Zariadenia na spracovanie, ukladanie a prenos digitálnych informácií. Zariadenia na digitálne spracovanie informácií

Moderné digitálne zariadenia: dotykové obrazovky skenery fotoaparáty videokamery mobilné telefóny webové fotoaparáty fotoaparáty na dokumenty videoprojektory zariadenia na bezdrôtový prenos údajov video monitorovacie systémy elektronické knihy digitálne mikroskopy

Dotykové obrazovky môžu byť vybavené televízormi, počítačovými monitormi a inými obrazovkami. Môžu byť inštalované v platobných termináloch, v zariadeniach na automatizáciu obchodu, vo vreckových počítačoch, v operátorských paneloch v priemysle.

Skenovacie zariadenia Skener je zariadenie určené na zadávanie rôznych farebných a čiernobielych obrázkov (fotografie, kresby, diapozitívy) do počítača, ako aj textových informácií z listu papiera, zo stránky knihy alebo časopisu. Skener sa používa pri potrebe vložiť text a/alebo grafický obrázok z existujúceho originálu do počítača na jeho ďalšie spracovanie (úpravy a pod.).

Skener je zariadenie na zadávanie informácií z papiera do pamäte počítača a ďalšiu úpravu textu alebo obrázkov.

Oblasti použitia kamier Široko používané v polygrafickom priemysle, vedeckom výskume, medicíne, geológii, forenznej vede. V týchto a mnohých iných odvetviach je pomerne často potrebné získať obrázky takmer okamžite, potom ich spracovať a odoslať na veľké vzdialenosti cez internet.

Webkamery sú digitálne kamery schopné zachytávať obrázky v reálnom čase, ktoré sa potom prenášajú cez internet alebo inú video aplikáciu.

Dokumentová kamera je špeciálna videokamera. Používa sa, keď je potrebné ukázať niečo malé, čo existuje v jednej kópii (knihy, obrázky, obrázky z mikroskopu). Pripája sa k televízoru, projektoru, počítaču.

Elektronické knihy sú klasifikované ako typ tabletového počítača. Ich vzhľad je spôsobený vývojom a špecializáciou tabletových počítačov vôbec. Niektoré moderné zariadenia sú vybavené dotykovým displejom a majú rozšírenú sadu funkcií a umožňujú nielen čítanie, ale aj úpravu textu.

Výhody Kompaktný a prenosný. Jedno zariadenie dokáže uložiť stovky a tisíce kníh. Okrem toho je zariadenie zvyčajne menšie a ľahšie ako papierová kniha. Nastavenia obrazu. Na žiadosť používateľa môžete zmeniť štýl a veľkosť písma a výstupný formát (v jednom stĺpci alebo v dvoch, na výšku alebo na šírku). Možnosť zmeny veľkosti písma umožňuje čítať knihy aj pre ľudí, ktorým malé, neregulované písmo papierových kníh nedovolí čítať. Pridané vlastnosti. Zariadenie je možné použiť na textové vyhľadávanie, hypertextové odkazy, zobrazenie dočasných výberov a poznámok, elektronické záložky, slovník.

Výhody Vstavané programy - syntetizátory reči umožňujú čítanie textov. E-kniha umožňuje nielen čítanie textov, ale aj zobrazovanie animovaných obrázkov, multimediálnych klipov či prehrávanie audiokníh. Cena textu. Mnohé texty v elektronickej forme sú bezplatné alebo lacnejšie ako v papierovej forme. Dostupnosť. Ak máte internetové pripojenie, texty sú kedykoľvek k dispozícii na stiahnutie z príslušných stránok (elektronických knižníc).

Výhody Šetrné k životnému prostrediu. Na čítanie textov v e-knihe nepotrebujete papier, na výrobu ktorého sa vyrubujú lesy. Bezpečné pre astmatikov, alergikov, domáci prach a papierový prach.

Nevýhody E-čítačky s TFT obrazovkami majú nepriaznivý vplyv na ľudský zrak, podobne ako počítač. Pomerne slabá kvalita obrazu, neporovnateľná s papierovými knihami vydanými na drahom vysokokvalitnom papieri [nešpecifikovaný zdroj 42 dní]. Ako každé elektronické zariadenie, aj čítačky elektronických kníh sú oveľa citlivejšie na fyzický náraz (poškodenie) ako papierové knihy Vysoká cena. Niektoré vydavateľstvá vydávajú elektronickú verziu knihy s oneskorením. Niektoré z kníh oficiálne vôbec nevychádzajú v elektronickej verzii.

Nevýhody V niektorých modeloch [objasnite] sa používa DRM, ktoré ukladá obmedzenia vrátane princípu fair use, takže používanie DRM vedie k situácii, že žiadnu knihu nemožno čítať na žiadnom zariadení. Jedným z nápadných príkladov bolo vzdialené vymazanie legálne zakúpených kníh zo zariadení používateľov. Keďže však nie je ťažké kúpiť e-knihu, ktorá číta formáty, ktoré nepodporujú DRM (napríklad fb 2, rtf, txt atď.), a nie všetky e-knihy majú komunikačné schopnosti, je to len ťažko možné za nevýhodu e-kníh.ako triedy zariadení. Zariadenia na čítanie elektronických kníh vyžadujú pravidelné dobíjanie vstavaných dobíjacích batérií (batérií).

