Лекція. Сучасні пристрої комп’ютера. Пристрої введення/виведення інформації

Лекція №2

Тема: Сучасні пристрої комп’ютера. Пристрої введення/виведення інформації

Мета: ознайомити студентів з сучасними пристроями комп’ютера, пристроями введення та виведення інформації;

розвивати логічне мислення, увагу, спостережливість, вміння аналізувати;

виховувати інтерес до вивчення предмету.

Література:

1. Ривкінд Й.Я., Лисенко Т.І.,Чернігова Л.А, Шакотько В.В. Інформатика 10 Рівень стандарту – Київ: «Генеза» 2010
2. Ривкінд Й.Я., Лисенко Т.І.,Чернігова Л.А, Шакотько В.В. Інформатика 10 Академічний рівень, профільний рівень – Київ: «Генеза» 2011

 

План:

1. Основні пристрої комп’ютера

1. Системна (материнська) плата.
2. Процесор.
3. Пам'ять комп’ютера.

2. Пристрої введення/виведення інформації.

 

1. Основні пристрої комп’ютера

1.        Системна (материнська) плата.

Системна (материнська) плата (англ. - motherboard) - це основна плата, до якої приєднуються всі частини комп'ютера (процесор, відеокарта, ОЗУ і ін.), встановлюється в системному блоці. Головне завдання материнської плати – об’єднати і забезпечити спільну роботу всіх інших елементів.

На вигляд материнська плата класичного стаціонарного комп'ютера являє собою досить велику мікросхему, на якій розміщена значна кількість роз'ємів.

Основою будь-якої сучасної материнської плати є чіпсет.

Чіпсет - це сукупність мікросхем, що забезпечують узгоджену спільну роботу складових частин комп'ютера і їх взаємодію між собою. Як правило, чіпсет складається з двох основних мікросхем, які частіше називають "північним" і "південним" мостами.

 

2.        Процесор.

Процесор комп’ютера є його основним пристроєм. До складу сучасного процесора входять, як зазначалося вище, арифметично-логічний пристрій і пристрій керування. Процесори для персональних комп’ютерів класифікують за розрядністю, кількістю ядер, тактовою частотою та іншими властивостями (табл. 1.1).

Характеристика	Що характеризує	Значення в сучасних процесорах
Розрядність	Кількість двійкових розрядів, що можуть одночасно опрацьовуватися процесором	32 і 64 біти
Тактова частота	Частота керуючих сигналів, які узгоджують ро боту пристроїв процесора	3 ГГц (3·109 Гц) і більше
Швидкість опрацювання даних(швидкодія)	Середня кількість операцій, які виконуються за одиницю часу	8 мільярдів операцій за секунду і більше
Кеш_пам’ять	Ємність кеш-пам’яті першого, другого і третього рівня	І рівня – 32 Кбайт ІІ рівня – 6 Мбайт ІІІ рівня – 12 Мбайт
Кількість ядер	Кількість однакових за структурою процесорів, що об’єднані в одну мікросхему	Від 1 до 6

Таблиця 1.1. Основні характеристики процесорів

2.        Пам'ять комп’ютера.

Однією з основних складових комп’ютера є його пам’ять. Вона призначена для збереження даних. Її поділяють на внутрішню та зовнішню.

 

 

Пам’ять поділяють також на енергозалежну (всі види внутрішньої пам’яті, крім постійної) і енергонезалежну (всі виді зовнішньої пам’яті та постійна пам’ять). Дані з енергозалежної пам’яті зникають при вимкненні живлення комп’ютера.

Основними властивостями пам’яті є:

• ємність – максимальна довжина двійкового коду, який можна розмістити в пам’яті, наприклад 320 Гбайт;

• швидкість зчитування і запису даних – довжина двійкового коду, яку можна зчитати (записати) за одиницю часу, наприклад 120 Кбайт за секунду.

 

Внутрішня пам’ять

До внутрішньої пам’яті відноситься постійна, оперативна і кеш-пам’ять.

