ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА ТА ОСОБЛИВОСТІ ФУНКЦІОНУВАННЯ СКЛАДОВИХ ЧАСТИН КОМП’ЮТЕРА

Комп’ютерна система складається з апаратної частини (комп’ютера та додаткового обладнання) і програмного забезпечення. Розглянемо апаратне забезпечення комп’ютерів.

Порівняно недавно з’явилось поняття, яке відображає сучасний підхід до діяльності людей по переробці інформації – нові інформаційні технології.

Під інформаційною технологією розуміється цілеспрямована організована сукупність інформаційних процесів з використанням засобів обчислювальної техніки, що забезпечують високу швидкість обробки даних, швидкий пошук інформації, розосередження даних, доступ до джерел інформації незалежно від місця їх розташування (ст. 1 Закону України “Про Національну програму інформатизації”).

Архітектура ЕОМ – це опис сукупності пристроїв та блоків ЕОМ і зв’язків між ними. Поняття архітектури тісно пов’язане з принципами роботи ЕОМ.

Сучасний комп’ютер має основні (системний блок, дисплей, клавіатура) та допоміжні (принтер, графобудувач, ручні маніпулятори, сканер, модем тощо) пристрої.

Під структурною блок-схемою комп’ютера будемо уявляти абстрактну модель, яка встановлює склад, порядок і принципи взаємодії основних функціональних частин ЕОМ без врахування їх конкретної реалізації. Всі сучасні комп’ютери мають одну структуру, вперше сформульовану американським вченим, угорцем за походженням, Джоном фон Нейманом, яку називають “архітектурою фон Неймана”.

В ЕОМ виділяють такі основні структурні блоки:

1) арифметично-логічний пристрій (АЛП);

2) пристрій керування (Пкер);

3) запам’ятовуючий пристрій (ЗП);

4) пристрій введення інформації (Пвв);

5) пристрій виведення інформації (Пвив).

АЛП				ЗП
		Пкер
Пвв				Пвив

Мал. Структурна блок-схема комп’ютера

Сукупність АЛП і Пкер називають процесором – це центральний пристрій комп’ютера, який безпосередньо виконує процес автоматичної обробки інформації і керує роботою ЕОМ.

Робота АЛП побудована на двох фундаментальних принципах:

1) розбитті послідовності розв’язку задачі любої складності на певну кількість дуже простих послідовних операцій;

2) використанні двійкової системи числення.

Інформація зберігається та обробляється в комп’ютері у вигляді нулів та одиниць. Найпростішими електронними пристроями, що обробляють ці дискретні сигнали є двійкові логічні елементи, які реалізують операції кон’юнкції (“І”, “AND”), диз’юнкції (“АБО”, “OR”) та інверсії (“НІ”, “NOT”). Для описування логіки функціонування апаратних і програмних засобів ЕОМ користуються алгеброю логіки (Булевою алгеброю). Треба знати призначення таблиць істинності (таблиці, в яких показані всі можливі результати булівського виразу) і вміти їх складати для логічних елементів “І”, “АБО”, “НІ”. З тисяч та мільйонів такого роду логічних елементів і будуються ЕОМ.

Запам’ятовуючий пристрій або пам’ять комп’ютера поділяється на:

1) основну (або внутрішню);

2) зовнішню.

Основна пам’ять складається з:

1) оперативної пам’яті (ОП, RAM). Особливості:

а) інформацію можна заносити і зчитувати;

б) вона є найшвидшою;

в) при вимкненні живлення всі дані, які розміщені в неї, зникають назавжди;

2) постійної пам’яті (ПП, ROM). Особливість: з неї інформацію можна лише зчитувати, записати туди користувач нічого не може.

Технічною реалізацією запам’ятовуючих пристроїв для організації основної пам’яті є мікросхеми пам’яті.

Зовнішня пам’ять призначена для довготривалого зберігання програм і даних. Її особливості:

а) інформація зберігається після вимкнення ЕОМ;

б) обсяг значно більший обсягу основної пам’яті;

в) швидкість запису та зчитування інформації суттєво нижче ніж у основній пам’яті.

