Тема 4_Аппаратное и программное обеспечение

Кафедра

ЛЕКЦИИ ПО ИНФОРМАТИКЕ

Кафедра

Тема 4

информатики

УГАТУ

информатики

УГАТУ

Для студентов факультетов АП, АТС

Аппаратное обеспечение компьютера

групп МХ, ММ, СМ, ФМ, АТП, ТМ, ВТ

(HardWare)

Составители:

Программное обеспечение компьютера

доценты Кафедры Информатика

Карчевская Маргарита Петровна

(SoftWare)

Рамбургер Ольга Леонардовна

Информатика ФАТС – 2, 3, заочники курс 1, семестр 1, 2010 г.

1

Кафедра

Вычислительная система

Кафедра

Аппаратное обеспечение ПК

информатики

УГАТУ

информатики

УГАТУ

Персональным компьютером (ПК) называют

Вычислительная система – конкретный набор

сравнительно недорогой универсальный

взаимодействующих между собой устройств и программ,

микрокомпьютер, рассчитанный на одного

предназначенных для обслуживания одного компьютера.

пользователя.

Состав вычислительной системы называется

Персональные компьютеры обычно

конфигурацией. Аппаратные (HardWare) и программные

проектируются на основе принципа открытой

средства (SoftWare) вычислительной системы принято

архитектуры.

рассматривать раздельно.

Это касается IBM PC-совместимых компьютеров.

Информатика ФАТС – 2, 3, заочники курс 1, семестр 1, 2010 г.

3

Информатика

ФАТС – 2, 3, заочники курс 1, семестр 1, 2010 г.

4

Кафедра

Кафедра Общая структура персонального компьютера с

информатики Аппаратное обеспечение ПК

УГАТУ

информатикиподсоединенными периферийными устройствами

УГАТУ

Принцип открытой архитектуры заключается в следующем:

описание принципа действия компьютера и его конфигурация

(определенная совокупность аппаратных средств и

соединений между ними) определена в специальных

стандартах (правилах), называемых протоколами.

Из этого следует:

• 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 стандарту (увеличить объем оперативной

памяти, заменить процессор или винчестер и т.д.).

Информатика ФАТС – 2, 3, заочники курс 1, семестр 1, 2010 г.

5

Информатика ФАТС – 2, 3, заочники курс 1, семестр 1, 2010 г.

6

Кафедра

Кафедра

информатики Аппаратное обеспечение

УГАТУ

информатики Аппаратное обеспечение

УГАТУ

К аппаратному обеспечению относятся устройства

Согласование между отдельными узлами и блоками выполняют

и приборы, образующие аппаратную

с помощью переходных аппаратно-логических устройств,

называемых аппаратными интерфейсами.

конфигурацию.

Аппаратный интерфейс – это средство сопряжения двух

По способу расположения устройств относительно

устройств, в котором все физические и логические параметры

согласуются между собой.

системного блока различают внешние и

Физически аппаратные средства согласуются друг с другом с

внутренние устройства.

помощью механических и электрических разъемов и

Внешними, как правило, являются большинство

контактов.

Логически они согласуются друг с другом с помощью программ,

устройств ввода-вывода данных (их также

называемых драйверами устройств.

называют периферийными) и некоторые

Стандарты на аппаратные интерфейсы в вычислительной

технике называют протоколами.

устройства для длительного хранения

Протоколы представляют собой некие правила, которые должны

информации.

соблюдать разработчики устройств для успешного

согласования их работы с другими устройствами.

Информатика ФАТС – 2, 3, заочники курс 1, семестр 1, 2010 г.

7

Информатика ФАТС – 2, 3, заочники курс 1, семестр 1, 2010 г.

8

Кафедра

Аппаратное обеспечение

Кафедра

Аппаратное обеспечение

информатики

УГАТУ

информатики

УГАТУ

Существуют последовательные и параллельные

Каждый из функциональных элементов компьютера

интерфейсы.

