1.2. Техническое обеспечение

В техническом обеспечении информационных систем можно выделить стандартное техническое обеспечение, представленное средствами компьютерной техники, и спе­циальное техническое обеспечение, необходимое для реа­лизации конкретных функций, очерченных предметной областью.

Средства компьютерной техники составляют основу всего технического обеспечения современных информа­ционных систем и предназначены для ввода, хранения, обработки, передачи и представления различных видов информации, используемой в профессиональной деятель­ности.

Аппаратное обеспечение компьютера включает:

а) персональный компьютер (ПК);

б) устройства ввода данных;

в) устройства вывода данных;

г) устройства хранения данных.

Конфигурацией ПК называется состав оборудования, которое можно гибко изменять по мере необходимости.

В состав базовой конфигурации входят 4 устройства: системный блок, монитор, клавиатура, мышь. Устройства, находящиеся внутри системного блока, называют внут­ренними, а устройства, подключаемые к нему снаружи, называют внешними. Внешние дополнительные устрой­ства, предназначенные для ввода, вывода и длительного хранения данных, также называют периферийными.

Внутреннее устройство системного блока включает следующие элементы:

- системная (материнская) плата;

- дисководы для работы с гибкими дисками;

- жесткий диск;

- блок питания;

- видеокарта;

- порты ввода и вывода.

Основным элементом является системная плата. На ней располагаются следующие Элементы

- микропроцессор;

— платы оперативной памяти;

— постоянное запоминающее устройство;

— микросхема базовой системы ввода-вывода (BIOS);

— системная шина, так называемый комплекс кана­лов связи, соединяющих различные компоненты ПК;

— контроллеры (платы расширения), управляющие раз­личными устройствами (дисководами, монитором, мышью, клавиатурой и т.

— разъемы для подключения дополнительных уст­ройств (слоты).

Процессор — это основная микросхема, выполняющая большинство математических и логических операций. Про­цессор является главным элементом компьютера, опреде­ляющим тип ПЭВМ. Неслучайно тип персональной ЭВМ (ПЭВМ) определяется типом его процессора (386, 486, Pentium Pro, Pentium III и пр.). Каждый следующий про­цессор работает гораздо мощнее предыдущего.

Основными параметрами процессоров являются: раз­рядность, рабочая тактовая частота, коэффициент внут­реннего умножения тактовой частоты и размер кэш-па­мяти.

Разрядность процессора показывает, сколько бит дан­ных он может принять и обработать в своих регистрах за один раз (за один такт). Первые процессоры х86 были 16- разрядными. Современные процессоры семейства Intel Pentium 32-разрядные, хотя и работают с 64-разрядной шиной данных (разрядность процессора определяется раз­рядностью командной шины).

Тактовая частота — это частота импульсов, посту­пающих на процессор от генератора, расположенного на материнской плате. Чем выше частота тактов „ поступаю­щих на процессор, тем больше команд он может испол­нить в единицу времени, тем выше его производительность. В настоящее время рабочие тактовые частоты некоторых процессоров уже превосходят 3000 миллионов тактов в секунду (3 ГГц).

Обмен данными внутри процессора происходит в не­сколько раз быстрее, чем обмен с другими устройствами, например с оперативной памятью. Для того чтобы умень­шить количество обращений к оперативной памяти, внутри процессора создают буферную область — так называемую кэш-память. Это как бы сверхоперативная память. Когда процессору нужны данные, он сначала обращается в кэш­память, и только если там нужных данных нет, происхо­дит его обращение в оперативную память. Высокопроиз­водительные процессоры «комплектуют повышенным объемом кэш-памяти.

Память — это устройство, предназначенное для хране­ния информации. В компьютере существует несколько типов памяти.

Оперативная память'(RAM — Random Access Memory), или оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), — неотъемлемая часть любой ЭВМ.

Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) (ROM — Read Only Memory) хранит длительное время данные и программы, даже когда компьютер выключен (энергоне­зависимая память). Программы, находящиеся в ПЗУ, на­зывают зашитыми — их записывают туда на этапе изго­товления микросхемы. В современных ПЗУ реализовано отдельной микросхемой, где хранится часть операцион­ной системы MS DOS. Комплект программ, находящихся в ПЗУ, образует базовую систему ввода-вывода (BIOS — Base Input-Output System). Основное назначение программ этого пакета состоит в проверке состава и работоспособ­ности компьютерной системы и в обеспечении взаимодей­ствия с клавиатурой, монитором, жестким диском и т. д.

Внешние запоминающие устройства (накопители) предназначены для долговременного хранения информа­ции и характеризуются большим объемом памяти и срав­нительно (с ОЗУ) низким быстродействием. К подобным устройствам относятся в первую очередь:

• накопители на гибких магнитных дисках;

• накопители на жестких магнитных дисках, винчес­теры;

• дисководы для работы с лазерными компакт-дис­ками;

• магнито-оптические дисководы для работы с магни- то-оптическими дисками.

Жесткий диск (винчестер). Представляет собой жест­кие несменные магнитные диски, объединенные в пакет. Предназначен для долговременного хранения информации, постоянно используемой при работе ПК: программ опера­ционной системы, часто используемых пакетов программ, редакторов документов, трансляторов с языков програм­мирования и т. д. Винчестер внешне представляет собой герметичную металлическую коробку, внутри которой рас­положены диски, магнитные головки чтения-записи, ме­ханизм вращения диска и перемещения головок.

Дисководами называются устройства, позволяющие записывать информацию на диски и считывать ее с них.

Для оперативного переноса небольших объемов инфор­мации используют так называемые гибкие магнитные диски (дискеты, флоппи-диски), которые вставляют в спе­циальный накопитель — дисковод. Приемное отверстие накопителя находится на лицевой панели системного бло­ка. Правильное направление подачи гибкого диска отме­чено стрелкой.

Основными параметрами дискет являются: технологи­ческий размер (измеряется в дюймах), плотность записи (измеряется в кратных единицах) и полная емкость. За­пись информации на флоппи-диск и ее считывание проис­ходит по тому же принципу, что в обычном магнитофоне, так как диск покрыт магнитным слоем. В настоящее вре­мя стандартными считаются диски размером 3,5 дюйма высокой плотности. Они имеют емкость 1,4 Мбайт и мар­кируются буквами HD (high density — высокая плот­ность). Использовать гибкие диски в качестве основного средства хранения информации нельзя. Пыль, грязь, перепады температуры и т. д. часто становятся причи­ной утраты данных.

Дискеты используют в основном для транспортировки информации или в качестве резервного средства хране­ния. Защитить данные на дискете от стирания и переза­писи можно, сдвинув защитную задвижку так, чтобы об­разовалось открытое отверстие. Информацию на дискете можно перезаписывать.

Компакт-диски. Аббревиатура CD-ROM (Compact Disc Read-Only Memory) переводится на русский язык как по­стоянное запоминающее устройство на основе компакт- диска. Принцип действия этого устройства состоит в счи­тывании числовых данных с помощью лазерного луча, от­ражающегося от поверхности диска.

Существуют книги, альбомы, энциклопедии, журналы, вы­пускаемые на CD-ROM. Основным недостатком стандарт­ных дисководов CD-ROM является невозможность записи данных.

Наряду со стандартными дисководами CD-ROM, вос­производящими записи с CD-дисков, широкое распрост­ранение получили приводы CD-R и CD-RW (CD-Recordable, CD-Re Writable), позволяющие осуществлять запись на дис­ки однократной записи CD-R и многократно перезаписы­ваемые диски CD-RW. Объем стандартных CD-дисков со­ставляет 650 Мбайт. Расшифровка скоростных качеств приводов CD-RW такова: надпись типа 48х/24х/52х оз­начает, что привод записывает диски CD-R на скорости 48х, диски CD-RW — на скорости 24х и считывает носи­тели CD на скоростях до 52х.

