Поняття про програмне забезпечення комп’ютерів
Основи інформатики
Інформатика — це технічна наука, яка систематизує прийоми створення, зберігання, відтворення, обробки та передачі даних засобами обчислювальної техніки, а також принципи функціювання цих засобів та методи управління ними.
З цього визначення видно, що інформатика дуже близька до технології, тому її предмет нерідко називають інформаційними технологіями.
Предмет інформатики складають такі поняття:
апаратне забезпечення джерел комп’ютерної техніки;
програмне забезпечення джерел комп’ютерної техніки;
засоби взаємодії апаратного та програмного забезпечення;
засоби взаємодії людини з апаратними та програмними засобами.
В інформатиці особлива увага приділяється питанням, що стосуються взаємодії, для цього існує спеціальне поняття інтерфейс. Методи та засоби взаємодії людини з апаратними та програмними засобами мають назву інтерфейси користувача. Відповідно існують апаратні інтерфейси, програмні інтерфейси та апаратно-програмні інтерфейси.
Головним завданням інформатики є систематизація прийомів та методів роботи з апаратними та програмними засобами комп’ютерної техніки. Мета систематизації полягає у виділенні, впровадженні та розвитку передових, найбільш ефективних технологій, в автоматизації етапів роботи з даними, а також у методичному забезпеченні нових досліджень.
Інформатика — практична наука. Її досягнення повинні отримувати підтвердження практикою та прийматись у тих випад-
ках, коли вони відповідають критерію підвищеної ефективності. У складі основного завдання інформатики сьогодні виділені такі напрямки для практичних додатків:
архітектура обчислювальних систем (прийоми і методи побудови систем, призначених для автоматизації обробки даних);
інтерфейси обчислювальних систем (прийоми і методи управління апаратним та програмним забезпеченням);
програмування (прийоми, методи і засоби розробки комп’ютерних програм);
перетворення даних (прийоми та методи перетворення структур даних);
захист інформації (розробка методів та засобів захисту даних);
автоматизація (функціювання програмно-апаратних засобів без участі людини);
стандартизація (забезпечення суміщення між апаратними і програмними засобами, а також між форматами наведених даних).
На всіх етапах технічного забезпечення інформаційних процесів для інформатики ключовим поняттям є ефективність.
Інформація — це фундаментальне наукове поняття. Наукове визначення інформації дається достатньо просто, якщо припустити, що інформація — це динамічний об’єкт, не існуючий у природі сам по собі, а утворений у ході взаємодії даних та методів. Він існує рівно стільки, скільки триває ця взаємодія, а весь інший час знаходиться у вигляді даних.
Інформація — це продукт взаємодії даних та методів, розглянутий у контексті цієї взаємодії.
Дані — це інформація, подана у формі, сприятливій для формальній обробки персональним комп’ютером або користувачем.
У ході інформаційного процесу дані перетворюються з одного виду в іншій за допомогою методів обробки. Обробка даних включає в себе багато різних операцій.
У структурі можливих операцій з даними можна виділити такі основні операції:
збір даних — накопичення з метою забезпечення достатньої інформації для прийняття рішень;
формалізація даних — приведення даних, що надходять із різних джерел, до однакової форми, щоб зробити їх зіставними між собою;
сортування даних — упорядкування даних за наданою ознакою з метою зручності використання (підвищує доступність інформації);
групування даних — об’єднання даних за наданою ознакою з метою збільшення зручності використання;
архівація даних — організація збереження даних у зручній та легкодоступній формі, служить для зниження економічних витрат на зберігання та збільшує загальну надійність інформаційного процесу в цілому;
захист даних — комплекс заходів, спрямованих на запобігання втрачення даних, на відтворення та модифікацію даних;
транспортування даних — прийняття та передача (доставлення і постачання) даних між віддаленими учасниками інформаційного процесу. При цьому джерело даних в інформатиці прийнято називати сервером, а споживача — клієнтом.
Для автоматизації роботи з даними, що належать до різних типів, дуже важливо уніфікувати їх форму уявлення. Для цього використовується прийом кодування, тобто визначення даних одного типу через дані іншого типу. В обчислювальній техніці існує своя система — вона має назву двійкова система кодування, і заснована на уявленні даних послідовністю всього двох знаків: 0 та 1. Ці знаки мають назву двійкових цифр, англійською — binary digit, або скорочено — bit (біт).
Одним бітом можуть бути висловлені два поняття: 0 або 1 (так чи ні, чорне або біле, істина або хиба і т. ін.). Якщо кількість бітів збільшується до двох, то вже можна дати чотири різні поняття:
00 01 10 11
Трьома бітами можна закодувати вісім різних значень:
000 001 010 011 100 101 110 111
Збільшуючи на одиницю кількість розрядів у системі двійкового кодування, можна в два рази збільшити кількість значень, які можуть бути присутніми у наданій системі.
Для кодування цілих чисел від 0 до 255 достатньо мати 8 розрядів двійкового коду, що утворюють байт (8 бітів).
0000 0000 = 0
0000 0001 = 1
.. ……………..
