Архитектура персонального компьютера

Управляющие клавиши  имеют следующее назначение:

• Enter — клавиша ввода;
• Esc (Escape — выход) клавиша для отмены каких-либо действий, выхода из программы, из меню и т. п.;
• Ctrl и Alt — эти клавиши самостоятельного значения не имеют, но при нажатии совместно с другими управляющими клавишами изменяют их действие;
• Shift (регистр) — обеспечивает смену регистра клавиш (верхнего на нижний и наоборот);
• Insert (вставлять) — переключает режимы вставки (новые символы вводятся посреди уже набранных, раздвигая их) и замены (старые символы замещаются новыми);
• Delete (удалять) — удаляет символ с позиции курсора;
• Back Space или — удаляет символ перед курсором;
• Home и End — обеспечивают перемещение курсора в первую и последнюю позицию строки, соответственно;
• Page Up и Page Down — обеспечивают перемещение по тексту на одну страницу (один экран) назад и вперед, соответственно;
• Tab — клавиша табуляции обеспечивает перемещение курсора вправо сразу на несколько позиций до очередной позиции табуляции;
• Caps Lock — фиксирует верхний регистр, обеспечивает ввод прописных букв вместо строчных;
• Print Screen — обеспечивает печать информации, видимой в текущий момент на экране.

Длинная нижняя клавиша  без названия — предназначена  для ввода пробелов.

Малая цифровая клавиатура используется в двух режимах —  ввода чисел и управления курсором. Переключение этих режимов осуществляется клавишей Num Lock.

Клавиатура содержит встроенный микроконтроллер (местное  устройство управления), который выполняет  следующие функции:

• последовательно опрашивает клавиши, считывая введенный сигнал и вырабатывая двоичный скан-код клавиши;
• управляет световыми индикаторами клавиатуры;
• проводит внутреннюю диагностику неисправностей;
• осуществляет взаимодействие с центральным процессором через порт ввода-вывода клавиатуры.

Клавиатура имеет встроенный буфер — промежуточную память малого размера, куда помещаются введённые  символы. В случае переполнения буфера нажатие клавиши будет сопровождаться звуковым сигналом — это означает, что символ не введён (отвергнут). Работу клавиатуры поддерживают специальные программы, "зашитые" в BIOS, а также драйвер клавиатуры, который обеспечивает возможность ввода русских букв, управление скоростью работы клавиатуры и др.

Видеосистема  компьютера

Видеосистема компьютера состоит из трех компонент:

• монитор (называемый также дисплеем);
• видеоадаптер;
• программное обеспечение (драйверы видеосистемы).

Видеоадаптер посылает в монитор сигналы управления яркостью лучей и синхросигналы  строчной и кадровой развёрток. Монитор  преобразует эти сигналы в  зрительные образы. А программные  средства обрабатывают видеоизображения, выполняют кодирование и декодирование сигналов, координатные преобразования, сжатие изображений и др.

Монитор — устройство визуального отображения информации (в виде текста, таблиц, рисунков, чертежей и др.). Подавляющее большинство мониторов сконструированы на базе электронно-лучевой трубки (ЭЛТ), и принцип их работы аналогичен принципу работы телевизора. Мониторы бывают алфавитно-цифровые и графические, монохромные и цветного изображения. Современные компьютеры комплектуются, как правило, цветными графическими мониторами.

Основной элемент дисплея  — электронно-лучевая трубка. Её передняя, обращенная к зрителю часть, с внутренней стороны покрыта  люминофором — специальным веществом, способным излучать свет при попадании  на него быстрых электронов. Люминофор наносится в виде наборов точек трёх основных цветов — красного, зелёного и синего. Эти цвета называют основными, потому что их сочетаниями (в различных пропорциях) можно представить любой цвет спектра. Наборы точек люминофора располагаются по треугольным триадам. Триада образует пиксел — точку, из которых формируется изображение (англ. pixel — picture element, элемент картинки). Расстояние между центрами пикселов называется точечным шагом монитора. Это расстояние существенно влияет на чёткость изображения. Чем меньше шаг, тем выше чёткость. Обычно в цветных мониторах шаг составляет 0,24 мм. При таком шаге глаз человека воспринимает точки триады как одну точку "сложного" цвета.

