Identyfikowanie podzespołów komputera i ich parametrów 312[02].Z1.02

MINISTERSTWO EDUKACJI NARODOWEJ Tomasz Sułkowski Identyfikowanie podzespołów komputera i ich parametrów 312[02].Z1.02 Poradnik dla ucznia Wydawca Instytut Technologii Eksploatacji Państwowy Instytut Badawczy Radom 2007

Recenzenci: dr inż. Marian Jerzy Korczyński mgr inż. Krzysztof Słomczyński Opracowanie redakcyjne: mgr inż. Ryszard Zankowski Konsultacja: mgr Małgorzata Sienna Poradnik stanowi obudowę dydaktyczną programu jednostki modułowej 312[02].Z1.02 Identyfikowanie podzespołów komputera i ich parametrów, zawartej w programie nauczania dla zawodu Technik teleinformatyk. Wydawca Instytut Technologii Eksploatacji Państwowy Instytut Badawczy, Radom 2007 1

SPIS TREŚCI 1. Wprowadzenie 3 2. Wymagania wstępne 5 3. Cele kształcenia 6 4. Materiał nauczania 7 4.1. Podstawowe pojęcia informatyki, budowa i działanie komputera 7 4.1.1. Materiał nauczania 7 4.1.2. Pytania sprawdzające 14 4.1.3. Ćwiczenia 14 4.1.4. Sprawdzian postępów 16 4.2. Pamięci masowe 17 4.2.1. Materiał nauczania 17 4.2.2. Pytania sprawdzające 26 4.2.3. Ćwiczenia 27 4.2.4. Sprawdzian postępów 28 4.3. Przykładowe karty rozszerzeń 29 4.3.1. Materiał nauczania 29 4.3.2. Pytania sprawdzające 31 4.3.3. Ćwiczenia 32 4.3.4. Sprawdzian postępów 33 4.4. Budowa, zasada działania i parametry monitorów 34 4.4.1. Materiał nauczania 34 4.4.2. Pytania sprawdzające 39 4.4.3. Ćwiczenia 40 4.4.4. Sprawdzian postępów 41 4.5. Karty graficzne 42 4.5.1. Materiał nauczania 42 4.5.2. Pytania sprawdzające 44 4.5.3. Ćwiczenia 44 4.5.4. Sprawdzian postępów 45 4.6. Klawiatura i urządzenia wskazujące 46 4.6.1. Materiał nauczania 46 4.6.2. Pytania sprawdzające 51 4.6.3. Ćwiczenia 51 4.6.4. Sprawdzian postępów 52 4.7. Standardy interfejsów sprzętowych 53 4.7.1. Materiał nauczania 53 4.7.2. Pytania sprawdzające 57 4.7.3. Ćwiczenia 57 4.7.4. Sprawdzian postępów 58 4.8. Podstawowe urządzenia peryferyjne 59 4.8.1. Materiał nauczania 59 4.8.2. Pytania sprawdzające 66 4.8.3. Ćwiczenia 66 4.8.4. Sprawdzian postępów 67 5. Sprawdzian osiągnięć 68 6. Literatura 73 2

1. WPROWADZENIE Poradnik będzie Ci pomocny w przyswajaniu wiedzy dotyczącej podzespołów komputera i ich parametrów. W poradniku znajdziesz: wymagania wstępne wykaz umiejętności, jakie powinieneś mieć już ukształtowane, abyś bez problemów mógł korzystać z poradnika, cele kształcenia wykaz umiejętności, jakie ukształtujesz podczas pracy z poradnikiem, materiał nauczania wiadomości teoretyczne niezbędne do opanowania treści jednostki modułowej, zestaw pytań, abyś mógł sprawdzić, czy już opanowałeś określone treści, ćwiczenia, które pomogą Ci zweryfikować wiadomości teoretyczne oraz ukształtować umiejętności praktyczne, sprawdzian postępów, sprawdzian osiągnięć, przykładowy zestaw zadań. Zaliczenie testu potwierdzi opanowanie materiału całej jednostki modułowej, literaturę. 3

312[02].Z1 Urządzenia komputerowe 312[02].Z1.01 Uruchamianie układów i systemów mikroprocesorowych 312[02].Z1.02 Identyfikowanie podzespołów komputera i ich parametrów 312[02].Z1.03 Budowanie i uruchamianie zestawów komputerowych 312[02].Z1.04 Eksploatowanie i zabezpieczanie urządzeń komputerowych Schemat układu jednostek modułowych 4

2. WYMAGANIA WSTĘPNE Przystępując do realizacji programu tej jednostki modułowej powinieneś umieć: dokonywać oceny swoich umiejętności, komunikować się i pracować w zespole, samodzielnie podejmować decyzje, uzasadniać działanie na podstawie określonej teorii, planować czynności, korzystać z różnych źródeł informacji, wyszukiwać, selekcjonować, porządkować, przetwarzać i przechowywać informacje niezbędne do wykonywania zadań zawodowych, interpretować podstawowe pojęcia z zakresu informatycznych technik biurowych i stosować je w praktyce, interpretować wyniki doświadczeń i dokonywać uogólnień, obsługiwać komputer w podstawowym zakresie. 5