(память, монитор или другое устройство) связан с шиной

Через последовательный интерфейс данные передаются

определённого типа – адресной, управляющей или

последовательно бит за битом. Их производительность

шиной данных.

оценивают бит/сек. Применяют для подключения

«медленных» устройств.

Для согласования интерфейсов периферийные устройства

При параллельном интерфейсе данные передаются

подключаются к шине не напрямую, а через свои

одновременно группами битов, их производительность

контроллеры (адаптеры) и порты примерно по такой

оценивают байт/сек. Применяют там, где важна

схеме:

скорость передачи данных.

Если интерфейс является общепринятым для данного

типа устройств, например, утверждённым на уровне

международных соглашений, то он называется

стандартным.

Информатика ФАТС – 2, 3, заочники курс 1, семестр 1, 2010 г.

9

Информатика ФАТС – 2, 3, заочники курс 1, семестр 1, 2010 г.

10

Кафедра

Аппаратное обеспечение

Кафедра

Аппаратное обеспечение

информатики

УГАТУ

информатики

УГАТУ

Контроллеры и адаптеры представляют собой наборы

Последовательный порт обменивается данными с

процессором побайтно, а с внешними устройствами –

электронных цепей, которыми снабжаются устройства

побитно.

компьютера с целью совместимости их интерфейсов.

Контроллеры, кроме этого, осуществляют непосредственное

К последовательному порту обычно подсоединяют медленно

управление периферийными устройствами по запросам

действующие или достаточно удалённые устройства, такие,

микропроцессора.

как мышь и модем.

Параллельный порт получает и посылает данные побайтно.

Порты устройств представляют собой некие электронные

К параллельному порту подсоединяют более «быстрые»

схемы, содержащие один или несколько регистров ввода-

устройства – принтер и сканер.

вывода и позволяющие подключать периферийные устройства

Через игровой порт подсоединяется джойстик.

компьютера к внешним шинам микропроцессора.

Клавиатура и монитор подключаются к своим

Портами также называют устройства стандартного

специализированным портам, которые представляют собой

интерфейса: последовательный, параллельный и игровой.

просто разъёмы.

Информатика ФАТС – 2, 3, заочники курс 1, семестр 1, 2010 г.

11

Информатика ФАТС – 2, 3, заочники курс 1, семестр 1, 2010 г.

12

Кафедра

Аппаратное обеспечение

Кафедра

информатики

УГАТУ

информатики Аппаратное обеспечение

УГАТУ

По назначению устройства делятся на:

Основные электронные компоненты, определяющие

•

Управляющие устройства (материнская плата).

архитектуру процессора, размещаются на основной

•

Устройства обработки информации (процессор,

плате компьютера, называемой системной или

видеокарта, звуковая карта).

материнской (MotherBoard).

• Устройства хранения информации (жесткий диск,

Контроллеры и адаптеры дополнительных устройств, либо

оперативная память, приводы лазерных дисков,

дисковод и т.д.)

сами эти устройства, выполняются в виде плат

•

Устройства ввода информации (клавиатура, мышь,

расширения (DаughterBoard – дочерняя плата) и

сканер и т.д.).

подключаются к шине с помощью разъёмов расширения,

•

Устройства вывода информации (монитор, принтер,

называемых также слотами расширения (англ. slot –

плоттер и т.д.).

щель, паз).

Устройства приема/передачи информации (модем,

•

сетевая карта, беспроводные адаптеры).

Информатика ФАТС – 2, 3, заочники курс 1, семестр 1, 2010 г.

13

Информатика

ФАТС – 2, 3, заочники курс 1, семестр 1, 2010 г.

14

Кафедра

Базовый состав компьютера

Кафедра

Системный блок

информатики

УГАТУ

информатики

УГАТУ

Современный персональный компьютер состоит

В системном блоке размещаются:

из нескольких основных (базовых)

•

системная плата;

конструктивных компонент, без которых его

•

платы расширения;

работа невозможна:

•

блок питания;

•

системного блока;

•

накопитель на жёстких магнитных дисках;

•

монитора;

•

накопитель на гибких магнитных дисках;

•

клавиатуры;

• накопитель CD-ROM;

манипуляторов (мышь, джойстик и т.д.).

