Накопители на жестких магнитных дисках
Если гибкие диски — это средство переноса данных между компьютерами, то жесткий диск — информационный склад компьютера.
Накопитель на жёстких магнитных дисках (англ. HDD — HardDiskDrive) или винчестерский накопитель — это наиболее массовое запоминающее устройство большой ёмкости, в котором носителями информации являются круглые алюминиевые пластины — платтеры, обе поверхности которых покрыты слоем магнитного материала. Используется для постоянного хранения информации — программ и данных.
Винчестерский накопитель связан с процессором через контроллер жесткого диска.
Все современные накопители снабжаются встроенным кэшем (64 Кбайт и более), который существенно повышает их производительность.
Накопители на компакт-дисках
CD-ROM состоит из прозрачной полимерной основы диаметром 12 см и толщиной 1,2 мм. Одна сторона покрыта тонким алюминиевым слоем, защищенным от повреждений слоем лака. Двоичная информация представляется последовательным чередованием углублений (pits — ямки) и основного слоя (land — земля).
Накопители на магнитной ленте (стримеры).
Стример (англ. tapestreamer) — устройство для резервного копирования больших объёмов информации. В качестве носителя здесь применяются кассеты с магнитной лентой ёмкостью 1 - 2 Гбайта и больше.
Стримеры позволяют записать на небольшую кассету с магнитной лентой огромное количество информации. Встроенные в стример средства аппаратного сжатия позволяют автоматически уплотнять информацию перед её записью и восстанавливать после считывания, что увеличивает объём сохраняемой информации.
Карты флэш-памяти используются в мобильных телефонах, цифровых фотоаппаратах и видеокамерах…
Вот некоторые типы карт флэш-памяти:
§ CompactFlash (CF);
§ MemoryStick (MS);
§ MultiMedia Card (MMC), MMC+, MMC Micro, MMC mobile;
§ Secure Digital (SD), Mini SD, Micro SD.
Аудиоадаптер
Аудиоадаптер (SoundBlaster или звуковая плата) это специальная электронная плата, которая позволяет записывать звук, воспроизводить его и создавать программными средствами с помощью микрофона, наушников, динамиков, встроенного синтезатора и другого оборудования.
Аудиоадаптер содержит в себе два преобразователя информации:
· аналого-цифровой, который преобразует непрерывные (то есть, аналоговые) звуковые сигналы (речь, музыку, шум) в цифровой двоичный код и записывает его на магнитный носитель;
· цифро-аналоговый, выполняющий обратное преобразование сохранённого в цифровом виде звука в аналоговый сигнал, который затем воспроизводится с помощью акустической системы, синтезатора звука или наушников.
Видеоадаптер и графический акселератор
Видеоадаптер — это электронная плата, которая обрабатывает видеоданные (текст и графику) и управляет работой дисплея. Содержит видеопамять, регистры ввода вывода и модуль BIOS. Посылает в дисплей сигналы управления яркостью лучей и сигналы развертки изображения.
С увеличением числа приложений, использующих сложную графику и видео, наряду с традиционными видеоадаптерами широко используются разнообразные устройства компьютерной обработки видеосигналов:
· Графические акселераторы (ускорители) — специализированные графические сопроцессоры, увеличивающие эффективность видеосистемы.
· Фрейм-грабберы, которые позволяют отображать на экране компьютера видеосигнал от камеры, лазерного проигрывателя и т. п., с тем, чтобы захватить нужный кадр в память и впоследствии сохранить его в виде файла.
· TV-тюнеры — видеоплаты, превращающие компьютер в телевизор.
Клавиатура
Клавиатура служит для ввода информации в компьютер и подачи управляющих сигналов.
Наиболее распространена сегодня 101-клавишная клавиатура c раскладкой клавиш QWERTY (читается “кверти”), названная так по клавишам, расположенным в верхнем левом ряду алфавитно-цифровой части клавиатуры.
Такая клавиатура имеет 12 функциональных клавиш, расположенных вдоль верхнего края. Нажатие функциональной клавиши приводит к посылке в компьютер не одного символа, а целой совокупности символов.
Функциональные клавиши могут программироваться пользователем. Например, во многих программах для получения помощи (подсказки) задействована клавиша F1, а для выхода из программы — клавиша F10.
