Апаратне забезпечення комп'ютера. Логічні основи та архітектура

У галузі охорони здоров'я та медицини використовується уся сучасна обчислювальна техніка. Уніфікованими засобами обробки медичної інформації стають новітні інформаційні тех­нології.

Обчислювальною технікою називають сукупність прист­роїв, призначених для автоматичної або автоматизованої об­робки даних.

Обчислювальною системою називають конкретний набір взаємодіючих пристроїв та програм, призначений для обслуго­вування одного робочого місця або ділянки. Центральним при­строєм більшості обчислювальних систем є комп'ютер.

Комп'ютер – це електронний прилад, що працює за про­грамою та призначений для автоматизації створення, зберіган­ня, обробки та транспортування даних. Комп'ютери можуть працювати як у складі обчислювальної системи, так і автоном­но або як складник локальної чи глобальної комп'ютерної ме­режі.

Класифікація комп'ютерів за призначенням:

– ПК – універсали. ПК зобов'язаний якісно відтворюва­ти звук, повноекранне відео, працювати з тривимірною графі­кою та ін. Використовуються як автоматизовані робочі місця (АРМ) медпрацівників (реєстратура, кабінети статистики та ін.);

– робочі станції. Зазвичай так називають комп'ютери, призначені для вирішення вузького кола завдань на підпри­ємствах, фірмах, в організаціях тощо. Робочі станції викорис­товуються в будь-яких відділеннях ЛПЗ. За потреби доповню­ється цифровим діагностичним устаткуванням;

– сервери – комп'ютери-розпорядники, що контролю­ють локальну мережу підприємства або вузол Інтернету. Через сервери проходить величезний обсяг інформації, тому їм необ­хідні потужний процесор, велика оперативна пам'ять та де­кілька об'ємних жорстких дисків. У медичних приладово-ком­п'ютерних системах (див. розділ 5) роль серверів виконують хост-комп'ютери, що управляють МІС;

– кишенькові міні-комп'ютери (palm-top) – пристрої з мініатюрним корпусом, тонким рідинно-кристалічним моніто­ром. Використовуються для збирання даних у медицині при моніторингу, телеконсультаціях та ін.;

– портативний комп'ютер (notebook). Монітор з'єднаний із системним блоком (комп'ютер розкривається на зразок книжки). Товщина екрану – 2–3 см. Використовується в те-лемедицині та повсякденній клінічній роботі.

Логічні основи ПК

Будь-яка робота комп'ютера, що зовнішньо проявляється по-різному, фактично зводиться до виконання маси арифме­тичних та логічних операцій. Дані в комп'ютері зашифровано двійковими кодами, тобто сукупністю нулів та одиниць. Отже, будь-який комп'ютер має бути оснащений запам'ятовувальним пристроєм, у якому можна було б записувати та зчитувати двійкові коди.

Для користувача робота з двійковими кодами неприйнят­на, тобто в комп'ютері мають бути пристрої для перетворення інформації зі звичайної форми в двійкову та навпаки. Такі пристрої називають пристроями введення та виведення інфор­мації.

При виконанні будь-якої функції комп'ютеру необхідно здійснити низку арифметичних та логічних операцій. Таку функцію виконує пристрій, який називають арифметико-ло­гічним.

Для розв'язування задачі на комп'ютері складають програ­му, яку разом з даними, що обробляються, поміщають у за­пам'ятовувальний пристрій. Програма – це впорядкований набір деяких команд. У ній містяться вказівки на те, яку опе­рацію виконати з якими даними та куди помістити результат.

Для здійснення вибору команд із запам'ятовувального при­строю та їх виконання потрібний ще один пристрій – пристрій управління. Він координує роботу всіх інших пристроїв маши­ни в процесі виконання команд програми.

Після того як програму буде розміщено в запам'ятовуваль­ному пристрої, відбудеться її запуск. До пристрою управління надходять коди операцій (що робити), а в арифметико-логічний пристрій – дані (з чим робити). Пристрій управління ство­рює сигнали, які надходять до інших пристроїв та забезпечу­ють виконання операції.

Потім із запам'ятовувального пристрою вибирають іншу ко­манду й організовують її виконання. Цей процес триває до за­вершення всієї програми.

Архітектура ПК

Центральна, основна частина будь-якого комп'ютера, що включає практично всі основні пристрої, – це системний блок, до якого підключено головні пристрої уведення – виведення інформації: монітор, клавіатура, миша (схема 4). Проте існує маса додаткових зовнішніх пристроїв – принтерів, плоттерів, сканерів тощо.