На системной плате находятся унифицированные разъе­мы для плат, управляющих работой различных устройств ПК. В эти разъемы при минимальной комплектации сис­темного блока вставлены: плата управления жестким дис­ком, дисководами и принтером, плата управления мони­тором (видеокарта), плата портов ввода-вывода. При не­обходимости расширения возможностей ПК в разъемы можно вставить: звуковую карту — выполняет вычис­лительные операции, связанные с обработкой звука; пла­ты, управляющие сканером и другими дополнительными устройствами.

Разъемы, через которые процессор обменивается дан­ными с внешними устройствами (принтер, мышь и др.), называют портами. Порты общего назначения бывают двух типов: параллельные (обозначаемые LPT1-LPT2) и после­довательные (обозначаемые COM 1-СОМ4); Параллельные порты выполняют ввод и вывод с большей скоростью, чем последовательные, но требуют и большего числа проводов для обмена данными.

Для сокращенной характеристики основных компонен­тов системного блока принята система обозначений, кото­рая может быть пояснена на конкретном примере:

PIII-600-Intel ВХ / 128 / 40Gb / SVGA 32Mb / CD 52* / SB16 / ATX

Здесь: PHI — тип процессора (Pentium III) /600 — так­товая частота процессора в МГц / Intel ВХ — тип мате­ринской платы / 128 — объем оперативной памяти (RAM) в Мбайт /40Gb — объем памяти винчестера / SVGA — тип видеокарты, 32Mb — объем видеопамяти / CD 52х — наличие 52*-скоростного дисковода компакт-дисков / SB16 — тип звуковой карты (Sound Blaster) / ATX — тип кор­пуса.

Периферийные устройства персонального компьюте­ра предназначены для выполнения вспомогательных опе­раций. Благодаря ним компьютерная система приобрета­ет гибкость и универсальность.

По назначению периферийные устройства можно подразделить на:

— устройства ввода данных;

— устройства вывода данных;

— устройства хранения данных,

Ш Устройства ввода данных

Клавиатура — клавишное устройство управления персональным компьютером. Служит для ввода алфавит­но-цифровых (знаковых) данных, а также команд управ­ления. Комбинация монитора и клавиатуры обеспечивает простейший интерфейс пользователя. С помощью клави­атуры управляют компьютерной системой, а с помощью монитора получают от нее отклик.

Мышь — устройство управления манипуляторного типа. Обеспечивает перемещение курсора по экрану мо­нитора при перемещении манипулятора по ровной повер­хности. Тем самым осуществляет управление состоянием объектов, изображенных на экране: окон, пиктограмм, меню и т. д. Мышь имеет две или три кнопки. Обычно средняя кнопка не используется, а две крайние кнопки обозначаются как левая и правая. Для выбора команды с помощью мыши необходимо, перемещая мышь на столе, установить указатель мыши на экране на название ко­манды и нажать левую кнопку мыши. В последние годы получили распространение усовершенствованные мыши: с колесиком скроллинга, упрощающим работу с докумен­тами, «оптические» мыши, лишенные шарика вращения (роллера), «радиоуправляемые» мыши, не связанные с системным блоком кабелем подключения.

Комбинация монитора, и мыши обеспечивает наиболее современный тип интерфейса пользователя, который на­зывается графическим. Человек наблюдает на экране гра­фические объекты и элементы управления. С помощью мыши он изменяет свойства объектов и приводит в дей­ствие элементы управления компьютерной системы, а с помощью монитора получает от нее отклик в графичес­ком виде.