•

•

и др.

Тестирование компьютера на наличие и работоспособность

Корпус системного блока может иметь горизонтальную

базовых компонент происходит автоматически при его

(DeskTop) или вертикальную (Tower — башня)

включении с помощью совокупности программ, «вшитых» в

компоновку.

BIOS (базовая система ввода-вывода).

Информатика ФАТС – 2, 3, заочники курс 1, семестр 1, 2010 г.

15

Информатика

ФАТС – 2, 3, заочники курс 1, семестр 1, 2010 г.

16

Кафедра

Материнская плата

Кафедра

Материнская плата

информатики

информатики

УГАТУ

УГАТУ

Материнская (системная) плата является основной в

Системные платы исполняются на основе наборов

системном блоке. Это фундамент компьютера, все

микросхем, которые называются чипсетами

устройства подключаются к ней. Она выполняет роль

(ChipSets). Часто на системных платах

связующего звена.

устанавливают и контроллеры дисковых

Материнская плата содержит компоненты, определяющие

накопителей, видеоадаптер, контроллеры портов и

архитектуру компьютера:

др.

•

центральный процессор;

В гнёзда расширения системной платы

• постоянную (ROM) и оперативную (RAM) память, кэш-

устанавливаются платы таких периферийных

память;

•

интерфейсные схемы шин;

устройств, как модем, сетевая плата, видеоплата и

•

гнёзда расширения;

т.п.

•

обязательные системные средства ввода-вывода и др.

Информатика ФАТС – 2, 3, заочники курс 1, семестр 1, 2010 г.

17

Информатика ФАТС – 2, 3, заочники курс 1, семестр 1, 2010 г.

18

Кафедра

Материнская плата

Кафедра

Материнская плата

информатики

информатики

УГАТУ

УГАТУ

Процессор

Основные характеристики системной платы:

Слоты для

Слот

•

Набор микросхем основной логики (чипсет – chipset),

оперативной

видеокарты

памяти

Число и типы разъемов (PCI, PCI Express, AGP),

•

•

Тип поддерживаемого процессора (Athlon, Semron,

Celeron, Core),

•

Максимальный объем и поддерживаемые типы

Слоты

оперативной памяти,

PCI

• Тип контроллера жестких дисков (IDE, SATA, SCASI),

•

Наличие встроенных устройств (видеокарта, звуковая

карта, сетевая карта и т.д.).

Информатика ФАТС – 2, 3, заочники курс 1, семестр 1, 2010 г.

19

Информатика ФАТС – 2, 3, заочники курс 1, семестр 1, 2010 г.

20

информатики Центральный процессор (CPU)

информатики

Центральный процессор (CPU)

Кафедра

Кафедра

УГАТУ

УГАТУ

Основное устройство обработки информации в компьютере.

Основные характеристики CPU:

Выполняется в виде отдельного кремниевого кристалла

на подложке.

•

Тактовая частота ядра

1,6 – 2,66 (ГГц)

•

Частота шины

233 – 333 ( МГц)

•

Число ядер

1, 2, 4

•

Разрядность

64

•

Объем кэш-памяти

512 Кб – 2 Мб

•

Рабочее напряжение

1,2 – 1,5 В

• Потребляемая мощность

260 Вт

• Теплопакет

до 260 Вт

•

Тип разъема подключения

•

Технологический процесс

Intel Core 2 Quad с двумя двухядерными кристаллами

Информатика ФАТС – 2, 3, заочники курс 1, семестр 1, 2010 г.

21

Информатика ФАТС – 2, 3, заочники курс 1,

семестр 1, 2010 г.

22

Кафедра

Видеоадаптер

УГАТУ

Кафедра

Видеоадаптер

УГАТУ

информатики

информатики

Видеоадаптер (видеокарта) − это электронная плата,

Устройство, формирующее изображение и

которая обрабатывает видеоданные (текст и графику)

выводящее его на монитор, проектор или

и управляет работой дисплея.