Digitálny mikroskop Digitálny mikroskop je mikroskop vybavený digitálnym zobrazovacím systémom, ktorý prenáša obrázky do počítača. Digitálny mikroskop umožňuje nielen pozorovať mikroobjekty, ale aj dokumentovať obrázky pomocou vstupného systému nainštalovaného na mikroskope a v prípade potreby vykonávať merania na obrázkoch a analyzovať ich pomocou softvéru.

Digitálny mikroskop Digitálne videokamery, digitálne fotoaparáty alebo analógové vstupné systémy možno použiť na prenos obrázkov z mikroskopu alebo stereomikroskopu do počítača. Pomocou týchto zariadení sa obraz z mikroskopu prenáša do počítača na následnú archiváciu alebo spracovanie v prípade potreby. Výber vstupného systému závisí od riešených úloh a požiadaviek na kvalitu obrazu.

Digitálny mikroskop Digitálne mikroskopy umožňujú prenášať obrázky s rôznym zväčšením od niekoľkonásobného až po státisícové zväčšenie

Grafický tablet alebo digitizér je určený na zadávanie grafických obrázkov do počítača a používa sa pri práci s profesionálnymi grafickými a CAD programami, ako aj na vytváranie alebo kopírovanie výkresov alebo fotografií. Umožňuje vytvárať kresby rovnako ako na papieri. Toto vstupné zariadenie pozostáva z tabletu a ukazovateľa. Obraz je prevedený do digitálnej podoby, odtiaľ pochádza aj názov zariadenia (z anglickej číslice – číslo).

Grafický tablet Princíp činnosti digitizéra je založený na upevnení súradníc kurzora na povrchu tabletu pomocou vstavanej sieťky pozostávajúcej z drôtu alebo tlačených vodičov. Zariadenie umožňuje previesť pohyb ukazovateľa na tablete do vektorovej grafiky. Digitalizátor presne určí absolútne súradnice ukazovateľa na tablete a prevedie ich na súradnice bodu na obrazovke monitora.

Grafický tablet Ako ukazovatele sa používajú špeciálne kruhové kurzory a perá. Rovnako ako myši sú aj ukazovatele vybavené tlačidlami. Kurzory umožňujú presne nastaviť súradnice bodu, často sa používajú pri práci v CAD. Perá sa používajú pri práci v grafických editoroch, niektoré sú citlivé na tlak a umožňujú meniť parametre čiar

Grafický tablet Tablety sú pevné a flexibilné. Flexibilné tablety sa dajú zrolovať do tuby, sú pohodlné na prepravu a skladovanie, sú ľahšie, skladnejšie a drahšie, no zároveň majú nižšie rozlíšenie a spoľahlivosť ako pevné.

Grafický tablet Výsledok práce digitalizátora je reprodukovaný na obrazovke monitora a v prípade potreby je možné ho vytlačiť na tlačiarni. Digitalizátory zvyčajne používajú architekti a dizajnéri. Vysoká cena profesionálnych digitizérov s veľkým formátom tabletu a kvalitným vyváženým ukazovateľom limituje použitie tohto vstupného zariadenia

Počas vývoja digitálnej technológie sa vyvinuli počítače širokej škály typov. Na mnohé z nich sa už dávno zabudlo, no iné mali silný vplyv na vývoj moderných výpočtových systémov. Tu uvedieme stručný prehľad niektorých etáp vo vývoji počítačov, aby sme ukázali, ako ľudské myslenie dospelo k modernému chápaniu počítačovej technológie.

Zariadenia uľahčujúce počítanie či zapamätanie si jeho výsledkov sú známe už dlho, ale nás budú zaujímať iba výpočtové zariadenia, ktoré automaticky vykonávajú programy v nich zabudované. Preto tu neuvažujeme o zariadeniach ako sú počítadlá, mechanické sčítačky a elektronické kalkulačky.

Prvú uloženú programovú kalkulačku zostrojil francúzsky vedec Blaise Pascal v roku 1642 bol mechanický s ručným pohonom a mohol vykonávať operácie sčítania a odčítania. Nemecký matematik Gottfried Leibniz v roku 1672 zostrojil mechanický stroj, ktorý vedel robiť aj násobenie a delenie. Prvýkrát stroj pracujúci podľa programu vyvinul v roku 1834 anglický vedec Charles Babbage. Obsahoval pamäťové zariadenie, výpočtové zariadenie, vstupné zariadenie pre dierne štítky a tlačiarenské zariadenie. Príkazy sa čítali z dierneho štítku a vykonávali čítanie údajov z pamäte do výpočtového zariadenia a zapisovanie výsledkov výpočtov do pamäte. Všetky zariadenia Babbageovho stroja vrátane pamäte boli mechanické a obsahovali tisíce ozubených kolies, ktorých výroba si vyžadovala presnosť, ktorá nebola v 19. storočí dostupná. Stroj implementoval ľubovoľné programy napísané na diernom štítku, takže po prvý raz bolo potrebné, aby takéto programy napísal programátor. Prvou programátorkou bola Angličanka Ada Lovelace, na počesť ktorého bol už v našej dobe pomenovaný programovací jazyk Ada.

