Характеристики устройств создания, переработки и хранения информации в технике

В соответствии с принципами функционирования универсальной вычислительной машины, предложенными Фон Нейманом, основные функциональные части компьютеров следующие: устройство ввода и вывода, устройство хранения информации, устройство обработки информации и управляющее устройство. Взаимодействие между ними можно упрощенно изобразить в виде схемы (рисунок 4).

Рисунок 4 – Взаимодействие между функциональными частями компьютеров

На схеме двойные стрелки соответствуют движению данных (информация в ЭВМ называется данными). Человек вводит данные в компьютер через устройства ввода–вывода, эти данные могут храниться в устройствах хранения информации и обрабатываться в устройствах обработки информации. Полученные результаты также могут запоминаться в устройствах хранения информации и выдаваться человеку с помощью устройств ввода-вывода. Управляющие устройства управляют всем этим процессом, что изображено на схеме одинарными стрелками [3, с. 12].

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.

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).

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.

Дисплей (монитор) – основное устройство вывода информации. Дисплеи бывают основанными на электронно-лучевой трубке или панели на жидких кристаллах (LCD, от англ. Liquid Crystal Display).

Формирование изображения на экране обеспечивает как электронная начинка монитора, так и специальное устройство – видеоадаптер, который формирует, хранит и передает изображение на экран дисплея. 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 – пикселов (для работы с чертежами, графикой, текстом, видео и т.д.).

Принтер – устройство вывода информации на бумагу. Плоттер (графопостроитель) – устройство для вывода чертежей на бумагу.

Модем – 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 [3, с. 13-15].

Различают устройства хранения информации, реализованные в виде электронных схем, и накопители информации, при помощи которых данные записываются на какой-либо носитель, например магнитный или оптический (ранее использовались даже бумажные носители – перфокарты и перфоленты).

Устройства, представляющие собой электронные схемы, отличаются небольшим временем доступа к данным, но не позволяют хранить большие объемы информации. К таким устройствам относятся постоянное запоминающее устройство (ПЗУ, RОМ), оперативное запоминающее устройство (оперативная память, ОЗУ, RАМ).

Накопители информации на гибких и жестких магнитных дисках (винчестеры, Zip, JAZ, ORB), оптических (CD, CDRW, DVD) и магнитооптических дисках наоборот дают возможность хранить большие объемы информации, но время ее записи и считывания там велико. Поэтому эффективная работа на компьютере возможна только при совместном использовании накопителей информации и устройств хранения, реализованных в виде электронных схем.

Оперативная память предназначена для хранения исполняемых в данный момент программ и необходимых для этого данных, т.е. в ОЗУ хранится информация, с которой ведется работа в данный момент времени. Содержимое оперативной памяти пропадает при выключении питания.

ПЗУ предназначено для хранения неизменяемой информации. В компьютере постоянно должна храниться информация, которая нужна при каждом его включении. Например, в ПЗУ записываются команды, которые компьютер должен выполнить сразу после включения питания для начала работы (например, BIOS). ПЗУ называют энергонезависимой памятью, так как содержимое ПЗУ при отключении питания сохраняется.

Принцип записи информации на магнитные ленты и диски аналогичен принципу записи звука в магнитофоне. В настоящее время широко распространены такие устройства для работы с компакт-дисками, поддерживающие одновременно функции чтения CD, CDR, CDRW, DVD и обеспечивающие запись CDR и CDRW, DVDR, DVDRW, т.е. не требуется приобретать два или три отдельных устройства, так как все функции объединены в одном. Такие устройства разрабатывались в первую очередь для использования в ноутбуках (переносных портативных компьютерах), где габариты, вес и функциональность играют далеко не последнюю роль [3, с. 13].

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).

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 [3, с. 13].

Таким образом, со времени появления первых компьютеров прошло уже не одно десятилетие, превратившее их из технической диковины в уникальный инструмент, необходимый каждому современному специалисту, преумножающий его способности, помогающий решать более сложные поставленные задачи за меньший промежуток времени. Вместе с этим современные компьютерные технологии позволяют решать поставленные задачи с качеством заметно более высоким по сравнению с традиционными способами.