Зовнішня пам’ять поділяється на накопичувачі:

1) на магнітних стрічках;

2) на магнітних дисках: а.) гнучких (НГМД, дискета, флоппі-диск), які бувають діаметром 5,25 дюйма (130 мм) та 3,5 дюйма (89 мм); б.) жорстких (НЖМД, вінчестер);

3) на оптичних дисках.

З особливостями роботи цих пристроїв слухачам необхідно уважно ознайомитись при підготовці до семінарського та практичних занять.

Пристрої введення-виведення інформації поділяються на:

1) стандартні (дисплей, клавіатура);

2) нестандартні (магнітні та оптичні накопичувачі, пристрої друкування, ручні маніпулятори, сканери, модеми).

Характеристикою пристроїв введення-виведення є швидкодія, що вимірюється в бодах (бод = біт / сек)

Персональний комп’ютер включає такі основні пристрої:

1) системний блок;

2) дисплей;

3) клавіатуру. Розглянемо їх детальніше.

Системний блок – це головний пристрій ПК, який безпосередньо керує його роботою. Він містить у собі материнську плату, на якій є процесор, генератор тактової частоти, постійна пам’ять, що називається BIOS, магістралі і рознімання для підключення мікросхем оперативної пам’яті та інших пристроїв (адаптера дисплея, контролерів клавіатури, дисководу, мишки тощо). До складу системного блоку також входять накопичувачі на гнучких та жорстких дисках.

Центральним органом системного блоку є процесор. Фізично він являє собою велику або надвелику інтегральну схему – тонку платівку кристалічного кремнію у формі прямокутника зі боками розміром від 3 до 7 мм, на якій розміщені десятки – сотні тисяч транзисторів, які виповнюють усі функції центрального процесора: вибірку, декодування і організацію виконання команд, перетворення та тестування даних, звернення до головної пам’яті та периферійних пристроїв тощо. Платівка кремнію вмонтована у пластмасовий, керамічний або металевий плоский корпус шириною 10-15 мм і довжиною 20-70 мм. Уздовж довгих боків корпуса розташовані виводи у кількості 16-60 чи більше для з’єднання процесора з іншими пристроями.

Основними характеристиками процесора є:

1) довжина машинного слова, тобто кількість бітів (розрядів у двійкових числах), що обробляється процесором за один такт (як єдиний операнд) - розрядність;

2) обсяг адресного простору – діапазон значень адрес головної пам’яті, який спроможний адресувати процесор;

3) кількість та схема організації внутрішніх регістрів;

4) кількість портів введення та виведення та їх пропускна спроможність;

5) набір команд, що виконується;

6) швидкість дії, яка виражається кількістю операцій, що виконується за 1 секунду (цей параметр іноді називають тактовою частотою комп’ютера).

Різноманітні вузли комп’ютера пов’язані з мікропроцесором та між собою через пристрій, що називається системною шиною (магістраллю).

Магістраль містить такі три шини:

1) Шина управління, яка служить для управління з боку процесора усіма системами та процесами, що відбуваються в комп’ютері;

2) Шина адреси (адресна шина), за допомогою якої здійснюється вибір потрібної комірки пам’яті, а також портів введення-виведення;

3) Шина даних, по якій інформація передається від процесора до будь-якого пристрою або, навпаки, від пристрою до процесору.

Дисплей (монітор) – пристрій для відображення текстової або графічної інформації на екрані електронно-променевої трубки (люмінесцентного екрану, екрану на рідких кристалах тощо). Бувають монохромні та кольорові. Можуть функціонувати в одному з двох режимів: текстовому чи графічному. У текстовому режимі на екран монітора можуть бути виведені 256 раніше заданих символів, до числа яких входять великі і малі латинські літери, літери кирилиці (тобто, літери російського та українського алфавітів), цифри, деякі спеціальні символи, а також символи псевдографіки, які використовуються для виведення на екран таблиць та діаграм, створення рамок на екрані тощо. Графічний режим монітору призначається для виведення на екран графіків, малюнків тощо.

