Файл: Учебник для вузов Общие сведения Аппаратное обеспечение.docx

Скачать файл
Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 19.03.2024

Просмотров: 186

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

Глава 1. Общие сведения об информационных процессах

Кодирование информации

Кодирование изображений Изображение – некоторая двумерную область, свойства каждой точ- ки (pixel, пиксель) которой могут быть описаны (координаты, цвет, про- зрачность…).Множество точек называется растром (bit map, dot matrix, raster) (см. рис. 1.12), а изображение, которое формируется на основе растра, называются растровым. На экране монитора всегда формируется растро- вое изображение, однако, для хранения может использоваться и векторное представление информация, где изображение представлено в виде набора графических объектов с их координатами и свойствами (линия, овал, пря- моугольник, текст и т. п.). Рис. 1.12. Растровое изображение на экране монитораНа мониторе и в растровых изображениях число пикселей по гори- зонтали и по вертикали называют разрешением(resolution). Наиболее ча- сто используются 1024×768 или 1280×800, 1280×1024 (для 15, 17 19), 720×576 (качество обычных DVD-фильмов), 1920×1080 и 1920×720 (теле- видение высокой четкости HDTV – стандарты 1080i и 720p). Каждый пик- сель изображения нумеруется, начиная с нуля слева направо и сверху вниз. Для представления цвета используются цветовые модели. Цветоваямодель(color model) – это правило, по которому может быть определен цвет. Самая простая двухцветная модель – битовая. В ней для описанияцвета каждого пикселя (чёрного или белого) используется всего один бит. Для представления полноцветных изображений используются не-сколько более сложных моделей. Известно, что любой цвет может быть представлен как сумма трёх основных цветов: красного, зелёного и синего. Если интенсивность каждого цвета представить числом, то любой цвет бу- дет выражаться через набор из трёх чисел. Так определяется наиболее из- вестная цветовая RGB-модель (Red-Green-Blue). На каждое число отводит- ся один байт. Так можно представить 224 цвета, то есть примерно 16,7 млн. цветов. Белый цвет в этой модели представляется как (1,1,1), чёрный – (0,0,0), красный (1,0,0), синий (0,0,1). Жёлтый цвет является комбинацией красного и зелёного и потому представляется как (1,1,0).Цветовая модель RGB была стандартизирована в 1931 г. и впервые использована в цветном телевидении. Модель RGB является аддитивноймоделью, то есть цвет получается в результате сложения базовых цветов. Существуют и другие цветовые модели, которые для ряда задач оказыва- ются более предпочтительными, чем RGB-модель. Например, для пред- ставления цвета в принтерах используется субтрактивная CMYK-модель (Cyan-Magenta-Yellow-blacK), цвет в которой получается в результате вы- читания базовых цветов из белого цвета. Белому цвету в этой модели соот- ветствует (0,0,0,0), чёрному - (0,0,0,1), голубому - (1,0,0,0), сиреневому - (0,1,0,0), жёлтому - (0,0,1,0). В цветовой модели HSV(Hue-Saturation- Value) цвет представляется через цвет, насыщенность и значение, а в мо- дели HLS(Hue-Lightness-Saturation) через оттенок, яркость и насыщен- ность. Современные графические редакторы, как правило, могут работать с несколькими цветовыми моделями.Кроме растрового изображения на экране монитора существуют гра- фические форматы файлов, сохраняющие растровую или векторную гра- фическую информацию. С такой информацией работают специальные про- граммы, которые преобразуют векторные изображения в растровые, отоб- ражаемые на мониторе. Кодирование звуковой информации Звук можно описать в виде совокупности синусоидальных волн определённых частоты и амплитуды. Частота волны определяет высоту звукового тона, амплитуда – громкость звука. Частота измеряется в герцах (Гц, Hz). Диапазон слышимости для человека составляет от 20 Гц до 17000 Гц (или 17 кГц).Задача цифрового представления звука сводится измерению интен- сивности звука через заданный интервал времени (например, 48 раз за 0,001 секунды). Принцип такого представления изображён на рис. 1.13.

Законодательство Российской Федерации о защите компьютерной информации

Требования к организации рабочих мест пользователей ПК

Контрольные вопросы к главе 1

Глава 2. Аппаратное обеспечение персональных компьютеров

Процессор

Чипсет

Материнская плата

Оперативная память

Устройства хранения информации

Устройства ввода информации

Устройства вывода информации

2.8 Оборудование компьютерных сетей

2.9 Оборудование беспроводных сетей

2.10. Дополнительное оборудование

Контрольные вопросы к главе 2

Глава 3. Программное обеспечение

Операционные системы


Необходимый объем оперативной памяти для настольных персо- нальных компьютеров зависит в первую очередь от операционной систе- мы и от приложений пользователя, которые используются на ПК.