. ………………
1111 1110 = 254
1111 1111 = 255
Шістнадцять бітів дозволяють закодувати цілі числа від 0 до 65535, а 24 біти вже більше 16,5 мільйона різних значень. Для кодування дійсних чисел використовується 80-розрядне кодування.
Для визначення об’ємів інформації використовують такі одиниці інформації:
210 байт — 1 кілобайт (Кбайт — 1024 байти);
210 Кбайт — 1 мегабайт (Мбайт — 1024 Кбайти);
210 Мбайт — 1 гігабайт (Гбайт — 1024 Мбайти) і т.д.
«Повідомлення» та «інформація» — є основними поняттями інформатики. За словами відомого німецького спеціаліста з техніки зв’язку Артура Меліса, «повідомлення — це символи для інформації, сенс яких потрібно вивчити».
Відповідність між повідомленням та інформацією не є однозначною. Справді, одна і та ж інформація може бути передана за допомогою повідомлень, сформульованих різними мовами. Такі повідомлення складають клас еквівалентних повідомлень. Так само одне і те ж повідомлення може нести різну інформацію для різних кіл осіб, які його сприймають.
Таким чином, одне і те ж повідомлення, по-різному інтерпретоване, може передавати різну інформацію. Тобто зв’язком для повідомлення Р і інформації І є деяке відображення a, яке є результатом домовленості між відправником і отримувачем пові-
домлення. Такий зв’язок називається правилом інтерпретації.
Правило інтерпретації особливо чітко відображене в кодуванні (криптографії): жодна непривілейована особа не повинна розуміти інформацію, що передається.
Для передачі повідомлень існує багато форм:
мовні повідомлення — мовна форма інформації, яка відображена певною мовою;
листи — надання повідомлень на носіях (газети, книги і т. ін.);
аудіо- та відеоповідомлення тощо.
Повідомлення передаються від відправника до отримувача через так званий канал зв’язку.
У сучасній техніці при передачі повідомлень найчастіше використовують:
механічний рух;
електричну напругу і струм;
електромагнітні хвилі і т. ін.
Інформатика як наука власне і займається аспектами, спільними для людини і технічних пристроїв з точки зору передачі та обробки інформації.
Передача повідомлень відбувається в часі за допомогою сигналів. Сигнал називається дискретним, якщо він може набувати кінцеву кількість значень, а повідомлення, яке передається за допомогою таких сигналів, називається дискретним повідомленням.
Повідомлення здебільшого складаються зі знаків, де знак — це елемент деякої кінцевої множини відмінних між собою елементів. Набір знаків, де визначений лінійний порядок знаків, називають алфавітом.
До алфавітів можна віднести:
десяткові цифри (0, 1, …, 9);
латинські літери (A, B, …, Z);
грецькі літери (a, b, …, z);
кирилицю (А, Б, …, Я);
азбуку Морзе ( · -, · ·-, …);
математичні знаки (+, –, /, *, …,^);
двійкові символи, як було показано вище, і т.д.
Дискретні повідомлення є послідовністю знаків. Кінцеві послідовності знаків називають словами. Слова, представлені за допомогою двійкових символів, називають двійковими словами (двійковими числами). Кодом називають правило відображення одного набору знаків через інший.
Отже, існують десяткова, двійкова, вісімкова, шістнадцяткова системи кодування, де слова-числа подаються наборами десяткових (0,1,2,3,4,5,6,7,8,9), двійкових (0,1), вісімкових (0,1,2,3,4,5,6,7), шістнадцяткових (0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,A,B,C,D,E,F) цифр. У таких кодах значення числа залежить від порядку (позиції) розташування в ньому знаків, тому такі коди називають позиційними. Наприклад, число 12310 і число 32110 записані за допомогою одних і тих же знаків 1,2 і 3, проте числа мають різне значення (вагу), тому що знаки, з яких складаються числа, розташовані на різних позиціях.
Усі дії, які можна провадити з інформацією, називаються інформаційними процесами. Вони містять такі складові:
отримання;
зберігання;
обробка;
передача інформації.
При цьому інформація обов’язково повинна мати такі властивості:
достовірність;
зрозумілість;
актуальність;
корисність;
повноту;
однозначність;
інакше втрачається сенс інформаційного процесу.
 |
Склад та архітектура
персональних комп’ютерів
Основні поняття
Персональний комп’ютер — універсальна технічна система. Його конфігурацію (склад устаткування) можна гнучко змінювати в міру необхідності. Проте існує поняття базової конфігурації, яку вважають типовою.
Базова конфігурація складається з таких пристроїв:
системний блок;
монітор;
клавіатура;
маніпулятор «мишка».
Системний блок
Системний блок є основним вузлом комп’ютера, всередині якого встановлені найважливіші компоненти (процесор, системна плата, оперативна пам’ять, накопичувачі на гнучких та жорстких магнітних дисках, графічна карта або відеоконтролер, CD-ROM, звукова карта і т. ін.).
«Мозком» персонального комп’ютера є мікропроцесор, або центральний процесор. Його також скорочено називають ЦП, або CPU (Central Processing Unit — центральний процесорний устрій).
