Розділ 5

Комп'ютер - головна технологічна та технічна база інформаційних систем

5.1. Призначення комп'ютера як головного інструментарію інформаційних систем

Електронний комп'ютер було розроблено в 50-ті роки як пристрій для проведення швидких обчислень. У той час ніхто не замислювався над його інформаційними додатками, зусилля розробників було спрямовано загалом на підвищення швидкодії комп'ютера.

У 60-ті роки було зроблено спробу використовувати комп'ютер для здійснення інформаційних операцій - індексування та аналізу тексту. За допомогою відповідного програмного забезпечення у пам'ять комп'ютера стали записувати тексти і шукати можливості оперування ними.

Інформація для комп'ютера представляється у вигляді організованої множини елементів - букв або цифр, форма організації яких визначається деяким набором правил. Інформація вводиться в пам'ять комп'ютера, де для масивів даних виділяються поля з адресами. Сюди ж вводиться і програма обробки масиву даних, що передбачає послідовність виконання операцій. Обробка даних перетворюється у формалізований процес пошуку, зберігання та оперування даними.

Елементи даних організуються в поля, кожному полю присвоюється ідентифікатор, що дозволяє відшукати це поле в пам'яті комп'ютера. Самостійна логічна сукупність елементів утворює слово, закінчена інформаційна фраза з множини слів утворює запис, семантично пов'язані записи складають файл даних.

Організація даних на фізичному рівні складається в запам'ятовуванні (запису) і збереженні інформації (даних) на фізичних носіях. Організація даних на логічному рівні відбиває спосіб оперування даними в уявленні програміста або користувача.

Структурно комп'ютер (мал. 15) складається з п'яти головних функціональних блоків, об'єднаних спільною задачею швидко виконувати арифметичні та логічні дії над числами. Характер дій і їх послідовність визначаються програмою, що являє собою певним чином організовану сукупність машинних операцій, які називаються командами. Керує роботою комп'ютера пристрій керування. Він одержує команди з пам'яті, декодує їх і генерує необхідні для їх виконання сигнали. Кожна команда в пам'яті знаходиться за визначеною адресою, що вказується програмним лічильником, який знаходиться в пристрої пам'яті. Для запам'ятовування команд в пристрої керування є спеціальний регістр команд.

Пристрої вводу і виведення служать для перетворення інформації з тих мов програмування і тих швидкостей, на яких працює комп'ютер, на ті, що сприймає людина або інша система, що працює з даним комп'ютером. Найважливішим функціональним блоком комп'ютера є процесор (мал. 16).

Команди від оператора надходять через пристрій вводу в регістр інструкцій. Згідно цих інструкцій блок керування виробляє команди для усіх функціональних блоків комп'ютера. Система регістрів загального користування служить оперативною пам'яттю для даних, що поступають на вхід.

Арифметичний пристрій виконує арифметичні та логічні операції над даними, що поступають від регістра загального призначення. Про те, які саме функції необхідно виконувати, говорять команди блоку керування.

Адресний регістр забезпечує правильну адресацію даних у системі пам'яті, він також забезпечує кожну таку інструкцію вказівками про адреси пам'яті, де вона буде запам'ятовуватися.

Мал. 15 . Структура комп'ютера

Мал. 16 Блок-схема центрального процесора

Одним із ключових функціональних блоків комп'ютера є програмний лічильник, призначенням якого є відновлення кожної інструкції і тимчасове запам'ятовування її номера. Якщо записана програма перейде в інший інструктивний номер, цю зміну буде зафіксовано програмним лічильником. Інформація про цю зміну надходить також у регістр інструкцій. При кожному такому кроку робочої програми відбувається звертання до програмного лічильника із запитом про виконання відповідної операції.

Інформація в комп'ютері запам'ятовується у вигляді груп двійкових знаків (0 і 1) на запам'ятовуючих пристроях - регістрах. Група двійкових знаків, що обробляються одночасно, називається машинним словом, а кількість двійкових знаків у слові -довжиною слова. Слово є базовою логічною одиницею інформації в комп'ютері. Типові процесори мають довжину слова 4, 8, 12, 16 або 32 двійкових розряди. Слово довжиною 8 біт називається байтом. Воно ж часто використовується для виміру ємності пам'яті. В сучасних комп'ютерах найбільш поширеним є слово в 16 біт.

Кожна комірка пам'яті комп'ютера запам'ятовує одне машинне слово. Можливості комп'ютера визначаються кількістю команд, що можна ввести в оперативну пам'ять. Максимальна ємність оперативної пам'яті в міні-комп'ютерах не перевищує звичайно 64 К слів, у суперкомп'ютерах ємність оперативної пам'яті досягає 1000 К слів ( К=1024) і більше.

5.2. Склад і головні системні характеристики персонального комп'ютера

Розглянемо склад і головні характеристики типового настільного персонального комп'ютера (мал. 17).

Мал. 17. Базовий комплект комп'ютера

Конструктивно він містить три головні пристрої - системний блок, клавіатуру і дисплей. До цих головних компонентів додається ще друкуючий пристрій - принтер, а до складу системного блоку входять засоби підтримки комунікацій для зв'язку з додатковими пристроями, що не відносяться безпосередньо до головного комплекту ПЕОМ. У такому складі персональний комп'ютер вже стає придатним для вирішення багатьох задач, властивих великим і малим ЕОМ.

Системний блок містить усю електронну начинку ПЕОМ і спеціальні пристрої для постійного зберігання інформації на зовнішніх магнітних носіях - накопичувачі на гнучких магнітних дисках (НГМД) і на жорстких нез'ємних дисках (НЖМД).

До складу системного блоку входить також блок живлення, що перетворює стандартну напругу електричної мережі - 220 або 127 вольт - у напругу постійного струму, необхідну для живлення електронних комп'ютерів.