Системний блок. На передній панелі системного блоку роз­ташовано дві головні кнопки (мал. 6):

– кнопку Power. Саме її ми натискуємо, коли вмикаємо та вимикаємо комп'ютер після завершення роботи;

– кнопку Reset, призначену для жорсткого перезаванта­ження комп'ютера. Вона потрібна в тому разі, якщо комп'ютер "завис" та не відповідає на команду Ctrl+Alt+Del.

Окрім цього, на передній панелі обов'язково розміщено кілька пристроїв, які працюють зі змінними носіями інформа­ції, – дисководів. Маленький дисковод призначений для робо­ти з магнітними дисками ємкістю 1,44 Мбайт. Дисковод з ви­сувним лотком – це дисковод CD-ROM або DVD, призначений для роботи з компакт-дисками. USB-порти призначені для ро­боти з будь-яким периферійним пристроєм та флеш-картою. USB-порти в медичних закладах використовують для підклю­чення цифрових відеокамер, фотоапаратів та інших пристроїв від модему до сканера.

Дивлячись на системний блок ззаду (мал. 7), легко заплутатися в численних гніздах та роз'ємах, при­значених для підключення зовніш­ніх пристроїв. Проте помилитися при підключенні певного пристрою практично неможливо: кожний роз'єм унікальний за призначенням.

До внутрішніх пристроїв систем­ного блоку належать центральний процесор, оперативна пам'ять, пос­тійна пам'ять, системна шина, кон­тролери, порти введення – виве­дення та ін. Ці компоненти систем­ного блоку змонтовано на материн­ській платі, як правило, у вигляді мікросхем.

Системна шина зв'язує мікро­процесор, внутрішню пам'ять і пристрої введення – виведення інформації. Що вища частота шини, тим більше даних надхо­дить за одиницю часу до проце­сора.

Усі зовнішні пристрої введен­ня – виведення інформації, а та­кож пристрої зовнішньоїпам'яті під'єднані до системної шини че­рез спеціальні плати, які нази­вають адаптерами (контролера­ми).

Зовнішня пам'ять – накопичувачі на магнітних та оптичних дисках.

Серед пристроїв уведення – виведення інформації розрізня­ють дисплей, клавіатуру, мишу, магнітні та оптичні накопичувачі, принтер, плоттер, сканер, модем та ін.

Материнська плата (мал. 8) є основою або кістяком ком­п'ютера, до якого підключено всі комплектуючі та периферій­ні пристрої. Саме від неї залежать характеристики процесора та обсяг пам'яті, кількість плат розширення тощо.

Плата характеризується, у першучергу, набором мікросхем – чипсетом, за допомогою якого вона здійснює контроль за всім, що відбувається всередині системного блоку. Чипсет виз­начає функціональні можливості плати. Від типу чипсета зале­жать найважливіші характеристики материнської плати: швидкість передачі даних, параметри роботи з пам'ятю тощо.

Кожне нове покоління процесорів потребує нових, сучасні­ших чипсетів, тому при зміні процесора змінюють і материнсь­ку плату.

Процесор. Процесорів у комп'ютері багато. Центральний мікропроцесор (CPU – central processing unit) є головним ком­понентом комп'ютера. Це розум, що обробляє інформацію, ке­рує безпосередньо або опосередковано роботою комп'ютера.

На допомогу йому приходять спеціалізовані мікропроцесо­ри – чипи з обробки, наприклад, звичайної та тривимірної графіки, SD-звуку тощо. Таких пристроїв у комп'ютері велика кількість і розміщуються вони на спеціалізованій додатковій платі.

На перший погляд, процесор – це просто вирощений за спеціальною технологією кристал кремнію. Проте цей камінчик містить безліч окремих елементів – транзисторів, які в сукупності і забезпечують здатність комп'ютера "мислити", а точніше – обчислювати, проводячи певні математичні опера­ції з числами, на які перетворюється будь-яка інформація, що надходить до комп'ютера. Таких транзисторів у будь-якому мікропроцесорі – мільйони.

На будь-якому процесорному кристалі розміщено:

– власне процесор – головний обчислювальний пристрій, що складається з мільйонів логічних елементів (транзис­торів);

– співпроцесор – спеціальний блок для операцій із "пла­ваючою" крапкою (або комою). Застосовується для особливо точних та складних розрахунків, а також для роботи з низкою графічних програм;

– кеш-пам'ять – невелика (кілька десятків кілобайтів) надшвидка пам'ять, призначена для зберігання проміжних ре­зультатів обчислень.

Однією з характеристик процесора, що відтворює швид­кість його роботи, є тактова частота. Вона показує, скільки інс­трукцій здатний виконати процесор протягом секунди. Такто­ва частота позначається цифрою в назві процесора (наприклад, Pentium 4-1200, тобто процесор покоління Pentium 4 з такто­вою частотою 1200 МГц або 1,2 ГГц).

