Основные блоги компьютера

Постоянная память

Постоянная память (ПЗУ, англ. ROM, Read Only Memory– память только для  чтения) – энергонезависимая память, используется для хранения данных, которые никогда не потребуют  изменения. Содержание памяти специальным  образом "зашивается" в микросхеме BIOS при его изготовлении для постоянного  хранения. Из ПЗУ можно только читать.

BIOS (Basic Input/Output System) – это  базовая система ввода-вывода. BIOS представляет собой сложную систему,  состоящую из большого количества  утилит, предназначенных для автоматического  распознавания установленного на компьютер оборудования, его настройки и проверки функционирования.

В состав этой системы входят различные программы ввода-вывода, которые обеспечивают взаимодействие между операционной системой, прикладными  программами с одной стороны  и устройствами, входящими в состав компьютера (внутренними и внешними) с другой.

Первоначально BIOS предназначалась  для осуществления тестирования компьютера при включении – так  называемых POST(Power On Self Test) или BIST(Built In Self Test)-процедур, и обеспечивания последующей  загрузки ОС. Это справедливо для  ПК семейств i8086, i8088 и для значительной части семейства 80286.

В настоящее время BIOS представляет собой сложную систему, состоящую  из большого количества утилит, предназначенных  для автоматического распознавания установленного на компьютер оборудования, его настройки и проверки функционирования. Вызов программ BIOS, как правило, осуществляется через программные или аппаратные прерывания. При включении питания компьютера BIOS тестирует (POST – Power-On-Self-Test) компоненты системы – процессор, память, приводы дисков (как жестких, так и флоппи-дисководов), клавиатуру т.д.

BIOS реализован в виде микросхемы, установленной на материнской плате компьютера. Заметим, что название ROM BIOS в настоящее время не совсем справедливо, ибо "ROM" предполагает использование постоянных запоминающих устройств (Read Only Memory), а для хранения кодов BIOS в настоящее время применяют в основном перепрограммируемые запоминающие устройства. Наиболее перспективной для хранения системы BIOS является флэш-память (сменные карты памяти). Она позволяет модифицировать функции для поддержки новых устройств, подключаемых к компьютеру. 

Самыми распространенными  типами флэш-карт сегодня являются CompactFlash (CF), SmartMedia (SM), Securе Digital (SD), MultiMediaCard (MMC) и Memory Stick (MS), которые отличаются друг от друга интерфейсами, габаритами, скоростью чтения/записи и максимально возможной емкостью.

На физическом уровне у  флэш-памяти различных стандартов много  общего, и в первую очередь это  архитектура массива памяти и  устройство самой ячейки памяти. Принципиальное отличие флэш-памяти от RAM-памяти заключается  в том, что это энергонезависимая  память, способная в течение неограниченного  времени сохранять информацию при  отсутствии внешнего питания.

В принципе, существует несколько  типов энергонезависимой памяти, и в этом смысле флэш-память –  лишь одна из ее разновидностей. Система BIOS неразрывно связана с СMOS RAM (CMOS – Complementary Metal Oxide Semiconductor).

CMOS(полупостоянная память) – небольшой участок памяти  для хранения параметров конфигурации  компьютера, который регулируется  с помощью утилиты CMOS Setup Utility. Обладает низким энергопотреблением. Содержимое CMOS-памяти не изменяется  при выключении электропитания  компьютера, поскольку для ее  электропитания используется специальный  аккумулятор. 

Видеопамять

Видеопамять – разновидность  оперативного ЗУ, в котором хранятся закодированные изображения. Это ЗУ организовано так, что его содержимое доступно сразу двум устройствам – процессору и дисплею. Поэтому изображение на экране меняется одновременно с обновлением видеоданных в памяти.

Скорость, с которой информация поступает на экран, и количество информации, которое выходит из видеоадаптера  и передается на экран – все  зависит от трех факторов:

■разрешения вашего монитора;

■количества цветов, из которых  можно выбирать при создании изображения;

■частота, с которой происходит обновление экрана;

Разрешение определяется количеством пикселов на линии и  количеством самих линий. Поэтому  на дисплее с разрешением 1024х768, типичном для систем, использующих ОС Windows, изображение  формируется каждый раз при обновлении экрана из 786,432 пикселов информации.

Обычно частота обновления экрана измеряется в герцах (Hz), или  циклах в секунду. Следствием мерцания экрана является зрительное напряжение и усталость глаз при длительном наблюдении за изображением. Для уменьшения усталости глаз и улучшения эргономичности изображения значение частоты обновления экрана должно быть не менее 75 Hz.