V XX storočí. elektronika sa začala vyvíjať a jej schopnosti okamžite prevzali vývojári počítačov. Odpočítavanie generácií digitálnych počítačov začína konštrukciou počítačov, ktorých základná sústava prvkov bola postavená na elektronických súčiastkach. Všimnite si, že rozdelenie obdobia vývoja digitálnej techniky na etapy je spojené najmä s presunom základnej sústavy prvkov na nové technológie výroby elektronických súčiastok.

Prvá generácia -

elektrónky (1945-1955)

Základný systém prvkov tejto generácie počítačov bol založený na vákuových trubiciach. Ich použitie určovalo výhody aj nevýhody digitálnych zariadení Elektronické elektrónky poskytovali vysokú rýchlosť spínania logických prvkov, čo zvýšilo rýchlosť výpočtov v porovnaní s pokusmi o vytvorenie počítača, ktorého základný prvok bol postavený na báze tzv. elektromechanické relé. Vákuové trubice boli dostatočne odolné, aby poskytovali spoľahlivú prevádzku počítača. Bohužiaľ, aj v elektrónkových počítačoch bolo veľa nedostatkov. Vákuové elektrónky pracovali s napätím desiatok voltov a spotrebovali veľa energie, navyše veľkosť vákuových elektrónok bola podľa moderných mikroelektronických konceptov obrovská – niekoľko desiatok kubických centimetrov. Na stavbu počítača boli potrebné tisíce logických prvkov, takže veľkosť elektrónkových počítačov v prepočte na obsadenú plochu bola desiatky metrov štvorcových a spotreba elektrickej energie sa pohybovala v jednotkách až desiatkach či dokonca stovkách kilowattov. Tento výkon viedol k prehrievaniu lámp, ktoré boli umiestnené pomerne kompaktne, a kládol za úlohu efektívne chladiť elektronické komponenty stroja. Rýchlosť spracovania informácií v trubicových strojoch sa pohybovala od niekoľkých stoviek až po niekoľko tisíc operácií za sekundu.

Druhá generácia - tranzistory (1955-1965)

Polovodičové zariadenia – tranzistory boli vynájdené v roku 1948. Od elektrónok sa líšili malými rozmermi, nízkym napájacím napätím a nízkou spotrebou energie. Všetky tieto výhody polovodičových zariadení spôsobili revolúciu v elektronickom priemysle. Začali sa objavovať miniatúrne vysielacie a prijímacie rádiové a televízne zariadenia, bolo možné zabudovať riadiace zariadenia priamo do riadiacich objektov atď. Nová základňa prvkov pre počítače na báze tranzistorov spôsobila revolúciu vo výrobe počítačov. Výrazné zníženie veľkosti, spotreby energie a zníženie nákladov umožnilo vytvárať počítačové architektúry s veľkou funkčnosťou, dramaticky zvýšiť rýchlosť počítačov na státisíce a dokonca milióny operácií za sekundu. Zvýšenie produktivity bolo zabezpečené jednak vyššou rýchlosťou činnosti tranzistorov v porovnaní s vákuovými elektrónkami, jednak zavedením niekoľkých paralelne pracujúcich procesorových zariadení do počítača. Plocha potrebná na umiestnenie počítača sa zmenšila na _ niekoľko metrov štvorcových, robili sa pokusy o vytvorenie desktopových verzií. Pokles nákladov zvýšil počet potenciálnych používateľov počítačov. Objavili sa veľké firmy na výrobu univerzálnych počítačov: International Business Machines (IBM), Control Data Corporation (CDC) Digital Equipment Corporation (DEC) a iné.Treba si uvedomiť počítač PDP-8 firmy DEC - prvý minipočítač so spoločnou zbernicou, ktorý mal veľký vplyv na vývoj architektúr osobných počítačov.

Tretia generácia - integrálne schémy (1965-1980)

Polovodičové prvky a iné elektronické súčiastky vyrábal elektronický priemysel ako samostatné prvky. Takže polovodičový kryštál, na ktorom bol umiestnený tranzistor, bol uzavretý v špeciálnom kovovom alebo plastovom puzdre. Požiadavka na zmenšenie veľkosti el

zariadenia viedli k tomu, že najskôr sa začali vyrábať polovodičové súčiastky v prevedení open-frame a potom v roku 1958 došlo k pokusu umiestniť všetky súčiastky jednej funkčnej jednotky do jedného polovodičového kryštálu. Takto sa objavili integrované obvody (IC), ktoré umožnili dramaticky zmenšiť veľkosť polovodičových obvodov a znížiť spotrebu energie. Na základe integrovaných obvodov boli postavené minipočítače, ktoré boli vyrobené vo forme jedného stojana a periférnych zariadení. Výkon spotrebovaný počítačom IC sa znížil na stovky wattov. Zvýšenie rýchlosti uzlov postavených na integrovaných obvodoch umožnilo zvýšiť rýchlosť počítačov na desiatky miliónov operácií za sekundu. Elektronický priemysel začal hromadne vyrábať elektronické súčiastky na integrovaných obvodoch, čo umožnilo znížiť ich cenu a dramaticky znížiť náklady na hardvérovú súčasť počítačov. Zníženie nákladov viedlo k vývoju a praktickej implementácii výkonných výpočtových systémov využívajúcich paralelné spracovanie: viacprocesorové a potrubné počítače.

