Budowa Komputera

Wstęp
Patrząc na komputer z zewnątrz, można stwierdzić, że to proste urządzenie. Włączając go można grać, surfować w sieci, oglądać filmy, słuchać muzyki,a nawet wykonać jakąś pracę. Otwierając obudowę komputera, wszystko nagle przestaje być jasne i przejrzyste. Chipy, dyski i cała masa układów elektronicznych połączonych przewodami „walczy” między sobą o kawałek przestrzeni.Podczas przedstawiania naszego projektu chcemy przyblizyc wam jego skomplikowaną konstrukcję.
Gdybyśmy chcieli najprościej opisać budowę peceta wyglądałaby ona tak:
KOMPUTER=JEDNOSTKA CENTRALNA + URZĄDZENIA ZEWNĘTRZNE
Na jednostkę centralną składają się: procesor, dysk twardy, płyta główna, karta graficzna, karta dzwiękowa, faks-modem, stacja FDD, dysk HDD, napęd DVD, napęd CD-ROM oraz obudowa. Urządzenia zewnętrzne dzielą się na dwie grupy:
urządzenia wejścia - klawiatura, mysz, joystick, keyboard, aparat cyfrowy, skaner, TV i wideo, inne komputery, czyli wszystkie urzadzenia, ktore wprowadzają dane do komputera.
Urządzenia wyjścia – monitor, drukarka, słuchawki, głośniki, poprzez ktore komputer przekazuje nam efekty swojej pracy. Poniżej przedstawimy opisy poszczególnych części komputera.

PROCESOR
Procesor (CPU - Central Processing Unit) jest to centralna jednostka obliczeniowa, a więc serce każdego komputera. To właśnie on zajmuje się wykonywaniem uruchamianych programów i przetwarzaniem danych. Tak naprawdę na mikroprocesor składa się wiele zintegrowanych układów scalonych. Procesor centralny składa się z trzech części: arytmometru, czyli jednostki arytmetyczno-logicznej (ALU-ang. Arithmetic and Logic Unit), jednostki sterującej oraz rejestrów. W arytmometrze odbywają się wszystkie obliczenia realizowane przez komputer. Jednostka sterująca odpowiada natomiast za dostarczanie arytmometrowi danych do obliczeń z pamięci operacyjnej, przekazanie wyników z powrotem do pamięci oraz za właściwą kolejność przetwarzania danych. Rejestr składa się z niewielkich komórek pamięci, w których przechowuje się adresy wybranych miejsc pamięci operacyjnej oraz dane i wyniki obliczeń. W wyróżnionym rejestrze nazywanym licznikiem rozkazów jest umieszczany adres miejsca w pamięci wewnętrznej zawierającego bieżące zakodowane polecenie dla procesora. Procesor centralny w pełni nadzoruje pracę komputera, której najmniejszą jednostką jest cykl rozkazowy. Transfer informacji między poszczególnymi sekcjami procesora odbywa się za pomocą magistral. Oddzielne kanały są przeznaczone dla danych (magistrala danych), a oddzielne dla instrukcji przesyłanych między ALU i kontrolerem (magistrala kontrolera). Magistrala adresowa służy z kolei do przekazywania informacji między jednostką arytmetyczno-logiczną, a rejestrem. Procesor wyposażony jest także w zegar wyznaczający jego własną częstotliwość, z jaką odbywają się wszystkie przeprowadzane w nim operacje. Im wyższa częstotliwość taktowania, tym procesor jest szybszy. Do skomplikowanych obliczeń matematycznych starszego typu procesory 386 lub 486 potrzebowały wsparcia w postaci koprocesora matematycznego. Jest on wyspecjalizowany w obliczeniach arytmetycznych i odciąża główny procesor przy dokonywaniu szczególnie dużej liczby obliczeń.

Zasada działania

Ze względu na przepływ danych i rozkazów w procesorze, można wyróżnić w nim kilka zasadniczych modułów:

1Blok wstępnego pobierania i dekodowania instrukcji. Odpowiada on za dostarczenie kolejnych poleceń z pamięci operacyjnej i przekazanie ich do odpowiedniej jednostki wykonawczej.

2.Główny blok wykonawczy to jednostka arytmetyczno-logiczna ALU. Zapewnia ona prawidłowe przetworzenie wszystkich danych stałoprzecinkowych. ALU wyposażony jest w niewielka zintegrowana pamięć, nazywana zestawem rejestrów. Każdy rejestr to pojedyncza komórka używana do chwilowego przechowywania danych i wyników.

3. FPU, czyli koprocesor wykonujący wszystkie obliczenia zmiennoprzecinkowe

4. Po zakończeniu "obliczeń" dane będące wynikiem przetwarzania trafiają do modułu wyjściowego procesora. Jego zadaniem jest przekierowanie nadchodzących informacji np. do odpowiedniego adresu w pamięci operacyjnej lub urządzenia wejścia/wyjścia.

Dodatki multimedialne
Producenci nowoczesnych procesorów za podstawowy kierunek rozwoju technologicznego obrali rozszerzenie multimedialnych mozliwosci ukladu. Poszerzone listy rozkazów operujace na stalo- i zmiennoprzecinkowych macierzach znaczaco przyspieszaja obróbke grafiki, dzwieku czy generowanie obrazów 3D.