Число допускающих воспроизведение  цветов, или глубина цвета –  это десятичный эквивалент двоичного  значения количества битов на пиксел. Так, 8 бит на пиксел эквивалентно 28 или 256 цветам, 16-битный цвет, часто называемый просто high-color, отображает более 65,000 цветов, а 24-битный цвет, также известный, как истинный или true color, может представить 16.7 миллионов цветов. 32-битный цвет с целью избежания путаницы обычно означает отображение истинного цвета с дополнительными 8 битами, которые используются для обеспечения 256 степеней прозрачности. Так, в 32-битном представлении каждый из 16.7 миллионов истинных цветов имеет дополнительные 256 степеней доступной прозрачности. Такие возможности представления цвета имеются только в системах высшего класса и графических рабочих станциях.

Накопители на дисках

Жёсткий диск – винчестер.

Жесткие магнитные диски  представляют собой несколько десятков дисков, размещенных на одной оси, заключенных в металлический  корпус и вращающихся с большой  угловой скоростью. За счет гораздо  большего количества дорожек на каждой стороне дисков и большого количества дисков информационная емкость жестких  дисков может в десятки тысяч  раз превышать информационную емкость  дискет.

Как и у дискеты, рабочие  поверхности платтеров разделены  на кольцевые концентрические дорожки, а дорожки – на секторы. Головки  считывания-записи вместе с их несущей  конструкцией и дисками заключены  в герметически закрытый корпус, называемый модулем данных. При установке  модуля данных на дисковод он автоматически  соединяется с системой, подкачивающей  очищенный охлажденный воздух. 

Поверхность платтера имеет  магнитное покрытие толщиной всего  лишь в 1,1 мкм, а также слой смазки для предохранения головки от повреждения при опускании и  подъёме на ходу. При вращении платтера над ним образуется воздушный  слой, который обеспечивает воздушную  подушку для зависания головки  на высоте 0,5 мкм над поверхностью диска.

Каждая такая головка  состоит из двух элементов: записывающей головки и магниторезистивной считывающей  головки. Записывающая головка это  миниатюрный электромагнит, состоящий  из сердечника и катушки индуктивности. В разрезе между полюсами сердечника создается магнитное поле нужной направленности, которое и намагничивает  рабочую поверхность диска, создавая магнитный домен с заданным направлением намагниченности.

Головка чтения представляет собой магниторезистивный (MR) элемент, который меняет свое сопротивление  в присутствии магнитного поля. В  целях сохранения информации и работоспособности  жесткие диски необходимо оберегать  от ударов и резких изменений пространственной ориентации в процессе работы.

Накопители на флоппи-дисках

Накопители на флоппи-дисках работают с гибкими магнитными дисками (НГМД) или просто дискетами. 

Гибкий диск, дискета (англ. floppy disk) – устройство для хранения небольших объёмов информации, представляющее собой гибкий пластиковый диск в  защитной оболочке. Используется для  переноса данных с одного компьютера на другой.

Дискета состоит из круглой  полимерной подложки, покрытой с обеих  сторон магнитным окислом и помещенной в пластиковую упаковку, на внутреннюю поверхность которой нанесено очищающее  покрытие. В упаковке сделаны с  двух сторон радиальные прорези, через  которые головки считывания/записи накопителя получают доступ к диску.

Информация записывается по концентрическим дорожкам (трекам), которые делятся на секторы. Количество дорожек и секторов зависит от типа и формата дискеты. Сектор хранит минимальную порцию информации, которая  может быть записана на диск или  считана. Ёмкость сектора постоянна  и составляет 512 байтов.

На дискете можно хранить  от 360 Килобайт до 2,88 Мегабайт информации. В настоящее время используются дискеты со следующими характеристиками: диаметр 3,5 дюйма (89 мм), ёмкость 1,44/2,88 Мбайт, число дорожек 80, количество секторов на дорожках 18. Ранее также использовались дискеты диаметром 5,25 дюймов, емкость которых была 360 Кбайт или 1,2 Мбайта.

Дискета устанавливается  в накопитель на гибких магнитных  дисках (англ. floppy-disk drive), автоматически  в нем фиксируется, после чего механизм накопителя раскручивается до частоты вращения 360 мин-1. В накопителе вращается сама дискета, магнитные  головки остаются неподвижными. Дискета  вращается только при обращении  к ней. Накопитель связан с процессором  через контроллер гибких дисков.

Накопители на оптических дисках

Лазерные дисководы (CD-ROM и DVD-ROM) используют оптический принцип  чтения информации. По внешнему виду как сами дисководы, так и диски для CD-ROM и DVD-ROM практически не различаются. 

