Сучасні трекболи, на відміну від моделей, що випускалися раніше, застосовуються не в комп'ютерних іграх, а насамперед у діловодстві. У трекбола найчастіше використовується стандартний "мишачий" механізм позиціонування , єдиною відмінністю якого є різне розташування ( у верхній або бічній частині корпусу) і збільшені розміри кульки. Сам корпус кульового покажчика не рухається ; користувач обертає кульку , а валики і диски , розташовані всередині корпусу трекбола, перетворять його обертання в відповідне переміщення курсору на екрані комп'ютера. Вказівний джойстик Джойстик (від англ. Joi stick - весела паличка ) - зазвичай це стрижень - ручка, вживана для льотних імітаторів або для ігор, в яких жваві об'єкти повинні точно позиціонуватися шляхом зміни положення ручки і є кнопка зі статусом «вогонь» . У деяких моделях в джойстик монтується датчик тиску. У цьому випадку, чим сильніше користувач натискає на ручку , тим швидше рухається курсор по екрану дисплея.

Контрольні питання:

1  Для чого призначена клавіатура ?

2  Що являє собою клавіша ?

3  Які є типи клавіатур ?

4 Які є види підключення клавіатури ?

5 Який принцип роботи клавіатури ?

6 Які є типи пристроїв позиціонування ?

7 Які є типи комп'ютерних мишей ? Їх принципи роботи .

8 Які є інтерфейси підключення миші ?

9 Що собою являє комбінована миша ?

10 Які є типи бездротових пристроїв ?

Література:

1 Максимов Н.В., Партыка Т.Л., Попов И.И. Архитектура ЭВМ и вычислительных систем: Учебник. – М.: ФОРУМ: ИНФРА-М, 2005. – 512 с.  

2 Степаненко О.С. Сборка, модернизация и ремонт ПК.: - М.: Издательский дом “Вильямс”, 2003. – 672 с.

3 Железо ПК 2010/ В.Г. Соломенчук, П.В. Соломенчук. – СПб.: БХВ-Петербург, 2010. – 448 с.

4 Алексеев Е.Г., Богатырев С.Д. Мультимедийный электронный учебник: Архитектура ЭВМ, http://inf.e-alekseev.ru/text/Arhit.html

ЛЕКЦІЯ №12

Дисципліна:«Архітектура комп’ютера»Блок змістовних модулів: 3.08 Архітектура комп'ютераМодуль змістовний:КЗП.20.05 Інтерфейси вводу/ виводуМодульна одиниця:Додаткові пристрої вводу/виводу

План лекції:

1 Види і склад принтерів.

2 Параметри принтерів

3 Типи принтерів  

4 Плотери

1 Види і склад принтерів.

Принтери бувають 2-х основних типів - ударної (матричні) і ненаголошеної (всі інші ) дії.

Будь-який принтер складається з трьох основних частин:

- механізму для транспортування ( привід подачі паперу);

- виконавчого механізму;

- принт-контролера.

Виконавчий механізм, керований контролером, дозволяє переносити зображення на сторінку паперу або іншого носія (наприклад плівки). Зображення можуть наноситься чорнилом, частками тонеру або якого-небудь іншого пігменту .

Принт-контролер - це пристрій, який отримує від програмного забезпечення драйвера інформацію для управління виконавчим механізмом.

2 Параметри принтерів:

1. Дозвіл (якість друку) - вимірюється в точках на дюйм (dpi (dot per inch) - числі окремих точок барвника, що наносяться на дюйм паперу.). Від 250 dpi в матричних до понад 3600 dpi.

2. Кількість кольорів

3. Швидкість друку - для струменевих чорно-білих принтерів - до 5 аркушів в хвилину, кольорових - до 5 хвилин на 1 лист. Для лазерних моделей середнього класу: чорно-білий друк - до 20 сторінок на хвилину, кольорова - до 20 секунд на 1 лист.