Управляющие клавиши имеют следующее назначение:
· Enter — клавиша ввода;
· Esc (Escape — выход) клавиша для отмены каких-либо действий, выхода из программы, из меню и т.п.;
· Ctrl и Alt — эти клавиши самостоятельного значения не имеют, но при нажатии совместно с другими управляющими клавишами изменяют их действие;
· Shift (регистр) — обеспечивает смену регистра клавиш (верхнего на нижний и наоборот);
· Insert (вставлять) — переключает режимы вставки (новые cимволы вводятся посреди уже набранных, раздвигая их) и замены (старые символы замещаются новыми);
· Delete (удалять) — удаляет символ с позиции курсора;
· BackSpace или— удаляет символ перед курсором;
· Home и End — обеспечивают перемещение курсора в первую и последнюю позицию строки, соответственно;
· PageUp и PageDown — обеспечивают перемещение по тексту на одну страницу (один экран) назад и вперед, соответственно;
· Tab — клавиша табуляции, обеспечивает перемещение курсора вправо сразу на несколько позиций до очередной позиции табуляции;
· CapsLock — фиксирует верхний регистр, обеспечивает ввод прописных букв вместо строчных;
· PrintScreen — обеспечивает печать информации, видимой в текущий момент на экране.
· Длинная нижняя клавиша без названия — предназначена для ввода пробелов.
Малая цифровая клавиатура используется в двух режимах — ввода чисел и управления курсором. Переключение этих режимов осуществляется клавишей NumLock.
Клавиатура содержит встроенный микроконтроллер (местное устройство управления), который выполняет следующие функции:
· последовательно опрашивает клавиши, считывая введенный сигнал и вырабатывая двоичный скан-код клавиши;
· управляет световыми индикаторами клавиатуры;
· проводит внутреннюю диагностику неисправностей;
· осуществляет взаимодействие с центральным процессором через порт ввода-вывода клавиатуры.
Клавиатура имеет встроенный буфер — промежуточную память малого размера, куда помещаются введённые символы. В случае переполнения буфера нажатие клавиши будет сопровождаться звуковым сигналом — это означает, что символ не введён (отвергнут).
Работу клавиатуры поддерживают специальные программы, "зашитые" в BIOS, а также драйвер клавиатуры, который обеспечивает возможность ввода русских букв, управление скоростью работы клавиатуры и др.
Видеосистема компьютера.
Видеосистема компьютера состоит из трех компонент:
· монитор (называемый также дисплеем);
· видеоадаптер;
· программное обеспечение (драйверы видеосистемы).
Видеоадаптер посылает в монитор сигналы управления яркостью лучей и синхросигналы строчной и кадровой развёрток. Монитор преобразует эти сигналы в зрительные образы. А программные средства обрабатывают видеоизображения — выполняют кодирование и декодирование сигналов, координатные преобразования, сжатие изображений и др.
Принтер, плоттер, сканер
Принтер — печатающее устройство. Осуществляет вывод из компьютера закодированной информации в виде печатных копий текста или графики.
Плоттер (графопостроитель) — устройство, которое чертит графики, рисунки или диаграммы под управлением компьютера.
Плоттеры используются для получения сложных конструкторских чертежей, архитектурных планов, географических и метеорологических карт, деловых схем. Плоттеры рисуют изображения с помощью пера.
Сканер — устройство для ввода в компьютер графических изображений. Создает оцифрованное изображение документа и помещает его в память компьютера.
Модем и факс-модем
Модем — устройство для передачи компьютерных данных на большие расстояния по телефонным линиям связи.
Цифровые сигналы, вырабатываемые компьютером, нельзя напрямую передавать по телефонной сети, потому что она предназначена для передачи человеческой речи — непрерывных сигналов звуковой частоты.
Модем обеспечивает преобразование цифровых сигналов компьютера в переменный ток частоты звукового диапазона — этот процесс называется модуляцией, а также обратное преобразование, которое называется демодуляцией. Отсюда название устройства: модем — модулятор/демодулятор.
Существует большое количество типов модемов, среди которых:
§ Dialup-модем;
§ xDSL-модем;
§ GPRS-модем;
§ Wi-Fi-модем.
Доступ в Интернет посредством радиоволн осуществляется с помощью GPRS и Wi-Fi модемов, тогда как все остальные модемы работают через телефонную линию. Обычно в ноутбуки встраиваются Dialup и Wi-Fi модемы, в КПК – Wi-Fi, в коммуникаторы – GPRS и Wi-Fi, в смартфоны – GPRS.
Модем может быть выполнен в виде внешнего периферийного устройства;
· Сетевая карта – данная карта (плата) предназначена для соединения компьютеров в локальную и/или глобальную сеть.