Відеокарта – другий потужний процесор, призначений для роботи з графікою (одне з найважчих завдань, яке дово­диться вирішувати сучасному комп'ютеру). Відеокарта нале­жить до спеціалізованих чипів, що розвантажують централь­ний процесор. Серед завдань, які має вирішувати відеокарта, – обробка мультимедіа-інформації, робота з тривимірною гра­фікою (SD-карта) тощо. Багато сучасних відеокарт підтриму­ють виведення зображення на телеекран або, навпаки, прийом зображення із зовнішнього джерела – відеокамери, відеомаг-нітофона.

На відеокарті міститься і власна оперативна пам'ять (VRAM) – швидша, ніж пам'ять, встановлена на материнсь­кій платі комп'ютера, якою "користуються" сучасні відеокарти. Що більше пам'яті, то кращим буде зображення на екрані комп'ютера. У сучасних візуальних медичних комп'ютерних комплексах отримання чітких зображень ледве помітних та невидимих оку лікаря діагностичних ознак багато в чому зале­жить від характеристик відеокарт.

Внутрішня пам'ять комп'ютера. Оперативна па'ять (RAM – random access memory – пам'ять із довільним досту­пом) – один з найважливіших елементів комп'ютера. Для опе­ративної роботи з даними комп'ютеру потрібна пам'ять з висо­кою швидкістю доступу. Саме з неї процесор бере програми та початкові дані для обробки, у неї він записує отримані ре­зультати. Назву оперативної ця пам'ять отримала завдяки надзвичайно високій швидкості: процесору практично не дово­диться чекати при читанні даних із пам'яті або їх збереженні. Однак дані, що містяться в ній, зберігаються тільки тоді, коли комп'ютер увімкнено. При вимкненні комп'ютера вміст опера­тивної пам'яті стирається. Проте така суть інформації, роз­міщуваної в оперативній пам'яті (переважно в ній містяться проміжні результати обчислень). Оперативна пам'ять – полі­гон, на якому комп'ютер здійснює всі свої операції. Доступ до оперативної пам'яті набагато швидший, ніж до дискової.

Важко недооцінити все значення та важливість цих невели­ких за розмірами плат. Сучасні програми надзвичайно вимог­ливі не тільки до розміру, а й до швидкодії RAM. Як і процесори-чипи, оперативна пам'ять використовується в різних при­строях ПК – від відеокарти до лазерного принтера.

Кеш-пам'ять, або надоперативна пам'ять – надзвичайно швидкий запам'ятовувальний пристрій невеликого обсягу, що використовується при обміні даними між мікропроцесором та оперативною пам'ятю для компенсації різниці в швидкості об­робки інформації процесором та менше швидкодіючою опе­ративною пам'ятю. У цю пам'ять комп'ютер вміщує дані, ще часто використовуються, щоб не звертатися щоразу до повіль­нішої оперативної пам'яті та жорсткого диску.

Кеш-пам'ятю керує спеціальний пристрій-контролер який, аналізуючи виконувану програму, намагається передба¹ чити, які дані та команди ймовірніше знадобляться найближ чим часом процесорові, та підкачує їх у кеш-пам'ять.

BIOS (від англ. basic input/output system – базова системі введення/виведення) – це записане в чип спеціальне програм не забезпечення, що збирає інформацію про систему та визначає тип підключеного устаткування. BIOS містить інструкції керування клавіатурою, дисплеєм, дисковими накопичувачами, портами введення/виведення, а також щодо безлічі додат­кових функцій.

BIOS записують у мікросхему постійної пам'яті (ROM), яку встановлюють на системну плату комп'ютера (звідси назва ROM BIOS).

Така пам'ять енергонезалежна, а це гарантує, що BIOS ні­коли не буде пошкоджено.

У момент увімкнення комп'ютера багато системних подій відбувається автоматично. Спочатку центральний процесор (CPU) "прокидається" та зчитує інструкцію з чипа BIOS. Дані інструкції запускаються в послідовності тестувань, що скоро­чено називаються POST (Power On Self Test). Зокрема BIOS по­чинає перевіряти працездатність системних пристроїв, порів­нює дані системної конфігурації з інформацією, що зберігаєть­ся в спеціальному чипі (CMOS), розташованому на системній (материнській) платі.

Після цього BIOS розпочинає пошук програми завантажен­ня ОС та чекає на відповідь. Після отримання відповіді програ­ма завантажується в пам'ять, звідки відбувається завантажен­ня системної конфігурації та драйверів пристроїв.