Системний блок звичайно (мал. 18) розміщується в невеликому металевому або пластмасовому корпусі приблизно такого ж розміру, як звичайний програвач або магнітофон. Електронні модулі розміщуються всередині системного блоку на окремих друкованих платах. Одна з них - базова (її іноді називають генплатою) - містить головні електронні компоненти і спеціальні роз’єми , у які встановлюються додаткові плати - адаптери зовнішніх пристроїв, розширення оперативної пам'яті та ін.

Основою машини є мікропроцесор - невелика за розміром кремнієва платівка, укладена в корпус із декількома десятками виходів. У ній зосереджена найскладніша логічна схема, що є “серцем” машини. Це так званий арифметико-логічний пристрій і пристрій керування, у функції яких входить пересилання окремих команд і даних між внутрішніми регістрами, керування процесом обчислень, виконання самих обчислень, керування взаємодією зовнішніх пристроїв мікропроцесору. Регістри є головними носіями інформації всередині мікропроцесору. Кількість розрядів у кожному регістрі (звичайно кратна 8) визначає продуктивність мікропроцесору і машини в цілому. Мікропроцесори і побудовані на їхній основі машини називають 8-, 16- або 32-розрядними відповідно до розрядності внутрішніх регістрів.

Мал. 18. Внутрішня архітектура системного блоку

Крім розрядності регістрів, мікропроцесор характеризується максимальним обсягом пам'яті, що адресується. Для 8-розрядних мікропроцесорів максимальний обсяг пам'яті звичайно дорівнює 64 Кбайт, для 16-розрядних - від 1 до 16 Мбайт. Проте не весь адресний простір може бути фактично доступним для програм. Частина пам'яті резервується для системних цілей, частина залишається просто незайнятою. Робочу пам'ять називають оперативним запам'ятовуючим пристроєм (ОЗП). Крім ОЗП, частину адресного простору займає постійний запам'ятовуючий пристрій (ПЗП), призначений для зберігання найбільш важливих системних програм і даних. Інформація П3П зберігається і після вимикання машини, завдяки чому не потрібно робити її завантаження з зовнішніх носіїв.

Ще один важливий параметр мікропроцесора - тактова частота, що визначає швидкість виконання елементарних операцій. Тактова частота задається спеціальним тактовим генератором. Звичайно сучасні 8- і 16-розрядні мікропроцесори працюють із тактовою частотою в діапазоні від 1 до 40 МГц. При цьому важливо мати на увазі, що для виконання однієї простої операції, наприклад, додавання двох цілих чисел, узятих із пам'яті, із пересилкою результату в пам'ять, потрібно 25-30 тактів. Час виконання цієї операції при середній тактовій частоті біля 5 МГц складе 5-б мкс. Отже, мікропроцесор може виконувати в цьому випадку 150-200 тис. оп. /c.

З функціональної точки зору мікропроцесор характеризується системою команд, що визначає порядок програмування усіх операцій - способів завдання операндів, видів адресації та інше. При наявності в системі сопроцесору деякі команди автоматично перехоплюються і передаються на виконання сопроцесорові, так що головна програма “не помічає”, де в дійсності виконуються її команди.

В даний час одержали широке поширення декілька типів базових мікропроцесорів, що застосовуються для створення ПЕОМ. Найбільш широко використовуються для побудови професійних ПЕОМ мікропроцесори сімейства 8088/8086, у меншому ступені - мікропроцесори сімейства 68000.

Мікропроцесор зв'язується з іншими пристроями системного блоку через спільні лінії (провідники), що утворюють внутрішньосистемний інтерфейс або “спільну шину”. Електронні модулі, призначені для реалізації якоїсь спеціальної функції (наприклад, для керування накопичувачами, дисплеєм, принтером), називаються контролерами. Вони часто реалізуються на окремих друкованих платах, що вставляються всередину системного блоку. Такі плати називають адаптерами зовнішніх пристроїв.

Часто на окремій платі розміщується і додаткова оперативна пам'ять. На базовій платі встановлюється лише деякий мінімально необхідний обсяг: 64, 128 або 256 Кбайт, а інша пам'ять виноситься на додаткову плату, так що користувач може за своїм розсудом регулювати її обсяг. Кожна мікросхема пам'яті може містити 64 Кбіта або 8 Кбайт інформації. Схема керування пам'яттю організована так, що загальний обсяг пам'яті повинний бути кратним 64 Кбайт. Отже, на один такий “банк” пам'яті потрібно 8 мікросхем, до яких звичайно добавляється ще одна мікросхема для цілей автоконтролю. Таким чином, можна визначити таке співвідношення між обсягом пам'яті і кількістю потрібних для цього мікросхем:

Обсяг пам'яті (Кбайт): 64 128 256 384 512 640

Кількість мікросхем: 9 18 36 54 72 90

5.3. Периферійні пристрої комп'ютерів

Органічною частиною комп'ютера є периферійне обладнання, питома вага якого в комплексі обчислювальної техніки складає приблизно 40-50\%. До цього устаткування належать пристрої довготривалої пам'яті, пристрої вводу-виведення, термінали, системи відображення інформації, друкуючі пристрої.

По функціональному призначенню периферійні пристрої належать до однієї з трьох груп: 1) вводу інформації; 2) виведення інформації; 3) зовнішні запам'ятовуючі пристрої.

Головним засобом вводу інформації в ПЕОМ є клавіатура. Гарна клавіатура має декілька груп клавіш: алфавітно-цифрові - для вводу чисел і текстів; функціональні - для переключення з одного виду роботи на інший; клавіші зі стрілками - для переміщення курсору по екрану дисплею; спеціальні керуючі клавіші - для зміни регістрів і режимів вводу. Клавіатура виготовляється так, щоб задовольняти ергономічним вимогам: вона повинна бути зручною для тривалої роботи; розташування клавіш повинно відповідати стандартам, що враховують нормальні навички роботи на друкарських машинках. Типові розміри блоку клавіатури 40 Х 450 Х 180 мм. До системного блоку вона підключається за допомогою кабелю.