· Сетевая карта отсутствует в КПК.
Радио-модуль Bluetooth – устройство необходимое для передачи данных между различными устройствами, поддерживающими данную технологию, среди которых:
§ Мобильные телефоны;
§ Беспроводные гарнитуры для мобильных телефонов, коммуникаторов и смартфонов;
§ Беспроводная мышь и клавиатура;
С помощью двух и более компьютеров имеющих данные радио-модули можно организовать беспроводную локальную сеть. Также применяя Bluetooth можно, к примеру, использовать GPRS-модем мобильного телефона для выхода в Интернет через персональный компьютер (только при наличии указанных технических возможностей в мобильном телефоне).
Обычно в стационарных персональных компьютерах и ноутбуках идет как внешнее устройство инфракрасный порт (ИК-порт, IrDA) – необходим для передачи данных между устройствами, посредствам инфракрасных лучей.
Технология Bluetooth. ИК-порт не встраивается в стационарные персональные компьютеры, т.к. идет в виде периферийного устройства.
Радио-модуль мобильной телефонной связи. Позволяет совершать/принимать телефонные вызовы, а так же использовать другие возможности цифровой радиотелефонной мобильной связи. Присутствует только в коммуникаторах и смартфонах;
Фото-видео камера – устройство необходимое для получения цифровых фотографий (JPEG) и записи цифрового видео (AVI, MPEG4, 3GP).
Фото-видео камеры встраиваются в КПК и некоторые модели ноутбуков.
Недостатки встроенных фото-видео камер:
§ Нет возможности регулировать резкость изображения из-за фиксированного фокуса;
§ Отсутствует оптический зум13;
§ Из-за малых размеров матрицы, страдает качество изображения;
§ Относительно большое время выдержки14 и низкая светочувствительность;
§ Нет возможности записывать качественное видео на КПК из-за низкой производительности их системы.
Микрофон – устройство ввода звуковой информации в персональный компьютер.
В стационарных персональных компьютерах, представлен в виде внешнего устройства подключаемого к звуковой карте.
o Динамики (громкоговорители, колонки) – устройство вывода звуковой информации.
В стационарных персональных компьютерах, динамики представляют собой внешнее устройство, подключаемое к звуковой карте.
o USB-порт (UniversalSerialBus, универсальная последовательная шина) – универсальный порт предназначенный для подключения большого количества устройств, причем подключать эти устройства можно прямо во время работы компьютера, и это не приведет к сбою системы.
В КПК обычно присутствует mini-USB-порт;
· Блок электропитания – трансформаторный блок, преобразовывающий переменный ток с высоким напряжением, в постоянный, с напряжением необходимым для питания персонального компьютера.
В ноутбуках и КПК блок электропитания является внешним устройством;
· Источник бесперебойного питания – устройство на основе аккумуляторов, способное поддерживать персональный компьютер в рабочем состоянии от нескольких часов (ноутбуки) до нескольких суток (КПК).
Факс — это устройство факсимильной передачи изображения по телефонной сети. Название "факс" произошло от слова "факсимиле" (лат. facsimile — сделай подобное), означающее точное воспроизведение графического оригинала (подписи, документа и т.д.) средствами печати.
Модем, который может передавать и получать данные как факс, называется факс-модемом.
Манипуляторы
Манипуляторы (мышь, джойстик и др.) — это специальные устройства, которые используются для управления курсором.
Джойстик — обычно это стержень-ручка, отклонение которой от вертикального положения приводит к передвижению курсора в соответствующем направлении по экрану монитора.
Трекбол — небольшая коробка с шариком, встроенным в верхнюю часть корпуса. Пользователь рукой вращает шарик и перемещает, соответственно, курсор. В отличие от мыши, трекбол не требует свободного пространства около компьютера, его можно встроить в корпус машины.
Дигитайзер — устройство для преобразования готовых изображений (чертежей, карт) в цифровую форму.
Устройство компьютера
Персональным компьютером (ПК) называют универсальный микрокомпьютер, рассчитанный на одного пользователя.
Персональные компьютеры обычно проектируются на основе принципа открытой архитектуры.
Принцип открытой архитектуры заключается в следующем:
· Регламентируются и стандартизируются только описание принципа действия компьютера и его конфигурация (определенная совокупность аппаратных средств и соединений между ними). Таким образом, компьютер можно собирать из отдельных узлов и деталей, разработанных и изготовленных независимыми фирмами-изготовителями.
