четвер, 11 лютого 2016 р.

Складові персонального комп’ютера. Пам’ять комп’ютера





Рис. 2.4. Спрощена схема комп’ютера
За понад 60 років розвитку комп’ютерної техніки відбулися гігантські зміни в можливостях, які вона забезпечує для людини. Наприклад, обсяг оперативної пам’яті збільшився у мільйон разів, швидкодія комп’ютера зросла у 200 тисяч разів, зовнішня пам’ять — у 10 мільйонів разів, вага зменшилася у 15 тисяч разів, споживана енергія у 15 000 000 разів, а площа — у тисячу разів. Але незмінною є структура комп’ютера подана на рис. 2.4.
За допомогою пристроїв уведення програма й дані потрапляють у пам’ять комп’ютера. У персональних комп’ютерах найчастіше такими пристроями є клавіатура й мінна. Із пам’яті програма надходить для виконання в пристрій керування, а дані — у арифметично-логічний пристрій для опрацювання. Конструктивно ці два пристрої виготовляють в одному блоці, який називається процесором. Після опрацювання дані надходять із арифметично-логічного пристрою в пам’ять. Збереження програм і даних, а також їх опрацювання виконується у двійковій системі числення, тобто у вигляді послідовності 0 і 1. Із пам’яті результати опрацювання надходять у пристрої виведення, де двійковий код перетворюється у форму, зручну для сприйняття людиною. У персональному комп’ютері пристроями виведення найчастіше є монітор і принтер.
Системний блок — це основний пристрій персонального комп’ютера, у якому зберігаються й опрацьовуються програми й дані.

Головним елементом системного блоку є материнська (системна) плата, на якій розташовані центральний процесор, основна пам’ять та інші електронні пристрої. На лицевій (передній) панелі системного блоку розташовані кнопки вмикання/вимикання напруги живлення, щілини приводів для вставлення оптичних дисків, роз’єми для вставлення флеш- накопичувачів (флеш-пам’яті), індикатори стану роботи комп’ютера. На задній стінці системного блоку розташовані роз’єми, через які до системного блоку підключають усі інші пристрої комп’ютера.
Центральний процесор виконує дві головні функції: опрацьовує дані й керує усіма іншими пристроями комп’ютера. Конструктивно його виготовляють у вигляді окремої мікросхеми, яка об’єднує 2, 4 і більше схем процесорів (ядер). Головними параметрами центрального процесора є довжина двійкового коду (становить 32 або 64 біги), що може одночасно опрацьовувати процесор, та його швидкодія, яка оцінюється кількістю виконаних операцій за секунду (тактів). Сучасні процесори забезпечують виконання кількох мільярдів операцій за секунду.
Пам’ять комп’ютера призначена для збереження програм і даних. Основними параметрами пам’яті є її об’єм і швидкодія. Швидкодію вимірюють розміром даних, який можна записати/зчитати за секунду. Об’єм пам’яті вимірюють у спеціальних одиницях. Мінімальною одиницею є байт (8 біт). Використовують також такі одиниці:
І Кбайт (КБ) = 1000 байт;
1 Мегабайт (МБ) = 1000 КБ = 1 000 000 байт;
1 Гігабайт (ГБ) = 1000 МБ = 1 000 000 КБ;
1 Терабайт (ТБ) = 1000 ГБ = 1 000 000 МБ;
Пам’ять комп’ютера поділяють на внутрішню й зовнішню (рис. 2.5).


Рис. 2.5. Структура пам’яті персонального комп’ютера
Внутрішня — це пам’ять, модулі якої розташовані на материнської платі і з якою безпосередньо взаємодіє центральний процесор. Вона поділяється на оперативну і постійну. Оперативну пам’ять (RAM, RandomAccessMemoryпам'ять з довільним звертанням) ще називають основною пам’яттю комп’ютера. Вона призначена для збереження тієї програми (команд і відповідних даних), що виконується у даний момент. Цей вид пам’яті має високу швидкодію збереження, але її об’єм значно менший від об’єму зовнішньої пам’яті. Є така залежність: чим вища швидкість пам’яті, тим вона дорожча та тим менший її об’єм. Об’єм оперативної пам’яті сучасних ПК становить 2—4 ГБ. Оперативна пам’ять є енергозалежною, тобто після вимикання напруги живлення дані, які там були записані, видаляються. Конструктивно оперативна пам’ять виготовляють у вигляді окремих модулів.
