Функции микропроцессорного комплекта (чипсета)
Параметры микропроцессорного комплекта (чипсета) в наибольшей степени определяют свойства и функции материнской платы. В настоящее время большинство чипсетов материнских плат выпускаются на базе двух микросхем, получивших название «северный мост» и «южный мост».
«Северный мост» управляет взаимосвязью четырех устройств: процессора, оперативной памяти, порта AGP и шины PCI. Поэтому его также называют четырехпортовым контроллером.
«Южный мост» называют также функциональным контроллером. Он выполняет функции контроллера жестких и гибких дисков, функции моста ISA — PCI, контроллера клавиатуры, мыши, шины USB и т. п.
Дополнительные схемы
К системной шине, наряду с типовыми внешними устройствами, могут быть подключены и некоторые дополнительные платы с интегральными микросхемами, расширяющие и улучшающие функциональные возможности микропроцессора: математический сопроцессор, контроллер прямого доступа к памяти, сопроцессор ввода-вывода, контроллер прерываний и др.
В тех случаях, когда на компьютере приходится выполнять много математических вычислений (например, в инженерных расчетах), к основному микропроцессору добавляют математический сопроцессор. Сопроцессор – вспомогательный процессор, предназначенный для выполнения математических и логических действий. Использование сопроцессора позволяет ускорить процесс обработки информации компьютером. Он помогает основному микропроцессору выполнять математические операции над вещественными числами.Математический сопроцессор –содержащий специальные команды для работы с числами с плавающей точкой микропроцессор. Микропроцессоры фирмы Intel (80486 и выше) сами умеют выполнять операции над вещественными числами, поэтому для них сопроцессоры не требуются.
Контроллер прямого доступа к памяти освобождает МП от прямого управления накопителями на магнитных дисках, что существенно повышает эффективное быстродействие ПК. Без этого контроллера обмен данными между ВЗУ и ОЗУ осуществляется через регистр МП, а при его наличии данные непосредственно передаются между ВЗУ и ОЗУ, минуя МП.
Сопроцессор ввода-вывода за счет параллельной работы с МП значительно ускоряет выполнение процедур ввода-вывода при обслуживании нескольких внешних устройств (дисплей, принтер, НЖМД, НГМД и др.); освобождает МП от обработки процедур ввода-вывода, в том числе реализует и режим прямого доступа к памяти.
Важнейшую роль играет в ПК контроллер прерываний.
Прерывание — временная остановка выполнения одной программы в целях оперативного выполнения другой, в данный момент более важной (приоритетной) программы.
Прерывания возникают при работе компьютера постоянно. Достаточно сказать, что все процедуры ввода-вывода информации выполняются по прерываниям, например, прерывания от таймера возникают и обслуживаются контроллером прерываний 18 раз в секунду (естественно, пользователь их не замечает).
Контроллер прерываний обслуживает процедуры прерывания, принимает запрос на прерывание от внешних устройств, определяет уровень приоритета этого запроса и выдает сигнал прерывания в МП. МП, получив этот сигнал, приостанавливает выполнение текущей программы и переходит к выполнению специальной программы обслуживания того прерывания, которое запросило внешнее устройство. После завершения программы обслуживания восстанавливается выполнение прерванной программы. Контроллер прерываний является программируемым.
Периферийные устройства компьютера
Классификация
Существует множество видов периферийных устройств. Среди них можно выделить два больших класса: устройства ввода информации в ЭВМ и устройства вывода.
Устройства ввода предназначены для ввода данных и программ, а также для внесения исправлений в программу и данные, хранящиеся в памяти ЭВМ. К устройствам ввода относятся:
мыши;
трэкболлы;
джойстики;
световые перья;
дигитайзеры;
цифровые камеры;
сканеры.