Постійну пам’ять скорочено позначають ПЗП – постійний запам’ятовуючий пристрій або ROM (англ. Read Only Memory – пам’ять тільки для читання). Ця пам’ять невелика за ємністю (кілька сотень кілобайтів) і містить програму тестування пристроїв комп’ютера при ввімкненні – POST (англ. Power*On Self Test – самоперевірка при ввімкненні енергії) та базову систему введення/виведення – BIOS (англ. Basic Input/Output System). Особливістю постійної пам’яті є те, що дані, які в ній містяться, не зникають при вимкненні живлення комп’ютера. Постійна пам’ять виготовляється у вигляді спеціальної мікросхеми, яку розміщують на системній платі.

Оперативну пам’ять скорочено позначають ОЗП – оперативний запам’ятовуючий пристрій або RAM (англ. Random Access Memory – пам’ять з довільним доступом) і також розміщують на системній платі. Вона розділена на окремі комірки, кожна з яких має унікальне ім’я (адресу). Процесор у будь-який момент часу може звернутися до будь-якої комірки оперативної пам’яті для зчитування або запису даних.

Ємність оперативної пам’яті становить від кількох сотень мегабайтів до кількох гігабайтів. Для сучасної оперативної пам’яті швидкість обміну даними між нею і процесором – понад 10 гігабітів за секунду.

У сучасних комп’ютерах процесор досить швидко опрацьовує дані, але відносно довго чекає на надходження нових даних з оперативної пам’яті. Для підвищення швидкості обміну даними між процесором і оперативною пам’яттю використовують кеш-пам’ять (англ. cache memory – пам’ять про запас). У ній робиться своєрідний запас даних, до яких може звернутися процесор під час подальшої роботи. Вона має значно більшу швидкість обміну даними з процесором порівняно з оперативною пам’яттю.

 

Зовнішня пам’ять

Зовнішня пам’ять призначена для довготривалого зберігання даних. Кожний вид зовнішньої пам’яті характеризується:

• носієм даних;

• пристроєм для зчитування і запису;

• способом запису.

Пристрої зовнішньої пам’яті відносяться до пристроїв, що здійснюютьяк уведення, так і виведення даних.

Пам’ять на жорстких магнітних дисках є основним видом зовнішньої пам’яті в сучасних комп’ютерах. Вона реалізована за допомогою магнітного способу запису і зчитування даних. Носієм даних є жорсткий (як правило, металевий) диск з нанесеним на нього шаром речовини, яка має магнітні властивості. Зчитування та запис даних здійснює спеціальний пристрій – накопичувач на жорстких магнітних дисках, скорочено НЖМД або HDD (англ. Hard Disc Drive – накопичувач на жорсткому диску).

Для збільшення швидкості обміну даними між пристроями зовнішньої пам’яті й оперативною пам’яттю комп’ютера використовують кеш-пам’ять, яку розміщують на платі керування пристрою.

Основні властивості сучасних HDD:

• ємність – 1 Тбайт і більше;

• швидкість обертання дисків – 5400, 7200 і більше обертів за хвилину;

• ємність кеш-пам’яті – 8 Мбайт і більше.

Пам’ять на гнучких магнітних дисках також реалізована за допомогою магнітного способу запису і зчитування даних. Носієм даних є гнучкий пластиковий диск, покритий шаром речовини з магнітними властивостями. Він поміщений усередину пластикового футляра. Гнучкий магнітний диск разом з футляром називають дискетою. Використовують дискети з диском діаметра 3,5 дюйма (позначається 3,5′′, 1′′ ≈ 2,54 см) і ємністю 1,44 Мбайт. Існують дискети і з більшою ємністю, але вони не набули широкого розповсюдження.

Пам’ять на оптичних дисках реалізована за допомогою лазерної технології запису і зчитування даних. На оптичному диску від центра до зовнішнього краю по спіралі записуються дані у вигляді послідовності темних і світлих ділянок. Під час зчитування даних аналізується інтен сивність відбитого від поверхні диска променя лазера.