Основні характеристики дисплеїв:

1) тип (BWA, CGA, EGA, VGA, SVGA, TFT) та кількість (наприклад, 2, 4, 16, 256 тощо) кольорів (палітра);

2) розмір по діагоналі (наприклад, 12, 14, 15, 17, 19, 20, 21 дюймів);

3) в текстовому режимі роботи – кількість символів (знакомісць) у рядку та кількість рядків;

4) в графічному режимі – роздільна здатність (елемент зображення точка або піксель) (наприклад, 640x250, 800x600, 1024x768 тощо).

Клавіатура – пристрій для введення до комп’ютера символьної інформації (літер, цифр, розділових знаків тощо), а також для керування роботою ЕОМ. В більшості комп’ютерів вітчизняного і зарубіжного виробництва використовується IBM-сумісна клавіатура, яка має 101/102 клавішу (на сучасних є ще низка додаткових клавіш для роботи з Windows) і декілька індикаторів, що сигналізують про режим роботи клавіатури.

Основні групи клавіш:

1) алфавітно-цифрові і знакові (центральна);

2) функціональні (“F1”-“F12”);

3) управління курсором дисплея;

4) додаткові-цифрові (працює в двох режимах, переключення клавішею “NumLock”);

5) спеціальні (“Enter”, “Esc”, “Ctrl”, “Alt”, “Pause”, “Print Screen”); 6.) редагування (“Ins”, “Del”, “Backspace”); 7.) управління регістрами (“Shift”, “Caps Lock”).

Перемикання між англійською‚ українською і російською розкладками клавіатур виконується клавішами, що задаються спеціальними програмами-драйверами. Наприклад, в операційній системі Windows для перемикання необхідно:

1) або натиснути комбінацію клавіш “Ctrl”+“Shift” або “Alt”+“Shift” (тут і надалі знак + означає одночасне натискання клавіш);

2) або натиснути лівою клавішею мишки по кнопці “En/UK/Ru” на панелі завдань і в розкритому меню вибрати потрібну мову клавіатури.

Українські літери розміщуються на таких клавішах з російськими буквами: “і” – “ы”‚ “ї” – “ъ”‚ “є” – “э”; апостроф – на англійській клавіатурі (там‚ де буква “э”); “ґ” – на клавіатурі безпосередньо не набирається (у редакторі Word вставляється за допомогою команди “Символ” у меню “Вставка”; у Word потрібний символ також можна задати як комбінацію клавіш‚ встановивши цю комбінацію за допомогою клавіші “Клавіша” у діалоговому вікні команди “Символ” у меню “Вставка”).

Довга клавіша внизу по центру клавіатури використовується для пропуску позиції (пробілу) в рядку тексту.

Маленькі літери вводяться натисканням відповідної клавіші. Великі – одночасним натисканням клавіші “Shift” (лівої чи правої) і відповідної клавіші (однією рукою тримають натиснутою клавішу “Shift”‚ а другою – натискають потрібну клавішу).

“Caps Lock” – фіксує або знімає режим введення великих літер. При цьому праворуч вгорі вмикається або вимикається відповідний індикатор.

“Tab” – при редагуванні текстів‚ як правило‚ використовується для переходу до наступної позиції табуляції.

“Enter” (зустрічається двічі на клавіатурі) – використовується для завершення введення абзацу тексту або команди.

“BackSpace” (або стрілка ліворуч над “Enter”) – знищує символ ліворуч від курсору (курсор – це‚ як правило‚ мерехтливий I-подібний символ).

“Delete” чи “Del” (зустрічається двічі на клавіатурі) – знищує символ праворуч від курсору (або над курсором).

“Insert” чи “Ins” (зустрічається двічі на клавіатурі) – перемикає два режими введення символів: вставки з розсуванням символів і заміни раніше набраних символів.

“”‚ “®”‚ “­”‚ “¯”‚ “Home”, “End”, “PgUp”‚ “PgDn” (зустрічаються двічі на клавіатурі) – це клавіші керування курсором. Вони переміщують курсор відповідно на символ ліворуч‚ праворуч‚ на рядок вгору‚ на рядок вниз‚ на початок рядка‚ на кінець рядка‚ на сторінку вгору‚ на сторінку вниз.

“NumLock” – вмикає/вимикає режим введення цифр на правій клавіатурі чи режим клавіш керування курсором (ліворуч вгорі засвічується або гасне відповідний індикатор).