подобное устройство.

Содержит видеопамять, регистры ввода вывода и модуль

Основные характеристики

видеоадаптера:

BIOS. Посылает в дисплей сигналы управления

яркостью лучей и сигналы развертки изображения.

1. Тип графического

процессора,

Наиболее распространенный видеоадаптер на

2. Объем графической памяти

сегодняшний день − адаптер SVGA (Super Video

(в настоящее время от 64МБ

Graphics Array − супервидеографический массив),

и до 1ГБ),

который может отображать на экране дисплея

3. Тип разъема подключения,

1280х1024 пикселей при 256 цветах и 1024х768

пикселей при 16 миллионах цветов.

4. Перечень поддерживаемых

технологий.

Информатика ФАТС – 2, 3, заочники курс 1, семестр 1, 2010 г.

23

Информатика ФАТС – 2, 3, заочники курс 1, семестр 1, 2010 г.

24

Кафедра

Звуковая карта

Кафедра

Оперативная память

информатики

УГАТУ

информатики

УГАТУ

Аудиоадаптер (Sound Blaster или звуковая плата) − это

Устройство кратковременного хранения

специальная электронная плата, которая позволяет записывать

звук, воспроизводить его программными средствами с помощью

информации.

Основные характеристики:

микрофона, наушников, динамиков, встроенного синтезатора и

другого оборудования.

1. Тип памяти

Аудиоадаптер содержит в себе два преобразователя информации:

• аналого-цифровой, который преобразует непрерывные (то есть,

2. Объем (в настоящее

аналоговые) звуковые сигналы (речь, музыку, шум) в цифровой

время измеряется в ГБ

двоичный код и записывает его на магнитный носитель;

3. Ширина полосы

• цифро-аналоговый, выполняющий обратное преобразование

сохранённого в цифровом виде звука в аналоговый сигнал,

пропускания.

который затем воспроизводится с помощью акустической

Например, РС4200

системы, синтезатора звука или наушников.

Основные характеристики:

означает, что

Планки оперативной памяти

оперативная память

Число выходных каналов,

1.

может пропустить через

2.

Соотношение сигнал/шум

себя 4200МБ за 1 сек.

Информатика ФАТС – 2, 3, заочники курс 1, семестр 1, 2010 г.

25

Информатика

ФАТС – 2, 3, заочники курс 1,

семестр 1, 2010 г.

26

Кафедра

Внешняя память

Кафедра

Внешняя память

информатики

информатики

УГАТУ

УГАТУ

Внешняя память (ВЗУ) предназначена для длительного

хранения информации, целостность её содержимого

Гибкий диск, дискета (англ. floppy disk) − устройство для

не зависит от того, включен или выключен

хранения небольших объёмов информации,

компьютер. В отличие от оперативной памяти,

представляющее собой гибкий пластиковый диск в

внешняя память не имеет прямой связи с

защитной оболочке.

процессором.

В состав внешней памяти компьютера входят:

Дискета устанавливается в накопитель на гибких магнитных

• накопители на жёстких магнитных дисках;

дисках (англ. floppy-disk drive), автоматически в нем

• накопители на гибких магнитных дисках;

фиксируется.

• накопители на компакт-дисках;

В накопителе вращается сама дискета, магнитные головки

• накопители на магнито-оптических компакт-дисках;

остаются неподвижными.

Дискета вращается только при обращении к ней.

• накопители на магнитной ленте (стримеры) и др.

Накопитель связан с процессором через контроллер гибких

дисков.

Информатика ФАТС – 2, 3, заочники курс 1, семестр 1, 2010 г.

27

Информатика

ФАТС – 2, 3, заочники курс 1,

семестр 1, 2010 г.