MMX
Pierwszym wprowadzonym rozszerzeniem multimedialnym, wbudowanym we wszystkie obecnie produkowane modele procesorów, jest zestaw 57 instrukcji arytmetyki staloprzecinkowej typu SIMD, znany pod nazwa MMX.



3DNow!
Firma AMD wprowadzila 21 nowych instrukcji zmiennoprzecinkowych typu SIMD-FP zorientowanych na wspomaganie grafiki trójwymiarowej. Byl to pierwszy przypadek wprowadzenia tak istotnych zmian do architektury procesora przez firmę inna niż Intel. SIMD-FP procesorów AMD wykorzystuje do działania połączone w pary 64-bitowe rejestry MMX - co niestety, utrudnia automatyczna optymalizacje kodu programu, gdyż wymagany jest podział danych na dwa segmenty.


Również Intel wprowadził w swoich procesorach Pentium III, instrukcje zminnoprzecinkowe SIMD-FP. Instrukcje te są wykonywane przez wyspecjalizowana jednostkę operującą na ośmiu 128-bitowych dedykowanych rejestrach - co sprzyja optymalizacji kodu programu.


GNIAZDA PROCESORÓW
Na załączniku przedstawiamy rodzaje gniazd oraz przeznaczone dla nich procesory. Pominięto tu już tak stare gniazda jak Socket 1 do Socket 6.
Obecnie stosowane najczęściej w płytach głównych gniazda procesorowe to Socket 370 pod procesory Celeron oraz Socket A do procesorów firmy AMD.



DYSK TWARDY
Element komputera służący do trwałego przechowywania danych. Na twardym dysku znajduje się oprogramowanie decydujące o funkcjonalności komputera: system operacyjny i programy użytkowe.

budowa
Dysk twardy składa się z następujących części:
-obudowy, której zadaniem jest ochrona znajdujących się w niej elementów przed uszkodzeniami mechanicznymi a także przed wszelkimi cząsteczkami zanieczyszczeń znajdujących się w powietrzu. Jest to konieczne, gdyż nawet najmniejsza cząstka "kurzu" ma wymiary większe niż odległość pomiędzy głowicą a powierzchnią nośnika, tak więc mogłaby ona zakłócić odczyt danych, a nawet uszkodzić powierzchnię dysku.
-elementów elektronicznych, których celem jest kontrola ustalenia głowicy nad wybranym miejscem dysku, odczyt i zapis danych oraz ich ewentualna korekcja. Jest to w zasadzie osobny komputer, którego zadaniem jest "jedynie" obsługa dysku.
-nośnika magnetycznego, umieszczonego na wielu wirujących "talerzach" wykonanych najczęściej ze stopów aluminium. Zapewnia to ich niewielką masę, a więc niewielką bezwładność co umożliwia zastosowanie silników napędowych mniejszej mocy, a także szybsze rozpędzanie się "talerzy" do prędkości roboczej.
-elementów mechanicznych, których to zadaniem jest szybkie przesuwanie głowicy nad wybrane miejsce dysku realizowane za pomocą silnika krokowego. Wskazane jest stosowanie materiałów lekkich o dużej wytrzymałości co dzięki małej ich bezwładności zapewnia szybkie i sprawne wykonywanie postawionych zadań.
Opisane elementy można zobaczyć na zdjęciu.

wydajność
Na wydajność dysku twardego składają się dwa główne parametry: szybkość transmisji danych oraz czas dostępu do danych. Z kolei szybkość odczytu i zapisu uzależniona jest od szybkości obrotowej dysków, gęstości upakowania informacji, liczby talerzy, przepustowości wewnętrznych interfejsów napędu oraz przepustowości interfejsu łączącego dysk z komputerem. Wewnętrzna szybkość transmisji ogranicza szybkość odczytu i zapisu dużych plików. Przy mniejszych ilościach danych swoją rolę zaczyna odgrywać wewnętrzna pamięć napędu (cache). Niweluje ona opóźnienia spowodowane przyczynami mechanicznymi. Opóźnienia te wynikają z dość długiego czasu przesunięcia głowicy ze ścieżki na ścieżkę oraz oczekiwania, aż żądany sektor odnalezionej ścieżki „dojdzie” do głowicy.