· Компьютер легко расширяется и модернизируется за счёт наличия внутренних расширительных гнёзд, в которые пользователь может вставлять разнообразные устройства, удовлетворяющие заданному стандарту, и тем самым устанавливать конфигурацию своей машины в соответствии со своими личными предпочтениями.
Для того, чтобы соединить друг с другом различные устройства компьютера, они должны иметь одинаковый интерфейс (англ. interface от inter — между, и face — лицо).
Интерфейс — это средство сопряжения двух устройств, в котором все физические и логические параметры согласуются между собой.
Если интерфейс является общепринятым, например, утверждённым на уровне международных соглашений, то он называется стандартным.
Каждый из функциональных элементов (память, монитор или другое устройство) связан с шиной определённого типа — адресной, управляющей или шиной данных.
Для согласования интерфейсов периферийные устройства подключаются к шине не напрямую, а через свои контроллеры (адаптеры) и порты примерно по такой схеме:
Контроллеры и адаптеры представляют собой наборы электронных цепей, которыми снабжаются устройства компьютера с целью совместимости их интерфейсов. Контроллеры, кроме этого, осуществляют непосредственное управление периферийными устройствами по запросам микропроцессора.
Порты устройств представляют собой некие электронные схемы, содержащие один или несколько регистров ввода-вывода и позволяющие подключать периферийные устройства компьютера к внешним шинам микропроцессора.
Портами также называют устройства стандартного интерфейса: последовательный, параллельный и игровой порты (или интерфейсы).
Последовательный порт обменивается данными с процессором побайтно, а с внешними устройствами — побитно. Параллельный порт получает и посылает данные побайтно.
К последовательному порту обычно подсоединяют медленно действующие или достаточно удалённые устройства, такие, как мышь и модем. К параллельному порту подсоединяют более "быстрые" устройства — принтер и сканер. Через игровой порт подсоединяется джойстик. Клавиатура и монитор подключаются к своим специализированным портам, которые представляют собой просто разъёмы.
Основные электронные компоненты, определяющие архитектуру процессора, размещаются на основной плате компьютера, которая называется системной или материнской (MotherBoard). А контроллеры и адаптеры дополнительных устройств, либо сами эти устройства, выполняются в виде плат расширения (DаughterBoard — дочерняя плата) и подключаются к шине с помощью разъёмоврасширения, называемых также слотами расширения (англ. slot — щель, паз).
Файловая система.
Файловая система - это часть операционной системы, назначение которой состоит в том, чтобы обеспечить пользователю удобный интерфейс при работе с данными, хранящимися на диске, и обеспечить совместное использование файлов несколькими пользователями и процессами.
Историческим шагом явился переход к использованию централизованных систем управления файлами. С точки зрения прикладной программы, файл - это именованная область внешней памяти, в которую можно записывать и из которой можно считывать данные. Правила именования файлов, способ доступа к данным, хранящимся в файле, и структура этих данных зависят от конкретной системы управления файлами и, возможно, от типа файла. Система управления файлами берет на себя распределение внешней памяти, отображение имен файлов в соответствующие адреса во внешней памяти и обеспечение доступа к данным.
В широком смысле понятие "файловая система" включает:
совокупность всех файлов на диске,
· наборы структур данных, используемых для управления файлами, такие, например, как каталоги файлов, дескрипторы файлов, таблицы распределения свободного и занятого пространства на диске,
· комплекс системных программных средств, реализующих управление файлами, в частности: создание, уничтожение, чтение, запись, именование, поиск и другие операции над файлами.
Имена файлов.
Файлы идентифицируются именами. Пользователи дают файлам символьные имена, при этом учитываются ограничения ОС как на используемые символы, так и на длину имени. До недавнего времени эти границы были весьма узкими. Так в популярной файловой системе FAT длина имен ограничивается известной схемой 8.3 (8 символов - собственно имя, 3 символа - расширение имени), а в ОС UNIX System V имя не может содержать более 14 символов. Однако пользователю гораздо удобнее работать с длинными именами, поскольку они позволяют дать файлу действительно мнемоническое название, по которому даже через достаточно большой промежуток времени можно будет вспомнить, что содержит этот файл. Поэтому современные файловые системы, как правило, поддерживают длинные символьные имена файлов. Например, Windows NT в своей файловой системе NTFS устанавливает, что имя файла может содержать до 255 символов, не считая завершающего нулевого символа.