Процесор виконує обчислення і обробку даних, математичних операцій, та, як правило, є найкоштовнішою мікросхемою комп’ютера. У всіх IBM сумісних комп’ютерів використовуються процесори, сумісні з сімейством мікросхем Intel, але виробляються і проектуються вони як самою фірмою Intel, так і компаніями AMD, IBM, Cyrix, Nexgen та іншими.
Однією з узагальнених характеристик процесора є розрядність його шини даних та шини адреси. Шина — це загальний канал зв’язку, що використовується у персональному комп’ютері. Шина застосовується для організації взаємодії між двома або більше компонентами системи. Взагалі комп’ютер має кілька типів шин, у тому числі:
шину процесора;
шину адреси;
шину пам’яті;
шину введення-виведення.
Коли говорять про шину, звичайно мають на увазі шину введення-виведення, яку іноді називають шиною розширення. Шина введення-виведення — це «швидкісна магістраль» для передачі даних у комп’ютері. По цій шині проходить уся інформація, яка передається у різні вузли комп’ютера або зчитується з них.
Шина процесора поєднує мікропроцесор (CPU) з декількома безпосередньо пов’язаними з ним мікросхемами. Вона використовується, наприклад, для передачі даних між CPU та основною системною шиною або між CPU та зовнішнім кешем, який використовується в більшості сучасних комп’ютерів. Нижче показаний приклад використання шини процесора.
Рис. 2.1. Шина процесора
Оскільки шина процесора обмінюється інформацією з CPU з максимально високою швидкістю, вона функціонує набагато швидше за будь-яку іншу шину. Сигнальні лінії (лінії електричного зв’язку) шини — призначені для передачі даних, адреси та сигналів управління між окремими компонентами комп’ютера. Наприклад, у комп’ютерах з процесором 486 шина процесора складається з:
32 ліній адреси,
32 ліній даних,
кількох ліній управління.
У комп’ютерах з процесором Pentium з:
64 ліній адреси,
32 ліній даних та відповідних ліній управління.
Комп’ютери Pentium Pro і Pentium ІІ мають:
по 36 ліній адреси,
а в іншому вони не відрізняються від процесора Pentium.
Тактова частота, що використовується для передачі даних по шині процесора, відповідає зовнішній (externally) частоті процесора. Це слід враховувати, оскільки в більшості процесорів внутрішня (internally) тактова частота визначається швидкістю роботи внутрішніх блоків і може перевищувати зовнішню.
Так, наприклад, Intel Celeron 400 має внутрішню частоту процесора 400 МГц, у той час як його зовнішня частота становить усього 66,6 МГц, а процесори Pentium III 600, Pentium III 750 задають для шини процесора тактову частоту 100 МГц.
У більшості сучасних комп’ютерів співвідношення власної частоти процесора та частоти шини визначаються відповідно: 2 х, 2,5 х, 3 х, 3,5 х, 4 х і т. д.
Шина процесора, підключена до процесора, по кожній з ліній даних може передавати один біт даних протягом одного або двох періодів тактової частоти. Таким чином, в комп’ютерах з процесором 486 за один такт може передатися 32 біти даних, а в комп’ютерах із процесором Pentium, Pentium Pro та Pentium ІІ — 64 біти.
Для визначення швидкості передачі даних по шині процесора необхідно помножити розрядність шини даних (64 для процесора Pentium, Pentium Pro та Pentium ІІ) на тактову частоту шини (вона дорівнює базовій (зовнішній) тактовій частоті CPU). Процесори Pentium, Pentium Pro з базовою тактовою частотою 66 МГц можуть передавати один біт по кожній із ліній даних за один період тактової частоти, тому максимальна швидкість передачі даних складає 528 Мбайт/з:
66 МГц х 64 біт = 4224 Мбіт/з;
4224 Мбіт/з ÷ 8 = 528 Мбайт/з.
Ця величина характеризує швидкість передачі даних, і також має назву смуги пропускання шини (є максимальною). Як і всі максимальні величини, вона не відповідає середній робочій швидкості шини, що приблизно на 25 % менша. Середня швидкість обміну знижується за рахунок багатьох факторів — наприклад, через обмеження швидкості надходження інформації з системної шини на шину процесора.
Шина адреси фактично є частиною шини процесора і є необхідною для виконання операцій з пам’яттю. З її допомогою визначається, в якій комірці зберігається наступне значення. Розрядність шини адреси пов’язана з обсягом пам’яті, що адресується процесором.
Шина пам’яті призначена для передачі інформації між CPU та основною пам’яттю (RAM). Ця шина або є продовженням шини процесора, або являє собою незалежний набір спеціальних мікросхем для передачі інформації між шиною процесора та пам’яттю. Системи, засновані на процесорі з тактовою частотою більш ніж 33 МГц, мають швидкість обміну даними, яка перевищує можливості стандартних динамічних мікросхем RAM. Взагалі, в усіх системах з тактовою частотою процесорів більш ніж 33 МГц для згладжування невідповідностей між шиною процесора та повільною оперативною пам’яттю комп’ютера використовуються спеціалізовані мікросхеми контролера пам’яті. Шина пам’яті зображена на рис. 2.2.