Technologia PRML
Większość napędów jeszcze do niedawna podczas odczytu danych używała techniki zwanej peak detection (wykrywanie wartości ekstremalnych). W miarę wzrostu gęstości zapisu rozróżnienie sąsiednich wartości szczytowych sygnału od siebie nawzajem i od tak zwanego tła stawało się coraz trudniejsze. Problem ten rozwiązywano wstawiając pomiędzy sąsiadujące szczyty ("jedynki") rozdzielające chwile ciszy ("zera"). Takie postępowanie sprowadzało się do kodowania zerojedynkowych ciągów za pomocą ciągów bardziej przejrzystych, czyli łatwiej identyfikowalnych, lecz z konieczności dłuższych. To oczywiście obniżało efektywną gęstość zapisu, a w konsekwencji także wydajność napędu.
Z pomocą przyszła opracowana na potrzeby długodystansowej komunikacji w przestrzeni kosmicznej technologia PRML (Partical Response Maximum Likelihood). Pochodzący z głowicy odczytującej analogowy sygnał jest próbkowany i zamieniany na postać cyfrową. Uzyskaną w ten sposób próbkę analizuje się algorytmem Viterbi. Sprawdza on wszystkie kombinacje danych, które mogły wygenerować zbliżony ciąg i wybiera tę najbardziej prawdopodobną. Najlepsze efekty daje połączenie technologii PRML z magnetorezystywną głowicą odczytującą ze względu na dobrą jakość generowanego przez nią sygnału analogowego. Głowica magnetorezystywna (MRH) wykorzystuje inne zjawisko fizyczne niż standardowe głowice, zbliżone konstrukcją do stosowanych w zwykłych magnetofonach. Element czytający MRH jest wykonany z substancji zmieniającej oporność w polu magnetycznym, więc namagnesowanie bezpośrednio rzutuje na natężenie płynącego przez głowicę MR prądu. Istotną zaletą technologii MR jest większa czułość, pozwalająca na radykalne zwiększenie gęstości zapisu, a co za tym idzie - wzrost pojemności napędu przy zachowaniu jego rozmiarów. Dyski twarde korzystające z kombinacji technologii PRML z głowicami MR charakteryzują się największą dziś gęstością zapisu.


INTERFEJS ŁĄCZĄCY DYSK Z KOMPUTEREM
Granicę wydajności stanowi interfejs komunikacyjny czyli łącze przesyłające dane pomiędzy twardym dyskiem a pamięcią operacyjną komputera.
IDE/ATA

Opracowany na początku lat osiemdziesiątych interfejs IDE/ATA miał na celu zapewnienie standardowego sposobu komunikacji komputera z dyskami twardymi. Umożliwiał podłączenie maksymalnie dwóch urządzeń i był związany bezpośrednio z magistralą ISA
co ograniczało jego przepustowość do 8,3Mb/s.

ATA-2/ATA-3

Specyfikacja ATA-2 wprowadziła metodę synchronicznego przesyłania danych.
ATA-2 zapewniał maksymalną przepustowość 16MB/s. Wprowadzono rozkazy transmisji blokowych, upowszechnił się także mechanizm DMA, odciążający CPU komputera z zadań związanych z transmisją danych i w konsekwencji decydujący o wydajniejszej pracy. Nowością był również wprowadzony tryb adresowania danych przechowywanych na dysku – LBA – umożliwiający przekroczenie dotychczasowej bariery pojemności 504MB.
ATA-3 był uzupełniony technikami zwiększania bezpieczeństwa przesyłanych po kablu
i przechowywanych na dysku danych (S.M.A.R.T)

ATA/ATAPI-4 (Ultra ATA/33)

W 1997 roku wprowadzono kolejną odmianę interfejsu znaną pod nazwą Ultra ATA/33. Maksymalny transfer zwiększył się do 33MB/s. Ultra ATA/33 balansuje na granicy możliwości przesyłowych standardowego 40-żyłowego kabla. Opracowane komunikację z czytnikami CD i DVD (ATAPI). Oficjalnie określono nazwę EIDE, która oznacza że mogą ze sobą pracować cztery urządzenia (po dwa na każdym kanale IDE). W celu zwiększenia bezpieczeństwa przesyłanych danych wprowadzono metodę wykrywania i korekcji błędów transmisji znaną jako suma kontrolna CRC. Suma ta obliczana jest dla każdego pakietu przesyłanych danych, zarówno przez napęd, jak i kontroler na płycie głównej. Po zakończeniu transmisji następuje porównanie obu obliczonych wartości. W razie wystąpienia błędu proces przesyłania danych realizowany jest ponownie.

ATA/ATAPI-5 (Ultra ATA/66/100)

Już dwa lata po wprowadzeniu standardu Ultra ATA/33 okazało się, że prędkość transmisji można jeszcze bardziej zwiększyć. Teoretyczną maksymalną przepustowość 100MB/s osiągnięto, zwiększając dwukrotnie prędkość przesyłania danych oraz redukując czas realizacji komend sterujących. Aby skorzystać z większej szybkości, należało zastosować specjalny kabel, którego konstrukcja zapobiega powstaniu zakłóceń elektromagnetycznych pojawiających się podczas pracy z tak dużą prędkością. W porównaniu z dotychczas stosowaną taśmą połączeniową dwukrotnie zwiększyła się liczba żył z 40 do 80, nie zmienił się typ wtyczki. Nowe żyły pełnią rolę uziemienia i wplecione są pomiędzy standardowe żyły sygnałowe.

ATA/ATAPI-6 (Ultra ATA 133)

Maksymalny transfer wzrósł do 133MB/s.

