Апаратна частина інформаційної системи
Основою будь-якої інформаційної системи є обчислювальна машина (комп’ютер).
Під структурною організацією ЕОМ розуміють їх деяку фізичну модель, яка відображає склад, порядок і принципи основних функціональних модулів без деталей їх технічної реалізації.
Аналізуючи будову комп’ютера на логічному рівні, у структурі комп’ютера виділяють центральні пристрої та пристрої введення-виведення (зовнішні пристрої).
До центральних пристроїв відносять мікропроцесор та пам’ять. Зовнішні пристрої часто називають периферійними.
Ядром обчислювального процесу в комп’ютері є його мікропроцесор.
Мікропроцесор (МП) – це мікросхема (надвелика інтегральна схема), яка керує роботою всіх апаратних компонентів комп’ютера, забезпечує виконання програм, виконує арифметичні та логічні операції.
Процесор має дві основні характеристики – швидкодія (тактова частота) та розрядність.
Швидкодія – це кількість операцій за 1 секунду.
Розрядність – кількість інформації, що обробляється за 1 операцію.
Пам’ять поділяється на зовнішню та внутрішню.
До внутрішньої пам’яті відносять оперативну (оперативний запам’ятовуючий пристрій – ОЗП), постійну (ПЗП), відсопам’ять та інші види пам’яті.
Оперативна пам’ять (ОЗП) призначена для зберігання даних та програм протягом одного сеансу роботи з комп’ютером (від моменту включення комп’ютера до моменту його виключення). В ОЗП інформацію можна заносити та читати з неї. У ній зберігаються дані, з якими ведеться оперативна робота, та програми для їх обробки.
У постійній пам’яті (ПЗП) містяться програми, які забезпечують функціонування обчислювальної системи (зокрема, програми початкового завантаження комп’ютера та тестування його складових) та деякі програми з базового програмного забезпечення комп’ютера. Цю пам’ять називають постійною тому, що інформація в ній зберігається після виключення комп’ютера. ПЗП “прошивається” інформацією на етапі її виготовлення. З постійної пам’яті інформацію можна лише читати, записати туди користувач нічого не може.
ОЗП і ПЗП утворюють основну пам’ять. Основна пам’ять комп’ютерів складається з окремих комірок. Усі комірки пам’яті нумеруються, починаючи з нуля; номери комірок пам’яті називаються їх адресами.
Технічною реалізацією запам’ятовуючих пристроїв для організації основної пам’яті є мікросхеми пам’яті.
Відеопам’ять – це пам’ять, що служить для підготовки та збереження зображення на екрані.
Кеш-пам’ять – це невелика за розміром буферна пам’ять, яка дозволяє пришвидшувати процеси обміну даними між МП і ОЗП за рахунок значно меншого, ніж до ОЗП, часу доступу до даних та розташування в ній даних, які найчастіше використовуються.
До основних зовнішніх пристроїв належать:
1) клавіатура – пристрій, призначений для введення до ПК символьної інформації (літер, цифр, розділових знаків тощо), а також для управління роботою ПК. Для кожного символу виділяється клавіша, натискаючи на яку, ми і вводимо код символу в ПК.
2) монітор – пристрій для відображення на екрані текстової та графічної інформації. До основних характеристик дисплею відносять: роздільну здатність (кількістю точок по вертикалі та горизонталі екрану. Чим більша кількість точок, тим вища роздільна здатність, тобто вища якість зображення), глибина кольору – кількість бітів, яка необхідна для запам’ятовування коду кольору однієї точки, кількість кольорів, розмір екрану (вимірюють по діагоналі в дюймах (2,54 см).
3) ручний маніпулятор “миша” – для вибору тих чи інших параметрів, режимів роботи, команд програм та для керування роботою рухомих об’єктів на екрані монітора;
4) накопичувачі на гнучких магнітних дисках (дискети або флоппі-диски). Найчастіше використовують 3,5-дюймові дискети з записами інформації на обох поверхнях високої щільності (HD) - 1,44 Мбайт. Нову дискету перед використанням необхідно підготувати до роботи – відформатувати. Форматування магнітного накопичувача — це процес його розбивання на сектори та доріжки засобами операційної системи. Більшість дискет продаються відформатованими виробником (на упаковках або на дискеті нанесені мітки “DOS formatted” або “IBM formatted”). Для зчитування або запису інформації на дискети ПК комплектуються спеціальними пристроями – дисководами.
5) накопичувачі на жорстких магнітних дисках (“вінчестери”). Вінчестери, порівняно з дискетами, зберігають значно більші обсяги інформації та мають на порядок вищу швидкість запису та зчитування інформації. Вінчестери мають місткість від 4 Гбайт і більше. Вінчестери, на відміну від дискет, не є знімними, але є можливість знімати вінчестер з одного комп’ютера і підключати до іншого. Вінчестери, як правило, форматуються продавцями ПК.