Рис. 2.2. Шина пам’яті
По шині пам’яті інформація передається зі значно меншою швидкістю, ніж по шині процесора тому, що, по-перше, вона складається з меншої кількості ліній даних та, по-друге, інформація в мікросхемах пам’яті не може записуватися та відтворюватися з тією ж швидкістю, на яку здатний процесор. Слоти для модулів SIMM підключаються до шини пам’яті майже так, як слоти розширення підключаються до шини введення-виведення.
Шина введення-виведення дозволяє процесору взаємодіяти з периферійними пристроями. Ця шина і підключені до неї слоти розширення призначенні для того, щоб комп’ютер міг виконувати всі запити. Шина введення-виведення дозволяє підключати до комп’ютера додаткові пристрої для розширення його можливостей. У слоти розширення встановлюються такі необхідні вузли, як контролери накопичувачів на жорстких магнітних дисках і плати відеоадапторів, до них також можна підключити і більш спеціалізовані пристрої, наприклад, звукові плати, мережеві інтерфейсні плати, адаптери SCSI та інші. Кількість слотів може бути різна.
У деяких типах шин використовується технологія, яка має назву управління шин. Вонапередбачає можливість передачі управління однієї з плат адапторів. Така плата по суті є спеціалізованим процесором, який може здійснювати обмін даними по шині незалежно від основного процесора. Роботу адаптерів координує пристрій, названий арбітром шини, іноді його називають периферійним контролером ISP (Integrated System Peripheral). Арбітр тимчасово надає всю систему в повне розпорядження тій чи іншій платі адаптера. При цьому всі операції можуть бути виконані дуже швидко. Наприклад, контролер диска, який може керувати шиною, забезпечує більш високу швидкість обміну даними зі швидкодіючими накопичувачами, ніж контролер, що не володіє такими можливостями.
При розподілі функцій управління шиною арбітр враховує рівень пріоритету, що має який-небудь пристрій або операція. Таких рівнів чотири:
регенерація системної пам’яті;
прямий доступ до пам’яті;
процесор;
адаптери шини.
Якщо платі необхідний повний контроль над шиною, вона повідомляє про це арбітру. При першій можливості (після обробки запитів з більш високим пріоритетом) арбітр передає їй управління шиною. У свою чергу, на самих платах адаптерів знаходяться пристрої, які запобігають перехвату управління системою у ті моменти, коли це може заважати виконанню операцій з більш високим пріоритетом, наприклад регенерації пам’яті.
Важливим вузлом персонального комп’ютера є системна плата (main board), яка інакше називається материнська плата (motherboard).
Cистемні плати існують двох стандартів (форматів) для старих корпусів Baby-AT та сучасних корпусів ATX. Нова конструкція АТХ була розроблена нещодавно: в ній поєднуються найкращі риси стандарту Baby-AT і LPX та закладено багато додаткових удосконалень. Офіційно конструкція АТХ була оголошена фірмою Intel у липні 1995 року і була описана як легальна специфікація для промисловості. Intel опублікувала докладний опис, таким чином, інші виробники змогли використовувати конструкцію АТХ у своїх комп’ютерах. Сьогодні системні плати конструкції АТХ виготовляють такі відомі виробники комп’ютерної галузі як: Intel, Asustek, Acorp International, Abit, Compag, Hewlett Packard, Soltek і т. д.
На системній платі розташовані:
установочне гніздо для процесора (типу: Socket 370, Socket А, Slot1, Slot А і т. п.);
BIOS. У системних платах повинна використовуватися стандартна програма BIOS (базова система введення-виведення) фірми AMI, Phoenix, Microid Research або Award. Для спрощення модернізації BIOS записана в мікросхемах Flash-ROM або EEPROM, які підтримують технологію Plug-and-Play, Enhanced IDE або Fast ATA, а також можуть працювати з накопичувачами на гнучких магнітних дисках об’ємом 2,88 Mбайт. У BIOS передбачена система розширеного управління живлення APM (Advanced Power Management);
слоти розширення. Слоти розширення призначені для плат розширення (наприклад: мережевої карти, звукової і т. д.), а для відеоадаптера, якщо він не інтегрований, існує свій слот AGP (Accelerater Graphics Port прискорений графічний порт). Існують такі типи слотів ISA (Industrial Standard Architecture — промислова стандартна архітектура), PCI (Peripheral Component Interconnect);
роз’єм для модулів пам’яті. На системних платах з процесорами Pentium та Pentium Pro повинні бути встановлені 72-контакні модулі SIMM або 168-контакні модулі DIMM. Завдяки
64-розрядній конструкції цих плат 72-контакні модулі SIMM встановлюються парами, а модулі DIMM — по одному на
64-розрядний банк. Звертає особливу увагу загальний обсяг пам’яті, який підтримують ці системні плати: 16 Мбайтів — це мінімум, необхідний для роботи сучасних програмних додатків, однак реально потрібно набагато більше пам’яті. Системні плати Pentium підтримують мінімум 128 Мбайтів, а більшість плат Pentium ІІ — більше 1 Гбайта. Системна плата повинна містити мінімум 4 роз’єми пам’яті для 72-контакних модулів SIMM,