3 Типи принтерів:

3.1  Матричний принтер.

Механізм, який безпосередньо наносить зображення на папір називають друкуючою голівкою. Друкуюча головка складається з блоку голок (зазвичай їх 9 або 24). Кожна голка вставляється в спеціальні напрямні і підпружинюється . Для того, щоб надрукувати точку голка повинна зробити "укол" - різкий рух по напрямних у бік фарбувальної стрічки (при цьому голка трохи виступає за передню поверхню головки, по якій ковзає барвна стрічка) , притиснути стрічку до паперу і повернутися у вихідне положення. При друку весь цей процес відбувається так швидко, що зіткнення з папером носить характер удару, завдяки чому голка відскакує від пружного паперуопорного ролика. У результаті на папері ми отримуємо окрему точку. З таких точок і формується зображення.

Головка кріпиться на каретці, і до неї підводиться шлейф, через який передаються сигнали на окремі голки. Каретка в зборі рухається уздовж аркуша паперу по спеціальних напрямних.

Матричні принтери розраховані на друк текстової інформації. Як правило принтер має кілька вбудованих шрифтів і кодових таблиць. Більшість принтерів підтримують режими Condensed (друк вузьким шрифтом), Draft (швидку друк в один прохід) , і NLQ ( near letter quality - друк в два проходи , в цьому режимі кожна точка пробивається два рази або ж відбувається зміщення точки при другому проході, що дає більш якісне зображення і як наслідок меншу швидкість друку) .

Вибір шрифту здійснюється або за допомогою кодів, що посилаються на принтер перед друком , або за допомогою клавіш панелі управління принтером. Саме тому матричні принтери все ще мають купу кнопок і індикаторів.

Переваги:

- низька вартість витратних матеріалів;

- невимогливість до паперу;

- досить висока надійність через простоту конструкції.

Недоліки:

- у більшості нездатні друкувати в кольорі;

- високі шуми при роботі;

- низька швидкість друку у молодших моделей , крім того швидкість різко падає при друку графіки або у високій якості;

- практично не призначений для друку графіки із-за великої площі голки.

3.2 Лазерний принтер

У лазерних принтерах використовується електрографічний принцип створення зображення. Лазер генерує вузьконаправлені світлові імпульси на дзеркало, яке відбиває світло на обертовий друкує барабан. Промінь лазера модулюється переданої на друк інформацією. Світлоприймальний друкуючий барабан, якому повідомлений попередній заряд, покритий фоточутливим шаром селену, здатним змінювати електричний заряд точки під впливом світлового променя, що потрапив на неї

Вся поверхня барабана построчно обробляється променем. Поруч з обертовим барабаном розташований контейнер (картридж ) з сухим порошком барвника - тонера. Заряджені частинки тонера притягуються електростатичним полем барабана і прилипають до його поверхні в тих місцях, де потенціали точок і частинок різнополярні. Коли рельєф на поверхні барабана повністю сформований , подається аркуш паперу з протилежним зарядом. У результаті частки тонера з барабана переносяться на носій. Далі лист паперу потрапляє в грубку, в якій частки тонера розплавляються і після проходження через валики міцно прилипають.

На принципі, аналогічному лазерному побудовані діодно-матричні принтери LED.

Переваги:

- висока швидкість друку;

- швидкість друку не залежить від дозволу;

- висока якість друку;

- низька собівартість копії (на другому місці після матричних принтерів);

- безшумність.

Недоліки:

- висока ціна апарату;

- високе споживання електроенергії;

- дуже висока ціна кольорових апаратів.

3.3 Струменевий принтер.