Зовнішня пам'ять призначена для тривалого зберігання програм і даних, що дає змогу переносити документи та про­грами з одного комп'ютера на інший, зберігати інформацію, яка постійно не використовується на ПК. Зовнішня пам'ять представлена накопичувачами на магнітних та оптичних дис­ках.

Магнітні накопичувані бувають двох видів: накопичувані на гнучких магнітних дисках (НГМД) та накопичувачі на жор­стких магнітних дисках (НЖМД), які ще називають вінчесте­рами.

Вінчестери (жорсткі диски) – пристрої, призначені для постійного зберігання інформації, яка використовується при роботі з комп'ютером (ОС, прикладних програм, даних ко­ристувача). Жорсткі диски забезпечують швидкий доступ до даних і високу швидкість зчитування та запису даних.

Жорсткий диск – пристрій об'ємний (мал. 9). їх у корпусі вінчестера може бути кілька, оснащені двома робочими повер­хнями. Окрім доріжок і секторів творці жорсткого диска передбачили ще й третій розподіл – на циліндри. Кожній ро­бочій поверхні жорсткого дис­ка відповідає одна зчитуваль­на головка.

Жорсткий диск включає мікросхеми, відповідальні за обробку даних, корекцію мож­ливих помилок та управління механічною частиною, а та­кож мікросхеми кепі-пам'яті. Накопичувач на жорстко­му диску – найдосконаліший та найскладніший пристрій сучасного ПК. Його диски здатні вмістити багато гіга­байтів інформації, переданих із надвисокою швидкістю. Жорсткі диски вирізняються такими характеристиками:

– ємністю, тобто кількістю інформації, що може помісти­тись на диску (на сьогодні прийнятною є ємність не менше ніж 80 Гбайт);

– швидкодією – часом доступу до інформації, швидкістю

зчитування та записування інформації.

Дисковод. Стандарт на дисководи було розроблено майже десятиріччя тому, і з тих пір він не зазнавав ніяких змін. Змі­нилися жорсткі диски, процесори, пам'ять, відеокарти, з'явилися CD-ROM та DVD. Проте і дотепер старий дисковод є стандартом. Сучасні CD-ROM здатні читати все. Місце звичних дискет мають остаточно зайняти дисководи CD-RW, флеш-карти та ін.

Накопичувачі на оптичних дисках (мал. 10) дають змогу ПК зчитувати спеціальні комп'ютерні компакт-диски, а також за наявності звукової карти програвати аудіокомпакт-диски.

Компакт-диски можна використовувати тільки для читан­ня (окрім спеціальних: CD-R дають змогу здійснювати однора­зовий запис інформації на диск, CD-RW – багаторазовий), за­пис інформації на них здійснюється при виготовленні.

Носієм інформації на компакт-диску є рельєфна підкладка, на яку нанесено тонкий шар металу (звичайно алюмінію), ще відбиває світло. При записуванні матриці компакт-диска ла­зерний промінь "пропалює" в ній крихітні ямки. При читанні диску інший, "зчитувальний" промінь відбивається від ямок та "чистих" ділянок по-різному. Від ямок він не відбивається – ямки розсіюють промінь, не даючи йому повернутися (ямка дає сигнал "нуль"), а ділянка, що відбиває світло, – "одини­цю". Комбінація логічних нулів та одиниць, як відомо, і є сут­ністю будь-якої комп'ютерної інформації.

Один компакт-диск за інформаційною ємністю відповідає майже 500 дискетам. CD-ROM прості та зручні в роботі, прак­тично не зношуються, не можуть бути уражені вірусами, з них неможливо випадково стерти інформацію.

На зміну технології CD-ROM приходить технологія цифро­вих відеодисків DVD (від англ. digital versatile disc) – універ­сальних цифрових дисків, носіїв інформації як відео- й аудіо-, так і комп'ютерних даних.

За зовнішнім виглядом (як і за способом запису) DVD не дуже відрізняється від звичного нам CD-ROM. Секрет DVD – у його високій ємності. Навіть у найпростішому варіанті – у вигляді одностороннього одношарового диску – ємність DVD-носія становить 3,2–4,7 Гбайт, що у вісім разів перевищує єм­ність сучасних компакт-дисків. Диск DVD може бути і багато­шаровим, і двостороннім. Таким чином, ємність його може до­сягти після всіх удосконалень 17 Гбайт. На таких дисках у ме­дичній практиці зберігається до 5000 діагностичних зобра­жень.

Записувальний накопичувач CD-R (compact disk recordable) здатний окрім зчитування звичайних компакт-дисків одноразоно записувати інформацію на спеціальні оптичні диски. За­писування на диски CD-R здійснюється завдяки наявності на них особливого світлочутливого шару, що вигорає під впливом високотемпературного лазерного променя.