PŁYTA GŁÓWNA
Jest ona ważnym składnikiem komputera, na którym umieszczane i podłączane są wszelkie elementy zestawu komputerowego

GŁÓWNE ELEMENTY PŁYTY GŁÓWNEJ
KONTROLER CPU
Moduł interfejsu procesora zajmuje się szeroko pojętą jego obsługą i współpracą z innymi elementami komputera (np. pamięcią, magistralą ISA czy PCI). Najistotniejsze, z punktu widzenia użytkownika, są informacje o procesorach współpracujących z daną płytą główną.

układy zarządzania energią (power management)
Pojęcie power management określa grupę funkcji umożliwiających zarządzanie, a przede wszystkim oszczędzanie energii podczas pracy komputera. Głównym założeniem systemu jest redukcja poboru prądu przez urządzenia, które w danej chwili nie są wykorzystywane.

kontroler interfejsu EIDE
Kontroler EIDE umożliwia komunikację z takimi urządzeniami jak: dyski twarde,
CD-ROM-y, nagrywarki, DVD. Może obsługiwać maksymalnie cztery urządzenia.
Więcej wiadomości przy temacie dysk twardy.

kontroler magistral
Nadzoruje przesyłanie danych z kart rozszerzeń podłączonych do gniazd ISA, PCI i innych.

ISA
Magistrala danych umożliwiające montowanie kart rozszerzeń ISA (np. karta dźwiękowa). Gniazdo ma długość około 14 cm, najczęściej jest koloru czarnego i jest dwuczęściowe. Magistralą ISA może być jednocześnie przesyłanych osiem lub szesnaście bitów danych. Stąd mówi się o szerokości magistrali: 8 lub 16 bitowej. Prędkość transferu może wynosić 8MHz. ISA jest najstarszym i najwolniejszym typem magistrali. Obecnie płyty główne nie posiadają już tego gniazda.

PCI
Gniazdo rozszerzeń przeznaczone do kart wykonanych w tej strukturze (np. karta graficzna). Jego długość wynosi około 8 cm i jest koloru białego. Magistrala PCI ma szerokość 64 bitów jest więc 4-razy szybsza od ISA, co oczywiście wpływa na szybkość działania wszystkich innych elementów, które są do niej podłączone. PCI spełnia normy standardu Plug and Play (po zamontowaniu nowego urządzenia, system automatycznie je rozpoznaje i przydziela zasoby).

AGP
patrz temat: karta graficzna

BIOS I CMOS
Konfiguracja parametrów pracy poszczególnych podzespołów wchodzących w skład płyty głównej zmieniana jest poprzez BIOS i zapamiętywana w pamięci CMOS komputera. Ustawienia te można zweryfikować, korzystając z programu usługowego BIOS-u.

CMOS - podtrzymywana bateryjnie pamięć, która zachowuje informacje o konfiguracji komputera, takich jak typ zamontowanych dysków twardych, ilość pamięci RAM itp. Dzięki CMOS, BIOS komputera jest w stanie je odczytać i uruchomić peceta.

BIOS - program zapisany w pamięci ROM każdego peceta. Testuje on sprzęt po włączeniu komputera, uruchamia system operacyjny.

KARTA GRAFICZNA

Jej zadaniem jest przetwarzanie danych podawanych przez komputer do postaci zrozumiałej dla monitora .Liczba wyświetlanych jednocześnie kolorów zależy od możliwości zainstalowanej w komputerze karty graficznej.
Naturalnie wraz ze wzrostem liczby kolorów maleje szybkość przetwarzania obrazu. Rozdzielczość obrazu mówi o tym, z ilu punktów (pikseli) się on składa. Jej wartością jest liczba punktów obrazu w linii pomnożona przez liczbę linii. Im wyższa jest ta wartość, tym ostrzejszy obraz możemy uzyskać. Za standard w Windows przyjmuje się rozdzielczość 800/600 punktów. Żaden komputer PC nie nadaje się do pracy bez karty graficznej. Jakość obrazu zależy przede wszystkim od jego częstotliwości odświeżania: im częściej odświeżany jest w czasie jednej sekundy obraz, tym spokojniej jest on postrzegany przez ludzkie oko(nie zauważalne jest migotanie obrazu). Częstotliwość odświeżania obrazu mierzona jest w hercach. Aby otrzymać w pełni stabilny obraz , konieczne jest co najmniej 72-krotne (72 Hz ) odświeżenie obrazu w ciągu każdej sekundy.
Budowa
Każda karta graficzna składa się z czterech podstawowych elementów: płytki drukowanej, głównego procesora, pamięci wideo i układu RAMDAC (który często jest zintegrowany
z procesorem w jednej obudowie)

PROCESOR
Procesor na karcie graficznej wspomaga setki różnych funkcji, z trójwymiarowymi włącznie. Układy takie pomagają procesorowi komputera rysować linie, trójkąty, prostokąty, potrafią wygenerować obraz trójwymiarowy, pokryć go odpowiednią tzw. teksturą (powierzchnią), stworzyć efekt mgły itd. Procesor karty graficznej komunikuje się z pamięcią wysyłając i pobierając z niej informacje o obrazie w tzw. paczkach, przy czym wielkość tych paczek zależy od procesora karty. Procesory 64-bitowe wysyłają paczki
64-bitowe (8-bajtowe), a 128-bitowe paczki 16 bajtowe. To czy procesor jest 64-bitowy czy 128-bitowy, praktycznie nie powoduje dwukrotnej różnicy prędkości na korzyść układów 128-bitowych. Przewaga zaczyna być widoczna przy pracy w wyższych rozdzielczościach.