Існують два типи пристроїв струменевого друку:

1  Принтери термоструйної технології. У термоструйних принтерах кожне сопло забезпечується терморезистором. Для того, щоб надрукувати окрему точку на резистор подається напруга. Він нагрівається. В результаті цього утворюється паровий міхур, який виштовхує крапельку чорнила з сопла (звідси назва струменево-бульбашковий друк ). Перевагою даної технології є безсумнівна дешевизна друкуючої головки. Термін її роботи обмежений і зазвичай вона поєднується з картриджем. Такий принцип друку використовують більшість виробників: Hewlett Packard, Lexmark, Canon, Xerox. Недоліком є ​​практично некерований "вибуховий" процес виштовхування краплі і, як наслідок, виникнення навколо точки "туману" - крихітних крапельок .

2  Принтери п'єзоелектричної технології. Сопла п'єзоелектричної головки забезпечуються п'єзоелементами на шляху подачі чорнила. При прикладанні електричної напруги відбувається деформація елемента і зміна обсягу, заповненого чорнилом. Оскільки рідина практично не стикається, то крапля чорнила виштовхується з сопла на папір. Перевагою такого способу друку є малий розмір краплі і керований процес її формування, а як наслідок - малий розмір точки і відсутність додаткових крапельок. Недоліком - те, що така головка стоїть дуже дорого. Такі головки розробляє і використовує фірма Epson.

Зображення формується шляхом нанесення на папір пофарбованої рідини (чорнила). При попаданні на папір ця рідина швидко вбирається і висихає. Таким чином зображення залишається на папері.

Друкуючим вузлом в струменевому принтері є друкуюча головка, що посилає на носій дрібні краплі чорнила. Для отримання відбитка друкуюча головка містить безліч дрібних форсунок - дюз. Дюзи одного кольору відповідно до необхідної роздільною здатністю і швидкістю друку розташовуються в друкуючій голівці у вертикальній площині. Краплі з дюз вилітають під впливом створюваного на дуже короткий час надлишкового тиску в чорнильній камері.

Друк кольорових зображень на струменевих принтерах проходить шляхом змішування чотирьох основних кольорів - блакитного , пурпурового , жовтого і чорного. Ці кольори часто називають базовими тріадними кольорами, а в поліграфії це називається колірною моделлю CMYK (від англійських назв кольорів Cyan, Magenta, Yellow, blacK). У дорогих моделях принтерів використовуються додаткові два кольори - або світло-блакитний і ясно- пурпурний, або помаранчевий і зелений (такі моделі називають також фотопринтерами: вони відрізняються підвищеною якістю передачі кольору. Хороший струменевий фотопринтер на сьогоднішній день забезпечує цілком прийнятну альтернативу дорогим кольоровим лазерним пристроям.

Переваги:

- низька ціна пристрою;

- можливість друку в кольорі;

- відносно висока швидкість друку (порівняно з матричними принтерами);

- низькі шуми при роботі.

Недоліки:

- висока вартість витратних матеріалів;

- низька швидкість (порівняно з лазерними пристроями).

Крім трьох основних технологій принтерів відомі: принтери з твердим чорнилом, термосублімаційні принтери, світлодіодні або LED-принтери, принтери з рідкокристалічним затвором.

4 Плотери

Графічні пристрої або плотери ( від англ, plotter ) - пристрої , що виконують функції виведення графічної інформації на паперові та деякі інші типи носіїв.

 Пір'яні плотери (ПП, pen plotter) - це електромеханічні пристрої векторного типу, і на ПП традиційно виводять графічні зображення різні векторні програмні системи типу AutoCAD. Вони створюють зображення за допомогою друкарських елементів (пір'я), відрізняються один від одного використовуваним видом рідкого барвника.

Відмінними рисами пір'яних плотерів є висока якість одержуваного зображення і хороше перенесення кольорів при використанні кольорових друкарських елементів.

Олівцево-пер'яні плотери (ОПП, pen/pencil) - різновид пір'яних - відрізняються можливістю установки специалізованого вузла з механізмом для використання звичайних олівцевих грифелів.