3. CELE KSZTAŁCENIA W wyniku realizacji programu jednostki modułowej powinieneś umieć: posłużyć się podstawowymi pojęciami z zakresu teorii i przetwarzania informacji, wyjaśnić budowę i zasadę działania komputera, wyjaśnić budowę i zasadę działania pamięci głównej komputera, rozróżnić podstawowe elementy płyty głównej, rozróżnić gniazda rozszerzeń, scharakteryzować funkcje układów chipset, określić standardy płyt głównych, sgrupyfikować typy, przeznaczenie i parametry złącz montowanych na płytach głównych, dobrać odpowiedni model płyty głównej i procesora, scharakteryzować metody zapisu informacji na nośnikach magnetycznych, porównać parametry pamięci magnetycznych, scharakteryzować zasady zapisu i odczytu informacji na dyskach elastycznych i twardych, porównać zasady zapisu i odczytu informacji na dyskach CD, CD RW i DVD, wyjaśnić zasadę działania napędów magnetooptycznych, wyjaśnić zasadę pracy kart dźwiękowych i rozróżnić ich technologie, opisać zasadę pracy monitora CRT, wyjaśnić zasadę pracy monitora LCD, opisać budowę i zasady działania adapterów graficznych, określić przeznaczenie elementów karty telewizyjnej, wyjaśnić budowę i zasadę działania klawiatury i urządzeń wskazujących, porównać linie sygnałowe i główne cechy interfejsów: równoległego, szeregowego, USB, Firewire, wyjaśnić budowę, zasadę działania i konfigurację drukarek atramentowych, laserowych i igłowych, opisać budowę i zasadę działania plotera, wyjaśnić budowę i zasadę działania skanerów i digitizerów, skorzystać z dokumentacji technicznej komputera i jego podzespołów, posłużyć się językiem angielskim zawodowym. 6

4. MATERIAŁ NAUCZANIA 4.1. Podstawowe pojęcia informatyki, budowa i działanie komputera 4.1.1. Materiał nauczania Informatyka dziedzina nauki i techniki zajmująca się przetwarzaniem informacji w tym technologiami przetwarzania informacji oraz technologiami wytwarzania systemów przetwarzających informacje. Pierwotnie była częścią matematyki, rozwinięta do osobnej dyscypliny nauki, pozostaje nadal w ścisłym związku z matematyką, która dostarcza podstaw teoretycznych przetwarzania informacji. W języku polskim termin Informatyka zaproponował w październiku 1968 r. Romuald Marczyński na ogólnopolskiej konferencji poświęconej maszynom matematycznym na wzór fr. informatique i niem. Informatik. [4] Informatykę można podzielić na dwie główne dziedziny: analiza obejmuje analizowanie informacji przepływających w świecie rzeczywistym oraz tworzenie oraz używanie systemów służących do przetwarzania informacji. Obecnie systemy informatyczne tworzone są głównie z wykorzystaniem komputerów jako narzędzi do przetwarzania informacji. Informatyka = Informacja + automatyka Informacja (łac. informatio wyobrażenie, pojęcie) oznacza pewną właściwość fizyczną lub strukturalną obiektów oraz informacją jest to, co umysł jest w stanie przetworzyć i wykorzystać do własnych celów Elektroniczna maszyna cyfrowa to urządzenie elektryczne potrafiące wykonywać 4 podstawowe działania matematyczne na cyfrach. Komputer to elektroniczna maszyna cyfrowa stosowana do przetwarzania, gromadzenia i wyszukiwania informacji za pomocą odpowiedniego oprogramowania. Oprogramowanie to zbiór programów, które pozwalają na wykonanie przez komputer pewnych zadań (komputer bez oprogramowania byłby bezużyteczny). Algorytm w matematyce oraz informatyce to skończony, uporządkowany ciąg jasno zdefiniowanych czynności, koniecznych do wykonania pewnego zadania. To przepis rozwiązania pewnego zadania w postaci skończonej liczby kroków. Program to algorytm zapisany w języku zrozumiałym dla komputera. Hardware zbiór wszystkich urządzeń komputerowych, inaczej sprzęt komputerowy. Software zbiór programów zainstalowanych na twardym dysku komputera. System komputerowy to połączenie sprzętu komputerowego raz oprogramowania Hardware + Software Jednostki informacji: Bit to najmniejsza, elementarna jednostka informacji, która przyjmuje jedną z dwóch wartości 0 lub 1. Bajt składa się z ośmiu bitów i może przyjmować 256 rozróżnialnych stanów. Wielokrotności bajtu określane są jako: kilobajt (KB) = 1024 bajtów, megabajt (MB) = 1024 KB, gigabajt (GB) = 1024 MB, terabajt (TB) = 1024 GB. Główne cechy komputera: zdolność do zapamiętywania dużej ilości danych (pamięć taśmowa, dyskowa, CD ROM i inne), możliwość automatycznego wykonywania rozkazów (program komputerowy), 7