До недавнего времени наибольшее применение находили модули памяти DDR2 емкостью 1 ГБайт (2 модуля в комплекте для двухканальной памяти), для семейства процессоров Core i3/i5 используют 2 модуля по 2 Гб DDR3.

    1. 1   ...   8   9   10   11   12   13   14   15   ...   31

Устройства хранения информации






Первыми такими устройствами для ПК были Floppy-дисководы (FDD) и сменные дискеты – вначале пятидюймовые (5,25") емкостью 360 Кб и 1,2 Мб, затем трехдюймовые (3,5") емкостью 1,44 Мб. В настоящее время применяются редко в связи с широким распространением устройств флэш-памяти емкостью в несколько гигабайт.

Примечание. На больших ЭВМ в эпоху до появления ПК для хранения информации использовались бумажные перфокарты, перфоленты, магнитные ленты и диски.

      1. Винчестер


Следующий этап в развитии устройств хранения информации для ПК – винчестеры (или жесткие диски – Hard Disk Drive, HDD), которые в настоящее время являются обязательным компонентом каждого настоль- ного персонального компьютера. В принципе, могут существовать бездис- ковые сетевые рабочие станции и терминалы, с загрузкой операционной системы с сервера и работой с дисковыми устройствами сервера, но на практике такие ПК встречаются достаточно редко. В субноутбуках винче- стер может отсутствовать, вместо него используется флэш-память боль- шого объема.

Первый винчестер с обозначением 30/30 был создан корпорацией IBM в 1973 г. и позволял на двухстороннем алюминиевом диске сохранять 30 + 30 МБайт данных. Название 30/30 совпадает с обозначением амери- канской винтовки типа «винчестер», откуда и произошло наименование устройств хранения информации на жестких дисках.

Современные винчестеры имеют емкость 500 ГБайт и более. Винче- стер представляет собой плоскую, герметически закрытую металлическую коробку, внутри которой на общей оси находятся несколько жестких алю- миниевых или стеклянных пластинок круглой формы (см. рисунок 2.15).


Диск

Рисунок 2.15. Винчестер SATA 1000 GB Samsung HD103UJ,

32MB кэш, 7200 об/мин (со снятой верхней крышкой)



Выпускаются винчестеры в основном двух размеров дисков (форм-фактор) – 3.5 и 2.5 (послед- ние преимущественно для использо- вания в ноутбуках). Поверхность каждого диска покрыта тонким фер- ромагнитным слоем (веществом, способным длительное время сохра- нять состояние намагниченности). Для чтения и записи данных в вин- честерах используются плавающие на воздушной подушке магнитные головки. Зазор между магнитным слоем и головкой составляет десятые доли микрон. Для перемещения го-

ловок используется электромагнит, а для отслеживания местоположения применяется автоматическая система регулирования, которая по магнит- ным меткам на поверхности опорного диска позиционирует головки в нужном месте.

Пакет дисков вращается непрерывно с большой скоростью (7200 – 15000 об/мин). Запись данных осуществляется следующим образом. При изменении силы тока, проходящего через записывающую головку, проис- ходит изменение напряженности магнитного поля в щели между поверх- ностью и головкой, что приводит к изменению напряженности магнитного поля на небольшом участке ферромагнитного покрытия диска. Намагни- ченные участки и не намагниченные соответствуют двоичным кодам 1 и 0. Для чтения данных используется магниторезистивный принцип, когда со- противление полупроводниковой пленки, из которой сделана головка чте- ния, меняется в зависимости от напряженности магнитного поля на по- верхности ферромагнитного диска. Электрический сигнал с головки уси- ливается и передается на обработку в контроллер жесткого диска, распо- ложенный в чипсете.

Вся электроника, предназначенная для управления двигателем при- вода дисков и электромагнитом головок, а также для чтения и записи дан- ных, располагается на небольшой печатной плате, укрепленной снаружи корпуса.

Винчестер может иметь до десяти дисков. На поверхности дисков размечаются траектории записи информации – концентрические окружно- сти, которые называются дорожками или треками (track) и сектора на каж- дой дорожке. Каждая дорожка имеет свой номер. Дорожки с одинаковыми
номерами, расположенные одна над другой на разных дисках образуют цилиндр. Каждый сектор на дорожке также имеет номер, нумерация начи- нается с единицы. В один сектор может быть записано 571 байт двоичной информации: 512 байт отведено для записи нужной информации, осталь- ные под заголовок (префикс), определяющий начало и номер секции и окончание (суффикс), где записана контрольная сумма, нужная для про- верки целостности хранимых данных. Секторы и дорожки образуются во время низкоуровневого форматирования диска на заводе-изготовителе. В новых винчестерах число секторов на внешних дорожках больше, чем на внутренних, и для них используют линейный способ адресации блоков LBA (Linear Block Addressing), когда все секторы нумеруются последова- тельно от первого сектора нулевой дорожки нулевого цилиндра до по- следнего на крайней внутренней дорожке.