Частина оперативної пам’яті закріплюється за відеокартою. Вона називається відеопам’яттю (videoRAM) і призначена для зберігання тієї інформації, яка відображається на екрані в поточний момент часу.
Крім оперативної пам’яті, у комп’ютерах використовують також більш швидкісну пам’ять, яку називають кеш-пам’яттю. Головне її призначення — підвищення продуктивності комп’ютера. Ця пам’ять є дорожчою за оперативну, а її об’єм на порядок менший за оперативну пам’ять. Конструктивно ця пам’ять входить до складу процесора та деяких інших пристроїв.
Постійна пам’ять (RAM) є енергонезалежною, тобто інформація в неї зберігається й після вимкнення напруги живлення. Саме цей вид пам’яті зберігає модулі програми, які починають працювати одразу після вмикання комп’ютера. Зокрема, виконується перевірка працездатності основних пристроїв комп’ютера й завантаження ядра операційної системи в оперативну пам’ять.
Зовнішня пам’ять призначена для довготривалого збереження програмного забезпечення й даних. Вона є енергонезалежною й виготовляється у вигляді окремих пристроїв. Носіями даних зовнішніх запам’ятовуючих пристроїв є:
   жорсткі магнітні диски;
   оптичні диски;
   напівпровідникові елементи.
На жорстких магнітних дисках зчитування й запис даних здійснюється за допомогою спеціального пристрою — накопичувана на жорстких магнітних дисках (НЖМД, або HDD). Такі пристрої також називають вінчестерами. Вони містять у герметичному корпусі кілька магнітних дисків. Над кожною поверхнею диска розташована магнітна голівка запису/зчитування даних. Ємність пам’яті сучасних вінчестерів сягає 1 ТБ.
Оптичні диски виготовляють трьох типів: компакт-диски (CD), цифрові універсальні диски (DVD) і BD-диски. Найбільш розповсюджені перші два типи. Дані на ці носії записують за допомогою лазерного променя у вигляді послідовності темних і світлих точок, що відповідають кодам 0 і 1 (рис. 2.6 на с. 38).
Ємність компакт-дисків становить близько 700 МБ, а DVD-дисків — до 17 ГБ. Оптичні диски виготовляють трьох типів:
  диски без можливості перезаписування (CD-ROM, DVD-ROM, запис даних здійснюється у процесі їх виготовлення);
  диски з можливістю одноразового записування і багаторазового зчитування (CD-R, DVD-R);
  диски з можливістю багаторазового перезаписування (CD-RW, DVD-RW).

Рис. 2.6. Оптичний диск і оптичний привід
Оптичний привід — пристрій, призначений для зчитування та запису інформації на оптичні носії (диски). Механічна частина приводу, керована мікросхемою, забезпечує обертання диска і зчитування з нього даних за допомогою лазера і системи лінз. Залежно від типів використовуваних носіїв є приводи для зчитування/запису CD, DVD і Blu-Ray.
Принцип, за яким працюють сучасні оптичні носії інформації, використовується досить давно. По суті, CD, DVD та Blu-Ray — це вдосконалена вінілова грамплатівка, на які звук записувався як відхилення вправо або вліво спіральної доріжки, по якій рухалась голка.
Дані на оптичних носіях зберігаються у вигляді дуже тонкої спіральної доріжки, нанесеної на спеціальний захищений шар диска, яка складається з мікроскопічних заглиблень і проміжків між ними. Ці заглиблення називаються пітами (англ.pitзаглиблення), а проміжки — лендами (англ. land простір).
Під збільшенням їх можна добре розглянути (рис. 2.6). Зчитування здійснюється за допомогою лазера, який, відбиваючись від поверхні диска, що обертається, потрапляє на фотоелемент. Відображення з величезною швидкістю змінюється відповідно до структури пітів і лен- дів доріжки, передаючи таким чином дані, зашифровані в ній. Потім це «тремтіння лазера» дешифрується.
Першим оптичним носієм, розробленим ще в 1979 році, став компакт-диск CD (англ. CompactDisc). Глибина пітів цього носія становить близько 100 нм (нанометрів), ширина — 500 нм. Мінімальна довжина піта CD — від 850 нм. Крок між доріжками спіралі — близько 1,5 мкм (мікронів). У приводах для читання носіїв цього типу використовується червоний лазер з довжиною хвилі 780 нм, який фокусується на робочій поверхні в точку діаметром близько 1,2 мкм (для кращої уяви: товщина людської волосини становить близько 50 мкм або 50000 нм).