Устройства вывода служат для вывода из ЭВМ информации, результатов обработки данных в текстовой, графической, мультимедийной или цифро-аналоговой форме. Они разделяются на:
устройства вывода на промежуточный или машинный носитель (магнитные носители);
устройства для вывода и фиксации информации в виде текстов, графиков, таблиц (печатающее устройство, графопостроитель);
устройства вывода информации во внешнюю среду (ЦАП, вывод на линию связи).
Наиболее распространенными устройствами вывода являются принтеры и графопостроители.
Модем может служить как для ввода, так и для вывода информации.
Рассмотрим основные виды периферийных устройств.
Принтеры
Принтер –устройство, предназначенное для вывода текстовой и графической информации на бумагу. Первичное разделение принтеров на классы обычно производят по механизму нанесения отпечатков.
Матричные принтеры
Это самый старый из применяемых тип принтеров. Строка формируется за счет прохода по ней головки с вертикальным рядом иголок (точнее, тонких цилиндров), которые бьют по красящей ленте и оставляют отпечаток, как пишущая машинка.
Символ в строке печатается за один проход печатающей головки при низком качестве печати – режим Draft (черновик), и за несколько проходов – при нормальном и высоком качестве печати. Этой особенностью матричных принтеров объясняется низкое быстродействие.
Достоинства:
- низкая стоимость отпечатка (в силу дешевизны красящей ленты);
- нетребовательность к бумаге.
Недостатки:
- отсутствие цветности (иногда применяют двухцветные ленты);
- шум;
- медлительность;
- относительно низкое качество печати.
Матричные принтеры выходят из употребления. “Наследниками” матричных принтеров являются струйные.
Струйные принтеры
Принтеры по принципу печати похожи на матричные, только точки получаются не с помощью ударов иголок, а за счет «выстрелов» каплями чернил из вертикального ряда сопел в головке. Используются 2 головки — для черно-белой и для цветной печати.
Достоинства:
- бесшумность;
- компактность;
- высокая цветность.
Недостатки:
- высокая стоимость чернил;
- быстрый их расход;
- высокая стоимость бумаги для распечатки фотографий;
- светлые участки воспроизводятся редкими каплями, поэтому выглядят не слишком естественно.
В некоторых моделях принтеров используются капли разных размеров, что несколько сглаживает растровый характер изображения.
Используются различные технологии выталкивания капли:
- Пьезокристаллическая, где импульс давления создает пьезокристалл. Камера, создающая каплю, имеет очень малый размер (всего 3 пиколитра), а все капли одинаковы. Используется только в принтерах компании Epson.
- Термоструйная, где импульс давления создается испарением части красителя (при пропускании электрического тока). Используется в принтерах других рассматриваемых нами компаний.
Лазерные принтеры
В данных принтерах луч лазера создает изображение в половину страницы или целую страницу в виде наэлектризованных точек на специальном барабане (аналогично действию электронной пушки в ЭЛТ-дисплее). Эти точки притягивают красящий порошок, который потом переносится на бумагу при прокатывании барабана по листу. Затем лист нагревается, чтобы порошок “въелся” в бумагу, а барабан очищается для следующего листа.
Достоинства:
- высокая скорость печати;
- большой ресурс работы;
- высокое качество печати.
Заметим, что растровый характер изображения, получаемого на таком принтере, меньше, чем у матричных, но больше, чем у сублимационных.
Недостатки:
- большой расход энергии (поэтому принтер нельзя питать через источник бесперебойного питания в силу недостаточной мощности последнего);
- дороговизна;
- громоздкость;
- большая электризация воздуха.
Эти принтеры наилучшим образом подходят для офисной работы, где их недостатки не имеют большого значения.
Сублимационные принтеры
Эти принтеры специально используются для распечатки фотографий и обычно имеют небольшие размеры, поэтому не могут использоваться как универсальные.
Изображение наносится на бумагу за счет испарения (сублимации) красителя со специальной пленки.