Варто звернути увагу на одну особливість клавіатур сучасних ПЕОМ. Розроблювачі прикладних систем завжди прагнуть максимально скоротити число необхідних натиснень клавіш при виконанні будь-якої роботи на ПЕОМ. Простіше за все цього можна досягти, змінюючи програмним шляхом зміст окремих клавіш. На відміну від звичних терміналів клавіатура ПЕОМ посилає мікропроцесорові не код символу, а порядковий номер натиснутої клавіші і тривалість натиснення. Уся інша робота з інтерпретації змісту натиснутої клавіші виконується програмним шляхом. При такому підході кодування клавіш стає незалежною від кодування символів, що різко спрощує роботу з клавіатурою і у той же час надає їй більшої гнучкості.

Дисплей або монітор служить головним пристроєм для відображення інформації, що виводиться під час роботи програм. Дисплеї можуть різнитися дуже істотно, і від їхніх характеристик залежать можливості машин і програмного забезпечення, що використовується на них. Насамперед, варто розрізняти монітори, придатні для виведення тільки алфавітно-цифрової інформації, і графічні дисплеї. Інша важлива ознака - можливість підтримки кольорового або тільки монохромного (чорно-білого) зображення. Суттєвими технічними параметрами є текстовий формат і розподільча здатність зображення. Текстовий формат характеризується максимальною кількістю символів у рядку і кількістю текстових рядків на екрані. У графічному режимі розподільча здатність задається кількістю крапок по горизонталі та кількістю крапок (крапкових рядків) по вертикалі. Інший характерний параметр - це кількість підтримуваних рівнів яскравості в монохромному режимі або кількість кольорів при кольоровому зображенні. Нарешті, важливим параметром є розмір екрана, від якого залежить можливість розрізнення зображення в цілому і чіткість окремих елементів, у тому числі букв і цифр.

Вказані параметри залежать як від конструкції екрана, так і від схеми керування, зосередженої у системному блоці. В даний час у більшості випадків застосовується схема формування зображення на основі екранної, або растрової пам'яті (bit-mapping). Кожний елемент зображення - одна крапка на екрані дисплея - формується з фрагмента растрової пам'яті, що складається з 1, 2 або 4 бітів. Інформація у вказаних бітах управляє яскравістю або кольором крапки на екрані, а також її миганням та іншими можливими атрибутами. При цьому обсяг растрової пам'яті прямо пов'язаний із розподільчою здатністю дисплея. Так при 640 х 200 точках і інших рівнях яскравості в монохромному режимі потрібна растрова пам'ять обсягом 16 Кбайт; якщо ж при цьому потрібно буде управляти 16 кольорами кожної крапки, то буде потрібно 64 Кбайт; а при 1024 х 1024 крапках і двох кольорах буде потрібно вже 132 Кбайти растрової пам'яті. Цифри і букви при такому методі керування виводяться на екран за допомогою спеціальних знакогенераторів - електронних схем, керованих крапковими матрицями (8 х 8, 6 х 8, 8 х 12 або іншого формату), на яких формуються зображення букв і цифр.

Більшість професійних ПЕОМ мають дисплеї, засновані на монохромних або кольорових елекронно-променевих трубках (ЕПТ). Керування кольоровою ЕПТ здійснюється, як правило, за допомогою 5 стандартних сигналів - для червоного, зеленого і синього променів, а також вертикальної і горизонтальної синхронізації. Такі пристрої називають RGB-моніторами. Дане позначення виходить від англійських слів red - червоний, green -зелений, blue- синій.

Підключення дисплея до системного блоку здійснюється за допомогою контролера, що частіше усього реалізується у вигляді окремої плати (адаптеру), який вставляється в системний блок. Адаптер звичайно містить растрову пам'ять і схеми керування ЕПТ. Крім того, на ньому розміщується мікросхема ПЗП, у якій записуються зображення знакових матриць, що виводяться на екран. Змінивши цю мікросхему, можна тим самим змінити знакогенератор, тобто написання букв, цифр і інших знаків, що виводяться на екран. Контролер узгоджується з типом дисплея, для якого він призначений. Одні контролери дозволяють підключати тільки монохромні дисплеї, інші - кольорові RGB -монітори, треті-звичайні телевізори. Контролери, що дозволяють роботу тільки з алфавітно-цифровою інформацією, набагато простіше графічних контролерів, але в сучасних ПЕОМ можливість роботи з графічною інформацією абсолютно необхідна. Типовими є параметри дисплеїв на основі ЕПТ.

Для дешевих домашніх або шкільних комп'ютерів часто в якості дисплея використовується звичайний побутовий телевізор. Але він має обмежену розподільчу здатність - не більш 256 х 256 крапок, що, звичайно, не дозволяє одержувати якісне зображення. Інший тип дисплея - на основі рідкокристалевих панелей - використовується в портативних ПЕОМ. У деяких моделях ПЕОМ такі дисплеї дозволяють одержувати майже таку ж розподільчу здатність зображення, як на ЕПТ. Але воно, по-перше, не може бути кольоровим, по-друге, потребує гарної освітленості і правильного кута зору. Тому поки такі дисплеї не дуже поширені.

Порівняно новими периферійними пристроями, що з'явились вперше в складі персональних ЕОМ, є спеціальні маніпулятори типу "миша" ("mouse"), "ручка" ("джойстік", "joystick") і "куля". Вони призначені для переміщення курсору на дисплеях, що мають графічний режим роботи, по будь-якій траєкторії і з будь-якою потрібною швидкістю. Звичайні клавіші-стрілки, що дозволяють рухати курсор у будь-яку позицію, тобто по горизонталі, будь-якого рядка, тобто по вертикалі, алфавітно-цифрового дисплея, не підходять для графічного зображення. Якщо клавіша-стрілка за одне натискання рухає курсор тільки в вертикальному або горизонтальному напрямку на одну крапку екрана, то скільки потрібно натискань для переміщення на 300 крапок по діагоналі? А якщо курсор “біжить” при натиснутій клавіші, то як змінювати його швидкість? Задовільним є автоматичне плавне наростання швидкості при тривалому натисканні клавіші-стрілки. Але і це не зовсім те, що потрібно.