programowalność, czyli zdolność do zmiany sposobu działania programu (programowanie) bardzo duża szybkość obliczeń (procesor może wykonać wiele milionów operacji matematycznych w czasie 1 sekundy), możliwość prezentacji wyników w różnej formie (pliku, tabeli, wykresu, tekstu, wydruku, dźwięku, ciągu bitów) Schemat blokowy komputera Większość współczesnych komputerów opartych jest na tzw. architekturze von Neumanna (od nazwiska Johna von Neumanna), tj. składa się z trzech podstawowych elementów: procesora, pamięci RAM, urządzeń służących komunikacji komputera z otoczeniem tzw. urządzeń wejścia/wyjścia. System komputerowy zbudowany w oparciu o architekturę von Neumanna powinien mieć skończoną i funkcjonalnie pełną listę rozkazów, mieć możliwość wprowadzenia programu do systemu komputerowego poprzez urządzenia zewnętrzne i jego przechowywanie w pamięci w sposób identyczny jak danych. Dane i instrukcje w takim systemie powinny być jednakowo dostępne dla procesora, informacja jest tam przetwarzana dzięki sekwencyjnemu odczytywaniu instrukcji z pamięci komputera i wykonywaniu tych instrukcji w procesorze. System komputerowy spełniający powyższe warunki można przełączać z wykonania jednego zadania (programu) na inne bez fizycznej ingerencji w strukturę systemu, co czyni taki system uniwersalnym. Uproszczony schemat blokowy budowy komputera przedstawiono na rysunku 1. Urządzenia wejścia: klawiatura, mysz, skaner, mikrofon, cyfrowy aparat fotograficzny, kamera i inne. Pamięć ROM MIKROPROCESOR C P U Pamięć RAM M A G I S T R A L A Rys. 1. Pamięci zewnętrzne: dysk twardy, dyski optyczne (CD, DVD), dyski magnetooptyczne, pamięci flash (PenDrive). inne. Uproszczony schemat budowy komputera grupy PC. Urządzenia wyjścia: monitor, drukarka, głośniki, ploter, projektor multimedialny, Procesor przetwarza dane, wykonując na nich podstawowe operacje arytmetyczne i logiczne, na podstawie instrukcji (rozkazów) odczytanych z pamięci operacyjnej. Zbiór 8

instrukcji, określających sposób wykonania konkretnego zadania nazywamy programem. Program i dane przechowywane są w pamięci operacyjnej (głównej) komputera. W pamięci tej zapisywane są również rezultaty wszelkich operacji (np. obliczeń) wykonywanych przez procesor. Jest to więc pamięć umożliwiająca zapis i odczyt informacji, tzw. pamięć o swobodnym dostępie (ang. Rondom Access Memory RAM). Jest to pamięć ulotna, co oznacza, iż po wyłączeniu zasilania informacja w niej przechowywana jest bezpowrotnie tracona. Urządzenia wejścia/wyjścia (ang. Input/Output, I/O zwane też peryferyjnymi, umożliwiają komunikację człowieka z komputerem. W pamięci stałej (służącej tylko do odczytu ang. Read Only Memory ROM) znajdują się podstawowe testy diagnostyczne mikrokomputera (ang. POST Power On Self Test) oraz oprogramowanie obsługujące urządzenia wejścia/wyjścia, dołączone do mikroprocesora (ang. BIOS, Basic Input Output System). Pamięć ta zachowuje swoją zawartość nawet po wyłączeniu zasilania. We współczesnych komputerach stosuje się najczęściej pamięć stałą typu EEPROM, którą użytkownik może sam skasować i ponownie zaprogramować, bez wymontowywania jej z systemu. Pozwala to na uaktualnianie systemu BIOS (wprowadzanie nowej wersji). Współpraca mikroprocesora z otoczeniem odbywa się z pomocą szyny adresowej, szyny danych i sygnałów sterujących umożliwiających zapis lub odczyt danych do/z pamięci lub układów wejścia/wyjścia. Pamięć adresowana jest z użyciem sygnałów MEMW (Memory Write zapis do pamięci) MEMR (Memory Read odczyt z pamięci). Układy wejścia/wyjścia dostępne są dla procesora przy aktywnych sygnałach IOW (Input/Output Write zapis do układów wejścia/wyjścia) i IOR (Input/Output Read odczyt z układów wejścia/wyjścia). Budowa i działanie komputera Współczesne komputery typu IBM PC posiadają konstrukcję modułową, która pozwala na konfigurowanie systemu według potrzeb użytkownika. Podstawowym podzespołem zestawu komputerowego jest jednostka systemowa (centralna), do której podłączone są urządzenia zewnętrzne, zwane peryferyjnymi. Jednostka systemowa w swej obudowie zawiera najważniejsze elementy składowe komputera, a w szczególności płytę główną, z co najmniej jednym procesorem, pamięć operacyjną oraz porty do komunikacji z pozostałymi składnikami systemu komputerowego. W skład jednostki centralnej komputera wchodzą również dalsze składniki: zasilacz, dysk twardy, karty rozszerzeń. Podstawowe komponenty komputera osobistego przedstawia poniższy rysunek. Urządzenie wejścia wyjścia (ang. input/output device I/O) służy do komunikacji komputera z użytkownikiem, innym komputerem lub innym urządzeniem. Niektóre z tych urządzeń są typowymi urządzeniami wejścia, inne wyjścia, pozostałe natomiast jednocześnie wejścia i wyjścia: typowe urządzenia wejścia to np.: klawiatura, mysz komputerowa, skaner, joysticki, mikrofon, kamera; typowe urządzenia wyjścia to np.: monitor, drukarka, głośniki, słuchawki; typowe urządzenia wejścia i wyjścia to np.: karta sieciowa, modem, ekran dotykowy, dysk twardy. Część urządzeń I/O znajduje się wewnątrz obudowy jednostki centralnej komputera, często nawet bezpośrednio na płycie głównej. Natomiast te urządzenia I/O, które są przypięte do komputera za pomocą kabli lub komunikują się z komputerem w inny sposób (np. falami radiowymi lub za pomocą podczerwieni), zwane są urządzeniami peryferyjnymi. 9