PAMIĘĆ WIDEO
Każda karta graficzna ma własną pamięć RAM, w której przechowuje potrzebne informacje o obrazie. Obecnie wielkość tej pamięci to przeważnie 32 MB (jeszcze do niedawna przeciętna pamięć wynosiła 512 KB), a coraz częściej 64 MB. W pamięci tej przechowywane są dane o każdym punkcie obrazu, a także tekstury (w postaci map bitowych) oraz dane o głębi (z pamięci jest w tym celu wydzielany tzw. bufor Z).

UKŁAD RAMDAC
Układ RAMDAC pobiera dane o obrazie wygenerowanym przez procesor karty graficznej. Dane te są w postaci zbioru różnokolorowych punktów. Następnie RAMDAC zamienia je na sygnały analogowe i wysyła do monitora. Im szybszy RAMDAC, tym więcej potrafi wysłać informacji w ciągu sekundy co ma bezpośredni wpływ na częstotliwość odświeżania (jest to liczba pojedynczych obrazów, jakie wyświetla monitor w ciągu sekundy. Częstotliwość 60Hz oznacza, że w ciągu sekundy na ekranie monitora rysowanych jest 60 pełnych obrazów. Oko ludzkie przestaje odróżniać „skoki” między obrazami już przy szybkości
ok. 25 obrazów na sekundę, więc częstotliwość 60 Hz wydawałaby się aż za duża.
Jak się okazuje w praktyce, przy 60Hz prawie nie widać migotania obrazu, ale nasze oczy się męczą. Dlatego do pracy przy komputerze powinniśmy ustawiać częstotliwość co najmniej 75Hz, zaś im większa tym lepiej. Warto przy tym wiedzieć, że ustawienie częstotliwości większej niż 85Hz nie ma już wpływu na nasz wzrok.

Również czynnikiem wpływającym na prędkość karty graficznej jest typ magistrali, z jaką komunikuje się ona z komputerem. Rodzaje magistral:

ISA - 16- bitowa magistrala danych, jest już obecnie definitywnie zabytkiem

PCI - 64 -bitowa, max. transfer do 138Mb/s

AGP - gniazdo rozszerzeń zaprojektowane przez firmę Intel przeznaczone specjalnie do szybkiego przesyłania danych pomiędzy kartą graficzną a procesorem.Max. transfer to 528 Mb/s. Obecnia kart graficzne używające tego gniazda stały się standardem.

KARTA DZWIEKOWA

Obecnie w prawie każdym pececie znajduje się jakaś karta dźwiękowa. Najważniejszą jej częścią składową, jest przetwornik A/D-D/A (analog/digital-digital/analog), zmieniający sygnał analogowy w cyfrowy i odwrotnie, odpowiedzialny za nagrywanie i odtwarzanie plików WAV. Proces nagrywania nazywany jest samplingiem. Poziom (głośność) sygnału wejściowego, pochodzącego np. z mikrofonu lub wejścia LINE IN jest mierzony w określonych odstępach czasu, zaś wynik pomiaru zapisywany w pliku WAV. Znajduje się w nim również informacje o parametrach nagrania, mających wpływ na jakość dźwięku i zapotrzebowanie na wolne miejsce na dysku. Są to:

Rozdzielczość: określa, czy wartości pomiarowe zapisywane w pliku WAV mają zajmować
1 czy 2 bajty (8 czy 16 bitów). W jednym bajcie można zapisać wartości od 0 do 255, natomiast w dwóch bajtach wartości od 0 do 65 535. Obecnie nawet najtańsze na rynku karty są już 16 bitowe.

Częstotliwość próbkowania: odstępy czasowe, w których dokonywany jest pomiar poziomu sygnału wejściowego. Częstotliwość próbkowania podawana jest w kilohercach(kHz), 1 kHz odpowiada 1000 pomiarów na sekundę. Najczęściej spotyka się karty próbkujące z częstotliwościami 8, 11, 22, 44,1 , 48 kHz. Najwyższy ton, jaki można nagrać odpowiada połowie wartości częstotliwości próbkowania. W przypadku karty posiadającej częstotliwość 44,1 kHz będzie to ok. 22000Hz. Ucho ludzkie potrafi odbierać dźwięki o częstotliwości do ok. 17000 Hz.