Найбільш вдалим технічним вирішенням виявився принципово новий пристрій керування курсором, що за свою зовнішню подібність одержав назву “миша”. Суть його дії полягає в тому, що курсор на екрані повторює усі переміщення, що користувач робить, рухаючи “мишу” по столі або іншій гладкій поверхні. Самий курсор графічного режиму формується програмою і часто являє собою стрілку, вістря якої вказує саме на необхідну точку.

Головною деталлю “миші” є невелика куля, обертання якої в різні боки відслідковується спеціальною системою, що передає зміни координат при переміщенні маніпулятора. Для запобігання просковзування куля зроблена більш важкою і покрита гумою, а в комплекті з “мишею” є шорсткувата підставка. Швидкість переміщення “миші” може бути будь-якою, коефіцієнт передачі (відношення довжини шляху “миші” до довжини шляху курсору) легко регулюється зміною одного з параметрів, що задаються в драйвері “миші”.

На корпусі “миші” є дві або три кнопки, за своїм призначенням аналогічні найбільш часто уживаним клавішам виконання (таким, як “enter”). “Миша” під'єднується або до клавіатури, що має роз'єм і вбудований адаптер, або до головного блоку ПЕОМ також через адаптер. Для роботи з “мишею” необхідний особливий програмний драйвер, що відповідає її конструкції.

Багато сучасних програмних засобів, розрахованих на масового користувача, пристосовані до керування посередництвом меню і “миші”. В алфавітно- цифровому режимі роботи дисплея курсор “миші” являє собою кольоровий прямокутник, що дискретно, стрибаючи із символу на символ і з рядка на рядок, рухається по екрану.

Дешевим, компактним і достатньо зручним носієм інформації є гнучкий диск (дискета). Він виготовляється з тонкої пластикової плівки з магнітним покриттям. Існує багато типів і розмірів гнучких дисків, але фактичними стандартами на сьогодні стали два - 5,25 дюйми (133 мм) і 3,5 дюйми (89 мм). Більш значні 8-ми дюймові диски виходять із вжитку.

Користувач будь-якої ПЕОМ, за винятком хіба що найпростішої, неминуче стикається з гнучкими дисками. Тому роздивимося докладно конструкцію гнучких дисків вказаних найбільш популярних розмірів - 5,25 і 3,5 дюйми.

Диск має великий центральний отвір, через який він приводиться в обертання, і маленький бічний, необхідний для визначення початку доріжки. У деяких дискетах для збільшення терміна служби диска центральний отвір робиться з посиленим кільцем. На поверхні диска з одного або двох боків розташовуються концентричні доріжки. Кількість доріжок звичайно дорівнює 40 або 80.

Диск запечатаний у корпус із пластику, що нагадує тонкий картон, із необхідними прорізами. Внутрішня стінка корпусу виконана з ворсистого нетканого матеріалу, що зменшує тертя між диском та корпусом і поглинає дрібний пил, який потрапляє всередину дискети, не даючи їй дряпати поверхню диску. Загальна товщина диска і корпуса не перевищує 2 мм. На корпусі є етикетка виробника і вільне місце для позначок. Для захисту від пилу і забруднень дискета має зберігатися в паперовому конверті. Диск із корпуса ніколи не виймається. На краю дискети є прямокутний виріз, що служить для захисту від випадкового запису. Якщо цей виріз заклеїти (у коробці з дискетами додається липка фольга), то запис на таку дискету або стирання стануть неможливими.

На етикетці дискети вказується, яка щільність запису гарантується і скільки боків рекомендується використовувати: за кількістю боків - один або два, а по щільності запису - одинарна, подвійна і підвищена. Видима в прорізі поверхня гнучкого диска повинна бути матовою і майже чорною. На зношеній дискеті в довгому прорізі можна побачити доріжки (точніше, подряпини від пилу і контакту з голівкою).

Дискета без паперового конверта вставляється в дисковод, довгим прорізом уперед ( від себе), етикеткою нагору ( при горизонтальній щілині). Після вставки дискети потрібно закрити замок або повернути засувку в залежності від конструкції накопичувача. Під час запису або читання інформації диск обертається в гнучкому корпусі зі швидкістю 300 обертів на хвилину з характерним тихим шелестом або шипінням. При переміщенні магнітних голівок чутні щиглі. Під час роботи дисковода на ньому світиться лампочка. Якщо процесор довго не звертається до диска, обертання припиняється, і лампочка гасне. Брати дискету слід обережно за кути, не гнути і не м'яти, не торкатися самого диска, зберігати при кімнатній температурі в вертикальному положенні.

Пристрій накопичувача на гнучкому магнітному диску (НГМД) такий же, як і у великих носіїв на змінних магнітних дисках. Відмінності полягають у кількості голівок, потужності двигунів у габаритних розмірах пристроїв.

Провідні фірми – виробники дискет і накопичувачів інтенсивно працюють над їхнім удосконалюванням, тому очікується поява найближчим часом дискет ємністю в десятки мегабайт.

Як уже було сказано, міжнародним і вітчизняним стандартом фактично є дискети розміром 133 мм (5-дюймові), ємністю 360... 1200 Кбайт в залежності від кількості використовуваних доріжок і якості магнітного прошарку. Дискети такого розміру застосовуються в персональних ЕОМ. Останнім часом використовуються мікродискети розміром 89 мм і менше. Для захисту дисків від псування в таких дискетах використовується жорсткий корпус (тонка пластмасова коробочка). Ємність 89-міліметрових мікродискет складає 720 або 1400 Кбайт.

У останні роки накопичувачі іншого типу (їх ще називають накопичувачами на жорстких магнітних дисках (НЖМД), або “вінчестерами”, а в англомовній літературі “hard disk”) набули великої популярності завдяки своїй значній ємності при малих габаритних розмірах. Типовий НЖМД для ПЕОМ має ємність 20... 800 Мбайт, обсяг 1...2 куб. дм і масу порядку 1 кг.