28

Кафедра

Внешняя память

Кафедра

Жесткий диск (винчестер)

информатики

УГАТУ

информатики

УГАТУ

Информация на дискету записывается по

Накопитель на жёстких магнитных дисках (англ. HDD − Hard

Disk Drive) или винчестер − это наиболее массовое

концентрическим дорожкам (трекам), которые делятся

запоминающее устройство большой ёмкости, в котором

на секторы.

носителями информации являются круглые

Количество дорожек и секторов зависит от типа и

алюминиевые пластины − платтеры, обе поверхности

формата дискеты.

которых покрыты слоем магнитного материала.

Сектор хранит минимальную

Используется для постоянного

порцию информации, которая

хранения информации − программ

может быть записана на диск

и данных.

или считана с диска.

Является энергонезависимым

Ёмкость сектора постоянна и

устройством, однако без наличия

составляет 512 байтов.

питания информацию нельзя ни

Трек - дорожка

считать с него, ни записать на него.

Информатика

ФАТС – 2, 3, заочники курс 1, семестр 1, 2010 г.

29

Информатика ФАТС – 2, 3, заочники курс 1, семестр 1, 2010 г.

30

Кафедра

Жесткий диск (винчестер)

Кафедра

Жесткий диск (винчестер)

информатики

УГАТУ

информатики

УГАТУ

Как и у дискеты, рабочие поверхности платтеров разделены на

Поверхность платтера имеет магнитное покрытие

кольцевые концентрические дорожки, а дорожки − на

толщиной ≈ 1,1 мкм и слой смазки для предохранения

секторы.

головки от повреждения при опускании и подъёме на

Совокупность дорожек, расположенных на одном расстоянии от

ходу.

центра, называется цилиндром.

Цилиндры делятся на зоны (на диске их обычно от 10 до 30).

При продвижении от центра диска число секторов на дорожке

в каждой зоне возрастает.

Головки считывания-записи

вместе с их несущей

конструкцией и дисками

заключены в герметически

закрытый корпус,

называемый модулем

данных.

Информатика

ФАТС – 2, 3, заочники курс 1, семестр 1, 2010 г.

31

Информатика ФАТС – 2, 3, заочники курс 1, семестр 1, 2010 г.

32

Кафедра

Жесткий диск (винчестер)

Кафедра

Оптические компакт-диски

информатики

УГАТУ

информатики

УГАТУ

Основные характеристики винчестера:

В последние годы помимо магнитных дисков стали доступны оптические

1. Объем (измеряется в ГБ и ТБ);

диски.

2. Скорость вращения шпинделя (5400 об/мин, 7200

Они обладают более высокой плотностью записи, чем обычные

магнитные диски.

об/мин, 10000 об/мин);

Изготавливается с использованием очень мощного инфракрасного

3. Интерфейс подключения (IDE, SATA, SCSI);

лазера, который выжигает отверстия диаметром 0,8 микрон в

4. Объем КЭШ-памяти (64 Кбайт и более).

специальном стеклянном контрольном диске.

По этому контрольному диску делается шаблон с выступами в тех

Все современные накопители снабжаются встроенным кэшем,

местах, где лазер прожег отверстия. В шаблон вводится жидкая

смола (поликарбонат), и таким образом получается компакт-диск с

который существенно повышает их производительность.

тем же набором отверстий, что и в стеклянном диске. На смолу

Винчестерские накопители имеют очень большую ёмкость:

наносится очень тонкий слой алюминия, который в свою очередь

от сотен Мегабайт до десятков Гбайт.

покрывается защитным лаком. Углубления в нижнем слое смолы в

английском языке называются термином впадина (pit), а ровные

У современных моделей среднее время поиска данных − 10 мс,

пространства между впадинами называются термином площадка

максимальная скорость передачи данных до 40 Мбайт/с.

(land).

Информатика ФАТС – 2, 3, заочники курс 1, семестр 1, 2010 г.

33

Информатика ФАТС – 2, 3, заочники курс 1, семестр 1, 2010 г.