Syntezator MIDI
W przeciwieństwie do przedstawionego powyżej układu analogowego syntezator nie reprodukuje dźwięków nagranych wcześniej, lecz sam je wytwarza, korzystając z parametrów i listy nagrań (plików MIDI). W zależności od kart można uzyskiwać dźwięki stosując jedną z dwóch technik:
Synteza FM: przekształca polecenia programowe na dźwięki poprzez generowanie napięć elektrycznych (krzywe o przebiegach sinusoidalnych, piłokształtnych czy prostokątnych). Poprzez manipulację głośnością oraz nakładanie wielu krzywych próbuje się naśladować brzmienie prawdziwych instrumentów, co jednak niezbyt się udaje.
Synteza WAVETABLE: jest nowocześniejszą i bardziej zbliżoną brzmieniowo do oryginalnych instrumentów. W procesie syntezy falowej procesor wykorzystuje cyfrową próbkę (sample) dźwięku danego instrumentu, przechowywaną najczęściej w postaci pliku WAV w specjalnym układzie pamięci ROM. W niektórych kartach zastosowano inne rozwiązanie: próbkę można wczytać z dysku do pamięci RAM. W zależności od "wytycznych" z pliku MIDI, plik WAV przeliczany jest na dźwięk o odpowiedniej wysokości i długości.


Budowa karty dźwiękowej
Do niedawna karty dźwiękowe współpracowały jedynie z magistralą ISA. W dzisiejszych komputerach podstawową szyną danych stała się szyna PCI. W konsekwencji większość modeli kart jest dostępna na rynku w wersji PCI. Do komunikacji z pecetem, każda karta dźwiękowa potrzebuje co najmniej trzech zasobów: adresu I/O, przerwania oraz kanału DMA. Za pomocą adresu I/O komputer kontaktuje się z kartą, gdy chce jej przekazać rozkazy. Z kolei karta zgłasza pecetowi potrzebę przesłania danych poprzez odpowiednie przerwanie.

MODEM

Aby przesłać dane komputerowe (informacja cyfrowa) przez ogólnodostępną sieć telefoniczną (analogowa), nadawca musi je przekształcić na postać analogową dla potrzeb transmisji, a odbiorca z powrotem zamienić formę analogową na bity i bajty, zrozumiałe dla swojego komputera. Operację taką wykonuje urządzenie zwane modemem (od ang. MOdulator DEModulator). Ponieważ sieć telefoniczna nie była projektowana pod kątem przesyłania nią danych komputerowych, więc istnieją w niej ograniczenia poważnie utrudniające taką transmisję. Najważniejszym z nich jest ograniczenie pasma przenoszenia do 3,5 kHz (co w zupełności wystarcza dla mowy ludzkiej), nie można też przesyłać nią składowej stałej sygnału. Modem może służyć do połączenia dowolnych dwóch urządzen (niekoniecznie komputerów), które potrafi nadawac i odbierac dane przez port szeregowy RS-232. Całą resztę, czyli skomplikowaną operację transmisji, potrafi przejąc na siebie odpowiednio skonfigurowany modem. Wydawałoby się to wszystko bardzo proste i piękne - tak niestety nie jest. Najważniejszą wadą modemów jest stosunkowo mała prędkość transmisji: najszybsze modemy obecnie stosowane (V.56) (9kB)potrafią przesłać maksymalnie (w sprzyjających warunkach) ok. 5 kB danych na sekundę. Prędkość transmisji danych przez modemy (i nie tylko) podaje się w bitach na sekundę, w skrócie bps (lub w kilobitach na sekundę: kbps). Czasami użytkownik może spotkać się z jednostką "baud", która określa częstotliwość modulacji i z prędkością transmisji ma niewiele wspólnego.

Jak działa modem? Ogólna zasada działania tego urządzenia jest trochę podobna do transmisji radiowej. Zarówno przy transmisji modemowej, jak i w radiu, występuje pewien ciągly sygnał (5kB)(tzw. nośna), który jest odpowiednio zmieniany (modulowany) w rytm przesyłania danych. Jak wiadomo, parametrami fali są: amplituda, częstotliwość i faza (przesunięcie fazowe). Za pomocą zmian, czyli modulacji każdego z tych parametrów nośnej, można zakodować informację. W radiu na falach ultrakrótkich stosuję się modulację częstotliwości, w skrócie FM (ang. Frequency Modulation), a w pozostałych pasmach - modulację amplitudy, w skrócie AM (ang. Amplitude Modulation). Często w przypadku przesyłania danych cyfrowych, a więc gdy występują tylko dwa dozwolone poziomy, słowo "modulacja" zamienia się słowem "kluczowanie" (ang. Shift Ieying). W modemach (tych starszych) wykorzystywane były zarówno kluczowanie częstotliwości (FSK - ang. Frequency Shift Keying) jak i fazy (PSK - ang. Phase Shift Keying), a w nowszych rozwiązaniach stosuje się jednoczesną modulację fazy i amplitudy, zwaną modulacją kwadraturowo - amplitudową, w skrocie QAM (ang. Quadrature Amplitude Modulation). Do prawidłowego przesyłania informacji nie wystarczy sama modulacja, ważne jest także samo przygotowanie danych do transmisji. Polega ono na zastąpieniu pewnych ciągów bitów innymi, łatwiejszymi do rozróżnienia, a operację tą realizuje układ zwany skramblerem,zaś powrotną zamianę po odbiorze - deskrambler. Począwszy od modemów V.32 zaczęto stosować kodowanie nadmiarowe za pomocą kodów TCM (ang. Trellis Coded Modulation). Kodowanie nadmiarowe polega na zastąpieniu pewnych ciągów bitów ciągami dłuższymi , ale łatwiejszymi do odróżnienia od pozostałych.