Носіями даних є оптичні диски таких основних типів:

• CD (англ. Compact Disc – компактдиск);

• DVD (англ. Digital Video Disc – цифровий відеодиск, в іншому варіанті – англ. Digital Versatile Disc – цифровий універсальний диск);

• BD (англ. Blu*ray Disc – синьопроменевий диск).

Ємність більшості CD дисків – 640–800 Мбайт. Але ця ємність не дає змоги розміщувати на них, наприклад, високоякісні відеофільми. Для збільшення ємності оптичних дисків збільшили щільність запису. Так з’явився інший тип оптичних дисків – DVD, який може використовувати для збереження даних кілька шарів з обох сторін і мати ємність до 20 Гбайт, а потім і BD диски, які дають змогу записати до 100 Гбайт (використовується 4 шари для збереження даних, по два з кожної сторони диска).

Основною властивістю пристроїв для роботи з оптичними дисками є швидкість зчитування та запису даних. Для перших пристроїв вона становила 150 Кбайт за секунду. У сучасних пристроях ця швидкість більша в 42–64 рази. Напис на пристрої або в його документації у вигляді, наприклад, 52х означає, що пристрій може забезпечувати обмін даними зі швидкістю, яка більша за швидкість перших пристроїв у 52 рази, що становить близько 7800 Кбайт за секунду. Для DVD пристроїв початкова швидкість (1x) зчитування та запису даних становить 1,32 Мбайт за секунду.

Флеш-пам’ять (рис. 2.13) (англ. flash – спалах) свою назву отримала за дуже високу, порівняно з іншими видами зовнішньої пам’яті, швидкість запису/зчитування даних (3–10 Мбайт за секунду). Цей вид пам’яті реалізований на напівпровідникових (електронних) елементах, які здатні зберігати дані протягом тривалого часу за відсутності живлення. Пристрої флешпам’яті дають змогу зберігати значні обсяги даних (до 32 Гбайт і більше). Пам’ять на основі флештехнології широко використовується у переносних пристроях – цифрових фото і відеокамерах, цифрових плеєрах, диктофонах, кишенькових комп’ютерах, мобільних телефонах тощо. Останнім часом набувають все більшого розповсюдження, особливо в мобільних комп’ютерах, так звані флешдиски (рис. 2.14) – пристрої, які використовують флеш-технологію запису і зчитування даних. Вони мають ємність 64 Гбайт і більше. Ці пристрої забезпечують більшу швидкість зчитування та запису даних (45–60 Мбайт за секунду), ніж жорсткі диски (10–15 Мбайт за секунду), але поки що мають значно більшу вартість. Планується, що в подальшому ці диски замінять жорсткі.

SSD

SSD (solid state-drive) або твердотільний накопичувач - запам'ятовуючий пристрій відносно нового типу, який працює на основі використання мікросхем пам'яті і на відміну від HDD не містить рухомих частин.

Цей тип пристроїв порівняно з HDD має ряд переваг: відсутність буль-якої вібрації і шуму, низьке енергоспоживання, більш висока швидкість роботи при невеликих розмірах, стійкість до температурних коливань і механічного впливу й ін.

Найбільшими недоліками SSD є їх висока вартість і швидкість зношування (зазвичай, близько 10 тис. циклів перезапису, у більш дорогих виробах - до 100 тис.).

 

2. Пристрої введення/виведення інформації.

 

Пристрої введення

Клавіатура призначена для введення та редагування символьних даних і команд.

На клавіатурах різних моделей положення клавіш, їх вигляд і розміщення може бути різним. Деякі з клавіш можуть бути відсутні, а можуть бути наявними додаткові клавіші.

Типи клавіатур:

- Бездротова клавіатура. Найбільша перевага цього полягає в тому, що на один зменшується кількість проводів за вашим столом, забезпечує свободу і маневреність

- Ергономічна клавіатура. Знімає напругу під час постійного друкування і створює певні зручності,завдяки своєму нестандартному дизайну та форми. Подекуди рекомендується лікарями.