Спочатку CD створювали як носій звукової інформації (AudioCD). Трохи пізніше його почали використовувати для зберігання інших даних. Формат запису Audio CD і CD з даними відрізняється, тому звичайні програвачі не можуть зчитувати інформацію з немузичних компакт-дисків.
Перші диски були CD-ROM (ReadOnlyMemory тільки з можливістю читання) їх виготовляли за спеціальною технологією (можливість запису в домашніх умовах відсутня). Пізніше розробили носії, у яких піти являли собою не заглиблення, а ділянки модифікованої поверхні з високим світлопоглинанням, що виникають під спеціальним впливом лазера. Як і у випадку із заглибленими літами, технологія забезпечувала потрібну зміну інтенсивності відображення лазера і зчитування даних, закодованих у доріжці. Завдяки цьому створено диски типів CD-R і CD-RW (з можливістю запису і неодноразового перезапису користувачами відповідно).
DVD — носій, який було створено дещо пізніше, має той самий фізичний розмір і принципи роботи, що і CD, але використовує дуже щільну робочу поверхню. За рахунок більш «мініатюрної» структури доріжки і тоншого червоного лазера з довжиною хвилі всього 650 нм, DVD може зберігати в кілька разів більше даних.
Спочатку DVD розробляли як альтернативу морально застарілим відеокасетам для зберігання відеоінформації і тому назвали DigitalVideoDisc (цифровий відеодиск). Але носії цього типу чудово підійшли і для запису інших типів даних. Абревіатуру DVD при цьому почали трактувати як DigitalVersatileDisc цифровий багатоцільовий диск. Але така розшифровка не є офіційною. Залежно від виду даних, що зберігаються, DVD бувають таких типів: DVD-відео, DVD-Audio (якість звуку значно вище ніж на Audio-CD), DVD-Data, DVD змішаного типу. Сучасні DVD можуть мати одну або дві робочі сторони. При цьому кожна зі сторін може містити один або навіть два робочі шари. Завдяки цій особливості на DVD максимального обсягу можна записати до 18 ГБ інформації.
DVD і CD бувають для одноразового запису або ж їх можна перезаписувати багаторазово (R і RW). При цьому, залежно від особливостей використовуваного матеріалу і технології запису, розрізняють DVD-R(RW), DWD + R(RW). У технічні подробиці не вдаватимуся. Скажу тільки, що ОУО + К(КЛУ) і приводи з їх підтримкою — кращий і без- проблемніший варіант. При записуванні таких носіїв виникає набагато менше помилок. Крім того, DVD + RW можна записувати «поверх» уже наявних на ньому даних. У випадку з DVD -RW попередньо потрібно провести повне очищення диска.
Blu-rayDisc(BD англ. bluerayсиній промінь) — оптичний носій нового типу, що відрізняється ще більш високою щільністю робочої поверхні і забезпечує зберігання великого обсягу даних, зокрема й високоякісного відео високої чіткості. У назві Blu-ray буква «е» була пропущена навмисне, щоб мати можливість зареєструвати торговий знак.
Запис і зчитування BD проводиться за допомогою надтонкого променя синього лазера з дуже короткою хвилею (405 нм), завдяки цьому ширина доріжки на диску звужена до 0,32 мкм, що вдвічі менше ніж на DVD. Збільшився не лише обсяг даних, що зберігаються, але і швидкість їх зчитування. У кілька разів тоншим став і захисний шар, але завдяки використанню нових матеріалів Blu-ray Disc боїться подряпин не більше ніж оптичні носії інших типів.
Сучасні технології мають змогу записувати на один BD кілька шарів, кожний з яких може містити 23,3 ГБ даних. Поширеними є диски з кількістю шарів до 4. Уже створено прототипи ємністю до 500 ГБ, що містять 15—20 шарів. Blu-ray носії продовжують розвивати і вдосконалювати. Є диски для одноразового і багаторазового записування. Розроблена технологія, що дає змогу наносити на один диск шари, призначені для запису DVD і Blu-ray.
Для роботи з оптичними дисками використовують пристрої, які називають оптичними приводами (рис. 2.6). Є різні їх типи, а саме: пристрої, які здійснюють лише читання даних, пристрої лише для одноразового записування і пристрої з багаторазовим записом.