168-контакних модулів DIMM або їх комбінації. Для забезпечення максимальної продуктивності необхідні системи, які підтримують модулі SDRAM (Synchronous Dynamic Random Access Memory — синхронна динамічна пам’ять прямого доступу)
та EDO (Extended Data Out розширений вивід даних) типу SIMM/DIMM. Швидкодія мікросхем пам’яті повинна бути не більше 70 нс. У системах, що виконують максимально точні операції, слід використовувати модулі з можливістю контролю парності (Parity SIMM), а системна плата повинна повністю забезпечувати контроль парності або підтримку режиму ECC (Error Correcting Code — код корегування помилок);
вбудовані інтерфейси. Системна плата має велику кількість вбудованих контролерів та інтерфейсів. На ній встановлені: контролер накопичувача на гнучких магнітних дисках на 2,88 Mбайта, роз’єм EIDE (Enhanced Interface Device) (або вони ще мають назву Fast ATA), два вбудовані високошвидкісні послідовні порти (з мікросхемами UART типу 16550А), швидкодіючий паралельний порт (EPP або ECP), вбудований роз’єм дляпідключення маніпулятора «мишка» типу PS/2, хоча для цього можна використовувати будь-який послідовний порт. Велика кількість нових систем (особливо конструкції АТХ) підтримують вбудований порт USB (Universal Serial Bus). У найближчому майбутньому порти USB будуть необхідним елементом мультимедійних систем. Вбудований порт SCSI (Small Computer System Interface — малих комп’ютерних систем) — це не дисковий контролер, а системний інтерфейс, що здатний забезпечити роботу восьми пристроїв. Це є ще однією перевагою за умови, що він відповідає стандарту покращеного програмного інтерфейсу ASPI (Advanced SCSI Programming Interface). На платі може бути встановлений мережевий адаптер, але, як правило, окрема плата адаптера, що підключається до шини ISA або PCI, краще підтримується стандартними мережевими драйверами. У деяких випадках можуть вбудовуватися контролери відеоадапторів, але оптимальним рішенням є відеоадаптор, підключений до локальної шини. Те ж саме можна сказати про вбудовані звукові плати.
набори мікросхем. У Pentium ІІ, Pentium ІІІ повинні використовуватися високопродуктивні набори мікросхем (чипсети), які забезпечують контроль парності, наприклад, Intel 440 BX, Intel 815 EP, Intel 820, VIA Apollo Pro 133A.
управління живлення. Системна плата повинна підтримувати всі можливості процесорів модифікації SL Enhanced із системою розширеного управління живлення APM (Advanced Power Management) та засоби управління системою SMM (System Management Mode), які дозволяють переводити різні вузли комп’ютера на різноманітні рівні готовності та енергопостачання.
Оперативна пам’ять (ОП), або пам’ять з довільним доступом (RAM — Random-Access Memory), представлена в сучасних комп’ютерах мікросхемами пам’яті. Мікросхеми пам’яті (RAM) призначені для тимчасового зберігання програм та даних. Іноді їх називають енергозалежною пам’яттю, тому що при вимиканні комп’ютера або знеструмленні мережі їх вміст пропадає.
При виконанні будь-якої програми завантажується файл EXE або COM з жорсткого диска в пам’ять (RAM), і програма зберігається протягом усього часу своєї роботи. Процесор виконує команди, записані в пам’яті. Також у пам’яті зберігаються введені з клавіатури символи, наприклад, при роботі з текстовим редактором. В оперативну пам’ять заносяться числові змінні, над якими виконуються математичні операції, та результати цих операцій.
У більшості сучасних комп’ютерів замість модулів SIMM використовуються модулі DIMM. Модулі пам’яті є невеликими платами, які встановлюються в спеціальні роз’єми на системній платі, окремі мікросхеми припаяні до плати модуля SIMM або DIMM. По суті, модуль SIMM або DIMM можна вважати однією великою мікросхемою. В IBM-сумісних комп’ютерах застосовуються 72-контактні (36-розрядні) модулі SIMM та 168-контактні (64-розрядні) модулі DIMM, перші з них менші за розміром. Основними характеристиками модулів пам’яті є обсяг, та швидкодія. Mодулі SIMM існують таких обсягів пам’яті: 4 Mb, 8 Mb,
16 Mb, 32 Mb, а модулі DIMM — 64 Mb, 128 Mb, 256 Mb,
512 Mb. Швидкодія мікросхем пам’яті лежить у межах від 6 до
70 нс. (одна наносекунда — це час, за який світло проходить відстань у 30 см).
Накопичувачі на гнучких магнітних дисках дозволяють перенести документи та програми з одного комп’ютера на інший, а також зберігати інформацію, яка не використовується на комп’ютері постійно. Практично усі комп’ютери мають дисковод формату 3,5′ для гнучких дисків, але як носії інформації дискети використовуються все менше, оскільки вони недостатньо надійні і можуть зберігати значно менше даних, аніж інші носії інформації. Для звертання до накопичувачів на гнучких магнітних дисках використовуються стандартні імена, які складаються з латинської літери A (або B, якщо в системі є два так накопичувачі) і дво-
крапки — А: (або В:).