6) накопичувачі на оптичних дисках (компакт-диски - CD). Такі диски випускають діаметром 5,25 та 3,5 дм. Місткість пам’яті CD у декілька сот разів вища від місткості магнітних дискет – від 700 Мбайт. Розрізняють щонайменше два види компакт-дисків: компакт-диски тільки для читання (СD-ROM) та записувані компакт-диски, що дозволяють не тільки зчитувати, а й записувати інформацію (СD-R – для одноразового запису, СD-RW – для багаторазового запису). CD можна використовувати лише за наявності відповідного дисковода – пристрою для читання та запису інформації на компакт-диски. Накопичувачі на дисках є одночасно видами зовнішньої пам’яті.
7) USB-флеш-накопичувач – запам’ятовуючий пристрій, що використовує як носій флеш-пам’ять і підключається до комп'ютера або іншого зчитуючого пристрою по інтерфейсу USB.
USB-флешки зазвичай знімні і перезаписувані. Отримали велику популярність завдяки компактності, легкості перезапису файлів і великого об'єму пам'яті (від 32 мб до 256 гб). Основне призначення USB-накопичувачів – зберігання, перенесення і обмін даними, резервне копіювання, завантаження операційних систем (LiveUSB) та ін.
8) принтер – пристрій друкування, призначений для виведення на папір, а в деяких випадках - і на спеціальну плівку символьної та графічної інформації. Найбільш вживані типи принтерів: матричні, струминні та лазерні. Будь-який принтер має дві характеристики: швидкість друкування (сторінок за хвилину) та якість. Якість друкування визначається роздільною здатністю принтера, яка виражається кількістю друкованих крапок на дюйм (dpi). Найбільш розповсюдженими у використанні є принтери матричного типу. Спосіб одержання зображення символів у них подібний до способу одержання зображення символів на екрані дисплею. Друкувальна голівка матричного принтеру має металеві голки, які, одержавши сигнал від комп’ютера, ударяють по фарбувальній стрічці і залишають на папері відмітки — крапки, що утворюють зображення. У струминних принтерах зображення одержується шляхом нанесення на папір рідкого чорнила. Через спеціальні форсунки тонер виприскується на папір. Швидкодія та якість друкування цих принтерів краща, ніж у матричних. Струминні принтери дозволяють здійснювати як чорно-білий, так і кольоровий друк. Лазерні принтери забезпечують найвищу швидкість і найкращу якість, порівняно з описаними вище типами принтерів. Їх принцип дії такий: лазерний промінь електризує поверхню друкуючого світлочутливого барабану, ділянки барабану зі зміненою полярністю притягують спеціальний порошок, який потім наноситься на папір; далі аркуш паперу з нанесеним порошком піддається термічній обробці. Друкування цих принтерів може бути чорно-білим і кольоровим.
9) сканер – пристрій, призначений для введення в комп’ютер графічних об’єктів (малюнків, фотографій та ін.). Сканери можуть використовуватися і для введення текстової інформації. При цьому повинна бути використана спеціальна програма, яка здійснює розпізнавання графічних зображень символів і їх перетворення в коди формату ASCII. Основною характеристикою сканера є роздільна здатність, яка визначається кількістю точок на дюйм. Зараз використовують сканери з роздільною здатністю 300-2400 dpi. Сканери поділяють на ручні, планшетні, роликові та проекційні.
10) плотер – пристрій для побудови графічних зображень на папері;
11) стример – пристрій для збереження інформації на магнітних стрічках;
12) модем – пристрій для підключення комп’ютерів до мереж;
13) мультимедійне обладнання надає можливість використовувати на комп’ютері різні види інформації, а саме: відео і звукову. Мінімальний комплект мультимедійного обладнання включає: звукові плати, які розміщуються в системному блоці, обладнання CD-ROM і звукові динаміки. Це обладнання дозволяє зображення на екрані супроводжувати звуком (музикою, дикторською мовою тощо).
Для узгодження роботи центральних та зовнішніх пристроїв використовуються інтерфейсні блоки. Вони здійснюють перетворення сигналів, які передаються через системну магістраль, в сигнали, які забезпечують роботу відповідного зовнішнього пристрою, здійснюють буферизацію даних. Технічною реалізацією інтерфейсних блоків є контролер, адаптери, відеоплати, синтезатори звуку тощо.
Системна магістраль – це сукупність шин для обміну даними, адресами та керуючими сигналами між центральними та зовнішніми пристроями. Кожна шина – це деяка кількість паралельних ліній (ця кількість визначає розрядність шини), по яких у вигляді електричних сигналів передається інформація від одного пристрою до іншого.