Rys. 2. Podstawowe komponenty komputera osobistego: 1) monitor; 2) płyta główna; 3) procesor (CPU); 4) pamięć operacyjna (RAM); 5) karta rozszerzenia; 6) zasilacz; 7) napęd optyczny (CD, DVD itp); 8) dysk twardy (HDD); 9) mysz; 10) klawiatura [4] Podzespoły komputera Podstawowym komponentem jednostki systemowej jest płyta główna, zawierająca główne elementy architektury systemu. Na płycie głównej instaluje się procesor, pamięci oraz karty rozszerzeń (graficzne, muzyczne itp). Do płyty głównej podłącza się urządzenia składujące (dyski twarde, napędy optyczne itp.) oraz wszystkie urządzenia zewnętrzne. Na płycie głównej znajdują się między innymi następujące złącza: sloty dla pamięci RAM (SDR, DDR, DDR2), sloty kart rozszerzeń (PCI, AGP, PCI Express), porty IDE dla dysków twardych i napędów optycznych (ATA, Serial ATA), porty zewnętrzne, zamieszczone z tyłu komputera (USB, COM, dźwięk, itp.), gniazdo zasilające gniazdo, poprzez które doprowadzone jest napięcie zasilające całą płytę główną i umieszczone na niej elementy. W płytach ATX jest to 20 stykowe gniazdo za pomocą, którego doprowadza się z zasilacza napięcia: +3,3 V, +5 V, 5 V, +12 V, 12 V. Rys. 3. Płyta główna P4PE firmy Asus. [4] Obecnie najczęściej stosowanym standardem konstrukcji płyt głównych obudów komputerowych oraz zasilaczy jest standard ATX, opracowany przez firmę Intel w 1995 10

roku, który precyzyjnie określa miejsce instalacji procesora, dzięki czemu możliwe stało się zaprojektowanie płyt głównych, przeznaczonych do pracy z długimi i dużymi kartami rozszerzeń PCI oraz AGP. Zmieniono także gniazda zasilania płyty głównej oraz wprowadzono gniazda pomocnicze zasilające karty graficzne oraz bardzo wydajne procesory. Spotykany jest również standard płyty głównej BTX. W standardzie tym wszystkie najbardziej nagrzewające się elementy ułożone zostały w jednej linii. Są one chłodzone przez jeden bardzo duży radiator, przez który przepuszczane jest chłodne powietrze zasysane z przodu obudowy i wyprowadzane (już nagrzane) po tylnej stronie obudowy. Gniazda rozszerzeń na płycie głównej standardy ISA, EISA, PCI, AGP, SCSI Na płycie głównej znajduje się szereg różnych typów złączy opracowanych według określonego standardu, gwarantującego że wszystkie urządzenia pochodzące od różnych producentów (zgodne ze standardem PC) będą mogły prawidłowo ze sobą współpracować. PCI (ang. Peripheral Component Interconnect) stanowi nowoczesny standard gniazd rozszerzeń dla kart przystosowanych pod tę architekturę. Wprowadzona w 1993 r. przez firmę Intel specyfikacja szyny PCI spełnia normy standardu Plug&Play, obsługuje 32 jak i 64 bitową magistralę danych, a maksymalna przepustowość może wynosić 133 Mb/s. Gniazda PCI są wykorzystywane przede wszystkim do instalacji kart graficznych, muzycznych lub sieciowych. Rys. 4. Widok gniazda o standardzie PCI [7] ISA lub AT BUS (ang. Industry Standard Architecture) 16 bitowa magistrala danych. Ten rodzaj złącza wychodzi powoli z użycia głównie z powodu małej przepustowości 8,33 Mb/s i braku obsługi standardu Plug&Play, jednak z powodu znacznej popularności w ubiegłych latach, a co za tym idzie dużej liczbie obecnych jeszcze na rynku urządzeń, przystosowanych na to gniazdo, jest ono jeszcze montowane na płytach głównych. Rys. 5. Widok gniazda o standardzie ISA [7] AGP (ang. Accelerated Graphic Port) jest opracowanym w 1997 r. przez firmę Intel gniazdem przeznaczonym wyłączne dla kart graficznych. AGP zapewnia większą przepustowość niezbędną dla zachowania płynnego i realistycznego wyświetlania skomplikowanych obrazów trójwymiarowych oraz umożliwia wykorzystanie do własnych celów pamięci RAM komputera. Szyna AGP została stworzona głównie w celu sprostania wymaganiom w zakresie przetwarzania złożonych operacji graficznych 3D (grafika trójwymiarowa i gry). Istnieją trzy rodzaje kart AGP których przepustowość osiąga różne wartości: 1x (66 MHz) max transfer danych do 266 MB/s, 2x (66 MHz) max transfer danych do 528 MB/s, 4x (100 MHz) max transfer danych do 800 MB/s. To, który z trybów jest obsługiwany przez kartę graficzną oraz płytę główną, zależy od układu graficznego oraz chipsetu na płycie głównej [7]. Rys. 6. Widok gniazda o standardzie AGP [7] 11