Диск формату 3,5′ на 1,44 Мбайта високої щільності (High Density — HD) уперше з’явився у комп’ютерах IBM у 1987 році. Дисководи записують 80 циліндрів з двох доріжок з 18 секторами на доріжці, створюючи в результаті ємність 1,44 Мбайта. Ці дисководи мають швидкість обертання 300 об/хв, тому вони вірно взаємодіють з існуючими контролерами високої та низької щільності.
Накопичувачі на жорстких магнітних дисках (або вінчестери) призначені для постійного зберігання інформації, яка використовується при роботі з комп’ютером: програм операційної системи, пакетів прикладних програм, редакторів документів, трансляторів із мовами програмування і т. д. З усіх пристроїв зберігання даних (якщо не враховувати оперативну пам’ять) жорсткі магнітні диски забезпечують найбільш швидкий доступ до даних (7—18 мілісекунд, мс), високі швидкості читання та запису даних (до 5 Мбайт/c).
Кожний сучасний комп’ютер має хоча б один жорсткий магнітний диск, іноді їх може бути від двох до восьми залежно від типу інтерфейса. Стандартні імена також передбачені і для накопичувачів на жорстких магнітних дисках: С: — основне ім’я, D:, E: і т. ін. Часто основний фізичний жорсткий диск може розбиватися на логічні розділи, і тоді їм надаються імена за латинською абеткою після літери, якою позначений жорсткий диск, що розбитий на логічні розділи.
Жорсткі диски відрізняються насамперед такими характеристиками:
ємністю, тобто обсягом інформації, яка вміщується на диск;
швидкодією — часом доступу до даних і швидкістю читання та запису інформації;
інтерфейсом, тобто типом контролера, до якого приєднується жорсткий диск (частіше — IDE/EIDE та різні варіанти SCSI).
Основною характеристикою жорсткого магнітного диска є його ємність, тобто кількість даних, яка розміщується на диску. Ємність жорстких дисків вимірюється в мегабайтах (Мбайтах) та гігабайтах (Гбайтах). Перші жорсткі диски мали обсяг 5 Мбайтів. Ємність сучасних вічестерів сягає 182 Гбайтів.
Швидкість роботи жорстких дисків оцінюється двома показниками: часом доступу до даних на диску та швидкістю читання-запису на диску. У типових сучасних жорстких дисків час доступу приблизно 10—12 мс, більш швидкі диски мають час доступу 7—9 мс.
Швидкість читання-запису (пропускна можливість введення-виведення) залежить не тільки від диску, але й від його контролера, швидкості процесора, типу шини (інтерфейсу).
Більшість жорстких дисків має інтерфейс EIDE, це означає, що диски повинні підключатися до контролерів типу EIDE. Практично всі комп’ютери мають на материнській платі інтегрований контролер EIDE. EIDE забезпечує підключення до чотирьох пристроїв — жорстких дисків, дисководів для компакт-диска, стримерів та ін. Для звичайного користувача цього цілком достатньо.
На серверах локальних мереж і на інших високопродуктивних комп’ютерах застосовуються диски з інтерфейсом SCSI (частіше за все Fast SCSI — 2, іноді інші різновиди SCSI — Fast Wide SCSI — 2, Ultra SCSI — 2 та ін.). Для цього в комп’ютері повинен бути встановлений відповідний SCSI — контролер, який дозволяє підключати не чотири, а сім і більше пристроїв.
CD-ROM (Compact Disc Read — Only Memory — пам’ять тільки для читання на компакт-диску) — це оптичний носій інформації, призначений для читання, на якому може зберігатися до 700 Мбайтів даних, що відповідає приблизно 358610 сторінкам тексту, або 80 хвилинам високоякісного звучання, або їх комбінації. Доступ до даних, що зберігаються на CD-ROM, здійснюється швидше, ніж до даних, записаних на дискетах, але все ж значно повільніше, ніж на сучасних жорстких магнітних дисках. Термін CD-ROM відноситься як до самих компакт-дисків, так і до пристроїв (накопичувачів), у яких інформація зчитується з компакт-диска. Для компакт-дисків стандартні імена не визначені: вони можуть бути будь-якою латинською літерою по абетці після останньої застосованої. Наприклад, якщо остання застосована латинська літера — E:, тоді іменами для компактів можуть бути F: , G: і т. д.
Комп’ютерні компакт-диски дуже схожі на звичайні звукові компакт-диски, але крім музики на них можна записувати іншу інформацію. Накопичувачі CD-ROM, які підключаються до комп’ютерів, нагадують програвачі музичних компакт-дисків.
У них також треба вставляти компакт-диск, а по закінченні роботи його виймати — все це добре знайоме тим, хто користується аудіокомпакт-дисками. А якщо розібратися краще, то стане очевидно, що ці пристрої працюють на одному принципі.