Красителем непрерывно покрывается вся рабочая часть бумаги (в отличие от дискретных красящих кружочков у других классов принтеров), что повышает качество отпечатков. Особенно заметна разница на светлых участках, где сублимационная печать обеспечивает и плавность переходов, и хорошую проработку деталей. У других классов принтеров в таких местах будут только редкие точки (для осветления) и, соответственно, плохая проработка мелких деталей.
Достоинством принтеров является высокое качество, особенно на светлых участках изображения.
К недостаткам следует отнести:
- невозможность печатать текстовые документы (из-за ограниченых размеров бумаги и ее дороговизны);
- высокую цену принтера (за счет сложности конструкции) и расходных материалов.
Графопостроитель
Графопостроитель является устройством вывода, которое применяется только в специальных областях. Графопостроители обычно используются совместно с программами САПР. Результат работы практически любой такой программы — это комплект конструкторской и (или) технологической документации, в которой значительную часть составляют графические материалы. Таким образом, графопостроители применяются для печати чертежей, схем, графики, диаграмм и т. п. Для этого графопостроитель оборудован специальными вспомогательными средствами.
Поле для черчения у графопостроителей соответствует стандартам ISO (форматы А4-А0) или ANSI (форматы А-Е).
Все современные графопостроители можно разбить на два больших класса:
- планшетные для форматов до А3-А2 с фиксацией листа электрическим, реже магнитным или механическим способом. Планшетный графопостроитель имеет плоское основание для бумаги и передвижной блок, содержащий пишущее перо и перемещающийся по двум направлениям;
- барабанные (рулонные) графопостроители с шириной бумаги формата до А1 или А0 и практически неограниченной длины, роликовой подачей листа, механическим и/или вакуумным прижимом и с пишущим узлом, перемещающимся по одной координате (по второй координате движется бумага).
Барабанные графопостроители используют рулоны бумаги длиной до нескольких десятков метров и позволяют создавать длинные рисунки и чертежи.
Фактически планшетные графопостроители уже уходят с рынка, составляя долю 5% среди новых моделей, а формат A3 захватывается принтерами.
Модемы
Для связи удаленных друг с другом компьютеров могут использоваться обычные телефонные сети, которые в той или иной степени покрывают территории большинства государств. Телекоммуникация –дистанционная передача данных на базе компьютерных сетей и современных технических средств связи. Единственной проблемой в этом случае является преобразование цифровой (дискретной) информации, с которой оперирует компьютер, в аналоговую (непрерывную).
Модем – устройство, присоединяемое к персональному компьютеру и предназначенное для пересылки информации (файлов) по сети (локальной, телефонной). Модем осуществляет преобразование аналоговой информации в дискретную и наоборот. Работа модулятора модема заключается в том, что поток битов из компьютера преобразуется в аналоговые сигналы, пригодные для передачи по телефонному каналу связи. Демодулятор модема выполняет обратную задачу. Факс-модем –устройство, сочетающее возможность модема и средства для обмена факсимильными изображениями с другими факс-модемами и обычными телефаксными аппаратами.
Таким образом, данные, подлежащие передаче, преобразуются в аналоговый сигнал модулятором модема «передающего» компьютера. Принимающий модем, находящийся на противоположном конце линии, «слушает» передаваемый сигнал и преобразует его обратно в цифровой при помощи демодулятора. После того, как эта работа выполнена, информация может передаваться в принимающий компьютер.
Оба компьютера, как правило, могут одновременно обмениваться информацией в обе стороны. Этот режим работы называется полным дуплексным.
Дуплексный режим передачи данных – режим, при котором передача данных осуществляется одновременно в обоих направлениях.
В отличие от дуплексного режима передачи данных, полудуплексный подразумевает передачу в каждый момент времени только в одном направлении.
Кроме собственно модуляции и демодуляции сигналов модемы могут выполнять сжатие и декомпрессию пересылаемой информации, а также заниматься поиском и исправлением ошибок, возникнувших в процессе передачи данных по линиям связи.