Кращі з НЖМД мають характеристики, у декілька разів перевищуючи вказані (наприклад, ємність у сотні мегабайт). Провідні зарубіжні виробники 133-міліметрових НЖМД у даний час завзято штурмують 2000-мегабайтний рубіж.

Основу НЖМД складає пакет із декількох дискових пластин, засланих із двох боків магнітним матеріалом і розміщених разом із голівками запису-читання у герметичному корпусі. Більшість НЖМД, що випускаються, мають диски діаметром 133 мм, а зовнішні габаритні розміри таких накопичувачів збігаються з габаритами НГМД, що дуже важливо з погляду їхньої взаємної заміни.

Для великих ЕОМ поставляються НЖМД збільшених розмірів із підвищеною ємністю в сотні і більше мегабайт.

Для кожної магнітної поверхні дискового пакета передбачена своя магнітна голівка запису-читання. За допомогою утримувачів, з'єднаних із кроковим двигуном, вони одночасно переміщуються по однойменним робочим доріжкам пакету, що обертається іншим двигуном із постійною швидкістю 1,5...3,5 тис. обертів на хвилину. Герметизація пакету і голівок за допомогою металевої кришки охороняє їх від пилу і вологи.

Щоб одержати необхідну ємність на порівняно невеликій поверхні диска, ширина доріжки повинна бути маленькою, менше 0,1 мм. Тому в накопичувачах підвищеної ємності із великою кількістю доріжок для переміщення голівок застосовують два двигуни - один для приблизного, а інший для точного встановлення на доріжку. Точна і тонка механіка НЖМД не виносить різких ударів. Перед переміщенням накопичувача його голівки необхідно перевести у транспортне положення. В операційній системі ЕОМ для цього є спеціальна команда паркування голівок (“рагk”). Деякі сучасні НЖМД при вимиканні живлення самостійно виконують паркування, користуючись запасеною енергією.

Існує біля 50 логічних несумісних типів 133-мілиметрових НЖМД, що відрізняються кількістю пластин, голівок, доріжок, секторів на доріжках і їхньою ємністю. У настановних параметрах (“setup”) ЕОМ, необхідних для нормального функціонування ОС, обов'язково вказується тип жорсткого диску.

Двигунами і голівками управляє електронний блок, розміщений на плиті, що прикріплена до корпуса НЖМД і складає з ним одне ціле. Для зменшення габаритів блоку в ньому застосовуються мікросхеми підвищеної інтеграції і мікропроцесори.

Аналогічно дисплеям стикування НЖМД із головним процесором ЕОМ здійснюється за допомогою спеціального блоку - контролера, або адаптера. У великих ЕОМ ця з’єднуюча апаратура називається каналом. Безпосереднє логічне керування НЖМД виконує програма-драйвер, що є присутня у складі операційної системи.

Накопичувачами на жорстких магнітних дисках (133 мм) сьогодні комплектується абсолютна більшість персональних ЕОМ, за винятком найдешевших. НЖМД - служить головним оперативним довгочасним сховищем інструментальних програм, програм користувачів і даних. Зовнішньо наявність НЖМД, розташованого, як правило, всередині головного (системного) блоку машини, помітна частіше усього лише по відповідній сигнальній лампочці.

При вмиканні ПЕОМ відбувається розкручування дискового пакета всередині накопичувача, що супроводжується характерним наростаючим звуком. Слабкий шум від обертання пакета чутний увесь час, поки включена машина. Переміщення голівок між доріжками легко розпізнати по додатковому звуку щиглів, що виробляє кроковий двигун накопичувача. Відхилення від звичної звукової картини роботи ПЕОМ повинні насторожувати користувача, тому що вони можуть свідчити про появу недоліків, що потребують негайного втручання.

Принтери, хоча і не входять безпосередньо до складу ПЕОМ, є неодмінним атрибутом автоматизованих робочих місць на їхній основі. Принципи дії сучасних принтерів для ПЕОМ різноманітні. Головним показником є якість друку і швидкість.

Розрізняють такі умовні різновиди якості друку: чорновий, посилений, майже типографський і типографський. У тексті ці різновиди якості названі відповідно посереднім, середнім, гарним і відмінним. Швидкість друку у різних принтерів коливається від 12 символів/с до 8 сторінок/хв. ( біля 300 символів/с).

Найбільш часто з ПЕОМ використовуються матричні принтери. У них зображення окремих знаків будуються на матриці розміром 9х9, крапки якої формуються ударами через фарбуючу стрічку найтонших стрижнів (діаметром 0,2-0,3 мм). Число стрижнів звичайно дорівнює 9, так що крапки в межах матриці стикаються, створюючи безперервні лінії. Вузол , що друкує - голівка зі стрижнями - рухається в горизонтальному напрямку, і знаки можуть друкуватися як при прямому, так і при оберненому ході, що дозволяє досягати високої швидкості друку - до 200 знаків у секунду.

Якість друку у принтерів цього типу коливається від посереднього до гарного, але проте вони дешеві, компактні, не потребують спеціального паперу і працюють досить швидко. Крім того, ці принтери мають важливу перевагу: оскільки рухом стрижнів, кроком переміщення голівки по горизонталі і рухом паперу по вертикалі можна управляти за допомогою програми, то легко створювати довільні шрифти, а також виводити на принтер будь-які графічні зображення. Деякі принтери заздалегідь постачаються П3П з декількома шрифтами; в інших принтерах є буфер, у який можна завантажити на початку роботи свій шрифт, а потім використовувати його поряд з вмонтованим стандартним шрифтом. Більшість крапково-матричних принтерів мають різні режими друку і декілька розмірів шрифтів. Деякі високоякісні принтери мають голівки з 24 стрижнями, що дозволяє друкувати знаки майже типографської якості.

Інший тип принтерів заснований на використанні змінних шрифтоносіїв у вигляді дисків із нанесеними літерами якогось алфавіту. Ці принтери, які іноді називають ромашковими, дають відмінний друк типографської якості (подібно гарній друкарській машинці), але їхні очевидні недоліки - низька швидкість ( до 60 знаків/с) і можливість використання лише стандартних шрифтів, наявних на шрифтоносіях.

