Устройства обработки информации и управляющие устройства

 

Основным устройством обработки информации в ЭВМ является арифметико-логическое устройство (АЛУ). АЛУ выполняет все логические операции (логическое умножение – операция «И», логическое сложение – операция «ИЛИ», логическое отрицание – операция «НЕ»), а также арифметические операции над данными, представленными в виде двоичных кодов (нулей и единиц).

Булеву алгебру, в которой используются только два числа – 0 и 1, положил в основу теории электрических и электронных переключательных схем-сумматоров американский инженер Клод Шеннон в 1938 г. Именно это во многом определило появление ЭВМ, способных автоматически производить арифметические вычисления.

Так как выполнение самых сложных действий в ЭВМ сводится к большому числу простейших арифметических и логических операций, производительность процессора при выполнении простейших операций определяет быстродействие ЭВМ. В ЭВМ арифметико-логическое устройство объединено с управляющими устройствами в единую схему – процессор, представляющий собой микросхему с большим числом контактов. Для ускорения работы процессора при выполнении математических вычислений обычно используется специальное устройство – сопроцессор, конструктивно встроенный в микросхему процессора.

Изобретателем микропроцессора как схемы, в которую собрана практически вся основная электроника компьютера, стала американская фирма INTEL, выпустившая в 1970 г. процессор 8008. С их появления и началась история ЭВМ четвертого поколения. По настоящее время фирма INTEL занимает ведущие позиции на мировом рынке в производстве и разработке новых типов процессоров.

 

Устройства ввода и вывода

 

Устройства ввода и вывода можно условно разделить на устройства, с помощью которых информация передается машине от человека, человеку от машины и от одной машины другой машине. Наиболее распространенные устройства следующие:

– устройства ввода: клавиатура, сканер, устройства местоуказания (мышь, джойстик, графический планшет, световое перо);

– устройства вывода: дисплей, принтер, плоттер, звуковая карта;

– устройства, обеспечивающие связь с другими машинами: модем, сетевой адаптер, инфракрасный порт и т.д.

Кроме них имеются специальные устройства, обеспечивающие совместную работу ЭВМ со специальной аппаратурой, микрофонами, видеокамерами, видеомагнитофонами, научными приборами и т.д.

Клавиатура – основное устройство ввода информации. Расположение латинских букв на ней соответствует расположению клавиш на латинской печатной машинке (клавиатура QWERTY – по первым буквам в верхнем ряду), русских букв – русской печатной машинке.

Сканер – устройство для ввода графической информации в компьютер. Сканеры бывают ручные, настольные (планшетные), интегрированные в корпус принтера. Ручные сканеры (более дешевые, но обладающие более скромными возможностями) проводят над изображением (чаще всего их используют для считывания штрих-кодов), а в настольные лист бумаги вкладывают целиком. Кроме того, сканеры бывают цветные и черно-белые.

 

 

Устройства местоуказания предназначены для ввода координат в компьютер. Мышь – наиболее распространенный манипулятор, позволяющий перемещать указатель (курсор мыши) по экрану дисплея и указывать им на определенные объекты на экране (т.е. вводить в компьютер координаты выбранной точки на экране). Наиболее просты и дешевы механические мыши, в основании которых имеется шарик, вращающийся при перемещении мыши по ровной поверхности.

 

Вращение шарика передается на датчики, вырабатывающие электрические сигналы, отслеживая тем самым движения кисти руки человека, что и приводит к соответствующим перемещениям курсора на экране. Более дорогой и сложной, но более точной и надежной является оптическая мышь, в которой в ее основании вместо шарика используются излучатели света и фотодатчики, считывающие отраженный свет от поверхности стола или коврика мышки.

 

Трекбол – это своеобразная «мышь вверх ногами». Он представляет собой шарик, как правило, встраиваемый в клавиатуру, который вращают пальцами. Трекбол обычно используют в переносных компьютерах – ноутбуках (англ. notebook – записная книжка).

Джойстик – манипулятор, выполняемый в виде рычажка (ручки) на массивном основании. Управляющие сигналы вырабатываются движениями ручки и нажатием кнопки (или кнопок) на ней. Джойстики, как правило, используют для работы с игровыми программами.

Графический планшет (дигитайзер или диджитайзер – англ. digitizer – оцифровыватель) – планшет, покрытый сеткой пьезоэлементов – элементов, вырабатывающих электрический ток при механическом воздействии. На нем размещают лист бумаги с изображением и надавливанием на определенные точки на нем вводят их координаты в компьютер. Дигитайзеры, как правило, используются для ввода карт или планов в ЭВМ.

 

Световым пером также указываются координаты определенной точки, но непосредственно на экране дисплея. На его конце имеется фотоэлемент. Им при поднесении к экрану фиксируется момент попадания на него электронного луча, формирующего изображение (как известно, этот электронный луч несколько раз в секунду обегает все точки поверхности экрана). На основе этого вычисляются координаты точки, к которой поднесено световое перо в данный момент времени.

Световое перо не требует создания специального экрана или его покрытия, как у сенсорного устройства. Световое перо используется для ввода информации в самых маленьких персональных компьютерах – в карманных микрокомпьютерах.

 

Дисплей (монитор) – основное устройство вывода информации. Дисплеи бывают основанными на электронно-лучевой трубке или панели на жидких кристаллах (LCD, от англ. Liquid Crystal Display). Кроме того различают цветные и монохромные (одноцветные) дисплеи.

Формирование изображения на экране обеспечивает как электронная начинка монитора, так и специальное устройство – видеоадаптер, который формирует, хранит и передает изображение на экран дисплея. Конструктивно видеоадаптер представляет собой плату, которая вставляется в корпус компьютера (в системный блок). Дисплей подключается непосредственно к ней. На этой плате находятся, в частности, схемы видеопамяти, в которых запоминается изображение, выводимое на экран.