Modemy można podzielić na dwa zasadnicze rodzaje:
- zewnętrzne - podłączne do portu COM komputera, umożliwiają odbieranie wiadomości przy wyłączonym komputerze (zdjęcie pierwsze).
- wewnętrzne - mogą funkcjonować tylko przy włączonym komputerze, ale są znacznie tańsze niż zewnętrzne (zdjęcie drugie).


Pamięć

Pamięć w komputerze służy do przechowywania informacji. Rozróżniamy tzw. pamięć stałą (np. pamięć ROM) oraz pamięć ulotną (np. pamięć operacyjna RAM). Pamięć ROM (Read Only Memory) nazywana jest także pamięcią nieulotną. Zachowuje ona swoją zawartość także w czasie wyłączenia komputera. Jest to możliwe dzięki odpowiedniemu podtrzymaniu napięcia przez baterię. Pamięć ta jest zbudowana na układzie scalonym umieszczonym na płycie głównej komputera i służy do przechowywania programów w postaci tzw. BIOS-u komputera. Pamięć RAM (Random Access Memory) nazywana jest pamięcią o dostępie swobodnym lub pamięcią operacyjną. Jest ona niezbędna w komputerze do szybkiej wymiany danych. Zarządzaniem pamięcią zajmuje się obecny w komputerze system operacyjny. Pamięć RAM jest także określana jako pamięć ulotna, ponieważ jej zawartość zanika w przypadku wyłączenia komputera lub jego restartu. Obecnie najpopularniejsze są pamięci SDRAM w postaci 168 pinowych układów na złączu typu DIMM. Podstawowym parametrem układów pamięci RAM jest tzw. czas dostępu do informacji. W obecnie dostępnych pamięciach czas ten wynosi 8, 7 i 5 nanosekund. Nowszym rodzajem pamięci operacyjnej są pamięci DDRAM.


Napęd dyskietek

Do odczytu i zapisu danych z dysku przez komputer stosuje się urządzenie nazywane napędem dysków elastycznych. Podstawowym elementem są głowice zapisująco - odczytujące, przemieszczające się między ścieżkami na specjalnym wózku, poruszanym silnikiem krokowym. W celu odczytania danych na ścieżce, realizowany jest obrót nośnika wokół jego środka przez silnik sprzężony z nośnikiem, obracający się z prędkością 300 obr/min dla HD lub 360 obr/min dla DD. Ważne jest aby prędkość obrotowa była stała, ponieważ jej zmiany mogą powodować błędy w zapisie lub odczycie danych. Kolejnym elementem jest mechanizm odpowiedzialny za umieszczenie i wyciąganie dysku, pozwalający na ułożenie dyskietki we właściwej pozycji. Można wyróżnić brak czujników mechanicznych lub (i) optycznych, odpowiadających za prawidłową obsługę nośnika. Czujniki te realizują nast. funkcje: czujnik zabezpieczenia przed zapisem; obecności dyskietek; identyfikacji początku ścieżki. Wszystkimi elementami napędu zarządza elektroniczny układ sterowania. Jego zadanie polega na sterowaniu silnikami, sprawdzaniu stanów czujników oraz na generowaniu i odbieraniu impulsów przemagnesowania nośnika dla i z głowic.



Napęd CD-ROM

Odczyt danych z płyt CD-ROM odbywa się za pomocą odpowiedniego urządzenia, zwanego napędem CD-ROM. W celu zapisania danych na dysku CD należy komputer doposażyć w urządzenie zwane nagrywarką (wypalarką). Zapis odbywa się na specjalnie do tego celu przygotowanych płytach, które posiadają oznaczenie CD-R. Szczególną odmianą są dyski CD-RW (Compact Disk Re-Writable), na których istnieje możliwość wielokrotnego zapisu danych. Ważnym parametrem napędu CD jest, podobnie jak w przypadku dysków, średni czas dostępu, który w obecnie sprzedawanych modelach jest krótszy niż 80 milisekund. Innym istotnym parametrem jest prędkość odtwarzania napędu. Im wyższa prędkość odtwarzania, tym większy transfer danych. Nowoczesne napędy CD osiągają 48-, a nawet 52-krotną prędkość odtwarzania (1-krotna prędkość odtwarzania to transfer danych rzędu 150 kB/s). Napędy CD-ROM umożliwiają odczyt danych z płyt CD zawierających dane komputerowe, jak i płyt CD z muzyką.

UŻĄDZENIA WEJŚCIA

Klawiatura i mysz
Dane i polecenia przekazywane są do komputera najczęściej za pomocą klawiatury i myszki. Klawiatura pozwala na wpisywanie tekstu i liczb. Klawisze specjalne służą do przekazywania poleceń lub do sterowania czynnościami na ekranie monitora. Zamiast klawiatury wygodniej jest posługiwać się myszą: za jej pośrednictwem przesuwamy na ekranie monitora małą strzałkę (kursor myszy), określając jakie operacje chcemy wykonać.