Принтери термографічного типу компактні, дешеві, безшумні та можуть давати середню і гарну якість друку, але вони потребують спеціального паперу, не завжди наявного в розпорядженні користувачів. Деякі з них впливають теплом прямо на папір, інші розтоплюють фарбуючу речовину, що потім лягає на папір. Ці принтери менш довговічні в порівнянні з іншими типами. Частіше усього вони застосовуються в портативних ЕОМ через малі розміри.

Струйні принтери пригорнули останнім часом увагу до себе тим, що вони працюють безшумно, можуть давати середню і гарну якість друку, у тому числі з декількома рівнями яскравості, а деякі з них забезпечують і кольоровий друк. Принцип дії заснований на тому, що під керуванням програми із сопла , що переміщується по горизонталі , на папір викидаються дрібні краплинки чорнил, формуючи необхідні зображення. Проте поки принтери не особливо поширені; їх головні недоліки - необхідність спеціальних чорнил, що не засмічують сопло голівки, і чутливість до якості паперу. Ці принтери не дозволяють робити відразу декілька копій.

Останнє слово техніки друкувальних пристроїв пов'язане із лазерними принтерами. Поліпшення конструкції лазера, оптичної частини і вузла , що друкує , призвело до значного здешевлення лазерних принтерів, зменшення їхніх габаритів і збільшення надійності. Лазерний промінь сканує під керуванням програми по поверхні барабану, із якого потім на папір переноситься фарбуюча речовина. Якість друку в лазерних принтерів відмінна, швидкість роботи - до 8 рядків/хв. У графічному режимі ці принтери друкують із дозволяючою спроможністю біля 12 крапок/мм. Можливе використання вмонтованих шрифтів або шрифтів, що завантажуються. За габаритами лазерні принтери можна порівняти із телевізором середнього розміру. Але поки вони залишаються дорожче інших типів принтерів. Крім того, досить дорогим є змінний друкуючий вузол, що включає барабан із фарбуючою речовиною.

Усі типи принтерів приєднуються до ПЕОМ за посередництвом спеціального контролера, що реалізує протокол обміну на основі паралельного або послідовного інтерфейсу.

5.4. Класифікація обчислювальних систем

Персональні комп'ютери і робочі станції. Персональні комп'ютери (ПК) з'явилися в результаті еволюції міні-комп'ютерів при переході елементної бази машин з малою і середньою мірою інтеграції на великі та надвеликі інтегральні схеми. ПК, завдяки своїй низькій вартості, дуже швидко завоювали хороші позиції на комп'ютерному ринку і створили передумови для розробки нових програмних засобів, орієнтованих на кінцевого користувача. Це передусім - "дружні інтерфейси" користувача, а також проблемно-орієнтовані середовища і інструментальні засоби для автоматизації розробки прикладних програм.

Міні-комп'ютери стали пращурами і іншого напряму розвитку сучасних систем - 32-розрядних машин. Створення RISC-процесорів і мікросхем пам'яті ємністю більше за 1 Мбіт привело до остаточного оформлення настільних систем високої продуктивності, які сьогодні відомі як робочі станції. Первинна орієнтація робочих станцій на професійних користувачів (на відміну від ПК, які на початку орієнтувалися на самого широкого споживача-непрофесіонала) привела до того, що робочі станції - це добре збалансовані системи, в яких висока швидкодія поєднується з великим об'ємом оперативної і зовнішньої пам'яті, високопродуктивними внутрішніми магістралями, високоякісною і швидкодіючою графічною підсистемою та різноманітними пристроями вводу/виводу. Ця властивість вигідно відрізняє робочі станції середнього та високого класу від ПК і сьогодні. Навіть найбільш могутні IBM PC сумісні ПК не в змозі задовольнити зростаючі потреби систем обробки із-за наявності в їх архітектурі ряду "вузьких місць".

Сучасний ринок "персональних робочих станцій" не просто визначити. По суті він являє собою сукупність архітектурних платформ персональних комп'ютерів і робочих станцій, які з'явилися в даний час, оскільки постачальники комп'ютерного устаткування приділяють все більшу увагу ринку продуктів для комерції і бізнесу. Цей ринок традиційно вважався вотчиною міні-комп'ютерів і мейнфреймів, які підтримували роботу настільних терміналів з обмеженим інтелектом. У минулому персональні комп'ютери не були досить могутніми і не мали в своєму розпорядженні достатні функціональні можливості, щоб служити адекватною заміною підключених до головної машини терміналів. З іншого боку, робочі станції на платформі UNIX були дуже сильні в науковому, технічному і інженерному секторах та були майже також незручні, як і ПК для того, щоб виконувати серйозні офісні додатки. Відтоді ситуація змінилася корінним чином. Персональні комп'ютери в даний час мають достатню продуктивність, а робочі станції на базі UNIX мають програмне забезпечення, здатне виконувати більшість функцій, які стали асоціюватися з поняттям "персональної робочої станції". Ймовірно обидва ці напрямки можуть серйозно розглядатися як мережевий ресурс для систем масштабу підприємства. У результаті цих змін практично пішли зі сцени старомодні міні-комп'ютери з їх патентованою архітектурою і використанням терміналів, що приєднуються до головної машини. По мірі продовження процесу розукрупнення (downsizing) і збільшення продуктивності платформи Intel найбільш могутні ПК (але все ж частіше відкриті системи на базі UNIX) стали використовуватися як сервери, поступово замінюючи міні-комп'ютери.

X-термінали. X-термінали являють собою комбінацію бездискових робочих станцій і стандартних ASCII-терміналів. Бездискові робочі станції часто застосовувалися як дорогі дисплеї і в цьому випадку не повністю використали локальну обчислювальну потужність. Одночасно багато які користувачі ASCII-терміналів хотіли поліпшити їх характеристики, щоб отримати можливість роботи в багатовіконній системі і графічні можливості. Зовсім недавно, як тільки стали доступними дуже могутні графічні робочі станції, з'явилася тенденція застосування "підлеглих" X-терміналів, які використовують робочу станцію як локальний сервер.