EISA (ang. Extended Industry Standard Architecture) to konkurencyjna w stosunku do MCA 32 bitowa magistrala danych. Złącze EISA mogło współpracować zarówno z kartami ISA, jak i EISA. Standard ten oferował transfer danych z szybkością 33 Mb/s, jednak wysoki koszt tej technologii (głównie opłat patentowych) oraz narastający rozwój nowego i bardziej wydajnego standardu PCI spowodował, że EISA szybko straciła popularność. SCSI 1 powstał w 1986 r., wykorzystywał asynchroniczną transmisję przy zastosowaniu 8 bitowej szyny danych. Jego maksymalna prędkość wynosiła ok. 3 MB/s. Z powodu stosunkowo niewielkiej szybkości transmisji w krótkim czasie opracowano SCSI 2, który zaczął się upowszechniać w 1986 r. Zastosowano w nim transmisję synchroniczną i poprawiono transfer do 5 MB/s. Odmianą SCSI 2 był FastSCSI, pracujący z podwojoną częstotliwością (10 MHz), co pozwoliło na podwojenie przepustowości (do 10 MB/s), oraz WideSCSI, gdzie użyto 16 lub 32 bitowego transferu. To także pozwoliło na podwojenie prędkości w stosunku do SCSI 1. Z kombinacji Fast i WideSCSI powstał Fast WideSCSI o transmisji do 20 MB/s. W 1996 r. powstała specyfikacja SCSI 3 porządkująca dotychczasowe standardy i zawierająca szczegółowe opisy złącz, kabli, interfejsów i protokołów transmisji. Rys. 7. Kontroler SCSI 2 ze złączami 50 pin na karcie rozszerzeń z interfejsem ISA [4] Pamięć ROM (Read Only Memory) Pamięć tylko do odczytu użytkownik komputera nie ma możliwości ingerencji w zawartość tej pamięci (skasowania czy wymiany). Dlatego przechowuje się w niej dane i programy zapisane na stałe: testy techniczne komputera (procedury POST) oraz instrukcje wykonywane po włączeniu komputera, kiedy nie został jeszcze uruchomiony żaden system operacyjny. Pamięć ROM nie może być modyfikowana, można z niej tylko odczytywać dane, służy do przechowywania kluczowych informacji, takich, jak np. konfiguracja BIOS'u. Jako pamięć ROM najczęściej stosujemy moduły typu EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory) lub EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory). Pamięć RAM (Random Access Memory) jest pamięcią o dostępie swobodnym. Za każdym razem, gdy uruchamiamy aplikację lub otwieramy plik, dane odczytane z pamięci zewnętrznej (np. twardego dysku) są kopiowane do pamięci RAM. W czasie pracy komputera przechowywane są w niej bieżące dane i instrukcje. Pracuje ona wówczas, kiedy komputer jest włączony. Zawartość tej pamięci ulega skasowaniu po wyłączeniu zasilania komputera, jest więc pamięcią nietrwałą, ulotną. Z RAM u procesor czerpie informacje, a także przesyła tu wyniki swej pracy. RAM nie służy tylko do przechowywania danych, każdy program, czy system operacyjny zanim zostaną uruchomione, muszą najpierw zostać załadowane do RAM u. System może dotrzeć do informacji przechowywanych w RAM bardzo szybko. Moduły pamięci RAM umieszczone są na płycie głównej komputera, w gniazdach pamięci (podstawkach). Standardowo na płycie głównej znajduje się 4 gniazda pamięci, w których możemy umieści w sumie 4GB pamięci. Moduły (kości) pamięci RAM różnią się od siebie pojemnością, wymiarami, kształtami i prędkościami. Obecnie na rynku pamięci komputerowych spotykamy trzy typy pamięci SDR; DDR; RIMM. Są to pamięci 64 bitowe typu DIMM zewnętrznie różną się wycięciami na płytce pamięci uniemożliwiającymi instalację pamięci w niewłaściwe gniazdo. 12