До напівпровідникових елементів належить флеш-пам’ять (ІІ8В- флеш), яка не містить механічних пристроїв, тому вона є найбільш швидкісною зовнішньою пам’яттю. Конструктивно флеш-пам’ять виготовляють у вигляді ІІ8В-флеш-накопичувачів і флеш-карт. Флеш-карти використовують у мобільних комп’ютерах, а також мобільних телефонах. На основі флеш-карт розроблені твердотільні накопичувані 880, обсяг пам’яті яких нині досягає 512 ГБ. Вважається, що в перспективі вони можуть замінити жорсткі магнітні диски. ІІ8В-флеш, які можуть мати об’єм пам’яті від 2 ГБ до 32 ГБ, використовуються для перенесення великих об’ємів даних.
Монітор — це пристрій, призначений для відображення текстової, графічної інформації, анімацій і відеозображень. Є кілька типів моніторів, які нині використовуються, зокрема: монітори на електронно-променевих трубках (ЕЛТ, або СКТ-монітори) і плазмові монітори (РИР- монітори). Нині найбільш розповсюдженими є монітори на рідких кристалах (РК, або іСО-монітори). Одним, з основних параметрів монітора є діагональ екрана. Нині найчастіше використовують монітори з діагоналлю 17 і 19 дюймів (1 дюйм = 2,56 см). Усе більшої популярності набувають монітори зі співвідношенням сторін 16 : 9.
Зображення на екрані монітора відтворюється крапками. Чим менший розмір крапки і більше їх може бути по вертикалі й горизонталі, тим якість зображення краща. У сучасних моніторах розмір крапки становить близько 0,25 мм, а кількість крапок — від 800*600 і більше, наприклад, 1920* 1080, 2048* 1536.
Клавіатура призначена для введення в ком гютер текстових і числових даних. Усі введені дані відображуються н і екрані. Місце на екрані, на яке вводиться черговий символ, позначаегься спеціальним знаком,
який називається вказівником миші, або курсором. Найчастіше, коли вводяться дані, зовнішній вигляд курсора позначається вертикальною рисочкою.
У настільних ПК, ноутбуках і нетбуках клавіатура є окремим пристроєм, а в планшетних і деяких кишенькових комп’ютерах вона відображається на екрані монітора. Такий тип клавіатури називається сенсорною. Надалі розглядається клавіатура настільного комп’ютера.
Алфавітно-цифрові клавіші. Призначені для введення великих і малих букв національного й англійського алфавітів, цифр та деяких інших символів.
Клавіші переміщення курсора (←, →, ↑, ). При натисканні на ці клавіші курсор переміщується, відповідно, на одну позицію ліворуч, праворуч, угору та вниз. Курсор можна переміщувати також за допомогою таких клавіш:
PgUp — переміщення на сторінку вгору.
PgDn — переміщення на сторінку вниз.
End — переміщення на кінець рядка.
Home — переміщення ^іа початок рядка.
Tab— переміщення курсора на кілька позицій праворуч.
Delete — видалення символу праворуч від курсора.
Backpace (або ) — видалення символу ліворуч від курсора.
Іпяегі — переведення клавіатури в режим вставлення або заміни символів.
Додаткові клавіші (Shift, Ctrl, Alt). Ці клавіші самостійно ніяких функцій не виконують, але в певних програмах вони розширюють можливості клавіатури. При одночасному натисканні однієї з цих клавіш і алфавітно-цифрової клавіші здійснюється введення відповідних команд. До додаткових клавіш також відносять:
Enter — використовується для виконання введеної команди, а під час введення тексту вона натискається для переходу на наступний абзац.
Esc — для відміни попередньої дії.
CapsLock— для фіксації режиму введення великих букв.
NumLock — для зміни режиму роботи цифрової клавіатури.
PrintScreen — для запам’ятування вмісту екрана. Якщо ця клавіша натискається одночасно із клавішею Shift, то зображення екрана виводиться на принтер.
Група цифрових клавіш. Клавіші цієї групи розміщені окремою групою праворуч і дублюють цифрові клавіші алфавітно-цифрової групи. Ці клавіші можуть працювати у двох режимах. Якщо індикатор NumLock увімкнутий (він вмикається клавішею NumLock), то вони функціонують у режимі введення цифр. Якщо індикатор NumLock вимкнутий — вони використовуються для переміщення курсора.
Функціональні клавіші (F1F12). їх призначення визначається тією програмою, яка у даний момент працює. Натискання клавіші F1 майже в усіх програмах дає змогу отримати довідку про роботу з конкретною програмою.