4. generácia - veľmi veľké integrované obvody (od roku 1980)

Mikrominiaturizácia elektronických zariadení viedla k vzniku nového odvetvia - mikroelektronika, ktorá patrí do oblasti špičkových technológií. S využitím najnovších vedeckých a technických výdobytkov fyziky, chémie, kryštalografie, materiálovej vedy a dokonca aj astronautiky (v nulovej gravitácii možno získať polovodičové kryštály veľmi vysokej čistoty) sme dosiahli umiestnenie na jeden kryštál o veľkosti niekoľkých štvorcových milimetrov, prvých stoviek , potom tisíce a nakoniec milióny tranzistorov a iných elektronických súčiastok. Teraz už polovodičový obvod neobsahoval súbor niekoľkých logických prvkov, z ktorých sa potom zostavovali funkčné celky počítača, ale výlučne funkčné celky a predovšetkým CPU, ktorý vzhľadom na svoju veľkosť dostal meno mikroprocesor, ovládače externých zariadení - ovládače externých zariadení. Takéto integrované obvody boli prvýkrát pomenované veľké integrované obvody(BIS) a potom veľmi rozsiahle integrované obvody(VLSI).

Výsledkom takého prudkého rozvoja mikroelektroniky bol vznik jednodoskových počítačov, kde na jednej doske o veľkosti niekoľkých desiatok štvorcových centimetrov bolo umiestnených niekoľko VLSI, obsahujúcich všetky funkčné bloky počítača. Jednodoskové počítače boli zabudované do rôznych priemyselných, medicínskych a domácich zariadení na prevádzkové spracovanie a riadenie informácií. Náklady na jednodoskové počítače klesli natoľko, že ich bolo možné získať jednotlivcami, anglickí inžinieri využili túto príležitosť Steve Jobe a Steve Wozniak. Pomocou funkčných celkov vyrábaných priemyslom: mikropočítačovej dosky s procesorom a pamäťou, klávesnicou, displejom zostavili lacný stolný počítač - mikropočítač. Jeho príťažlivosť pre neprofesionálnych používateľov spočívala v tom, že išlo o zariadenie pripravené na použitie, ktoré obsahovalo všetok potrebný hardvér a softvér na prevádzku. Tento mikropočítač dostal meno Aplikácia! E a stal sa prvým na svete osobný počítač.

Veľká spoločnosť zaoberajúca sa výrobou výkonných výpočtových systémov sa začala zaujímať o osobné počítače, ktoré sa rozšírili na počítačovom trhu - 1VM, a rozhodla sa spustiť výrobu vlastného modelu osobného počítača. Spolu s firmou Intel, ktorý vyvinul mikroprocesorovú súpravu a Microsoft, ktorý vybavil počítač operačným systémom MS DOS, IВМ vytvoril osobný počítač IBM RS. Významný potenciál spoločnosti IBM umožnil v krátkom čase vyrobiť obrovské množstvo takýchto počítačov. Ich atraktívna cena pre kupujúcich a niektoré inovácie, napríklad väčšie množstvo pamäte RAM v porovnaní s osobnými počítačmi iných firiem v tom čase, umožnili IBM PC stať sa najobľúbenejším osobným počítačom na svete.

2.6. Počítačová architektúra pre koncentrované spracovanie informácií

Moderný počítač pozostáva z niekoľkých funkčných jednotiek: procesor, pamäť, radiče zariadení atď. Každý uzol je komplexné elektronické zariadenie, ktoré môže obsahovať milióny logických brán. Pre lepšie pochopenie princípu fungovania každého uzla a počítača ako celku je zavedený koncept úrovní počítačovej reprezentácie.

Úroveň digitálnej logiky -úroveň logických obvodov základnej sústavy prvkov.

Mikroarchitektonická úroveň- úroveň organizácie spracovania informácií v rámci funkčného celku. Patria sem registre na rôzne účely, zariadenie na spracovanie prichádzajúcich príkazov, zariadenie na konverziu údajov a riadiace zariadenie.

Veliteľská úroveň- súbor funkčných celkov a spojení medzi nimi, systém príkazov a dát prenášaných medzi zariadeniami.

Volá sa množina blokov, spojenia medzi nimi, dátové typy a operácie každej úrovne architektúra úrovne.

Architektúra na úrovni príkazov sa bežne označuje ako počítačová architektúra alebo počítačová organizácia. V tejto časti sa pozrieme na rôzne počítačové architektúry. Ďalšie architektúry vrstiev budú diskutované v nasledujúcich častiach.