Записувальний накопичувач CD-RW. На сьогодні CD-R-дисководи фактично зійшли зі сцени, їм на зміну прийшли приводи нового стандарту, які уміють записувати не тільки CD-R, а й диски багаторазового записування CD-RW. При за­пису цих дисків використовується абсолютно інша, відмінна від CD-R технологія.

Пристрої уведення – виведення інформації. Монітор – пристрій візуального відтворення інформації (у вигляді текс­ту, таблиць, малюнків, графіків), з яким ми постійно маємо справу. Від його розміру та якості залежить, наскільки буде комфортно нашим очам. І тому саме до монітора висуваються чи не найсуворіші вимоги ергономіки¹, безпеки та зручності для людини. Монітор має бути максимально безпечним для здоров'я щодо випромінювання, а також низки інших показ­ників. Він має забезпечувати не просто безпечну, а й комфорт­ну роботу, надаючи в розпорядження користувача якісне зоб­раження.

Монітори на основі елєктронно-променевої трубки – за­старіла технологія. Альтернативою "їм стали рідинно-кристалічні монітори, що набули на сьогодні значного поширення, у тому числі і в медичній практиці. У рідинно-кристалічному моніторі світиться не люмінофор, а мініатюрний рідинно-кристалічний елемент, який змінює свої колірні характеристики під дією струму, що подається на нього. Шар цих кристалів з властивостями і твердих тіл, і рідини одночасно може бути зов­сім тонким, а отже, і товщина монітора зменшується до кіль­кох сантиметрів.

Рідинно-кристалічні монітори компактні та легкі, безпечні в медичному та екологічному аспекті, споживають у декілька разів менше енергії. А головне – оснащені плоским екраном, більш якісним порівняно з традиційним опуклим. Нарешті, ще одна перевага рідинно-кристалічних моніторів – цифро­вий метод передачі інформації.

Плазмові монітори – це нова технологія. Вже з назви мож­на зрозуміти, що зображення в цьому моніторі формує плазма, яка змінює свій колір під впливом струму. Яскравість фарб, контрастність, чіткість та інші параметри картинки у плазмо­вих моніторів високі, а розміри та енергоспоживання прирів­нюються до таких у рідинно-кристалічних моніторів.

Цифрові медичні монітори (мал. 11) призначені для засто­сування в діагностиці та лікуванні. Вони широко відомі в ме­дичних колах, оскільки забезпечують передачу монохромних півтонів або кольорового зображення високої якості у високій роздільній здатності.

Клавіатура – пристрій для введення символьної інформа­ції та управління комп'ютером. Більшість комп'ютерів осна­щено IBM-сумісною клавіатурою, яка має 104/105 клавіш та декілька індикаторів, що сигналізують про режим роботи клавіатури.

При проектуванні сучасних клавіатур було враховано ви­моги медицини (мал. 12). Було відзначено, що при щоденній інтенсивній роботі зі старими плоскими клавіатурами у ко­ристувачів починало розвиватися професійне захворювання кистей. Тому нині на ринку з'явилося безліч нових, з погляду ергономіки, найхимерніших форм клавіатур: "розламаних" навпіл, зігнутих, забезпечених підставками для кистей та ін.

Популярності набувають клавіатури на інфрачервоних про­менях без проводів для підключення до системного блоку. Пе­редача сигналів з такої клавіатури здійснюється за принципом дистанційного управління.

Миша. Функції з управління з появою графічного інтер­фейсу успішно виконує миша або інший пристрій, що замінює її (трекбол, сенсорна панель). Трекбол подібний до переверне­ної миші: головним елементом в ньому є кулька, яку користу­вач повинен не возити по столу, а крутити рукою. Такі трекбо­ли продаються вже вмонтованими в клавіатуру.

У портативних комп'ютерах роль миші часто виконує особ­лива чутлива плоска клавіша (touchpad), по якій можна просто водити пальцем, управляючи рухом курсору на екрані. Ці при­строї дають змогу позначати певні елементи на екрані дисп­лея.

Сьогодні за допомогою миші виконуються всі доступні опе­рації, окрім введення тексту.

Класичною вважається трикнопкова миша, хоча при роботі з більшістю програм використовують лише дві крайні клавіші: ліву кнопку миші (ЛКМ) як функціональну клавішу та праву кнопку миші (ПКМ) – клавішу параметрів. Коліщатко в поєд­нанні зі спеціальним програмним забезпеченням здатне вико­нувати безліч корисних функцій, головна з яких – проглядан­ня шляхом його прокручування вікон багатьох популярних програм від Microsoft: текстового процесора Word, редактора таблиць Excel, сторінок Microsoft Internet Explorer.