Skaner
To co karty dźwiękowe dokonują z dźwiękiem, skanery robią z obrazkami: przekształcają optyczne informacje na komputerowe dane. Skaner, podobnie jak kserokopiarka za pomocą czujników bada kolory i jasność odczytywanego obrazu. Po przekazaniu informacji o obrazie do komputera można je w dowolny sposób modyfikować, tworząc na ekranie monitora zupełnie nowe obrazki.

Aparaty cyfrowe
Aparaty cyfrowe nie potrzebują filmu fotograficznego. Obraz, który do nich trafia, zapisywany jest natychmiast w postaci cyfrowej. Po podłączeniu takiego aparatu do komputera, wszystkie obrazy mogą zostać przeniesione do komputera i wyświetlone na ekranie monitora.

Wirtualna rzeczywistość
Istnieją też urządzenia, które przekształcają do postaci danych komputerowych ruch ciała człowieka. Specjalne rękawice, hełmy, czy inne czujniki przytwierdzone do ciała przesyłają do komputera informacje o ruchu, co natychmiast znajduje odbicie na ekranie monitora. Te specjalistyczne urządzenia wykorzystywane są najczęściej w określonego typu grach komputerowych.

TV i wideo
Obraz telewizyjny lub nagrany na taśmie wideo również może trafiać do komputera. Służą do tego specjalne karty rozszerzeń, które między innymi umożliwiają oglądanie obrazu TV na ekranie, odtwarzanie płyt Video-CD bądź też tworzenie własnych filmów wideo.

Joysticki
Joysticki, tak jak myszki, pomagają w przemieszczaniu kursora na ekranie monitora. Jednak w przeciwieństwie do myszy, korzysta się z nich najczęściej w grach komputerowych i symulatorach lotu, czyli programach symulujących pilotowanie samolotu.

Inne komputery
Urządzeniem wejścia może być również inny komputer. Dzięki połączeniu kilku komputerów możliwe jest przekazywanie informacji pomiędzy nimi. Modem pozwala na utworzenie połączenia między dwoma komputerami za pośrednictwem linii telefonicznych. Na takiej właśnie

UŻĄDZENIA WYJŚCIA

Monitory
Żaden komputer nie nadaje się do pracy bez monitora czy wyświetlacza. Najczęściej jest to monitor kolorowy, przypominający mały telewizor. Informacje, które są wyświetlane na ekranie monitora pochodzą z karty graficznej w komputerze. Karta graficzna zmienia komputerowe dane w sygnał wideo, który następnie może wyświetlać monitor. W ostatnich latach jakość monitor ów gwałtownie wzrosła. Podczas gdy pierwsze zestawy PC potrafiły wyświetlać tylko jednobarwne teksty, nowoczesne karty graficzne i monitory wyświetlają obraz o jakości lepszej ni ż w przypadku dobrych odbiorników telewizyjnych. Komputery przenośne wykorzystują płaskie ekrany wyświetlaczy, które funkcjonują na zasadzie podobnej do wyświetlaczy kalkulatorów. Różnica polega na tym, że na ekranach tych komputerów można wyświetlać nie tylko cyfry i litery, lecz także grafikę. Oprócz monitorów kolorowych na rynku można jeszcze spotkać monitory czarno białe, których praktycznie już się nie używa.

Drukarki
Drukarki spełniają podobną rolę, jak monitory- tyle tylko, że tekst jak i grafika pojawiają sienie na ekranie, ale na papierze. Cały proces wygląda więc bardzo podobnie: informacje, które mają pojawić się na papierze wysyłane są z komputera do karty drukarki. Tam zostają zmienione w obraz strony, który następnie poprzez drukarkę trafia na papier. Do zastosowań domowych nadaje się albo drukarka atramentowa, albo laserowa. Drukarki atramentowe są tańsze, lecz jednocześnie wolniejsze niż drukarki laserowe. Oba typy zapewniają jednak dość wysoką jakość druku, czasami zbliżoną do jakości czasopism. Zasada działania drukarek atramentowych polega na wytryskiwaniu maleńkich kropel atramentu na papier, przy czym wszystko to odbywa się praktycznie bezgłośnie.
Drukarki laserowe funkcjonują na zasadzie podobnej do kserokopiarki. Strumień lasera zaznacza obraz na metalowym bębnie. W miejscach tych pozostaje sproszkowany atrament, czyli toner. Następnie do bębna dociskany jest papier, z którym toner wiąże się pod wpływem wysokiej temperatury.
Drukarki laserowe gwarantują najwyższą jakość i nadają się przede wszystkim do zastosowań graficznych i przygotowywania profesjonalnych publikacji.

Słuchawki i głośniki
Sama karta dźwiękowa nie umożliwia jeszcze słuchania muzyki. Bez odpowiednich urządzeń wyjścia, takich jak słuchawki i głośniki nie wyda z siebie ani jednego dźwięku. Jeżeli mamy słuchawki możemy je podłączyć z tyłu obudowy komputera. Kto jednak woli dźwięk płynący z głośników, może takowe wybrać z bogatej oferty dostępnej w sklepach.zasadzie działa bardzo popularny dziś Internet.