2.6.1. Pevné architektúry zariadení

Počítače s koncentrovaným spracovaním Ide o výpočtové systémy, v ktorých je kompaktne umiestnené jedno alebo viacero spracovacích zariadení (procesorov) a na výmenu informácií využívajú interné zbernice na prenos údajov. Počítače prvej a druhej generácie mali uzavretú architektúru s obmedzenou sadou externého vybavenia. Táto architektúra je typická pre počítače, ktorých základný systém logických prvkov je postavený na diskrétnych elektronických súčiastkach (vákuové trubice, tranzistory). Zavedenie akéhokoľvek dodatočného funkčného bloku v takýchto architektúrach bolo spojené so zvýšením spotreby energie, zaberaným priestorom a dramaticky zvýšilo cenu celého systému. Počítač vyrobený podľa tejto architektúry teda nemal možnosť pripojiť ďalšie zariadenia, ktoré neposkytol vývojár.

Zväčšená schéma takejto počítačovej architektúry je znázornená na obr. 2.9. Operačná pamäť ukladá príkazy a dáta spustiteľných programov, ALU zabezpečuje nielen numerické spracovanie, ale podieľa sa aj na procese vstupu-výstupu informácie, ktorá vykonáva jej vstup do operačnej pamäte. Vstupný/výstupný kanál je špecializované zariadenie, ktoré funguje na základe príkazov zadaných riadiacim zariadením. Kanál umožňuje pripojenie určitého počtu externých zariadení. Riadiaca jednotka zabezpečuje vykonávanie príkazov programu a riadi všetky uzly systému.

Ryža. 2.9. Architektúra počítača s uzavretým okruhom

Počítače tejto architektúry sú efektívne pri riešení čisto výpočtových problémov. Zle sa hodia na implementáciu počítačových technológií, ktoré vyžadujú pripojenie ďalších externých zariadení a vysokú rýchlosť výmeny informácií s nimi.

6.2. Výpočtové systémy s otvorenou architektúrou

Začiatkom 70. rokov. podľa DEC (Digital Equipment Corporation) bol navrhnutý počítač úplne inej architektúry. Táto architektúra umožňovala voľne pripájať akékoľvek periférne zariadenia, čo okamžite zaujalo vývojárov riadiacich systémov pre rôzne technické systémy, keďže umožňovalo bezplatné pripojenie ľubovoľného počtu snímačov a akčných členov k počítaču. Hlavnou novinkou bolo pripojenie všetkých zariadení bez ohľadu na ich účel spoločný autobus prenos informácií. Zariadenia boli pripojené na zbernicu v súlade s autobusový štandard.Štandard zbernice bol voľne distribuovaný dokument, ktorý umožňoval výrobcom periférnych zariadení vyvíjať ovládače na pripojenie ich zariadení k zberniciam rôznych štandardov. Architektúra počítača otvoreného typu založeného na použití spoločnej zbernice je znázornená na obr. 2.10. Generálny manažment celku

Zariadenie na digitálne spracovanie informácií a „mozog“ celého publikačného systému je počítač, ktorý je zároveň viacúrovňovou štruktúrou. Zahŕňa prvky spracovania (procesor) a niekoľko typov zariadení na ukladanie informácií (RAM, pevný disk, video pamäť), ako aj množstvo pomocných prvkov (porty a ďalšie komponenty)

Práca s grafikou, najmä s tou, ktorá je určená na tlačové účely, si vyžaduje pomerne výrazné parametre použitého počítača. Bohužiaľ (len pre autora), tempo technologického pokroku v tejto oblasti je nezvyčajne vysoké a načasovanie písania, prípravy, tlače a distribúcie knihy im nedrží krok, takže sa budeme zaoberať len základnými parametrami, ktoré musia pochopí každý dizajnér, ktorý si sadne k počítaču.

Osobný počítač je predovšetkým systémová jednotka, v ktorej sú umiestnené všetky hlavné komponenty počítača. "Mozog" počítača je mikroprocesor - centrálnym zariadením počítača je elektronický obvod o veľkosti niekoľkých štvorcových centimetrov, ktorý zabezpečuje vykonávanie všetkých aplikačných programov a ovládanie všetkých zariadení. Mikroprocesor je vyrobený vo forme extra veľkého (nie veľkosťou, ale počtom elektronických súčiastok, ktorých počet dosahuje niekoľko miliónov) integrovaného obvodu umiestneného na kremíkovej doske.

Mikroprocesory sa môžu líšiť v nasledujúcich hlavných parametroch:

Typ (model) znamená generovanie mikroprocesorov, napríklad existujú procesory radu, ktoré sa súhrnne nazývajú "286", "386", "486", "Pentium".

Hodiny frekvencia určuje počet základných operácií vykonaných za sekundu. Meria sa v hertzoch (Hz). Frekvencia hodín je hlavným parametrom, ktorý zabezpečuje výkon procesora. Čím vyšší typ procesora, tým vyššia rýchlosť hodín. Jeden z prvých modelov osobných počítačov mal procesor s taktom 4,77 MHz a najnovšie procesory prekročili hranicu 1 GHz.

Bitová hĺbka určuje počet bitov prenášaných súčasne (synchrónne) cez dátové zbernice. Výkon počítača tiež priamo súvisí s bitovou hĺbkou. Tento parameter sa mení v skokoch: 8 bitov, potom 16, 32 bitov a nakoniec 64-bitové zbernice.