Миша — це пристрій, за допомогою якого здійснюється вибір об’єктів на екрані монітора, виконання окремих команд, запуск програм на виконання та інші дії. Зазвичай миша має дві кнопки, між якими розташоване коліщатко для прокручування зображення на екрані — знизу вгору і навпаки.
Права кнопка миші, як правило, використовується для виклику на екран, так званого, контекстного меню відповідного об’єкта, а ліва — для вибору об’єктів на екрані, виконання команд тощо. На екрані монітора відображується вказівник миші. Його зовнішній вигляд може бути різним, але найчастіше він має вигляд похилої стрілки. При переміщенні миші на поверхні робочого столу на екрані переміщується її вказівник (курсор).
Правила роботи з мишею може змінювати користувач. Але найчастіше використовуються такі:
 для вибору об’єкта на екрані або виконання команди вказівник миші встановлюється на його назву або значок і короткочасно натискається ліва кнопка миші;
   для запуску програми ліва кнопка миші короткочасно натискається двічі на її назві;
   для відкриття контекстного меню об’єкта вказівник миші встановлюється на об’єкт і натискається права кнопка миші.
Миші бувають оптичні й механічні. Оптичні є більш надійними й зручнішими в роботі.
Перевіряємо себе
Вправа 1. За допомогою якого з перелічених пристроїв можна виконувати операції введення та виведення інформації: відеокарта, сканер, модем, мережева карта, монітор?
Відповідь: мережева карта, моделі.
Вправа 2. За допомогою якого з перелічених пристроїв можна виконувати якісне виведення на папір великих креслень: модем, принтер, сканер, плоттер? Як ще можна використовувати цей пристрій?
Відповідь: плоттер. його можна використовувати не тільки для побудови креслень, а легко модифікувати для вирізання з листового матеріалу різних контурів (наприклад, вирізання зі спеціальної плівки окремих букв).
Вправа 3. За допомогою якої клавіші (або комбінацій клавіш) на клавіатурі можна виконати збереження зображення картинки всього екрана?
Відповідь: клавіша PrintScreen.
Вправа 4. Чи можна дублювати на клавіатурі функцій лівої та правої клавіш миші? Якщо можна, то за допомогою яких клавіш?
Відповідь: клавіша Епіег на клавіатурі виконує дії аналогічні до лівої клавіші миші, клавіша із схематичним зображенням спадаючого списку та курсора виконує дії, аналогічні до натискання правої клавіші миші.
Вправа 5. Які з наведених пристроїв є необхідними для організації виведення звукової інформації за допомогою ПК: сканер, принтер, гучномовці, саунд-карта, проектор.
Відповідь: гучномовці, саунд-карта.
Вправа 6. Назвати пристрої, за допомогою яких можна виконувати виведення звуку на сучасному ПК?
Відповідь: гучномовці, навушники.
Вправа 7. Які три основні параметри звуку можна налагоджувати користувачеві? Охарактеризувати їх.
Відповідь: гучність звуку, тембр (підсилення високих або низьких частот), баланс (розподіл гучності між двома колонками).
Вправа 8. Який тип монітора використовується у ноутбуках? У чому його перевага над звичайними моніторами?
Відповідь: рідинно-кристалічні. їх переваги над звичайними полягають у значно компактніших розмірах; вони безпечні для здоров’я; мають більш високу чіткість зображення: відсутнє мерехтіння.
Вправа 9. Що означає термін «мультимедійність» сучасного комп’ютера? Які периферійні пристрої необхідні для реалізації мультимедіа?
Відповідь: мультимедіа означає можливість одночасного виведення графіки, тексту, звуку. Необхідні такі периферійні пристрої, як монітор, гучномовці.
Вправа 10. Чому можна вважати, що клавіатура в окремих випадках може виводити повідомлення? Які це випадки?
Відповідь: наявність світлових індикаторів, за допомогою яких можливо, наприклад, визначити, чи включений режим CapsLock або чи переключена до цифрової роботи додаткова клавіатура.
Вправа 11. За допомогою якого з наведених пристроїв можливе підключення ПК до мережі Інтернет: сканер, модем, саунд-бластер, мережева карта?
Відповідь: з використанням модема або мережевої карти. Модем підключається зазвичай до телефонної лінії, а мережева карта       кабе
лем місцевого сервера.
В Виконуємо самостійно
Завдання. Нарисувати в зошиті основні види зображення курсора. Від чого залежить цей вигляд?

Відповідь: основні види курсора можуть бути такими:
Вигляд курсора залежить від об'єкта, над яким він знаходиться, від стану системи, від настроювань операційної системи.