Всі інші типи плотерів утворюють зображення на носії інформації, використовуючи різні фізичні процеси, зокрема, вдаючись до дискретного (растрового) способу його створення: струминні плотери (СП , ink - jet plotter) , електростатичні плотери (ЕП, electrostatic plotter), плотери прямого виводу зображення ( ППВЗ, direct imaging plotter), плотери на основі термопередавання (ПТП , thermal transfer plotter ).

      

Контрольні питання:

1  Яких основних типів бувають принтери ?

2  З яких частин складається будь-який принтер ?

3 Назвіть параметри принтерів ?

4 Принцип дії матричного принтера. Які достоїнства і недоліки матричного принтера?

5 Принцип дії лазерного принтера. Які достоїнства і недоліки лазерного принтера?

6 Які є технології струминного друку ?

7 Принцип дії струминного принтера. Які достоїнства і недоліки струменевого принтера ?

8 Яке призначення плотерів ?

9 Назвіть типи плотерів ?

10 Які типи плотерів утворюють зображення на носи ¬ тілі інформації , використовуючи різні фізичні процеси?

Література:

1 Э. Таненбаум. Архитектура компьютера. 5-е издание, Питер,2007.– 830 с.

2 Степаненко О.С. Сборка, модернизация и ремонт ПК.: - М.: Издательский дом “Вильямс”, 2003. – 672 с.

3 Железо ПК 2010/ В.Г. Соломенчук, П.В. Соломенчук. – СПб.: БХВ-Петербург, 2010. – 448 с.

4 Алексеев Е.Г., Богатырев С.Д. Мультимедийный электронный учебник: Архитектура ЭВМ, http://inf.e-alekseev.ru/text/Arhit.html

ЛЕКЦІЯ №13

Дисципліна:«Архітектура комп’ютера»Блок змістовних модулів: 3.08 Архітектура комп'ютераМодуль змістовний:КЗП.20.05 Інтерфейси вводу/ виводуМодульна одиниця:Накопичувачі інформації

План лекції:

1 Поняття та класифікація масової пам’яті

2 Дискові накопичувачі

3 Накопичувачі на оптичних дисках

4 Накопичувачі на змінних носіях

1 Поняття та класифікація масової пам’яті

Масова пам'ять - зовнішнє ЗУ великої ємності. Виділяють три групи пристроїв масової пам'яті :

1  Для зберігання найбільш часто використовуваних програм і даних. ( Комплекси резервування матрицею незалежних жорстких дисків);

2 Для зберігання регулярно , але нечасто використовуваних програм і даних.

3 Для зберігання рідко вживаних програм і даних ( зображень , відеофільмів) .

ЗЗП поділяються на такі класи :

1  за типом доступу:

- З довільним доступом (диски , флеш- карти);

- З послідовним доступом ( стрічки).

2  по використовуваної технології запису / зчитування інформації:

- З магнітними носіями (НЖМД , НГМД ) ;

- З оптичними носіями (CD, DVD) ;

- З магнитооптическими носіями (МО диски) ;

- Які використовують флеш- пам'ять.

4  по типу носія :

- З постійним носієм (жорсткі диски).

- Зі змінними носіями ( гнучкі диски , картриджі стриммеров ) .

2 Дискові накопичувачі

Дискові накопичувачі - пристрої довільного доступу, тому, дані що цікавлять можуть бути отримані без обов'язкового прочитання попередніх даних. Бувають: накопичувачі на жорсткому магнітному диску (НЖМД) і на гнучких магнітних дисках (НГМД) – зараз практично не використовуються.

Накопичувач на жорстких магнітних дисках (вінчестер)

Назва «Вінчестер» має відношення до накопичувача ємністю 30 доріжок на 30 секторів. Ця назва напівавтоматичної гвинтівки калібру 30/30.