Rys. 8. Moduł pamięci DDR SDRAM o pojemności 256 MB [4] Procesor to urządzenie cyfrowe sekwencyjne potrafiące pobierać dane z pamięci, interpretować je i wykonywać jako rozkazy. Wykonuje on bardzo szybko ciąg prostych operacji (rozkazów) wybranych ze zbioru operacji podstawowych określonych zazwyczaj przez producenta procesora jako lista rozkazów procesora. Jest najważniejszą jednostką każdego komputera, połączoną z płytą główną za pomocą specjalnego gniazda typu ZIF (Zero Insert Force) lub Slot. Procesor ma za zadanie przetwarzać i wykonywać typowe operacje arytmetyczno logiczne, jakie są przekazywane do niego poprzez pamięć operacyjną, a ilość takich operacji waha się w granicach od kilkuset do milionów na sekundę. Do najważniejszych cech procesora należy jego częstotliwość taktowania (zegar wewnętrzny) oraz szerokość magistrali danych. Im zegar jest szybszy, tym szybciej procesor przetwarza dane. Współcześnie stosuje się już praktycznie procesory dwurdzeniowe (rzadziej 4 rdzeniowe), w których każdy rdzeń taktowany jest z częstotliwością np. 2200 MHz. Szerokość magistral wpływa na możliwości wykonywania operacji przez procesor. Im szersze są magistrale szczególnie magistrala danych, tym większe są możliwości procesora. Obecnie najpopularniejszy system operacyjny WINDOWS XP wymaga stosowania procesorów z co najmniej 32 bitową magistralą danych (mówimy wtedy o procesorach 32 bitowych). Dziś wytwarzane są już procesory 64 bitowe. Istotny jest również rodzaj złącza pozwalającego zainstalować procesor na płycie głównej komputera. Wybór typu procesora determinuje architekturę płyty głównej oraz późniejsze możliwości rozbudowy systemu. Rys. 9. Procesor Intel Pentium [4] 13

4.1.2. Pytania sprawdzające Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń. 1. Co oznacza termin informatyka? 2. Czym jest elektroniczna maszyna cyfrowa? 3. Czym jest komputer? 4. Co to jest software? 5. Co to jest Hardware? 6. Jakie są jednostki przechowywania danych? 7. Jakie są główne cechy komputera? 8. Z czego składa się komputer? 9. Jak działa komputer? 10. Jakie są podstawowe podzespoły komputera? 11. Jak działają podstawowe podzespoły komputera? 12. Jaką funkcje pełnią poszczególne podzespoły komputera? 4.1.3. Ćwiczenia Ćwiczenie 1 Do podanych niżej definicji przyporządkuj następujące terminy: algorytm, bajt, elektroniczna maszyna cyfrowa, gigabajt (GB), hardware, kilobajt (KB), komputer, megabajt (MB), oprogramowanie, pamięć stała, program, software, system komputerowy, terabajt (TB), urządzenia wejścia wyjścia.... urządzenie elektryczne potrafiące wykonywać 4 podstawowe działania matematyczne na cyfrach.... elektroniczna maszyna cyfrowa stosowana do przetwarzania, gromadzenia i wyszukiwania informacji za pomocą odpowiedniego oprogramowania.... zbiór programów, które pozwalają na wykonanie przez komputer pewnych zadań.... skończony, uporządkowany ciąg jasno zdefiniowanych czynności, koniecznych do wykonania pewnego zadania lub przepis rozwiązania pewnego zadania w postaci skończonej liczby kroków.... algorytm zapisany w języku zrozumiałym dla komputera.... zbiór wszystkich urządzeń komputerowych, inaczej sprzęt komputerowy.... zbiór programów zainstalowanych na twardym dysku komputera.... połączenie sprzętu komputerowego oraz oprogramowania Hardware + Software.... składa się z ośmiu bitów.... 1024 bajtów.... 1024 KB.... 1024 MB.... 1024 GB.... służą do komunikacji komputera z użytkownikiem, innym komputerem lub innym urządzeniem.... służy do przechowywania podstawowych testów diagnostycznych oraz oprogramowania dołączonego do mikroprocesora, obsługującego urządzenia wejścia/wyjścia. 14

Sposób wykonania ćwiczenia Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś: 1) dobrać partnera do pracy, 2) uważnie przeczytać podane terminy oraz definicje, 3) przyporządkować zapisane w alfabetycznej kolejności terminy do podanych definicji, 4) wyniki pracy zapisać na arkuszu ćwiczeń, 5) wyniki pracy z krótkim komentarzem dot. każdej definicji zaprezentować na forum grupy. Wyposażenie stanowiska pracy: arkusz ćwiczeń, arkusze papieru, mazaki, długopis, tablica flip chart. Ćwiczenie 2 Na podanym niżej uproszczonym schemacie budowy komputera grupy PC popraw błędy, uzupełnij brakujące wpisy. Urządzenia wejścia, np.:,,,,,. Pamięć ROM MIKROPROCESOR C P U Pamięć RAM M A G I S T R A L A Pamięci zewnętrzne: dysk twardy, dyski optyczne (CD, DVD), dyski magnetooptyczne, pamięci flash (PenDrive). Urządzenia wyjścia np.:,,,,,. Sposób wykonania ćwiczenia Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś: 1) dobrać partnera do pracy, 2) dokładnie przeanalizować budowę oraz zasadę działania komputera, 15