Počítač ako celok charakterizuje množstvo ďalších parametrov, ktoré ovplyvňujú jeho výkon.

Operatívne Pamäť ( alebo RAM – pamäť s náhodným prístupom) definuje množstvo pamäte, ktorej sa procesor „zbaví“. Pamäť s náhodným prístupom je rýchla a nestála (pri výpadku napájania dôjde k úplnej strate informácií) pamäť, v ktorej sa nachádza aktuálne spustiteľný program a na to potrebné údaje. Čím je táto hodnota vyššia, tým viac informácií môže byť súčasne dostupných na spracovanie. Množstvo RAM za relatívne krátke historické obdobie vzrástlo zo 640 KB na desiatky MB v moderných systémoch (aj v tých najskromnejších konfiguráciách). Výkon (rýchlosť) počítača priamo závisí od množstva pamäte RAM.

Video pamäť - ide o samostatnú pamäť RAM umiestnenú na vyhradenej grafickej karte. Táto pamäť obsahuje údaje zodpovedajúce aktuálnemu obrazu na obrazovke.

V modernom osobnom počítači je implementovaný princíp otvorenej architektúry, ktorá umožňuje prakticky ľubovoľne meniť zloženie zariadení (modulov). Na hlavnú informačnú diaľnicu je pripojený veľký počet periférnych zariadení. V tomto prípade je veľmi dôležité, aby sa niektoré zariadenia dali nahradiť inými. Ani mikroprocesor a pamäťové čipy nie sú výnimkou.

Hardvérové ​​pripojenie periférnych zariadení k informačnej diaľnici sa vykonáva prostredníctvom špeciálneho bloku, ktorý je tzv ovládač(niekedy nazývaný adaptér). A softvérové ​​ovládanie prevádzky externých zariadení zabezpečujú aj špeciálne programy - vodiči, ktoré sú zvyčajne integrované do operačného systému.

ODDIEL 2. DIGITÁLNE ELEKTRONICKÉ OBVODY

Základné pojmy digitálnej elektroniky

Účelom elektronických zariadení, ako viete, je prijímať, transformovať, prenášať a ukladať informácie vo forme elektrických signálov. Signály pracujúce v elektronických zariadeniach, a teda aj samotné zariadenia, sú rozdelené do dvoch veľkých skupín: analógové a digitálne.

Analógový signál - signál, ktorý je v úrovni a v čase súvislý, t.j. takýto signál existuje kedykoľvek a môže mať akúkoľvek úroveň zo špecifikovaného rozsahu.

Kvantovaný signál - signál, ktorý môže nadobudnúť iba určité kvantované hodnoty zodpovedajúce stupňom kvantovania. Vzdialenosť medzi dvoma susednými úrovňami je krokom kvantovania.

Vzorkovaný signál signál, ktorého hodnoty sa nastavujú iba v časových okamihoch, nazývané vzorkovacie okamihy. Vzdialenosť medzi susednými odbernými miestami – krok odberu vzoriek
... S konštantným
platí Kotelnikovova veta:
, kde je horná medzná frekvencia spektra signálu.

Digitálny signál - signál kvantovaný v úrovni a časovo vzorkovaný. Kvantované hodnoty digitálneho signálu sú zvyčajne kódované nejakým kódom, pričom každá vzorka vybraná počas procesu vzorkovania je nahradená zodpovedajúcim kódovým slovom, ktorého symboly majú dve hodnoty - 0 a 1.

Typickými predstaviteľmi analógových elektronických zariadení sú komunikačné zariadenia, rozhlasové vysielanie, televízia. Všeobecné požiadavky na analógové zariadenia sú minimálne skreslenie. Túžba splniť tieto požiadavky vedie k zložitosti elektrických obvodov a dizajnu zariadení. Ďalším problémom analógovej elektroniky je dosiahnutie potrebnej odolnosti voči šumu, pretože v analógovom komunikačnom kanáli je šum v podstate nevyhnutný.

Digitálne signály sú tvorené elektronickými obvodmi, tranzistory, v ktorých sú buď uzavreté (prúd je blízko nule) alebo úplne otvorené (napätie je blízko nule), takže strácajú zanedbateľný výkon a spoľahlivosť digitálnych zariadení je vyššia ako analógové tie.

Digitálne zariadenia sú odolnejšie voči rušeniu ako analógové, pretože malé vonkajšie poruchy nespôsobujú chybnú činnosť zariadení. Chyby sa objavujú iba v prípade takých porúch, pri ktorých je nízka úroveň signálu vnímaná ako vysoká alebo naopak. Digitálne zariadenia môžu tiež používať špeciálne kódy na opravu chýb. V analógových zariadeniach takáto možnosť neexistuje.