На противоположной  стороне трубки расположены три (по количеству основных цветов) электронные пушки. Все три пушки "нацелены" на один и тот же пиксел, но каждая из них излучает поток электронов в сторону "своей" точки люминофора. Чтобы электроны беспрепятственно достигали экрана, из трубки откачивается воздух, а между пушками и экраном создаётся высокое электрическое напряжение, ускоряющее электроны.

Перед экраном на пути электронов ставится маска — тонкая металлическая пластина с большим  количеством отверстий, расположенных  напротив точек люминофора. Маска обеспечивает попадание электронных лучей только в точки люминофора соответствующего цвета. Величиной электронного тока пушек и, следовательно, яркостью свечения пикселов, управляет сигнал, поступающий с видеоадаптера.

Рис. 3. Ход электронного пучка по экрану.

На ту часть колбы, где расположены электронные  пушки, надевается отклоняющая система  монитора, которая заставляет электронный  пучок пробегать поочерёдно все пикселы строчку за строчкой от верхней до нижней, затем возвращаться в начало верхней строки и т. д.

Количество отображённых строк в секунду называется строчной частотой развертки. А частота, с  которой меняются кадры изображения, называется кадровой частотой развёртки. Последняя не должна быть ниже 60 Гц, иначе изображение будет мерцать.

Наряду с традиционными  ЭЛТ-мониторами все шире используются плоские жидкокристаллические (ЖК) мониторы. Жидкие кристаллы — это  особое состояние некоторых органических веществ, в котором они обладают текучестью и свойством образовывать пространственные структуры, подобные кристаллическим. Жидкие кристаллы могут изменять свою структуру и светооптические свойства под действием электрического напряжения. Меняя с помощью электрического поля ориентацию групп кристаллов и используя введённые в жидкокристаллический раствор вещества, способные излучать свет под воздействием электрического поля, можно создать высококачественные изображения, передающие более 15 миллионов цветовых оттенков.

Большинство ЖК-мониторов  использует тонкую плёнку из жидких кристаллов, помещённую между двумя стеклянными  пластинами. Заряды передаются через  так называемую пассивную матрицу  — сетку невидимых нитей, горизонтальных и вертикальных, создавая в месте пересечения нитей точку изображения (несколько размытого из-за того, что заряды проникают в соседние области жидкости).

Активные матрицы вместо нитей используют прозрачный экран  из транзисторов и обеспечивают яркое, практически не имеющее искажений  изображение. Панель при этом разделена на 308160 (642х480) независимых ячеек, каждая из которых состоит из четырех частей (для трёх основных цветов и одна резервная). Таким образом, экран имеет почти 1,25 млн. точек, каждая из которых управляется собственным транзистором.

По компактности такие  мониторы не знают себе равных. Они  занимают в 2 – 3 раза меньше места, чем  мониторы с ЭЛТ и во столько  же раз легче; потребляют гораздо  меньше электроэнергии и не излучают электромагнитных волн, воздействующих на здоровье людей.

Разновидность монитора — сенсорный экран. Здесь общение  с компьютером осуществляется путём  прикосновения пальцем к определённому  месту чувствительного экрана. Этим выбирается необходимый режим из меню, показанного на экране монитора. Меню — это выведенный на экран монитора список различных вариантов работы компьютера, по которому можно сделать конкретный выбор. Сенсорными экранами оборудуют рабочие места операторов и диспетчеров, их используют в информационно-справочных системах и т. д.

Видеоадаптер — это электронная плата, которая обрабатывает видеоданные (текст и графику) и управляет работой дисплея. Содержит видеопамять, регистры ввода вывода и модуль BIOS. Посылает в дисплей сигналы управления яркостью лучей и сигналы развертки изображения. Наиболее распространенный видеоадаптер на сегодняшний день — адаптер SVGA (Super Video Graphics Array — супервидеографический массив), который может отображать на экране дисплея 1280х1024 пикселей при 256 цветах и 1024х768 пикселей при 16 – 32 миллионах цветов.

С увеличением числа  приложений, использующих сложную графику  и видео, наряду с традиционными  видеоадаптерами широко используются разнообразные устройства компьютерной обработки видеосигналов:

• Графические акселераторы (ускорители) — специализированные графические сопроцессоры, увеличивающие эффективность видеосистемы. Их применение освобождает центральный процессор от большого объёма операций с видеоданными, так как акселераторы самостоятельно вычисляют, какие пиксели отображать на экране и каковы их цвета.
• Фрейм-грабберы, которые позволяют отображать на экране компьютера видеосигнал от видеомагнитофона, камеры, лазерного проигрывателя и т. п., с тем, чтобы захватить нужный кадр в память и впоследствии сохранить его в виде файла.
• TV-тюнеры — видеоплаты, превращающие компьютер в телевизор. TV-тюнер позволяет выбрать любую нужную телевизионную программу и отображать ее на экране в масштабируемом окне. Таким образом можно следить за ходом передачи, не прекращая работу.