Основним компонентом жорсткого диска є одна чи декілька пластин (платерів) , виконаних з алюмінію або скла, покриті магнітним шаром. Саме на цих пластинах і зберігається вся інформація, розташована на жорсткому диску. Диски закріплені на загальній осі і обертаються з досить великою швидкістю. Крім того, в корпусі жорсткого диска є блок магнітних головок, які здійснюють читання і запис з поверхонь дисків. Всі головки з'єднані разом і не можуть рухатися роздільно, тому запис і читання виробляються відразу з усіх поверхонь всіх дисків одночасно .

Диски і головки знаходяться на металевому шасі, що забезпечує жорсткість всі конструкції , і закриті кришкою, що оберігає поверхні дисків і головки від попадання пилу.

При роботі диска, при обертанні пластин, створюється потужний потік повітря і магнітні головки при читанні-запису "парять" над поверхнями дисків не торкаючись їх, а зазор між дисками і головками становить кілька мікрометрів.

 Блок головок-дисків ретельно закривається при виготовленні і не підлягає розтину користувачем. Він не містить ніякої електроніки, вона підключається до спеціальної платі, на якій знаходиться необхідна диску керуюча електроніка. Така сукупність блоку дисків-головок і називається "жорсткий диск" .

Параметри продуктивності жорсткого диска:

1 Час, протягом якого можна отримати доступ до необхідної ділянки диска. Це час включає в себе час, необхідний на поворот дисків таким чином, щоб потрібна ділянка диска опинилася під магнітними головками, і час, необхідний на підведення головок. Зрозуміло, чим менше час доступу, тим продуктивніше жорсткий диск .

2 Швидкість послідовного читання-запису. Після того, як доступ отримано, продуктивність визначається тим, як швидко можна робити читання або запис інформації на диск.

Вінчестери в більшості випадків незнімні. Фізичного доступу немає. Швидкість запису та зчитування інформації з вінчестерів на порядок більше, ніж у накопичувачів на змінних дисках.

3 Накопичувачі на оптичних дисках.

Оптичні диски (лазерні диски, CD-ROM) - можна розділити на 3 класи: тільки для читання (CD), з одноразовим записом і багаторазовим зчитуванням (CD-R), і з багаторазової перезаписом інформації (CD-RW). Інформація міститься на одній спіральній доріжці, що проходить через всю поверхню диска.

CD - в основі запису інформації за допомогою лазера лежить модуляція інтенсивності випромінювання лазера дискретними значеннями 1 і 0. Випромінювання досить потужного лазера залишає на поверхні диска мітки, викликані впливом променя на метал. Поверхня диска попередньо покривається тонким шаром металу - телуру. При запису логічного одиниці промінь пропалює в плівці телуру мікроскопічний отвір. Запис починається з внутрішніх доріжок і ведеться з великою щільністю - 630 доріжок на міліметр. Довжина всієї спіральної доріжки - близько 5 км. Таким способом виготовляється первинний «майстер- диск», з якого потім проводиться тиражування всієї партії дисків методом лиття під тиском. При зчитуванні інформації ямки і рівні ділянки доріжки дають різну інтенсивність відбитого променя, яка реєструється фотоприймачем.

CD-R - основа покрита шаром органічного барвника, поверх якого нанесено світловідбиваюче напилення (золото або сплав срібного кольору). При запису випалюються фрагменти барвника. В результаті відбитий промінь також буде промодульований по інтенсивності.

CD-RW - під шаром мають реєструючий шар, який може міняти свій стан між полікристалічним і аморфним. Прозорість шару залежить від його стану. При перезапису стан окремих ділянок змінюється: залежно від ступеня нагріву ділянки променем записуючого лазера при охолодженні фіксується той чи інший його стан. На відміну від друкованих дисків і CD-R , що відображають близько 70 % потужності падаючого променя, диски CD-RW володіють істотно меншою здатністю відображати.