Одной из основных характеристик модема является скорость модуляции (modulation speed), которая определяет физическую скорость передачи данных без учета исправления ошибок и сжатия данных. Единицей измерения этого параметра является количество бит в секунду (бит/с).
Трэкболл
По принципу действия трэкболл (Trackball) лучше всего сравнить с мышкой, которая лежит на спине, выпятив навстречу вам свое шарообразное брюшко. Принцип действия трэкболла такой же, как и мыши. Обычно трэкболл использует оптико-механический принцип регистрации положения шарика. Также идентичен и способ передачи данных. Большинство трэкболлов управляются через последовательный порт, причем назначение выводов аналогично с разъемом мыши.
В зависимости от производителя трэкболл может иметь ряд дополнительных возможностей, например программируемость клавиш.
Существуют два основных отличия трэкболла от мыши:
- трэкболл обладает стабильностью (неподвижностью) за счет тяжелого корпуса;
- площадка для движения, необходимая мышке, трэкболлу не нужна. Позиция курсора рассчитывается исключительно по вращению шарика.
Специально для обладателей ПК типа notebook и laptop имеются встроенные или подключаемые трэкболлы.
Джойстики
Устройством ввода, которое заняло прочную позицию прежде всего в области компьютерных игр, является джойстик. Джойстик –манипулятор в виде укрепленной на шарнире ручки с кнопкой, употребляется, в основном, для компьютерных игр.
Цифровые джойстики, как правило, применяются в игровых приставках и игровых компьютерах. Для ПК в качестве устройства ввода (управления), в основном, применяются аналоговые джойстики. Аналоговый джойстик имеет существенное преимущество перед цифровым.
Цифровой джойстик реагирует, в основном, на положение управляющей ручки (влево, вправо, вверх, вниз) и статус кнопки «огонь». Аналоговые джойстики регистрируют минимальные движения ручки управления, что, разумеется, обеспечивает более точное управление игрой. Точность управления можно увеличить, используя обработку таких сообщений, как поворот ручки управления на полоборота направо и налево, наискосок вниз или вверх. Подобная точность управления крайне важна для летных имитаторов или для игр, в которых оживленные объекты должны точно позиционироваться.
Сканеры
Сканер – устройство для считывания графической и текстовой информации в компьютер. Сканер служит для ввода в ЭВМ цветного или черно-белого изображения с бумаги или пленки и т. п.
Ручные сканеры — это приборы, которые стоят относительно дешево. Они не занимают много места и удобны для оперативного сканирования изображений из толстых книг и журнальных подшивок.
Основной проблемой при использовании ручного сканера является процесс сканирования оригинала. Вы должны сами перемещать сканер по оригиналу документа, поэтому для получения хорошего результата необходимы долгие тренировки и твердая рука.
«Родоначальником» сканеров является барабанный сканер. Оригинал, монтируемый на барабане, освещается источником света, а фотосенсоры переводят отраженное излучение в цифровые значения. Современные барабанные сканеры применяются только в профессиональной типографской деятельности, поэтому мы не будем их рассматривать.
Стремление к миниатюризации аппаратных средств в области ПК привело к появлению на рынке листовых сканеров, являющихся «младшими братьями» барабанных сканеров.
Основное отличие листовых сканеров от планшетных и ручных заключается в том, что при сканировании линейка, на которой расположены CCD-элементы, остается неподвижной, а лист протягивается относительно нее с помощью валиков.
Планшетный сканер вполне приемлем для профессионального сканирования. В нем устранены основные недостатки ручного сканера:
- оригинал располагается в сканере на стеклянном листе, под которым головка чтения с CCD-сенсорами сканирует построчно документ с равномерной скоростью;
- обычно сканер может обрабатывать документы форматов до А4 включительно (имеются модели, позволяющие сканировать и оригиналы формата A3 и более).
C помощью специальных устройств освещения (слайд-приставки) также можно сканировать диапозитивы и негативы.