Аудио адаптер (Sound Blaster или  звуковая плата) — это специальная электронная плата, которая позволяет записывать звук, воспроизводить его и создавать программными средствами с помощью микрофона, наушников, динамиков, встроенного синтезатора и другого оборудования. Аудио адаптер содержит в себе два преобразователя информации:

• аналого-цифровой, который преобразует непрерывные, то есть, аналоговые, звуковые сигналы (речь, музыку, шум) в цифровой двоичный код и записывает его на магнитный носитель;
• цифро-аналоговый, выполняющий обратное преобразование сохранённого в цифровом виде звука в аналоговый сигнал, который затем воспроизводится с помощью акустической системы, синтезатора звука или наушников.

Профессиональные звуковые платы позволяют выполнять сложную  обработку звука, обеспечивают стереозвучание, имеют собственное ПЗУ с хранящимися в нём сотнями тембров звучаний различных музыкальных инструментов.

Звуковые файлы обычно имеют очень большие размеры. Так, трёхминутный звуковой файл со стереозвучанием  занимает примерно 30 Мбайт памяти. Поэтому  платы Sound Blaster, помимо своих основных функций, обеспечивают автоматическое сжатие файлов.

Область применения звуковых плат — компьютерные игры, обучающие  программные системы, рекламные  презентации, "голосовая почта" (voice mail) между компьютерами, озвучивание различных процессов, происходящих в компьютерном оборудовании, таких, например, как отсутствие бумаги в принтере и т. п.

Модем

Модем — устройство для  передачи компьютерных данных на большие  расстояния по телефонным линиям связи. Цифровые сигналы, вырабатываемые компьютером, нельзя напрямую передавать по телефонной сети, потому что она предназначена для передачи человеческой речи — непрерывных сигналов звуковой частоты. Модем обеспечивает преобразование цифровых сигналов компьютера в переменный ток частоты звукового диапазона — этот процесс называется модуляцией, а также обратное преобразование, которое называется демодуляцией. Отсюда название устройства: модем — модулятор/демодулятор.

Для осуществления связи  один модем вызывает другой по номеру телефона, а тот отвечает на вызов. Затем модемы посылают друг другу сигналы, согласуя подходящий им обоим режим связи. После этого передающий модем начинает посылать модулированные данные с согласованной скоростью (количеством бит в секунду) и форматом. Модем на другом конце преобразует полученную информацию в цифровой вид и передает её своему компьютеру. Закончив сеанс связи, модем отключается от линии.

Управление модемом  осуществляется с помощью специального коммутационного программного обеспечения. Модемы бывают внешние, выполненные в виде отдельного устройства, и внутренние, представляющие собой электронную плату, устанавливаемую внутри компьютера. Почти все модемы поддерживают и функции факсов.

Факс — это устройство факсимильной передачи изображения  по телефонной сети. Название "факс" произошло от слова "факсимиле" (лат. fac simile — сделай подобное), означающее точное воспроизведение графического оригинала (подписи, документа и т. д.) средствами печати. Модем, который может передавать и получать данные как факс, называется факс-модемом.

Манипуляторы

Манипуляторы (мышь, джойстик и др.) — это специальные устройства, которые используются для управления курсором. Мышь имеет вид небольшой  коробки, полностью умещающейся  на ладони. Мышь связана с компьютером  кабелем через специальный блок — адаптер, и её движения преобразуются в соответствующие перемещения курсора по экрану дисплея. В верхней части устройства расположены управляющие кнопки (обычно их три), позволяющие задавать начало и конец движения, осуществлять выбор меню и т. п.

Джойстик — обычно это стержень-ручка, отклонение которого от вертикального положения приводит к передвижению курсора в соответствующем  направлении по экрану монитора. Часто  применяется в компьютерных играх. В некоторых моделях в джойстик монтируется датчик давления. В этом случае чем сильнее пользователь нажимает на ручку, тем быстрее движется курсор по экрану дисплея.