DVD ( ді-ві-ді , англ. Digital Versatile Disc - цифровий багатоцільовий диск; також англ. Digital Video Disc - цифровий відеодиск ) - носій інформації, виконаний у формі диска, що має такий же розмір, як і компакт-диск, але більш щільну структуру робочої поверхні , що дозволяє зберігати і зчитувати більший обсяг інформації за рахунок використання лазера з меншою довжиною хвилі і лінзи з більшою числовою апертурою .

DVD -привід - пристрій читання (і запису).

Для зчитування та запису DVD використовується червоний лазер з довжиною хвилі 650 нм. Крок доріжки - 0,74 мкм, це більш ніж в два рази менше, ніж у компакт-диска.

DVD може існувати в декількох модифікаціях. Найпростіша з них відрізняється від звичайного диску тільки тим, що шар, що відображає, розташований не на шарі полікарбонату що становить майже повну товщину ( 1,2 мм ), а на шарі половинної товщини ( 0,6 мм). Друга половина - це плоский верхній шар. Ємність такого диска досягає 4,7 ГБ і забезпечує більше двох годин відео телевізійної якості (компресія MPEG -2). Якщо обидва шари несуть інформацію (у цьому випадку нижнє покриття, що відбиває напівпрозоре, то сумарна ємність складає 8,5 ГБ.

4 Накопичувачі на змінних носіях

Існує дві технології виробництва накопичувачів на змінних дисках (НЗН) - флоптікова і вінчестерна . Носії НЗН поміщаються у пластмасові або металеві контейнери , які називаються картриджами .

Типовий флоптіковий пристрій - накопичувач на гнучких магнітних дисках або НГМД .

Флоппіподібні дисководи.

1 Дисковод Iomega Zip - випускається у вигляді вбудованого IDE- і SCSI -модуля, а також у вигляді автономних пристроїв , що підключаються до паралельного або USB- порту .

2 Накопичувач UHC - 130 створений за Zip-технологією, але більш універсальний. Здатний працювати з флоппі - дискетами як звичайний НГМД .

3 Накопичувач LS - 120 може працювати з звичайними дискетами НГМД .

Накопичувачі на змінних жорстких магнітних дисках.

 Помітно поступаються НЖМД в обсязі дискової пам'яті і швидкості передачі даних. Дисководи типу Iomega Jaz, SyQuest, Orb працюють з жорсткими дисками, укладеними в картриджі, які не сумісні з НГМД або картриджами флоппіподобних пристроїв.

Магнитооптичні диски.

У магнітооптичних дисках (МО- дисках) застосовуються одночасно і магнітна і оптична технології . При нормальних температурах магнітна поверхня МО диска - дуже стабільна і може зберігати дані близько 30 років. МО- диски випускаються в картриджах і мають розміри 3,5 або 5,25 дм.

Мініатюрні накопичувачі даних.

Застосовуються для роботи з малогабаритними пристроями ( кишеньковими і переносними ПК , цифровими камерами , аудіоплейєрів ) . До них відносяться компактні НЖМД ( Технологія IBM Microdrive , Зів )

Пристрої проміжного зберігання даних.

Це винесені мініатюрні блоки , використовувані для збору інформації на НЖМД і подальшого перенесення для обробки і зберігання на ПК.

Розрізняють 2 типи:

1 тип . Інформація зчитується з картриджа з жорстким диском спеціального формату і пересилається через інтерфейс USB на ПК.

2 тип . У пристрої цього типу вставляються картки флеш-пам'яті.

Контрольні питання:

1 Яке призначення ЗЗП ?

2 Які переваги і недоліки має зовнішня пам'ять порівняно із внутрішньою ?

3 Які пристрої використовуються в якості зовнішньої пам'яті ?

4 Що собою являє накопичувач ?

5 Розкажіть про принцип роботи НЖМД.

6 Що собою являє логічна структура диска?

7 Які існують накопичувачі на оптичних дисках?

8 Як відбувається зчитування інформації з оптичного диска?

9 Як відбувається запис інформації на CD-R ?

10 Як відбувається запис інформації на CD-RW ?