Найпростіші моделі – оптико-механічні. Більш надійні – оптичні та інфрачервоні безпровідні миші. Поєднання такої миші з інфрачервоною клавіатурою – пік розвитку комп'ю­терних технологій.

Додаткові зовнішні пристрої. Принтер – друкуючий при­стрій. Виводить інформацію з комп'ютера у вигляді друкова­них копій тексту або графіки. Існують тисячі найменувань принтерів. Проте основних видів принтерів три: матричні, струминні та лазерні.

Матричні принтери використовують комбінації малень­ких голок, що б'ють по фарбувальній стрічці, завдяки чому на папері залишається відбиток символу. Недоліками цих при­нтерів є їхня гучна робота та невисока якість друку.

Струминні принтери генерують символи у вигляді послі­довності чорнильних точок. Друкуюча головка принтера має сопла, через які на сторінку виприскуються чорнила, що швид­ко висихають. Ці принтери вимогливі до якості паперу. Кольо­рові струминні принтери створюють кольори, компонуючи чорнило чотирьох основних кольорів – яскраво-блакитного, червоного, жовтого та чорного. Друк однієї сторінки тексту на струминному принтері займає від ЗО с до 1–2 хв, а картинок – понад 2 хв.

Лазерні принтери працюють приблизно так само, як і ксе­рокси. Комп'ютер формує у своїй пам'яті образ сторінки текс­ту та передає його на принтер. Інформація про сторінку проек­тується за допомогою лазерного променя на барабан зі світло­чутливим покриттям, що змінює електричні властивості за­лежно від освітлення. Після цього на барабан, що перебуває під електричною напругою, наноситься фарбувальний поро­шок тонер, частинки якого налипають на засвічені ділянки по­верхні барабана. Принтер за допомогою спеціального гарячого валу протягує папір під барабаном, тонер переноситься на папір та вплавляється в нього, залишаючи стійке високоякісне зображення. Лазерні принтери забезпечують високу швидкість друку на тлі помірної вартості віддрукованої сторінки.

У цьому пристрої поєдналися всі переваги попередніх типів принтерів: швидкість та порівняно невисока вартість відбит­ків, безшумна робота, висока якість. Лазерний принтер видає сторінку за 8–10с. Текст і фотографії не відрізниш від дру­карських, до того ж вони не бояться води. При роботі лазерний принтер виділяє озон, а тому наявність такого апарату в бу­динку не зовсім доречна з погляду медичних вимог техніки безпеки.

На сьогодні принтери використовують для друку зобра­жень, отриманих у діагностичних системах: для друку знімків із сучасних комп'ютерних та магнітно-резонансних томогра­фів, цифрової рентгенографії. Швидкість друку – до 50 плівок за 1 год.

Для збільшення продуктивності друку (до 165 плівок за 1 год) створюють МІС на базі двох або трьох принтерів (мал. 13).

Принтер зв'язаний з комп'ютером кабелем, один кінець якого вставляється своїм роз'ємом у гніздо принтера, а інший – у порт комп'ютера (LPT або USB).

Кожен принтер обов'язково має свій драйвер – програму, здатну транслювати стандартні команди друку комп'ютера в спеціальні команди, яких вимагає кожен принтер.

Плоттер (графічний пристрій) – пристрій, що креслить графіки, малює малюнки або діаграми під керуванням ком­п'ютера (мал. 14).

Плоттери використовують для одержання складних гра­фічних зображень, зокрема у медичних системах моделювання (системи дозиметричного планування, лабораторні системи). Вони відтворюють зображення за допомогою пера.

Сканер – пристрій для введення в комп'ютер графічних зображень, тексту. Створює відцифроване зображення доку­мента та поміщає його в пам'ять комп'ютера. Якщо принтери виводять інформацію з комп'ютера, то сканери, навпаки пере­носять інформацію з паперових документів у пам'ять комп'ю­тера. Якщо за допомогою сканера вводиться текст, комп'ютер сприймає його як графіку, а не як послідовність символів. Для

 

переведення такого графічного тек­сту в звичайний символьний фор­мат використовують програми оп­тичного розпізнавання образів. У медицині метод сканування вико­ристовується в діагностичних візу­альних комплексах.

Модем – пристрій для передачі комп'ютерних даних на великі від­стані телефонними лініями зв'язку. Цифрові сигнали комп'ютера не можна прямо передавати телефон­ною мережею, тому що вона при­значена для передачі людської мови – безперервних сигналів звукової частоти.

Модем забезпечує перетворення цифрових сигналів комп'ютера на змінний струм частоти звукового діапазону – модуляцію, а також процес зворотного перетворення – демодуляцію. Звідси назва прист­рою: модем – модулятор/демоду­лятор.