Принцип действия накопителя на оптическом диске таков: Точно  сфокусированный лазерный луч отражается от поверхности пластмассового диска. Информация записывается в виде углублений на спиральной дорожке. Отраженный модулированный свет попадает в фотоприемник и затем  преобразуется в стандартный  сигнал. На диске данные записываются на очень узкую (в 100 раз тоньше человеческого  волоса) спиральную дорожку, полная длина  которой составляет 5 км. Любой диск имеет прозрачную поликарбонатную  подложку, которая придает ему  жесткость, отражающий металлический  слой и защитный слой акрилового пластика (на нем печатается этикетка). Технология лазерных дисков развивается в нескольких направлениях. Это CD и DVD-носители.

Контроллеры

Контроллер(адаптер) – устройство, которое связывает внутренние и внешние устройства компьютера с центральным процессором, освобождая процессор от непосредственного управления функционированием данного оборудования. Контроллеры существуют для всех устройств, не расположенных на материнской плате. Рассмотрим самые важные и часто используемые контроллеры:

Видеокарта

Видеокарта(видеоадаптер, видеоконтроллер) – это электронная плата, которая обрабатывает видеоданные (текст и графику) и управляет работой дисплея: посылает в дисплей сигналы управления яркостью лучей и сигналы развертки изображения. 

Видеоконтpоллеp отвечает за вывод изобpажения из видеопамяти, pегенеpацию ее содеpжимого, фоpмиpование сигналов pазвеpтки для монитоpа и обpаботку запpосов центpального пpоцессоpа. Для исключения конфликтов пpи обpащении к памяти со стоpоны видеоконтpоллеpа и центpального пpоцессоpа пеpвый имеет отдельный буфеp, котоpый в свободное от обpащений ЦП вpемя заполняется данными из видеопамяти. Если конфликта избежать не удается – видеоконтpоллеpу пpиходится задеpживать обpащение ЦП к видеопамяти, что снижает пpоизводительность системы; для исключения подобных конфликтов в pяде каpт пpименяется так называемая двухпоpтовая память, допускающая одновpеменные обpащения со стоpоны двух устpойств.

Многие совpеменные видеоконтpоллеpы является потоковыми – их pабота основана на создании и смешивании воедино нескольких потоков гpафической инфоpмации. Обычно это основное изобpажение, на котоpое накладывается изобpажение аппаpатного куpсоpа мыши и отдельное изобpажение в пpямоугольном окне. Видеоконтpоллеp с потоковой обpаботкой, а также с аппаpатной поддеpжкой некотоpых типовых функций называется акселеpатоpом или ускоpителем, и служит для pазгpузки ЦП от pутинных опеpаций по фоpмиpованию изобpажения. Видеокарта состоит из тpех основных устpойств: памяти, ЦАП и ПЗУ.

Видеопамять служит для хpанения изобpажения. От ее объема зависит максимально возможное полное pазpешение видеокаpты – A x B x C, где A – количество точек по гоpизонтали, B – по веpтикали, и C – количество возможных цветов каждой точки. Hапpимеp, для pазpешения 640x480x16 достаточно 256 кб, для 800x600x256 - 512 кб, для 1024x768x65536 (дpугое обозначение – 1024x768x64k) – 2 Мб, и т.д. Поскольку для хpанения цветов отводится целое число pазpядов, количество цветов всегда является степенью двойки (16 цветов – 4 pазpяда, 256– 8 pазpядов, 64k – 16, и т.д.).

ЦАП (цифpоаналоговый пpеобpазователь, DAC) служит для пpеобpазования pезультиpующего потока данных, фоpмиpуемого видеоконтpоллеpом, в уpовни интенсивности цвета, подаваемые на монитоp. Многие совpеменные монитоpы используют аналоговый видеосигнал, поэтому возможный диапазон цветности изобpажения опpеделяется только паpаметpами ЦАП. Большинство ЦАП имеют pазpядность 8x3 – тpи канала основных цветов (кpасный, синий, зеленый, RGB) по 256 уpовней яpкости на каждый цвет, что в сумме дает 16.7 млн. цветов. Обычно ЦАП совмещен на одном кpисталле с видеоконтpоллеpом.

Видео-ПЗУ – постоянное запоминающее устpойство, в котоpое записаны видео-BIOS, экpанные шpифты, служебные таблицы и т.п. ПЗУ не используется видеоконтpоллеpом напpямую – к нему обpащается только центpальный пpоцессоp, и в pезультате выполнения им пpогpамм из ПЗУ пpоисходят обpащения к видеоконтpоллеpу и видеопамяти. ПЗУ необходимо только для пеpвоначального запуска адаптеpа и pаботы в pежиме MS DOS; опеpационные системы с гpафическим интеpфейсом не используют ПЗУ для упpавления адаптеpом.