- Клавіатура з підсвічуванням. Клавіатура має підсвічування, завдяки якому в темряві видно клавіші. Купуючи клавіатуру з підсвічуванням, уважно подивіться на можливість відключати підсвічування, коли це необхідно, а також на можливість  регулювати яскравість підсвічування.

- Сенсорна клавіатура: в момент дотикання пальцями потенціал збільшується спеціальною схемою. Ці клавіатури самі довговічні, оскільки в них відсутній який-небудь механічний елемент і інформація при натисканні клавіш формується тільки електрикою.

- Клавіатура із додатковими можливостями – використовується, наприклад, в ноутбуках.

Перші комп’ютери не мали клавіатури. Дані вводилися за допомогою перемикачів, перфострічок або перфокарт.

Для управління роботою сучасних програм використовуються різні маніпулятори. Маніпулятори здійснюють безпосереднє введення інформації, вказуючи курсором на екрані монітора команду або місце введення даних.

 

Маніпулятор миша - це пристрій, призначений для забезпечення зручності роботи з сучасним програмним забезпеченням.

Миша - це електронно-механічний пристрій, за допомогою якого здійснюється дистанційне керування курсором на екрані монітора.

Розрізняють декілька типів мишей:

За механізмом керування курсором:

• механічна — всередині миші вільно розташована кулька, котра дотикається до поверхні, на якій розташована мишка, рух змушує кульку обертатися у відповідний бік, які передаються на два перпендикулярно розташовані валики, оберти яких і перетворюються оптичними сенсорами у сигнали комп'ютера;
• оптична— мишу оснащено освітлювачем (лазером) і примітивною «камерою», котра і фіксує рухи миші по поверхні.

За принципом обміну даних з комп'ютером:

• дротова — сигнали комп'ютеру передаються за допомогою дротів
• бездротова (радіомишка) — така мишка складається з двох частин: безпосередньо маніпулятора, з вбудованим пристроєм передачі радіосигналів, і пристрою для приймання радіосигналів, який під'єднаний до комп'ютера.

Маніпулятор «трекбол» схожий на перевернуту мишу. У трекболі переміщується не сам маніпулятор, а долоня або вказівний палець обертає кулю. В іншому даний пристрій нічим не відрізняється від миші, тільки більша куля дає змогу точніше визначати позицію вказівника на екрані.

У портативних комп’ютерах широко використовуються маніпулятори типу «тачпед». Переміщення пальця по поверхні тачпеда приводить до переміщення вказівника на екрані монітора.

Джойстик ви користовується в ігрових програмах і комп’ютерних тренажерах. Він має ручку, зміна нахилу якої приводить до зміни положення об’єктів на екрані. У джойстиках враховується не тільки кут нахилу, а й швидкість зміни положення. Вони можуть мати додаткові кнопки керування.

Для введення графічних даних у комп’ютер використовуються сканери. На малюнок, фотографію або інший документ від спеціального пристрою направляється потік світла. Пристрій аналізує інтенсивність і колір відбитого світла та перетворює ці дані в електронну форму подання зображення. Сканувати можна й текстовий документ, але в результаті буде отримано графічне зображення. Це зображення можна перетворити в текст, використавши для цього спеціальні програми.

Сканери поділяють на ручні, настільні та проекційні.

Ручні сканери мають малі габарити і зручні для введення невеликих за розмірами зображень і фрагментів тексту. При скануванні об’єкт залишається нерухомим, а переміщують сам сканер. Такі типи сканерів широко використовуються з портативними комп’ютерами (ноутбуками), у магазинах для сканування штрих!кодів, наклеєних на товари, тощо.

Серед настільних сканерів найпоширеніші планшетні. У них об’єкт, що сканується, нерухомо розміщується на спеціальному склі. Сканування відбувається під час автоматичного переміщення механізму зчитування.

Крім планшетних, є настільні сканери, в яких об’єкт сканування протягується відносно нерухомого механізму зчитування.