Факс – це пристрій факсиміль­ної передачі зображення телефон­ною мережею. Факс (від лат. fac si­mile – зроби подібне) – точне від­творення графічного оригіналу (під­пису, документа тощо) засобами друку.

Стисло про головне

• У галузі охорони здоров'я та медицини використовуєть­ся уся сучасна обчислювальна техніка. Уніфікованими засоба­ми обробки медичної інформації стають новітні інформаційні технології.

• Класифікація комп'ютерів: ПК, робочі станції, сервери, кишенькові міні-комп'ютери (palm-top), портативні ком­п'ютери (notebook).

• Логічні основи ПК: робота комп'ютера зводиться до по­єднаного функціонування запам'ятовувального пристрою (для записування та зчитування двійкових кодів), пристроїв уве­дення та виведення інформації (для перетворення інформації зі звичайної форми в двійкову та навпаки), арифметико-логічного пристрою (для здійснення низки арифметичних та логіч­них операцій при виконанні завдань), програми, що містить вказівки, яку операцію виконати, над якими даними і куди по­містити результат, пристрою управління (для організації вибо­ру команд із запам'ятовувального пристрою та їх виконання).

• Центральна частина комп'ютера – системний блок, до якого підключено головні пристрої введення – виведення ін­формації, а саме монітор, клавіатура, миша.

• Додаткові зовнішні пристрої – принтери, плоттери, ска­нери та ін.

• Передня панель системного блоку оснащена: кнопкою Power для вмикання та вимикання комп'ютера, кнопкою Reset для жорсткого перевантаження комп'ютера, дисководом для роботи з магнітними дисками ємністю 1,44 Мбайт, дисководом CD-ROM для роботи з компакт-дисками, USB-портами для ро­боти з будь-яким периферійним пристроєм та флеш-картою.

• Материнська плата – основа комп'ютера, до якої під­ключаються усі комплектуючі та периферійні пристрої. Мате­ринська плата характеризується набором мікросхем – чипсе­том, за допомогою якого материнська плата виконує контроль за всім, що відбувається всередині системного блоку.

• Центральний мікропроцесор (CPU – central processing unit) – головний компонент комп'ютера. Це розум, що оброб­ляє Інформацію, керує безпосередньо або опосередковано робо­тою комп'ютера.

• Мікропроцесори-чипи – помічники центрального мікро­процесора, розміщені на спеціалізованих додаткових платах.

• Кеш-пам'ять – невелика (кілька десятків кілобайтів) надшвидка пам'ять, призначена для зберігання проміжних ре­зультатів обчислень.

• Відеокарта – другий потужний процесор (спеціалізова­ний чип), призначений для роботи з графікою.

• Оперативна пам'ять (RAM) - пам'ять з великою швид­кістю доступу. З неї процесор бере програми та початкові дані для обробки, у неї він записує отримані результати. При вими­канні комп'ютера вміст оперативної пам'яті стирається.

• BIOS – це записане в чип спеціальне програмне забезпе­чення, призначення якого – збирати інформацію про систему та визначати підключене устаткування. BIOS записують у мікросхему постійної пам'яті (ROM).

• Зовнішня пам'ять представлена накопичувачами на маг­нітних (НГМД, НЖМД) та оптичних (CD-ROM, CD-R, CD-RW, DVD) дисках.

Контрольні питання

1. Що називають обчислювальною технікою?

2. Що називають обчислювальною системою?

3. Наведіть класифікацію комп'ютерів за призначенням.

4. Визначте логічні основи ПК.

5. Які пристрої входять до складу системного блоку?

6. Назвіть призначення центрального мікропроцесора.

7. Яке призначення кеш-пам'яті?

8. Яке призначення відеокарти?

9. Які елементи включає внутрішня пам'ять ПК?

10. Назвіть призначення зовнішньої пам'яті та її види.

11. Які пристрої належать до пристроїв уведення – виве­дення інформації?

12. Перерахуйте додаткові зовнішні пристрої.

Програмне забезпечення ПК

Програмне забезпечення – невід'ємна складова комп'ю­терної системи. Під програмним забезпеченням (software) ро­зуміють сукупність програм, виконуваних комп'ютером. Це логічне продовження апаратних засобів. Сфера застосування конкретного комп'ютера визначається створеним для нього програмним забезпеченням.

Усі програми умовно поділяють на категорії (схема 5):

– системні програми, що виконують такі функції, як уп­равління ресурсами комп'ютера, тестування пристроїв ПК, на­дання довідкової інформації про комп'ютер тощо;

– прикладні програми, що безпосередньо забезпечують виконання необхідних користувачам робіт;

– інструментальні програмні системи, що полегшують процес створення нових програм для комп'ютерів.