34

Кафедра

Оптические компакт-диски

Кафедра

Оптические диски

информатики

УГАТУ

информатики

УГАТУ

Во время воспроизведения лазерный диод небольшой мощности

Лазерные компакт-диски CD-ROM (CD – Compact Disc, ROM – Read

светит инфракрасным светом сменяющиеся впадины и

only Memory) с них можно только читать. Напылен светоотражающий

площадки. В результате, если свет отражается от выступа,

слой алюминия. Информация представляется в виде

фотодетектор проигрывателя получает меньше света, чем при

последовательности впадин и площадок. Одна спиральная дорожка.

отражении от площадки.

Лазерные компакт-диски CD-R. CD-R диски позволяют однократно

Хотя, казалось бы, проще

записывать информацию . В отличие от обычных компакт-дисков с

всего использовать впадину

физическими углублениями, CD-R моделируются с помощью изменения

для записи 0, а площадку

отражательной способности впадин и площадок. Для этого между

для записи 1,более надежно

слоем поликарбоната и отражающим слоем золота помещается слой

использовать переход

красителя.

впадина/площадка или

площадка/впадина для 1

Перезаписываемые компакт-диски CD-RW (CD-ReWritable). Допускают

и его отсутствие для 0

многократную перезапись информации. При этом используется

носитель такого же размера, как и CD-R. Однако вместо красителя

Впадины и площадки записываются по спирали

используется сплав серебра, индия, сурьмы и теллура для

записывающего слоя.

Информатика ФАТС – 2, 3, заочники курс 1, семестр 1, 2010 г.

35

Информатика ФАТС – 2, 3, заочники курс 1, семестр 1, 2010 г.

36

Кафедра

Оптические диски

Кафедра

Оптические приводы

информатики

УГАТУ

информатики

УГАТУ

Технология DVD-ROM разрабатывалась в расчете на хранение

Устройство для считывания/записи информации на

лазерные диски (CD и DVD)

видео, поэтому объем диска значительно увеличен за счет

впадины меньшего размера (0,4 микрона вместо 0,8

Основные характеристики:

микрона, как у обычного компакт-диска), более плотной

1. Скорость чтения/записи

спирали (0,74 микрона между дорожками вместо 1,6

микрона).

2. Максимальный поддерживаемый

В дисководах DVD-ROM используется более сложная

объем:

считывающая головка и узкий лазерный луч, благодаря чему

CD – 700МБ, 800МБ, 900МБ;

на диске умещается в семь раз больше данных, чем на

обычном CD-ROM.

DVD – 4.7 ГБ, 10 ГБ на слой

Перезаписываемые DVD диски DVD-RW (DVD-ReWritable).

3. Число и типы поддерживаемых

форматов (CD-R, CD-RW, DVD-R,

Допускают многократную перезапись информации.

DVD-RW и др.

Информатика

ФАТС – 2, 3, заочники курс 1, семестр 1, 2010 г.

37

Информатика

ФАТС – 2, 3, заочники курс 1, семестр 1, 2010 г.

38

Кафедра

Внешняя память

Кафедра

Видеосистема

информатики

информатики

УГАТУ

УГАТУ

Стример (англ. tape streamer) − устройство для

Видеосистема компьютера состоит из трех компонент:

•

монитор (называемый также дисплеем);

резервного копирования больших объёмов

•

видеоадаптер;

информации.

•

программное обеспечение (драйверы видеосистемы).

В качестве носителя здесь применяются кассеты с

Видеоадаптер посылает в монитор сигналы управления

магнитной лентой ёмкостью 1 - 2 Гбайта и

яркостью лучей и синхросигналы строчной и кадровой

больше.

развёрток. Монитор преобразует эти сигналы в

зрительные образы. А программные средства

обрабатывают видеоизображения − выполняют

кодирование и декодирование сигналов, координатные

преобразования, сжатие изображений и др.

Монитор − устройство визуального отображения

информации (в виде текста, рисунков, чертежей и др.).

Информатика

ФАТС – 2, 3, заочники курс 1, семестр 1, 2010 г.

39

Информатика

ФАТС – 2, 3, заочники курс 1, семестр 1, 2010 г.

40