11  Які переваги має DVD в порівнянні з CD ?

12 Які переваги і недоліки мають оптичні диски порівняно з магнітними ?

13 Назвіть області застосування змінних носіїв інформації.

14 Які накопичувачі на змінних носіях ви знаєте? Який з них найпоширеніший ?

Література:

1 Э. Таненбаум. Архитектура компьютера. 5-е издание, Питер,2007.– 830 с.

2 Степаненко О.С. Сборка, модернизация и ремонт ПК.: - М.: Издательский дом “Вильямс”, 2003. – 672 с.

3 Железо ПК 2010/ В.Г. Соломенчук, П.В. Соломенчук. – СПб.: БХВ-Петербург, 2010. – 448 с.

4 Алексеев Е.Г., Богатырев С.Д. Мультимедийный электронный учебник: Архитектура ЭВМ, http://inf.e-alekseev.ru/text/Arhit.html

ЛЕКЦІЯ №14

Дисципліна:«Архітектура комп’ютера»Блок змістовних модулів: 3.08 Архітектура комп'ютераМодуль змістовний:КЗП.20.05 Інтерфейси вводу/ виводуМодульна одиниця:Етапи складання та налагодження ПК  

План лекції:

1 Етапи складання настільного ПК

2 Етапи інсталяції програмних засобів

3 Накопичувачі на оптичних дисках

4 Накопичувачі на змінних носіях

1 Етапи складання настільного ПК

Етапи складання:

1 Планування

2 Механічна збірка корпусу

3 Монтаж пристроїв зовнішньої пам'яті

4 Монтаж системної плати

5 Підключення кабелів

Мета планування - вибір компонентів для складання ПК з урахуванням Ососбенно планованого ресурсу , сумісності з офісним або домашнім ПК , а також фінансовими можливостями.

Для складання ПК потрібно наступні компоненти:

- Корпус; 

- Системна плата;

- Центральний процесор;

- ОЗП;

- Вентилятори системи охолодження процесора;

- НЖМД ; 

- Накопичувач на компакт -дисках; 

- Графічна плата ;

- Монітор;

- Модем ;

 - Клавіатура і миша ; 

- Колонки .

2 Етапи інсталяції програмних засобів

Після механічного складання ПК вам доведеться виконати наступні етапи встановлення і налаштування програмного забезпечення.

1  Конфігурування ПК

Початкове конфігурування ПК відбувається в програмі настройки BIOS - Setup. Меню програми налаштування BIOS дозволяє користувачеві ввести поточну дату і час , параметри жорсткого диска , типи дисководів і відеоадаптера , установки для клавіатури і ін Більш сучасні BIOS вміють визначати параметри жорсткого диска мостійно .

2  Розбиття дискового простору НЖМД на розділи і його форматування

Для розбивки жорсткого диска на розділи необхідно використовувати програму FDISK .

Після перезавантаження за допомогою завантажувальної дискети необхідно відформатувати всі створені розділи . Перший розділ жорсткого диска форматується наступною командою : Format C : . Інші розділи жорсткого диска форматуються так само: досить виконати коо манду , змінюючи буквене позначення диска для кожного форматируемого розділу. Після форматування всіх розділів слід знову перезавантажитися і почати установку Windows,.

3  Установку ОС і програм драйверів

4  Установку прикладного ПО

5  Налагодження ПК:  Дефрагментація диска, Діагностичні програми, Утиліта Windows , Відновлення системи .

6  Резервне копіювання

Контрольні питання:

1 Яке призначення ЗЗП ?

2 Які переваги і недоліки має зовнішня пам'ять порівняно із внутрішньою ?

3 Які пристрої використовуються в якості зовнішньої пам'яті ?

4 Що собою являє накопичувач ?

5 Розкажіть про принцип роботи НЖМД.

6 Що собою являє логічна структура диска?

7 Які існують накопичувачі на оптичних дисках?