Системні програми реалізуються разом з прикладними та служать для управління ресурсами комп'ютера. Серед безлічі системних програм особливе місце займають ОС, що забезпечу­ють управління ресурсами комп'ютера та виконання приклад­них програм.

Системні програми

Операційна система (ОС) – головна програма, яка дає змо­гу встановити спілкування між комп'ютером та людиною. ОС приймає сигнал и-команди, які посилають інші програми, та перекладає їх на зрозумілу машині мову, управляє всіма під­ключеними до комп'ютера пристроями, забезпечуючи доступ до них іншим програмам. Забезпечує користувачу та приклад­ним програмам інтерфейс. Без ОС комп'ютер не в змозі сприй­няти жодну команду, навіть не зможе завантажитися.

ОС складається як мінімум із трьох обов'язкових елементів (схема 6), Перший – ядро, командний інтерпретатор, перекла­дач з програмної мови на мову машинних кодів. Другий – спе­ціалізовані програми для управління різними пристроями, що входять до складу комп'ютера. Такі програми називаються

драйверами, тобто "водіями", що управляють. Третій – зруч­на оболонка, з якою спілкується користувач, інтерфейс ком­п'ютерів.

Сьогодні графічний інтерфейс – незмінний атрибут будь-якої ОС. Проте ОС перших поколінь мали не графічний, а текс­товий інтерфейс, тобто команди комп'ютеру віддавалися не клацанням миші по піктограмі, а за допомогою введення ко­манд з клавіатури.

ОС зберігається в зовнішній пам'яті комп'ютера – на дис­ку. При увімкненні комп'ютера вона зчитується з дискової пам'яті та розміщується в оперативній пам'яті. Цей процес на­зивається завантаженням ОС.

У різних моделях комп'ютерів використовують ОС з різною архітектурою та можливостями.

ОС класифікують як однофункціональні та багатофункціо­нальні. Однофункціональні ОС (DOS) можуть виконувати лише одну функцію, а багатофункціональні ОС (Windows) здатні од­ночасно справлятися з кількома процесами, розподіляючи між ними потужність комп'ютера. Наприклад, у той момент, коли ви набираєте текст, комп'ютер може копіювати файл з мережі Інтернет. У принципі кількість завдань, яку може вирішувати ОС, не обмежена нічим, окрім потужності процесора та ємності оперативної пам'яті.

Розрізняють також однокористувацьку (призначена для обслуговування одного клієнта) табагатокористувацьку (розра­хована на роботу з групою користувачів одночасно) ОС. При­кладом першої може служити Windows 98/ME, другої – Windows NT/2000, Windows XP.

Основа ОС – файлова система (схема 7).

Файл – це іменована ділянка пам'яті на машинних носіях. Файл може містити програму, числові дані, текст, закодоване

зображення тощо. Обслуговує файли спеціальний модуль ОС, що називається драйвером файлової системи. Кожен файл реєструється в каталозі, який ще називають директорією (directory).

Каталог – це зміст, який містить інформацію про файли та інші каталоги, які ще називають підкаталогами. Каталог, як і файл, має своє ім'я. У каталозі для кожного файлу реєстру­ють: ім'я, тип, розмір пам'яті, яку він займає, дату та час його створення. Каталог ще називають директорією або папкою. Він доступний користувачеві через командну мову ОС. Його можна переглядати, перейменовувати зареєстровані в ньому файли, копіювати, переносити їхній вміст на нове місце, видаляти. Каталог може мати власне ім'я та зберігатися в іншому катало­зі поряд зі звичайними файлами: так утворюється ієрархічна файлова структура.

До файлової системи має доступ також і будь-яка приклад­на програма, для чого в усіх мовах програмування існують спе­ціальні процедури. Структура файлової системи та структура збереження даних на зовнішніх магнітних носіях визначає зручність роботи користувача, швидкість доступу до файлів тощо.

Файлова система – це сукупність програм, які забезпечу­ють роботу з файлами та їх каталогами, а також сама сукуп­ність файлів і каталогів, що зберігаються в зовнішній пам'яті ПК (жорсткі, гнучкі диски).

Програми-утиліти (від лат. utilitas – користь) – клас сис­темних програм допоміжного призначення. Утиліти призна­чені для поліпшення роботи комп'ютера. Вони розширюють та доповнюють можливості ОС або вирішують самостійні завдан­ня. До програм-утиліт належать:

– програми контролю, тестування та діагностики ком­п'ютера;

– програми-драйвери, які розширюють можливості ОС. За допомогою драйверів мож