Современные дисплеи должны соответствовать очень строгим требованиям, установленным международными нормами – стандартами. Защита человека от разного рода излучений в дисплеях выполняется на более серьезном уровне. Специальные защитные фильтры, навешиваемые на экран, защищают его поверхность от бликов, позволяют несколько увеличить четкость изображения, обеспечивают дополнительную защиту от излучений. Защита от негативных полей обеспечивается лишь при подключении к заземлению, как корпуса компьютера, так и защитного экрана. Следует помнить, что излучения имеют место не только со стороны экрана, где конструкторы предусматривают максимально возможную защиту для человека, но и с задней стороны дисплея, где никакой защиты, как правило, не устраивается. Поэтому размещать компьютер в помещении следует так, чтобы с задней стороны дисплея люди в течение длительного времени не находились.

Дисплей может работать либо в текстовом (когда на экран могут быть выведены только стандартные ASCII – символы), либо в графическом режиме, когда изображения строятся из большого числа точек – пикселей (для работы с чертежами, графикой, текстом, видео и т.д.).

Качество изображения в графическом режиме зависит от разрешающей способности, т.е. количества пикселей по горизонтали и вертикали (640*480, 800*600, 1024*768 и т.д.). Разрешающая способность не зависит от размера экрана дисплея.

Существуют различные видеорежимы. Они отличаются разрешающей способностью и палитрой – количеством выводимых цветов. С течением времени и развитием техники появляются новые графические режимы с большей разрешающей способностью и более богатой палитрой. От типа дисплея зависит способность поддерживать различные видеорежимы. Как правило, для дисплеев выполняется правило совместимости «сверху вниз». Это значит, что дисплей более современного типа (дисплеи типа SVGA – 800*600 и 1024*768) может работать как в режимах с высокой разрешающей способностью и большим количеством выводимых цветов, так и в режимах, разработанных для дисплеев старых типов, т.е. с меньшей разрешающей способностью и меньшим количеством цветов (дисплеи типа VGA 640*480).

Принтер – устройство вывода информации на бумагу. Принтеры бывают матричные, струйные, лазерные. Иногда встречаются принтеры других типов – литерные, лепестковые, светодиодные и др. Кроме того, по формату бумаги различают «широкие» и «узкие» принтеры.

 

В матричном принтере изображение выводится на бумагу с помощью специальной движущейся головки, в которой имеется несколько (9, 24 или 48) иголок, наносящих удары по листу бумаги через красящую ленту. Скорость работы матричных принтеров невысока (от 10 секунд на страницу при низком качестве, до нескольких минут – при высоком), кроме того, они издают неприятный звук при работе. К их преимуществам следует отнести низкую стоимость, высокую надежность.

 

В струйных принтерах красящее вещество (чернила) выдувается на бумагу с помощью системы сопел. Эти принтеры обеспечивают более высокие скорость и качество печати, позволяют создавать цветные изображения. При этом по стоимости струйные принтеры незначительно отличаются от матричных. Эксплуатационные расходы (стоимость чернил и обслуживания) у них выше.

 

Наиболее высокую скорость печати (до 5 секунд на страницу) при наилучшем качестве обеспечивают лазерные принтеры. В них изображение переносится на бумагу со специального барабана, к участкам поверхности которого, наэлектролизованного лучом лазера, притягиваются частицы красящего порошка. Лазерные принтеры являются достаточно дорогими, но наиболее экономически выгодными при печати большого количества документов в офисе и дома.

 

Плоттер (графопостроитель) – устройство для вывода чертежей на бумагу. Бывают струйные и механические плоттеры. Устройство струйных плоттеров аналогично устройству струйных принтеров. В механических плоттерах пишущий узел с перьями (шариковыми, керамическими или фитильными, как во фломастерах) перемещается по направляющим относительно листа ватмана, или бумага, зажатая в прижимных устройствах, перемещается относительно пишущего узла.

 

 

3D-принтер — устройство, использующее метод создания физического объекта на основе виртуальной 3D-модели. В основе технологии трехмерной печати лежит принцип послойной 2D-печати.

 

 

В корпус компьютера обычно встраивается динамик, способный выдавать звуковые сигналы, например при ошибках загрузки компьютера. Для возможности прослушивания музыки в качественном исполнении, речи, звуковых эффектов необходимо оснастить компьютер звуковой приставкой – специальной платой (саунд-бластером, англ. sound blaster – «выдувающий» звук), вставляемой в системный блок (корпус) компьютера, и подключаемыми к ней колонками. В настоящее практически все производители встраивают звуковую карту непосредственно в материнскую плату (основную плату, на которой расположены процессор память и др.). Мощный компьютер, оснащенный этими и другими устройствами для создания звуковых эффектов называют мультимедийным (от англ. Multimedia – «многие среды», т.е. возможность одновременно использовать всевозможные способы представления информации – текстовой, графической, звуковой, видео и пр.).

Модем (МОдулятор – ДЕМодулятор) – устройство, преобразующее информацию к виду, в котором ее можно передавать по линиям связи (по телефонным линиям). Модемы бывают внутренние (вставляемые в корпус компьютера) и внешние (представляющие собой отдельные устройства, подключаемые к компьютеру и телефонной линии). Кроме того, различают телефонные модемы, позволяющие передавать только текстовые сообщения, и факс-модемы, позволяющие передавать и графические изображения.

Сетевой адаптер (сетевая плата) – устройство, обеспечивающее подключение компьютера к локальной компьютерной сети. Сетевой адаптер представляет собой вставляемую в корпус компьютера плату с разъемом для подключения линии связи компьютерной сети.