На комп'ютерному ринку X-термінали займають проміжне положення між персональними комп'ютерами і робочими станціями. Постачальники X-терміналів заявляють, що їх вироби більш ефективні у вартісному відношенні, чим робочі станції високого цінового класу, і пропонують збільшений рівень продуктивності в порівнянні з персональними комп'ютерами. Швидке зниження цін, що прогнозується іноді в секторі X-терміналів, в даний час йде очевидно завдяки конкуренції, що загострилася в цьому секторі ринку. Багато компаній розпочали активно конкурувати за розподіл ринку, а швидкий ріст об'ємного постачання створив передумови для створення такого ринку. У даний час вже досягнута ціна в $1000 для Х-терміналів початкового рівня, що робить цю технологію доступною для користувача бази.

Як правило, вартість X-терміналів складає біля половини вартості порівнянної по конфігурації бездискової машини і приблизно чверть вартості повністю оснащеної робочої станції.

X-термінали відрізняються від ПК і робочих станцій не тільки тим, що не виконує функції звичайної локальної обробки. Робота X-терміналів залежить від головної (хост) системи, до якої вони підключені за допомогою мережі. Для того, щоб X-термінал міг працювати, користувачі повинні інсталювати програмне забезпечення багатовіконного сервера X11 на головному процесорі, що виконує прикладну задачу (найбільш відома версія X11 Release 5). Х-термінали відрізняються також від стандартних алфавітно-цифрових ASCII і традиційних графічних дисплейних терміналів тим, що вони можуть бути підключені до будь-якої головної системи, яка підтримує стандарт X-Windows. Більше за те, локальна обчислювальна потужність X-термінала звичайно використовується для обробки відображення, а не обробки додатків (званих клієнтами), які виконуються виключно на головному комп'ютері (сервері). Виведення такого видаленого додатку просто відображається на екрані X-термінала.

Мінімальний об'єм необхідної для роботи пам'яті X-термінала складає 1 Мбайт, але частіше за 2 Мбайта. У залежності від функціональних можливостей виробу оперативна пам'ять може розширятися до 32 Мбайт і більше.

Оснащений стандартною системою X-Windows, X-термінал може відображати на одному і тому ж екрані безліч додатків одночасно. Кожний додаток може виконуватися в своєму вікні і користувач може змінювати розміри вікон, їх розташування і маніпулювати ними в будь-якому місці екрана.

Сервери. Прикладні багатокористувачеві комерційні і бізнес-системи, що включають системи управління базами даних та обробки трансакцій, великі видавничі системи, мережеві додатки і системи обслуговування комунікацій, розробку програмного забезпечення і обробку зображень все більш настирливо вимагають переходу до моделі обчислень "клієнт-сервер" і розподіленій обробці. У розподіленій моделі "клієнт-сервер" частину роботи виконує сервер, а частину - комп'ютер користувача (в загальному випадку клієнтська і призначена для користувача, частини можуть працювати і на одному комп'ютері). Існує декілька типів серверів, орієнтованих на різні застосування: файл-сервер, сервер бази даних, принт-сервер, обчислювальний сервер, сервер додатків. Таким чином, тип сервера визначається виглядом ресурсу, яким він володіє (файлова система, база даних, принтери, процесори або прикладні пакети програм).

З іншого боку існує класифікація серверів, що визначається масштабом мережі, в якій вони використовуються: сервер робочої групи, сервер відділу або сервер масштабу підприємства (корпоративний сервер). Ця класифікація вельми умовна. Наприклад, розмір групи може мінятися в діапазоні від декількох чоловік до декількох сотень чоловік, а сервер відділу обслуговувати від 20 до 150 користувачів. Очевидно в залежності від числа користувачів і характеру задач вимоги, що вирішуються ними до складу обладнання і програмного забезпечення сервера, до його надійності і продуктивності сильно варіюються.

Файлові сервери невеликих робочих груп (не більше за 20-30 чоловік) простіше усього реалізовуються на платформі персональних комп'ютерів і програмному забезпеченні Novell NetWare. Файл-сервер, в даному випадку, виконує роль центрального сховища даних. Сервери прикладних систем і високопродуктивні машини для середовища "клієнт-сервер" значно відрізняються вимогами до апаратних і програмних засобів.

Мейнфрейми. Мейнфрейм - це синонім поняття "велика універсальна ЕОМ". Мейнфрейми і до сьогоднішнього дня залишаються найбільш могутніми (не вважаючи суперкомп'ютерів) обчислювальними системами загального призначення, що забезпечують безперервний цілодобовий режим експлуатації. Вони можуть включати один або декілька процесорів, кожний з яких, в свою чергу, може оснащуватися векторними співпроцесорами (прискорювачами операцій з суперкомп’ютерною продуктивністю). У нашій свідомості мейнфрейми все ще асоціюються з великими по габаритах машинами, що вимагають спеціально обладнаних приміщень з системами водяного охолоджування і кондиціонування. Однак це не зовсім так. Прогрес в області елементо-конструкторської бази дозволив істотно скоротити габарити основних пристроїв. Поряд з надпотужними мейнфреймами, що вимагають організації двохконтурної водяної системи охолоджування, є менш могутні моделі, для охолоджування яких досить примусової повітряної вентиляції, і моделі, побудовані за блоково-модульним принципом, які не вимагають спеціальних приміщень і кондиціонерів.

Основними постачальниками мейнфреймів є відомі комп'ютерні компанії IBM, Amdahl, ICL, Siemens Nixdorf і деякі інші, але ведуча роль належить безумовно компанії IBM. Саме архітектура системи IBM/360, випущеної в 1964 році, і її подальші покоління стали зразком для наслідування. У нашій країні протягом багатьох років випускалися машини ряду ЄС ЕОМ, що були вітчизняним аналогом цієї системи.