Сканер — устройство для ввода в ПК графической и текстовой информации. В качестве персональных а на­стоящее время чаще используются планшетные сканеры, реже — ручные, устаревшие. Если сканером считывается текст, то в ПК передается изображение текста, а специ­альные программы распознавания образов идентифици­руют изображение с изображением букв алфавита и пере­водят графическое изображение текста в текстовый ре­жим, используя стандартные шрифты. Специальные программы могут распознавать даже рукописный текст. С помощью сканеров можно вводить в ПК любую доку­ментацию — тексты, таблицы, графики, фотографии. Использование сканеров позволяет значительно уменьшить количество бумажной документации и перейти к элект­ронному архивированию.

Дигитайзер — устройство для оцифровки изображений. Позволяет преобразовать изображение в цифровую форму для обработки в ПК.

Цифровая фотокамера — это фотоаппарат, который записывает изображение, но не на фотопленку, а на при­емный экран. Далее изображение переводится в цифро­вую форму и хранится в памяти фотокамеры. Фотокаме- pa может хранить несколько десятков кадров. После съем­ки фотокамера присоединяется к ПК, и кадры в виде фай­лов переносятся в компьютер.

Цифровая видеокамера — позволяют записывать ви­деоизображение не в аналоговом, а в цифровом режиме, что позволяет, в последующем, вводить видеозапись в ком­пьютер. Обеспечивают высокое качество изображения.

■1 Устройства вывода данных

Монитор предназначен для вывода на экран текстовой и графической информации. Размер экрана монитора из­меряется в дюймах по диагонали. Стандартные размеры — 14, 15, 17, 19, 20, 21 дюймов. Монитор подключается к компьютеру через видеокарту и выполняет функцию об­ратной связи: он позволяет контролировать происходящее и наблюдать за результатами работы. Монитор имеет два режима работы — текстовый и графический. При работе в текстовом режиме информация отражается на экране в виде 25 строк, которые содержат по 80 символов.

Графический режим предназначен для ввода на экран графиков, рисунков, а также текста, выполненного про­извольными шрифтами, разным размером букв. В графи­ческом режиме экран монитора состоит из точек (пиксе­лей). Одна из самых важных характеристик монитора — размер точки изображения, который должен быть не боль­ше 0,28 мм. Разрешающая способность монитора — это количество точек на экране по горизонтали и вертикали. Разрешающая способность не зависит от размера экрана монитора. Чем она выше, тем больше информации можно отобразить на экране, но тем меньше размер каждой от­дельной точки. Использование завышенного разрешения на мониторе малого размера приводит к тому, что эле­менты изображения становятся малоразборчивыми и ра­бота с документами вызывает утомление органов зрения. Например, разрешающая способность 640x480 означает, что монитор в данном режиме выводит 640 точек по гори­зонтали и 480 точек по вертикали. Большинство совре­менных прикладных программ рассчитаны на работу с разрешением экрана 800x600 и более. Именно поэтому в настоящий момент наиболее популярный размер монито­ров составляет 15 дюймов.

Цветовое разрешение (глубина цвета) определяет ко­личество различных оттенков, которые может принимать отдельная точка экрана. Максимально возможное цвето­вое разрешение зависит от свойств видеоадаптера и уста­новленной на нем видеопамяти. Минимальное требование по глубине цвета на сегодняшний день — 256 цветов, хотя большинство программ требуют не менее 65 тыс. цветов (режим High Color).

Наряду с традиционными мониторами с электронно­лучевыми трубками широкое распространение получили жидкокристаллические (LCD — Liquid Crystal Display) мо­ниторы, однако последние имеет существенно более высо­кую стоимость при наличии ряда недостатков.

Видеоускорение — одно из свойств видеоадаптера, ко­торое заключается в том, что часть операций по построе­нию изображений может происходить без выполнения ма­тематических вычислений в основном процессоре компь­ютера, чисто аппаратным путем — преобразованием данных в микросхемах видеоускорителя. Различают два типа видеоускорителей — ускорители плоской (2D) и трех­мерной (3D) графики. Первые наиболее эффективны для работы с прикладными программами и оптимизированы для операционной системы Windows, а вторые ориенти­рованы на работу мультимедийных программ и професси­ональных программ обработки трехмерной графики. Так, при получении трехмерного изображения в медицине при виртуальной эндоскопии, компьютерной томографии, маг­нитно-резонансной томографии профессиональные про­граммы предполагают наличие видеоускорителя трехмер­ной графики.