Таблиця 2.1. Основні властивості настільних сканерів

 

Ручне введення графічних даних здійснюють за допомогою спеціального пристрою – графічного планшета, або дигітайзера. Графічний планшет складається з двох основних частин – основи з чутливою поверхнею і спеціального комп’ютерного олівця – стилуса. Якщо переміщувати стилус по основі, то на екрані монітора можна отримати графічне зображення. Більшість графічних планшетів відслідковують не тільки переміщення стилуса, а й силу натиснення, що дає змогу отримувати лінії різної товщини.

 

Пристрої виведення.

Монітором називають пристрій, призначений для виведення на екран текстових і графічних даних. Зображення на екрані монітора утворюється з окремих елементів зображення – пікселів, які інколи називають точками зображення.

Серед сучасних моніторів найбільш розповсюдженими є монітори на рідких кристалах (LCD). Рідкі кристали – це речовини, які мають властивості і рідини, і кристалічних тіл.

Монітори на електроннопроменевій трубці  на сьогоднішній день практично не випускаються, але ще досить часто використовуються в організаціях.

Плазмові монітори використовуються для створення великих інформаційних екранів. Вони забезпечують високу яскравість і контрастність зображення.

Таблиця 2.2. Основні властивості моніторів

Відображення даних на екрані монітора забезпечує спеціальний пристрій, що називається відеоадаптер, або відеокарта. Основним пристроєм відеоадаптера є спеціальний графічний процесор. Для забезпечення швидкого опрацювання даних, що виводяться на екранмонітора, використовується відеопам’ять. Це може бути окремий блок пам’яті на платі відеоадаптера або частина оперативної пам’яті.

Пристрої друку призначені для виведення тексту, графічних зображень на тверду поверхню (папір, картон, плівку тощо). Їх поділяють на дві групи: принтери  і плотери.

Сучасні пристрої друку мають свою систему опрацювання даних і керування апаратурою друку, власний процесор, пам’ять.

Принтери, залежно від методів отримання зображення, розподіляють на такі групи:

 

Суттєвими недоліками матричних принтерів, що зумовлюють зменшення їх випуску і використання, є низька якість друку, відносно мала швидкість друку, неможливість якісно передавати відтінки кольорів, високий рівень шуму. Разом з тим, матричні принтери надійні й економічні, невибагливі до якості паперу та дають змогу за допомогою копіювального паперу отримати одразу кілька копій.

Принцип дії струменевих принтерів полягає в створенні зображення за допомогою дуже малих крапель спеціальних чорнил, що виштовхуються з друкуючої головки на поверхню паперу або плівки.

Лазерні принтери (рис. 2.34) широко розповсюджені на сучасному ринку комп’ютерної техніки. У них використовується принцип дії на основі електризації малих частинок порош коподібної фарби (тонера), за допомогою якої і створюється зображення на поверхні паперу або плівки.

Таблиця 2.3. Значення властивостей принтерів

Термічні принтери – це монохромні принтери, що використовуються для друку етикеток, ярликів, чеків, штрих-кодів на складах або в магазинах, білетів для транспортних компаній, чеків у переносних касових апаратах тощо.

Плотери (графобудівники) також можуть виводити на тверді носії текстові або графічні дані (рис. 2.36). Але в основному вони призначені для роботи з графікою. Використовуються для друку креслень, ескізів, плакатів та інших зображень великих розмірів, як правило, більших ніж 297×420 мм (формат А3).

Останнім часом широко використовується комп’ютерне мультимедійне обладнання, яке дає змогу відтворювати звук, відео, графічні об’єкти. До цього обладнання відносять звукові колонки, мікрофони, навушники, мультимедійні проектори.

Основними властивостями пристроїв відтворення та введення звуку є ширина діапазону звуку (в межах від 20 Гц до 20 КГц) та потужність.

Для відтворення зображень на великі екрани використовують мультимедійні проектори. Основними властивостями цих пристроїв є роздільназдатність (від 800 на 640 точок), контрастність та інтенсивність світлового потоку.