3) uzupełnień schemat podając przykłady urządzeń wejścia/wyjścia, 4) dokonać poprawek na podanym schemacie, 5) wyniki pracy z uzasadnieniem dokonanych poprawek zaprezentować na forum grupy w formie plakatu lub animowanej prezentacji komputerowej. Wyposażenie stanowiska pracy: arkusz ćwiczeń (wydrukowany schemat), arkusze papieru, mazaki, długopis, tablica flip chart, stanowisko komputerowe z zainstalowanym programem do prezentacji np. MS PowerPoint, projektor multimedialny. 4.1.4. Sprawdzian postępów Czy potrafisz: Tak Nie 1) scharakteryzować podstawowe pojęcia informatyki? 2) podać jednostki przechowywania danych? 3) podać główne cechy komputera? 4) scharakteryzować budowę komputera? 5) przedstawić zasadę działania komputera? 6) scharakteryzować zadania podstawowych podzespołów komputera? 7) przedstawić zasadę działania podstawowych podzespołów komputera? 16

4.2. Pamięci masowe 4.2.1. Materiał nauczania Dysk elastyczny (FDD, floppy disk driver, dyskietka) nośnik danych w postaci elastycznego krążka pokrytego substancją magnetyczną. Występował w wielu odmianach różniących się m.in. średnicą (od 2,5 do 8 cali) i gęstością zapisu (od paruset KB do kilku MB). Obecnie standardem jest dyskietka o średnicy 3,5 cala i pojemności 1,44 MB, choć wykorzystywana jest już bardzo rzadko. Miejsce przenośnych nośników magnetycznych zajęły nośniki optyczne wielokrotnego zapisu (CD RW, DVD RW) oraz pamięci Flash EEPROM. [4] Dyskietka jest wykonana z giętkiego tworzywa sztucznego, pokrytego warstwą materiału magnetycznego. Grubość krążka z folii jest niniejsza niż 1/10 mm, a grubość warstwy magnetycznej wynosi tylko 0,0025mm. Zapis danych odbywa się na koncentrycznych ścieżkach, których liczba może być równa 40 lub 80. Informacja na dyskach są zapisywana z wysoką gęstością (ang. High Density, HD). Często gęstość zapisu podawana jest w bitach na cal (ang. bits per inch, BPI) i wynosi od kilku do kilkunastu tysięcy. Następnym ważnym parametrem dyskietek jest gęstość zapisu ścieżek na cal (ang. Track Per Inch, TPI),na dyskietkach 3.5" jest to 135 TPI. Dyskietka o pojemności 1.44 MB posiada po obu stronach po 80 ścieżek podzielonych na 80 sektorów o jednakowej długości 512 bajtów. Sektor składa się z pola identyfikatora i pola danych. Pole identyfikatora zawiera: numer ścieżki, numer głowicy, numer sektora informację o długości sektora oraz dwa bajty CRC. Blok danych zawiera dane i również dwa bajty CRC, umieszczone na końcu bloku. Bajty CRC (cyklicznej kontroli nadmiarowej) służą do kontroli poprawności zapisu i odczytu danych z dyskietki; wytwarzane są przy wpisywaniu bloków na ścieżkę. Rys. 10. Mechanizm działania stacji dysków 3,5'' [13] 17