К современным винчестерам неприменима операция низкоуровнево- го форматирования пользователем с помощью специальных программ (возможна для гибких дисков и старых винчестеров).

Несколько секторов образуют кластер – наименьшую адресуемую единицу на диске для используемой файловой системы. Форматирование с


разметкой кластеров и созданием файловой системы на диске выполняется с помощью специальной программы, входящей в состав операционной си- стемы (иногда на стадии установки этой системы). Неформатированный диск не может быть использован для записи файлов.

До форматирования жесткий диск можно разбить на логические диски (раздел винчестера или том). Это удобно, поскольку наличие не- скольких логических дисков упрощает структуризацию данных, храня- щихся на жестком диске.

Существует огромное количество разных моделей жестких дисков многих фирм, таких как Seagate, Maxtor, Western Digital, Quantum, Fujitsu, Hitachi, Samsung, Toshiba и пр. Для обеспечения совместимости винчесте- ров, разработаны стандарты на их характеристики
, определяющие номен- клатуру соединительных проводников, их размещение в переходных разъ- емах, электрические параметры сигналов.

Самый распространенный до недавнего времени тип винчестера по интерфейсу подключения был IDE (Integrated Drive Electronics). Винчестер типа IDE использует спецификацию параллельного интерфейса АТА (Ad- vanced Technology Attachment). В настоящее время новые чипсеты под- держивают новую спецификацию подключения HDD – последовательный интерфейс SerialATA и SerialATA II. Соответственно новые винчестеры имеют тип интерфейса SerialATA. Особняком стоит SCSI (Small Computer System Interface – интерфейс малых компьютеров), так этот интерфейс ис- пользуется, в основном, в серверах и устройства SCSI довольно дороги.

ATA – один из старейших стандартов обмена данными, был разра- ботан в 1989 году тремя компаниями: Imprimus – подразделением Control Data Corporation, Western Digital и Compaq. Представляет собой парал- лельный шинный интерфейс. Первый стандарт ATA был утвержден в 1994 году национальным комитетом по стандартам информационных техноло- гий (NCITS). ATA и его дальнейшие варианты, такие как ATA-2, ATA-3, и т. д. – официальные названия стандарта. IDE, EIDE, UltraATA, и т.д. – маркетинговые термины, используемые производителями винчестеров. IDE-интерфейс позволяет обмениваться данными со скоростью до 2 МБайт/с.

Serial ATA – последовательный шинный интерфейс для передачи данных, пришел на замену ATA. Был разработан компанией Intel совмест- но с IBM, Dell, Seagate, Quantum, Maxtor, APT Technologies и др. в 2000 году. Обеспечивает пропускную способность до 3 Гбит/с.

Среди других параметров, которые влияют на быстродействие HDD следует отметить следующие:



  • скорость вращения дисков – в наше время обычно 7200 об/мин, накопители SCSI 10000 – 15000 об/мин;

  • объем кэш-памяти – во всех современных дисковых накопителях устанавливается кэш-буфер, ускоряющий обмен данными; чем больше его емкость, тем выше вероятность того, что в кэш-памяти будет необходимая информация, которую не надо считывать с диска (этот процесс в тысячи раз медленней); емкость кэш-буфера в со- временных винчестерах 8 – 16 МБайт;

  • среднее время доступа – время (в миллисекундах), на протяжении которого блок головок смещается с одного цилиндра на другой. У современных винчестеров составляет 5 – 10 миллисекунд;

  • время задержки – это время от момента позиционирования блока го- ловок на нужный цилиндр до позицирования конкретной головки на конкретный сектор, другими словами, это время поиска нужного сектора (около 4 мс);

  • скорость обмена – определяет объем данных, которые могут быть переданы из накопителя к микропроцессору и в обратном направле- нии за определенные промежутки времени; максимальное значение этого параметра равно пропускной способности дискового интер- фейса и зависит от того, какой режим используется: PIO (Pro- grammed I/O) или DMA; в режиме PIO обмен данными между дис- ком и контроллером происходит при непосредственном участии центрального процессора, чем больше номер режима PIO, тем выше скорость обмена; работа в режиме DMA (Direct Memory Access) раз- решает передавать данные непосредственно в оперативную память без участия процессора; скорость передачи данных в современных жестких дисках до 300 МБайт/с.

Смотрите также файлы