При переходе к длинным именам возникает проблема совместимости с ранее созданными приложениями, использующими короткие имена. Чтобы приложения могли обращаться к файлам в соответствии с принятыми ранее соглашениями, файловая система должна уметь предоставлять эквивалентные короткие имена (псевдонимы) файлам, имеющим длинные имена. Таким образом, одной из важных задач становится проблема генерации соответствующих коротких имен.
Длинные имена поддерживаются не только новыми файловыми системами, но и новыми версиями хорошо известных файловых систем. Например, в ОС Windows используется файловая система VFAT, представляющая собой существенно измененный вариант FAT. Среди многих других усовершенствований одним из главных достоинств VFAT является поддержка длинных имен. Кроме проблемы генерации эквивалентных коротких имен, при реализации нового варианта FAT важной задачей была задача хранения длинных имен при условии, что принципиально метод хранения и структура данных на диске не должны были измениться.
Обычно разные файлы могут иметь одинаковые символьные имена. В этом случае файл однозначно идентифицируется так называемым составным именем, представляющем собой последовательность символьных имен каталогов. В некоторых системах одному и тому же файлу не может быть дано несколько разных имен, а в других такое ограничение отсутствует. В последнем случае операционная система присваивает файлу дополнительно уникальное имя, так, чтобы можно было установить взаимно-однозначное соответствие между файлом и его уникальным именем. Уникальное имя представляет собой числовой идентификатор и используется программами операционной системы. Примером такого уникального имени файла является номер индексного дескриптора в системе UNIX.
Типы файлов.
Файлы бывают разных типов: обычные файлы, специальные файлы, файлы-каталоги.
Обычные файлы в свою очередь подразделяются на текстовые и двоичные.
Текстовые файлы состоят из строк символов, представленных в ASCII-коде. Это могут быть документы, исходные тексты программ и т.п. Текстовые файлы можно прочитать на экране и распечатать на принтере. Двоичные файлы не используют ASCII-коды, они часто имеют сложную внутреннюю структуру, например, объектный код программы или архивный файл. Все операционные системы должны уметь распознавать хотя бы один тип файлов - их собственные исполняемые файлы.
Специальные файлы - это файлы, ассоциированные с устройствами ввода-вывода, которые позволяют пользователю выполнять операции ввода-вывода, используя обычные команды записи в файл или чтения из файла. Эти команды обрабатываются вначале программами файловой системы, а затем на некотором этапе выполнения запроса преобразуются ОС в команды управления соответствующим устройством. Специальные файлы, так же как и устройства ввода-вывода, делятся на блок-ориентированные и байт-ориентированные.
Каталог - это, с одной стороны, группа файлов, объединенных пользователем исходя из некоторых соображений (например, файлы, содержащие программы игр, или файлы, составляющие один программный пакет), а с другой стороны - это файл, содержащий системную информацию о группе файлов, его составляющих. В каталоге содержится список файлов, входящих в него, и устанавливается соответствие между файлами и их характеристиками (атрибутами).
В разных файловых системах могут использоваться в качестве атрибутов разные характеристики, например:
1. информация о разрешенном доступе,
2. пароль для доступа к файлу,
3. владелец файла,
4. создатель файла,
5. признак "только для чтения",
6. признак "скрытый файл",
7. признак "системный файл",
8. признак "архивный файл",
9. признак "двоичный/символьный",
10. признак "временный" (удалить после завершения процесса),
11. признак блокировки,
12. длина записи,
13. указатель на ключевое поле в записи,
14. длина ключа,
15. времена создания, последнего доступа и последнего изменения,
16. текущий размер файла,
17. максимальный размер файла.
Каталоги могут непосредственно содержать значения характеристик файлов, как это сделано в файловой системе MS-DOS, или ссылаться на таблицы, содержащие эти характеристики, как это реализовано в ОС UNIX. Каталоги могут образовывать иерархическую структуру за счет того, что каталог более низкого уровня может входить в каталог более высокого уровня.
Иерархия каталогов может быть деревом или сетью. Каталоги образуют дерево, если файлу разрешено входить только в один каталог, и сеть - если файл может входить сразу в несколько каталогов. В MS-DOS каталоги образуют древовидную структуру, а в UNIX'е - сетевую. Как и любой другой файл, каталог имеет символьное имя и однозначно идентифицируется составным именем, содержащим цепочку символьных имен всех каталогов, через которые проходит путь от корня до данного каталога.