У архітектурному плані мейнфрейми являють собою багатопроцесорні системи, що містять один або декілька центральних і периферійних процесорів із загальною пам'яттю, пов'язаних між собою високошвидкісними магістралями передачі даних. При цьому основне обчислювальне навантаження лягає на центральні процесори, а периферійні процесори (в термінології IBM - селекторні, блок-мультиплексні, мультиплексні канали і процесори телеобробки) забезпечують роботу з широкою номенклатурою периферійних пристроїв.

Спочатку мейнфрейми орієнтувалися на централізовану модель обчислень, працювали під управлінням патентованих операційних систем і мали обмежені можливості для об'єднання в єдину систему обладнання різних фірм-постачальників. Однак, підвищений інтерес споживачів до відкритих систем, побудованих на базі міжнародних стандартів і які дозволяють досить ефективно використати всі переваги такого підходу, примусив постачальників мейнфреймів істотно розширити можливості своїх операційних систем в напрямі сумісності. У даний час вони демонструють свою "відвертість", забезпечуючи відповідність зі специфікаціями POSIX 1003.3, можливість використання протоколів міжсполучень OSI і TCP/IP або надаючи можливість роботи на своїх комп'ютерах під управлінням операційної системи UNIX власної розробки.

5.5. Класи персональних комп'ютерів і тенденція їх розвитку

За сукупністю базових показників структури, конструктивним виконанням, масо-габаритними характеристиками і призначенням за кордоном виділяють такі головні категорії ПЕОМ: настільні, підлогові та портативні. Кожна з категорій ПЕОМ має визначені типи, головним чином обумовлені потужністю і масо-габаритними характеристиками.

Головні параметри і загальні технічні вимоги до ПЕОМ визначені ГОСТ-27201-87 для таких областей застосування: індивідуального використання в побутових умовах, масового навчання (робочі місця учнів), професійного навчання і діяльності (обробка текстів, планування, економічні та інженерні розрахунки), складної професійної діяльності (освіта, охорона здоров'я, наукова, інженерна, адміністративно-управлінська, фінансова, економічна та ін.), автоматизації проектування, наукових досліджень, технологічних процесів.

Настільні ПЕОМ поширені найбільше широко. В них оптимально поєднуються прийнятні показники призначення і гнучкі функціональні можливості, необхідні для побудови АРМ різноманітного призначення. Головними типами є малі, середні і “важкі” ПЕОМ. Останні являють собою модульні ПЕОМ відкритого типу, вони розраховані на роботу одного користувача та володіють суттєвими функціональними можливостями за рахунок підключення модулів блока розширення, додаткового периферійного обладнання, мережевих засобів.

Підлогові ПЕОМ за своїми можливостями загалом аналогічні настільним “важким” ПЕОМ, за винятком гнучкості в підключенні блоку розширення. Ці ПЕОМ мають, як правило, апаратні та програмні засоби для використання в якості серверів у локальних мережах, а також для зв'язку з потужними ЕОМ загального призначення по уніфікованих стиках і засобах сполучення мереж. Головні типи підлогових ПЕОМ базуються на високопродуктивних МП типу 80286, 80386, 80486, 68020, 68030, 68040 з ОЗП ємністю 2-4 і більш Мбайт, здвоєних НГМД підвищеної ємності, здвоєних НМД типу “вінчестер” значної ємності (40 Мбайт і більш), підтримуваних потоковими НМЛ для скидання інформації з НМД (або локальних мереж).

У моделях використовуються растрові дисплеї зі збільшеним екраном (47 см і більш), із підвищеною дозволяючою спроможністю (720х400; 1024х768), а додаткові кольорові дисплеї (640х480крапок) мають можливість відображення до 256 кольорів.

ПЕОМ додатково комплектуються адаптером виходу на приладні інтерфейси та інтерфейси вводу-виведення мікро-ЕОМ, а також арифметичними прискорювачами.

В даний час істинно 32-розрядні підлогові ПЕОМ за своїми функціональними можливостями відповідають робочим станціям малої і середньої продуктивності, але мають більш низьку вартість.

Портативні ПЕОМ орієнтовані в основному на застосування у професійній діяльності поза своєю організацією, а також на перенесення результатів на більш потужні настільні та підлогові ПЕОМ. В залежності від ступеня портативності й умов використання в даний час розрізняють такі основні типи ПЕОМ: ПЕОМ, що транспортуються; переносні типу “валіза”; переносні типу “дипломат”; “кишенькові” (типу “книги” і “записної книжки”).

Моделі в залежності від призначення розділяються на ті, що мають зовнішнє джерело живлення, автономне живлення і їх комбінацію. У переносних моделях замість моніторів використовуються одно- і двосторонні плоскі екрани, що встановлюються в робочому стані під кутом до клавіатури, яка розміщується на столі. В основному застосовують рідкокристалеві, газоплазменні і електролюмінісцентні екрани різноманітної якості, споживаної потужності, контрастності. У більшості портативних ПЕОМ передбачені засоби для підключення зовнішніх стандартних моніторів для тривалого використання на одному місці.

Сучасні портативні ПЕОМ “важкого” типу мають конструкцію, що забезпечує можливість їх переважного використання в якості настільних ПЕОМ вдома й в офісі. У таких ПЕОМ використовуються портативні клавіатури, що мають 80-85 клавіш, а також передбачається підключення зовнішніх уніфікованих (в основному IВМ РС АТ-сумісні 105-клавіш) клавіатур.

У ряді ПЕОМ є 1-2 гнізда внутрішнього розширення, в інших забезпечується підключення зовнішнього блока розширення. Машини мають ОЗП достатньо великої ємності і можливість для розширення.

У моделях, як правило, є порти вводу-виведення типу Centronics, RS-232С, EGA/VGA, а також засоби для підключення додаткової цифрової клавіатури, зовнішнього НГМД, шини розширення, заглушки для гнізд розширення.

У більшості портативних ПЕОМ з автономним живленням (в основному від нікель-кадмієвих батарей із можливістю перерозрядки) забезпечуються автоматичне і ручне вимикання екрана, НМД і переведення машини в знижене енергоспоживання (за винятком ОЗП) при відносній бездіяльності.