8 Як відбувається зчитування інформації з оптичного диска?

9 Як відбувається запис інформації на CD-R ?

10 Як відбувається запис інформації на CD-RW ?

11  Які переваги має DVD в порівнянні з CD ?

12 Які переваги і недоліки мають оптичні диски порівняно з магнітними ?

13 Назвіть області застосування змінних носіїв інформації.

14 Які накопичувачі на змінних носіях ви знаєте? Який з них найпоширеніший ?

Література:

1 Степаненко О.С. Сборка, модернизация и ремонт ПК.: - М.: Издательский дом “Вильямс”, 2003. – 672 с.

2 Алексеев Е.Г., Богатырев С.Д. Мультимедийный электронный учебник: Архитектура ЭВМ, http://inf.e-alekseev.ru/text/Arhit.html

ЛЕКЦІЯ №15

Дисципліна:«Архітектура комп’ютера»Блок змістовних модулів: 3.08 Архітектура комп'ютераМодуль змістовний:КЗП.20.06 Сучасні архітектуриМодульна одиниця:Базові представлення про архітектуру ЕОМ . Обчислювальні системи багатопроцесорної архітектури.    

План лекції:

1 Етапи складання настільного ПК

2 Етапи інсталяції програмних засобів

3 Накопичувачі на оптичних дисках

4 Накопичувачі на змінних носіях

1 Етапи складання настільного ПК

Етапи складання:

[+]     0 1 0   1  1   0  1    0

[+]          0  1    0   0     1    1     0     0    1

[0]                                                          [0]

 

                                                              [-]

Аналоговий сигнал

Цифрова апроксимація (оцифровка)

t

V(t)

0+0=0

0+1=1

1+0=1

1+1=10

0*0=0

0*1=0

1*0=0

1*1=1

&

1

A   B    C

0    0      0

1    0      1

0    1      1                 

1    1      0

1

← Предыдущая
Страница 1
Следующая →

Історія розвитку покоління ЕОМ. Основні класи сучасних ЕОМ. Поняття інформації, систем числення. Вісімкова, шістнадцткова система числення. Поняття інтегральних мікросхем Компоненти ПК

У нас самая большая информационная база в рунете, поэтому Вы всегда можете найти походите запросы

Искать ещё по теме...

Похожие материалы:

Речевая коммуникация. Ответы

Ответы по речевой коммуникации. Язык как знаковая система передачи информации. Соотношение понятий «язык» и «речь». Речь и мышление. Функции языка и речи. Речевая коммуникация. Формы и типы речевой коммуникации. Виды речевой деятельности. Общенародный язык и его разновидности. Рубрикация. Культура речи. Этика и речь. Средства общения

Программа, реализующая поставленную задачу в виде многооконного приложения

Курсовая работа По предмету «Объектно-ориентированное программирование» Написать программу, реализующую поставленную задачу в виде многооконного приложения Задача заключается в смене элементов квадратной матрицы между 1-2 и 3-4 четвертями. Матрица делится на четверти ровно по середине.

Операции и Выражения С++

Операнд - это константа, литерал, идентификатор, вызов функции, индексное выражение, выражение выбора элемента или более сложное выражение, сформированное комбинацией операндов, знаков операций и круглых скобок.

Тероризм в ідеології та діяльності ОУН

Боротьба ОУН, яка супроводжувалась використанням терористичних методів, була яскравим вираженням змагань українців за здобуття самостійної держави.

Создание локальной сети и настройке оборудования для доступа обучающихся к сети интернет

Дипломная работа. Анализ существующих решений для построения сети. Маршрутизаторы. Особенности современных маршрутизаторов. Принцип работы коммутатора. Методы коммутации. Классификация коммутаторов. Выбор коммутатора для решения поставленных задач. Выбор монтажного оборудования. Выбор информационных розеток. Обзор кабельных соединений и компоновки Ethernet

Сохранить?

Пропустить...

Введите код

Ok