“Esc” – використовується‚ як правило‚ для відміни дії.

Функціональні клавіші у різних прикладних програмах можуть мати різне призначення. Стандартно за “F1” закріплена функція довідки.

“Ctrl”, “Alt” (ліві й праві) – використовуються в комбінації з іншими клавішами. Комбінація клавіш “Ctrl”+“Alt”+“Del” служить для зняття “завислої” програми і “м’якого” перезавантаження операційної системи (тут однією рукою тримають натиснутими перші дві вказані клавіші‚ а другою – натискають третю вказану клавішу).

До комп’ютера можуть бути підключені й інші пристрої, які розширюють його можливості.

Пристрої друкування призначені для виведення на папір (спеціальну плівку) символьної та графічної інформації. Поділяються на:

1) принтери (літерні, матричні, струменеві, лазерні тощо);

2) плотери (графобудівники).

Основні характеристики:

а) розподільна здатність, що вимірюється в крапках на дюйм;

б) швидкість друкування;

в) якість;

г) кольоровий чи ні;

д) вартість.

Всі принтери можуть виводити на друк текстову інформацію, багато з них виводять також графічну інформацію (малюнки, графіки тощо). Деякі принтери можуть виводити кольорові зображення.

Літерні принтери – забезпечують високу якість друку, однак набір символів, що друкується, в них обмежений.

Матричні принтери мають спеціальну головку, що друкує і складається із голок, котрі у необхідну мить вдаряють по паперу через фарбну стрічку (бувають друкувальні голівки з 9 та 24 металевими штирками, що близько розміщені по вертикалі). Найбільш популярними матричними принтерами є принтери фірми Epson.

Струменеві принтери – в них зображення формується мікрокраплинами спеціальних чорнил, які видуваються на папір за допомогою сопел. Ці принтери у порівнянні з матричними забезпечують більш якісний друк і бувають кольоровими, але дорожчі і потребують систематичного та якісного обслуговування.

Лазерні принтери – забезпечують найкращу (близьку до друкарської) якість друку. Коштовність лазерного принтера досить висока, однак це найбільш зручний пристрій для одержання якісних друкованих документів із високою швидкістю – від 3 до 15 секунд на сторінку.

Шрифти російських чи українських літер можуть бути у запам’ятовуючому пристрої принтера. Якщо ж принтер немає кодів російських (українських) літер, то перед друком текстів необхідно запустити спеціальну програму (так званий драйвер) для їх завантаження.

Плоттер – це пристрій для виведення малюнків та іншої графічної інформації, а також результатів креслення на папір. Бувають графопобудівники, за допомогою яких одержують малюнки розміром 2х2 метри та більше. Вони використовуються, як правило, в інженерній практиці та забезпечують друк багатоколірний та високої якості.

Ручні маніпулятори призначені для швидкого переміщення курсору в задану точку екрана та виконання інших дій (наприклад, запуску програм). Поділяються на:

1) пристрій “миша”; 2) кульковий маніпулятор; 3) джойстик.

Сканери призначені для введення в комп’ютер графічних об’єктів (малюнків, текстів, фотографій тощо). Поділяються на: 1) ручні; 2) планшетні; 3) роликові; 4) проекційні.

Модеми – це пристрої для зв’язку комп’ютерів між собою у регіональних мережах по звичайним телефонним каналам (перетворюють сигнали двійкових кодів у звукові сигнали мовного діапазону і навпаки). Поділяються на зовнішні та внутрішні.

Мультимедіа-обладнання – дає можливість використання на комп’ютері різних видів інформації (відео і звукової). Воно включає в себе звукові плати, динаміки, обладнання CD-ROM.

Засоби речового вводу та виводу – це спеціальні пристрої і необхідні програмні засоби для введення звукової інформації в комп’ютер.

Стример – це пристрій для швидкого збереження інформації, що знаходиться на жорсткому диску. Стример записує інформацію на спеціальну касету з магнітною стрічкою. Бувають стримери ємністю від 60 мегабайт.

Мережний адаптер – це пристрій, який дозволяє підключити комп’ютер до локальної мережі.