Компакт-диск діаметром 120 мм (приблизно 4,75") виготовлений з полімеру і покритий металевою плівкою (звичайно яким-небудь сплавом алюмінію). Інформація зчитується з цієї металевої плівки, яка покривається полімером, що захищає дані від пошкодження. Етикетка розташована на верхній стороні диска, а зчитування виконується з нижньої сторони. Таким чином, компакт-диск є одностороннім носієм інформації.
Накопичувачі CD-ROM відрізняються від програвача музичних дисків в основному мікропроцесором, який виконує декодування електричних сигналів. У звукових програвачах записані на компакт-дисках цифрові дані перетворюються на аналогові електричні сигнали, що надходять потім на стереопідсилювач. При цьому допускаються невеликі похибки — головне, щоб вони були у межах чутливості людського слуху. При зчитуванні з накопичувача CD-ROM похибки недопустимі. Кожен біт повинен бути зчитаний цілком вірно, тому значну частину всього об’єму диска CD-ROM займають коди корегування помилок. За їх допомогою можна в більшості випадках виявити і виправити невірно зчитані дані, що дозволяє зменшити ймовірність перебою до припустимої величини.
Алгоритм роботи накопичувача CD-ROM такий:
Напівпровідниковий лазер генерує малопотужний інфрочервоний промінь, який падає на відображаюче дзеркало;
Серводвигун за командами, що надходять від вбудованого мікропроцесора, зміщує рухливу каретку з відображаючим дзеркалом до потрібної доріжки на компакт-диску;
Віддзеркалений від диску промінь фокусується лінзою, розташованою під диском, відображається від дзеркала і потрапляє на розділову призму;
Розділова призма направляє відображений промінь на іншу фокусуючу лінзу;
Ця лінза направляє відображений промінь на фотодатчик, який переробляє світлову енергію на електричні імпульси;
Сигнали з фотодатчика декодуються вбудованим мікро-процесором і передаються в комп’ютер у вигляді даних.
Основними характеристиками накопичувача CD-ROM є:
швидкість передачі і час доступу до даних,
наявність внутрішніх буферів та їх ємність,
тип інтерфейсу, що використовується.
Швидкість передачі даних визначається обсягом даних, який зчитує накопичувач з компакт-диска у комп’ютер за одну секунду. Основною одиницею вимірювання цього параметра є кількість переданих кілобайтів даних в секунду (Кбайт/c). Відповідно до стандартного формату запису за кожну секунду повинно зчитуватися 75 блоків даних по 2048 корисних байтів. Швидкість передачі даних при цьому дорівнює 150 Кбайт/c. — це стандартна швидкість передачі даних для пристроїв CD-DA, які також називаються одношвидкісними (1х).
На теперішній час найрозповсюдженішими є накопичувачі 48х — 52х. У 48х накопичувачах швидкість передачі даних дорівнює 7200 Кбайт/c, а в 52х — 7800 Кбайт/c. Але найкращі моделі накопичувачів CD-ROM значно поступаються по швидкодії накопичувачам на жорстких магнітних дисках, швидкість передачі даних яких досягає 470 Мбайт/c і вище.
Час доступу до даних для накопичувачів CD-ROM визначається так само, як і для жорстких магнітних дисків. Він дорівнює затримці між отриманням команди і моментом зчитування першого біта даних. Час доступу вимірюється в мілісекундах, і його стандартне значення для 48х і 52х накопичувачів дорівнює 80 мс.
У багатьох накопичувачах CD-ROM є вбудовані буфери, або кеш-пам’ять. Ці буфери є встановленими на платі накопичувача мікросхемами пам’яті для запису зчитаних даних, що дозволяє передавати в комп’ютер за одне звернення великі масиви даних. Звичайна ємність буфера складає 256 Кбайтів.
Під інтерфейсом накопичувача CD-ROM розуміється фізичне з’єднування накопичувача з шиною розширення. Оскільки інтерфейс — це канал, за допомогою якого дані передаються від накопичувача до комп’ютера, його значення надзвичайно велике. Для підключення накопичувача CD-ROM до комп’ютера використовуються три типи інтерфейсів:
SCSI/ASPI (Small Computer System Interface/Advanced SCSI Programming Interface);
IDE/ATAPI (Integrated Device Electronics/AT Attachment Packet Interface);
спеціальні «фірмові» інтерфейси.
Пристрої, що знаходяться всередині системного блоку, мають назву внутрішніх, а пристрої, що підключаються до нього зовні, мають назву зовнішніх.
Зовнішні додаткові пристрої, призначені для введення, виведення і зберігання даних, мають назву периферійних.
За зовнішнім виглядом системні блоки відрізняються формою корпусу. Корпуси персональних комп’ютерів виготовляють у горизонтальному (desktop) і вертикальному (tower) виконанні. Корпуси персональних комп’ютерів постачають разом із блоком живлення і, отже, потужність блоку живлення є також одним з параметрів корпусу. Для масових моделей достатньою є потужність блоку живлення 200—250 Вт.
Монітор
Монітор — це пристрій візуального уявлення даних. Він не єдиний, але головний пристрій виведення даних. Його основними параметрами є:
розмір екрана;
крок маски екрана;
максимальний рівень захисту.