Digitálne zariadenia sú necitlivé na rozšírenie (v prijateľných medziach) parametrov a charakteristík tranzistorov a iných prvkov obvodu. Digitálne zariadenia, ktoré sú bezchybné, nie je potrebné ladiť a ich vlastnosti sú úplne opakovateľné. To všetko je veľmi dôležité pri hromadnej výrobe zariadení využívajúcich integrovanú technológiu. Nákladová efektívnosť výroby a prevádzky digitálnych integrovaných obvodov viedla k tomu, že v moderných rádiových elektronických zariadeniach sa digitálne spracovávajú nielen digitálne, ale aj analógové signály. Rozšírené sú digitálne filtre, regulátory, násobiče atď.. Pred digitálnym spracovaním sa analógové signály konvertujú na digitálne pomocou analógovo-digitálnych prevodníkov (ADC). Reverzná konverzia - obnovenie analógových signálov na digitálne - sa vykonáva pomocou digitálno-analógových prevodníkov (DAC).

Pri všetkej rozmanitosti úloh riešených digitálnymi elektronickými zariadeniami sa ich fungovanie vyskytuje v číselných systémoch pracujúcich iba s dvoma číslicami: nula (0) a jedna (1). Podľa typu kódovania binárnych číslic elektrickými signálmi sa prvky digitálnej techniky delia na potenciálne (statické) a impulzné (dynamické).

V potenciál prvky nula a jedna zodpovedajú dvom výrazne odlišným úrovniam napätia. V tomto prípade môžu byť napätia kladné aj záporné vzhľadom na puzdro, ktorého elektrický potenciál sa považuje za nulový. Existujú prvky, ktoré fungujú v pozitívnej a negatívnej logike. V prvkoch s pozitívnou logikou dochádza k prechodu z 0 na 1 so zvyšujúcim sa potenciálom. V negatívnej logike sa zápornejšie napätie považuje za logickú 1.

V impulz prvkov, logická jednotka zodpovedá prítomnosti a logická nula zodpovedá absencii impulzu.

Prevádzka digitálnych zariadení je zvyčajne taktovaný dostatočne vysokofrekvenčný generátor hodín. Počas jedného hodinového cyklu sa realizuje najjednoduchšia mikrooperácia – čítanie, posun, logický príkaz atď. Informácie sú prezentované ako digitálne slovo. Na prenos slov sa používajú dve metódy - paralelná a sekvenčná. Sériové kódovanie sa používa pri výmene informácií medzi digitálnymi zariadeniami (napríklad v počítačových sieťach, modemových komunikáciách). Spracovanie informácií v digitálnych zariadeniach sa spravidla realizuje pomocou paralelného kódovania informácií, čo zaisťuje maximálny výkon.

Základňa prvkov pre stavbu digitálnych zariadení je tvorená digitálnymi integrovanými obvodmi (IC), z ktorých každý je implementovaný pomocou určitého počtu logických prvkov (LE) - najjednoduchších digitálnych zariadení, ktoré vykonávajú elementárne logické operácie.

Všetky digitálne zariadenia možno klasifikovať do jednej z dvoch hlavných tried: kombinačné (bez pamäte) a sekvenčné (s pamäťou). Kombinačné sa nazývajú zariadenia, ktorých stav výstupov v ktoromkoľvek časovom okamihu je jednoznačne určený hodnotami vstupných premenných v rovnakom čase. Sú to logické prvky, prevodníky kódov (vrátane kódovačov a dekodérov), rozdeľovače kódov (multiplexory a demultiplexory), komparátory kódov, aritmetické logické zariadenia (sčítačky, odčítače, multiplikátory, samotná ALU), pamäť iba na čítanie (ROM), programovateľné logické matice (PLM).

Stav výstupu konzistentné číslicového zariadenia (konečného automatu) v danom časovom okamihu je determinovaný nielen logickými premennými na jeho vstupoch, ale závisí aj od poradia (postupnosti) ich príchodu v predchádzajúcich časových okamihoch. Inými slovami, konečné automaty musia nevyhnutne obsahovať pamäťové prvky, ktoré odrážajú celú históriu príchodu logických signálov a sú vykonávané na spúšťačoch, zatiaľ čo kombinované digitálne zariadenia môžu byť úplne postavené iba na logických prvkoch. Sekvenčné digitálne zariadenia zahŕňajú spúšťače, registre, počítadlá, pamäť s náhodným prístupom (RAM), mikroprocesorové zariadenia (mikroprocesory a mikrokontroléry).

Pred štúdiom rôznych digitálnych zariadení sa zoznámime s prvkami matematického aparátu, ktorý sa používa pri ich konštrukcii. Jeho súčasťou sú koncepty číselných sústav a metódy na opis a transformáciu logických funkcií.

9. Matematické základy digitálnej elektroniky

9.1. Pozičné číselné sústavy

Číselný systém sa nazýva spôsob zobrazenia ľubovoľného čísla pomocou obmedzenej množiny znakov, nazývaných čísla. Vyvolá sa číslo pozície, ktoré určuje váhu, s akou sa táto číslica pridáva k číslu vypúšťanie, a číselné sústavy s uvedenou vlastnosťou sú pozičné.

Všeobecne n- pozitívny kúsok N v ľubovoľnom radixe R je reprezentovaný súčtom tvaru

(9.1)

kde a k- jednotlivé číslice v číselnom zázname, ktorých hodnoty sa rovnajú členom prirodzeného radu v rozsahu od 0 do ( R– 1).