В качестве устройств вывода данных, дополнительных к монитору, используют печатающие устройства (прин­теры), позволяющие получать копии документов на бума­ге или прозрачном носителе. По принципу действия раз­личают матричные, лазерные и струйные принтеры.

Матричные принтеры. Это простейшие печатающие устройства. Данные выводятся на бумагу в виде оттиска, образующегося при ударе цилиндрических стержней (иго­лок) через красящую ленту. Качество печати матричных принтеров напрямую зависит от количества иголок в пе­чатающей головке. Наибольшее распространение имеют 9-игольчатые и 24-игольчатые принтеры. Скорость печа­ти матричных принтеров — от 60 с. до 30 с. на страницу.

Струйные принтеры. В этих принтерах изображение формируется микроскопическими каплями специальных чернил, выдуваемых на бумагу через маленькие отверстия. Этот способ печати обеспечивает высокое качество и удо­бен для цветной печати: Скорость печати этих принтеров — от 60 до 10 с. на страницу. Разрешающая способность принтеров — 600 dpi (dpi — аббревиатура фразы dots per inch), т. е. на одном дюйме помещается 600 хорошо разли­чимых точек. Чем больше разрешающая способность, тем меньше точка и тем качественнее изображение. При печа­ти на струйных принтерах изображение неводостойкое.

Лазерные принтеры. Обеспечивают в настоящее время наилучшее качество печати. В этих принтерах для печати используется лазерный луч, который вычерчивает на по­верхности предварительно заряженного светочувствитель­ного барабана контуры точечного невидимого электрон­ного изображения — электрический заряд стекает с зас­веченных лучом точек на поверхности барабана. Порошок красителя (тонера) налипает на разряженные участки, проявляя изображение, и затем переносится на бумагу, где фиксируется нагреванием. Разрешающая способность лазерных принтеров от 300 до 4200 точек на дюйм. Изоб­ражение водостойкое. Высокая скорость печати.

Ш Устройства хранения данных

Необходимость во внешних устройствах хранения дан­ных возникает в двух случаях:

— когда на вычислительной системе обрабатывается больше данных, чем можно разместить на базовом жестком диске;

- когда данные имеют повышенную ценность и необ­ходимо выполнять регулярное резервное копирова­ние на внешнее устройство (копирование данных на жестком диске не является резервным и только со­здает иллюзию безопасности).

В настоящее время для внешнего хранения данных используют несколько типов устройств, использующих магнитные или магнитооптические носители. В медици­не внешние устройства хранения данных в основном ис­пользуются для хранения архивов видеоизображений.

Стримеры. Стримеры — накопители на магнитной лен­те. Их отличает низкая стоимость. К недостаткам стриме­ров относят малую производительность (связано с тем, что магнитная лента — устройство последовательного досту­па) и недостаточную надежность (ленты стримеров испы­тывают повышенные механические нагрузки и могут фи­зически выходить из строя). Емкость магнитных кассет (картриджей) для стримеров составляет до нескольких сот Мбайт.

ZIP-накопители. Устройство работает с дисковыми носителями, по размеру незначительно превышающими стандартные гибкие диски и имеющими емкость 100/250 Мбайт. ZIP-накопители выпускаются во внутреннем и внешнем исполнении. В первом случае их подключают к контроллеру жестких дисков материнской платы, а во вто­ром — к стандартному параллельному порту, что нега­тивно сказывается на скорости обмена данными.

Магнитооптические устройства. Эти устройства полу­чили широкое распространение в компьютерных систе­мах высокого уровня благодаря своей универсальности. С * их помощью решаются задачи резервного копирования, обмена данными и их накопления.

Сетевое аппаратное обеспечение рассматривается ниже в разделе 5 данного пособия.