Розмір екрана вимірюється між протилежними кутами екрана кінескопа по діагоналі. Одиниця виміру — дюйми. Стандартні розміри: 15"; 17"; 19"; 20"; 21". На сьогодні універсальними є монітори розміром 15 та 17 дюймів.
Частота регенерації (крок поновлення) зображення показує, скільки разів протягом секунди може повністю змінитися зображення (тому частоту регенерації також називають частотою кадрів). Частоту регенерації зображення вимірюють у герцах (Гц). Мінімальним значенням частоти регенерації повинно бути 75 Гц, нормальним 85 Гц, а добрим — 100 Гц та більше.
Рівень захисту монітора визначається стандартом, якому відповідає монітор з точки зору вимог техніки безпеки. Зараз існують такі міжнародні стандарти: MPR-II, TCO-95, TCO-99. Стандарт MPR-II обмежує рівень електромагнітного випромінювання межами, безпечними для людини. Ергономічні й екологічні норми вперше з’явились у стандарті TCO-95, а стандарт TCO-99 встановив найжорсткіші норми по параметрах, що визначають якість зображення.
Більшість з параметрів зображення на екрані монітора можливо змінювати програмно.
Клавіатура
Клавіатура — клавішний пристрій управління персональним комп’ютером.
Використовується для введення алфавітно-цифрових (знаків) даних, а також команд управління. Комбінація монітору та клавіатури, яка ще має назву «консоль», забезпечує найпростійший інтерфейс користувача. За допомогою клавіатури керують комп’ютерною системою, а за допомогою монітора отримують від неї відгук.
Клавіатура належить до стандартних засобів персонального комп’ютера. Її основні функції майже не потребують підтримки спеціального програмного забезпечення (драйверів). Необхідне програмне забезпечення для початку роботи з комп’ютером вже має мікросхема постійно запам’ятовуючого пристрою (ПЗП) у складі базової системи введення-виведення (BIOS), і тому комп’ютер реагує на натиснення клавіш відразу після свого вмикання.
Стандартна клавіатура має від 101 до 104 клавіші, функціонально розподілених по декількох групах:
алфавітно-цифрова група клавіш;
функціональні клавіші ( від F1 до F12 );
клавіші керування курсором;
клавіші додаткової панелі (використовуються у двох режимах: цифровому або режимі керування курсором);
службові клавіші (Print Screen, Scrooll Lock, Pause/Break і т. ін.).
Мишка
Мишка — пристрій управління маніпуляційного типу. Є пласкою коробочкою з двома-трьома кнопками і, можливо, додатковим управлінням. Переміщення мишки по пласкій поверхні відображається синхронним переміщенням графічного об’єкта на екрані монітора. Комбінація монітора та мишки забезпечує найсучасніший тип інтерфейсу користувача, який має назву графічного.
Крім основних пристроїв, персональний комп’ютер має допоміжні, які називаються периферійними. Це такі, як:
принтери;
модеми;
сканери;
плоттери;
засоби мультимедіа.
Принтери
Принтер (друкарський пристрій) призначений для виведення інформації на папір. Звичайно принтери можуть виводити не тільки текст, а й малюнки та графіку. Одні принтери дозволяють друкувати тільки в одному кольорі (чорному), інші можуть виводити і кольорове зображення.
Матричні принтери. Матричні (або точечно-матричні) принтери раніше були найбільш розповсюдженими принтерами для персональних комп’ютерів. Зараз ці принтери не користуються попитом, тому що забезпечують значно гіршу якість друку (порівняно з лазерними та струменевими принтерами), створюють сильний шум під час роботи і малопридатні для кольорового друку.
Струменеві принтери. Струменеві принтери зараз є найрозповсюдженішими принтерами. У струменевих принтерах зображення формується мікрокраплями спеціального чорнила, що виприскується на папір через сопла друкарської головки. Як і в матричних принтерах, друкарська головка струменевого принтера рухається горизонтально, а по закінченні друкування кожної горизонтальної смуги зображення папір просуваєтьсявертикально.
Лазерні принтери. Лазерні принтери забезпечують (і отримують) найвищу якість чорно-білого та кольорового друкування.
У лазерних принтерах використовується метод ксерографії: зображення переноситься на папір зі спеціального барабана, до якого електрично притягуються частинки фарби (тонера). Різниця між лазерним принтером і звичайним копіювальним апаратом полягає в тому, що друкуючий барабан електризується за допомогою лазера за командами з комп’ютера. Лазерні принтери мають найвищу швидкість друкування серед усіх інших типів принтерів.
Модеми
Для всіх користувачів, що бажають
використовувати глобальну електронну мережу Internet,
працювати з електронною поштою,
мати зв’язок з локальною мережою своєї фірми,
надсилати та отримувати факси за допомогою комп’ютера
і т. ін.,
необхідно мати модем або факс-модем.
Модем — це пристрій для обміну інформацією з іншими комп’ютерами через телефонну мережу. Факс-модем — пристрій, що поєднує можливості модему із засобами для обміну факсимільного зображення з іншими факс-модемами та звичайними телефаксними апаратами. Більшість сучасних модемів є факс-модемами.
Поняття про програмне забезпечення комп’ютерів