Mechanizm stacji dysków 3.5'' przedstawiono na poprzedniej stronie. Okienko dostępu głowicy jest zasłonięte ruchomą metalową przesłoną. Włożenie dyskietki do kieszeni powoduje przesunięcie się dźwigni, która przemieszcza metalową przesłonę i odsłania dostęp głowicy do powierzchni magnetycznej. Silnik krokowy poprzez przekładnię ślimakową napędza karetkę z głowicami zapisu/odczytu. Naciśnięcie przycisku wysuwu dyskietki powoduje zwolnienie blokady dźwigni i za pomocą sprężyny wypchnięcie dyskietki z kieszeni. Napęd dysków elastycznych, zawierający mechanizm oraz układy sterowania, łączony jest z szynami systemowymi poprzez kontroler dysków elastycznych (ang. Floppy Disk Controller, FDC). W starszych rozwiązaniach sterownik FDC umieszczony był na specjalne karcie montowanej w gnieździe ISA płyty głównej; w rozwiązaniach współczesnych kontroler FDC znajduje się na płycie głównej i tam też znajduje się 34 stykowe złącze kabla łączącego stację dysków elastycznych. Sterowanie mechanizmem zawiera układy: pozycjonowania głowic, zapisu i odczytu danych, układ stabilizacji prędkości obrotowej silnika napędu dysku oraz układy formowania impulsów z czujników fotoelektrycznych. Napęd dysków elastycznych łączony jest ze sterownikiem FDC za pomocą 34 żyłowego kabla. Każda linia posiada nadajnik (np. 7438) oraz odbiornik interfejsu (np. 74132). Poziomy napięć na liniach interfejsu odpowiadają poziomom TTL. Poziomem aktywnym wszystkich sygnałów jest poziom niski. Drugi 4 żyłowy kabel zasilania, łączy napęd dysków z zasilaczem. Dyski twarde (hard disk drive) zostały tak nazwane ponieważ w odróżnieniu od dysków elastycznych nośnik magnetyczny naniesiono nie na elastyczne podłoże, a na sztywne, zazwyczaj aluminiowe talerze. Są one umieszczone w odpowiednio skonstruowanym pyłoszczelnym zespole napędowym, zawierającym ponadto układy sterowania silnikiem napędu dysków, silnikiem przesuwu głowic (pozycjonerem), układy sterowania głowicami zapisu, układy odczytu oraz inne układy sterujące i kontrolne zespołu napędowego. Na ogół nie ma tu możliwości wymiany dysków. Dysk twardy odróżniają od dysku elastycznego następujące cechy: głowica odczytu zapisu, nie dotyka dysku w czasie pracy, jest bowiem utrzymywana w małej odległości od niego (mniejszej niż 1 mm) na poduszce powietrznej powstającej automatycznie na skutek ruchu obrotowego prędkość obrotowa dysku jest bardzo duża, dzięki temu osiąga się duże prędkości transmisji danych (MB/s) można go dokładnie wycentrować i osiągnąć przy tym dużą liczbę ścieżek, czyli dużą pojemność. Najważniejsze parametry techniczne dysków twardych, dostępnych obecnie na rynku: pojemność (od kilkuset MB do kilkuset GB, a nawet 1 TB), liczba głowic odczytu/zapisu (od kilkunastu do kilkudziesięciu), średni czas dostępu (kilka milisekund) na średni czas dostępu (ang. Average Access Time) składają się dwa elementy: średni czas poszukiwania potrzebny do umieszczenia głowicy w wybranym cylindrze (ang. Average Seek Time) oraz opóźnienie rotacyjne potrzebne do umieszczenia głowicy nad odpowiednim sektorem ang. Rotational Latency), które przy szybkości dysków równej 3600 obr/min wynosi ok. 8 milisekund, prędkość obrotowa dysku (4500, 5400, 7200 obrotów na minutę), szybkość transmisji danych (kilka tysięcy kilobajtów/sekundę), zasilanie (+12 V, +5 V), moc pobierana (od kilku do kilkunastu watów). 18

Napęd dysków twardych (ang. Hard Disk Drive, HDD) łączony jest z systemem mikroprocesorowym (z płytą główną) poprzez sterownik dysku twardego (ang. Hard Disk Controller, HDC) za pomocą interfejsu HDD. Występują trzy typy interfejsów łączące dyski twarde z sterownikami: interfejs ATA, Serial ATA oraz SCSI. Oczywiście każdy z wymienionych tu interfejsów wymaga innego sterownika i innego dysku twardego. Większość dysków twardych składa się z następujących komponentów: obudowy, pozycjonera głowicy ramion głowic, głowic odczytu/zapisu oraz kilku dysków. Każdemu dyskowi pamięci przyporządkowane są dwie głowice (dla jego dolnej i górnej powierzchni). Głowice utrzymywane są na sprężynujących ramionach, przy czym wszystkie ramiona są ze sobą połączone i poruszają się synchronicznie napędzane pozycjonerem. W stanie spoczynku głowice znajdują się na ścieżce parkującej dysku. W momencie gdy dysk zaczyna wirować, poduszka powietrzna wytworzona przy powierzchni, unosi głowice na wysokość mniejszą niż 1 mikrometr. Zadaniem pozycjonera jest przemieszczanie głowic na wybrany cylinder. Pozycjonery zbudowane w oparciu o silnik liniowy (elektromagnetyczny), same parkują głowice po wyłączeniu zasilania, gdyż sprężyna automatycznie odciąga je do położenia parkowania. Praca z dyskiem twardym jest możliwa dopiero wtedy, gdy zostanie on sformatowany. Formatowanie polega na podziale dysku na ścieżki i sektory. Jest to tzw. formatowanie niskiego poziomu lub formatowanie fizyczne. Najważniejsze parametry dysku, interesujące użytkownika to: pojemność dysku, szybkość transmisji (tzw. transfer), średni czas dostępu. Na systematyczny wzrost pojemności, produkowanych współcześnie dysków, mają wpływ coraz większe gęstości upakowania informacji na jednostkę powierzchni, dzięki coraz doskonalszym nośnikom magnetycznym, głowicą zapisu/odczytu oraz ciągle ulepszanym metodą kodowania zapisanych danych. Współczesne dyski osiągają gęstość upakowania wynoszącą 1 gigabit na cal kwadratowy. W nowoczesnych konstrukcjach zastosowano nowy zespół zapisu/odczytu, składający się z cienkowarstwowej magnetycznej głowicy zapisu, wyposażonej w miniaturową cewkę o niewielkiej indukcyjności (więc o małej bezwładności) oraz z magnetorezystywnej (MR) głowicy odczytu, w której wykorzystywane są zmiany rezystancji specjalnego materiału magnetycznego pod wpływem zmian pola magnetycznego. Głowice MR posiadają zdecydowanie większą czułość od głowic tradycyjnych z cewkami, mogą więc odczytać słabsze pola magnetyczne (pochodzące od mniejszych, bardziej upakowanych domen). Rys. 11. Dysk twardy 3,5" widziany z góry (lewa strona) i od dołu (prawa strona) [4] 19