Pri vykonávaní výpočtov s digitálnymi elektronickými zariadeniami sa používajú prvky s dvoma stabilnými stavmi. Z tohto dôvodu sa v digitálnej technike rozšíril pozičný binárny číselný systém (so základom 2). V každej dvojkovej číslici, tzv trocha, môže byť 1 alebo 0. Samotný zápis čísla (binárny kód) je postupnosť jednotiek a núl. Aby sme odlíšili dvojkové číslo od desiatkového, doplníme ho vpravo príponou V(Binaire), ako je zvykom v špeciálnych strojovo orientovaných programovacích jazykoch nazývaných assemblery.

Váhy susedných bitov binárneho kódu čísla sa líšia dvakrát a bit úplne vpravo (najmenej významný) má váhu 1. Preto napr.

101101B = 1. 2 5 + 0. 2 4 + 1. 2 3 +1. 2 2 + 0. 2 1 + 1. 20 = 45.

Volajú sa štyri susediace bity notebook, sa volá skupina 8 bitov byte a od 16 bitov - strojové slovo... Súhrn 1024 (210) bajtov sa nazýva kilobajt, 1024 kilobajtov - megabajt, 1024 megabajtov - gigabajt.

1 GB = 2 10 MB = 2 20 KB = 2 30 bajtov .

Moderné osobné počítače dokážu vo svojej pamäti uložiť desiatky gigabajtov digitálnych informácií na pevné magnetické disky.

Aritmetické operácie v binárnom číselnom systéme sú mimoriadne jednoduché a ľahko implementovateľné v hardvéri. Pri zadávaní a výstupe informácií do digitálneho zariadenia však musia byť zastúpené v známejšom desiatkovom číselnom systéme. Túžba zjednodušiť postup prevodu binárnych čísel na desiatkový ekvivalent viedla k použitiu bcd kód. V tomto kóde na písanie jednotlivých číslic desatinného čísla používajú tetrády svojho binárneho

Aké sú tieto zariadenia na digitálne spracovanie informácií? Digitálne zariadenia sú zariadenia na spracovanie informácií prezentovaných v počítačom dostupnej forme. Sú to: dotykové obrazovky skenery fotoaparáty videokamery mobilné telefóny webové kamery fotoaparáty na dokumenty projektory zariadenia na bezdrôtový prenos údajov video monitorovacie systémy

Videokamery Videokamera je elektronické filmovacie zariadenie, zariadenie na získavanie optických obrazov snímaných predmetov na fotocitlivý prvok, prispôsobené na zaznamenávanie alebo prenos pohyblivého obrazu do televízie. Zvyčajne je vybavený mikrofónom pre paralelné nahrávanie zvuku.

Webkamery Webkamera (tiež webkamera) je digitálna videokamera alebo fotoaparát schopný zachytávať obrázky v reálnom čase na ďalší prenos cez internet (v programoch ako Instant Messenger alebo v akejkoľvek inej videoaplikácii).

Projektory Projektor je svetelné zariadenie, ktoré prerozdeľuje svetlo lampy s koncentráciou svetelného toku na malú plochu alebo v malom objeme. Projektory sú najmä opticko-mechanické alebo opticko-digitálne zariadenia, ktoré umožňujú pomocou svetelného zdroja premietať obrazy predmetov na povrch umiestnený mimo zariadenia, obrazovku.

Bezdrôtové prenosové zariadenia Bluetooth poskytujú výmenu informácií medzi zariadeniami, ako sú vreckové a bežné osobné počítače, mobilné telefóny, notebooky, tlačiarne, digitálne fotoaparáty, myši, klávesnice, joysticky, slúchadlá, náhlavné súpravy na spoľahlivej, lacnej, všadeprítomnej rádiovej frekvencii pre komunikáciu na krátke vzdialenosti .

Zariadenia na bezdrôtový prenos dát GPRS (General Packet Radio Service) sú nadstavbou technológie mobilnej komunikácie GSM, ktorá vykonáva paketový prenos dát. GPRS umožňuje používateľovi mobilnej siete vymieňať si dáta s inými zariadeniami v sieti GSM a s externými sieťami vrátane internetu. GPRS predpokladá účtovanie na základe množstva prenesených/prijatých informácií, nie času stráveného online.

Zariadenia na bezdrôtový prenos dát Umožňuje nasadenie siete bez kladenia kábla, môže znížiť náklady na nasadenie a rozšírenie siete. Miesta, kde nie je možné inštalovať kábel, napríklad vonku a v budovách s historickou hodnotou, môžu byť obsluhované bezdrôtovými sieťami. Na rozdiel od mobilných telefónov môžu zariadenia Wi-Fi fungovať v rôznych krajinách po celom svete. Wi-Fi (anglicky Wireless Fidelity „wireless fidelity“) je štandardom pre zariadenia Wireless LAN.

Video monitorovanie Video sledovanie (closed Circuit Television, CCTV uzavretý televízny systém) je proces vykonávaný pomocou optoelektronických zariadení určených na vizuálnu kontrolu alebo automatickú analýzu obrazu (automatické rozpoznávanie tvárí, stavových čísel).

Zariadenia na digitálne spracovanie informácií Autor: Dmitrij Tarasov, 2009