Ogólne informacje o budowie i funkcjonowaniu komputera

Komputer IBM PC (IBM Personal Computer) został wprowadzony na rynek amerykański w 1981 r. przez firmę IBM (International Business Machines) i szybko stał się standardem światowym. Cały czas pojawiają się nowe jego wersje w miarę produkcji coraz to nowszych i posiadających coraz to większe możliwości mikroprocesorów. Mówiąc o komputerach używa się symboli: XT, AT, 386, 486, Pentium, Pentium I, Pentium II, przy czym te pierwsze oznaczają typy, które już dawno wyszły z użycia.

W uproszczeniu można powiedzieć, że komputer składa się z następujących „bloczków”:

1. jednostka centralna - wszystko to, co zawiera się w obudowie,

2. wejścia, czyli urządzenia, za pomocą których wprowadzamy polecenia (mówimy komputerowi, co ma robić) oraz dane (np. gdy piszemy za pomocą komputera list). Typowe urządzenia wejściowe to klawiatura i mysz,

3. wyjścia, czyli urządzenia, za pomocą których jesteśmy w stanie uzyskać informację zwrotną od komputera, np. sprawdzić, czy wprowadzone przez nas polecenie zostało wykonane, przekonać się, jaki program jest wykonywany lub obejrzeć jak wygląda redagowany przez nas list. Typowy urządzeniem wyjściowym jest monitor. Inne urządzenia wyjściowe to drukarka i głośniki.

Urządzenie wejścia i wyjścia są połączone z komputerem zwykle za pomocą odpowiednich kabli, które są podłączane do odpowiednich gniazd jednostki centralnej, znajdujących się na tylnej ściance obudowy komputera:

1. klawiatura - 2 możliwości:

• specjalna okrągła wtyczka,

• wtyczka standardu PS2,

2. mysz - 2 możliwości:

• port szeregowy - najczęściej COM1, przeważnie 9 wyprowadzeń,

• wtyczka standardu PS2,

3. monitor - specjalna wtyczka,

4. drukarka - wtyczka do port równoległego, najczęściej LPT1,

5. głośniki - mała wtyczka, podłączana do wyjścia karty muzycznej.

Kabel łączący drukarkę z komputerem jest rozłączalny z obu stron, zaś kable łączące pozostałe wyżej wymienione urządzenia z jednostką centralną są na stałe połączone z urządzeniem (klawiaturą, myszą i monitorem).

Komputer zasilany jest zwykle z sieci prądu przemiennego 230 V AC. Monitor również wymaga zasilania z tej sieci i, zależnie od monitora, może to być zrealizowane na 2 sposoby:

1. oddzielny kabel do bezpośredniego podłączenia się do sieci 230 V AC,

2. kabel do połączenia się do sieci 230 V AC przy wykorzystaniu specjalnego gniazda w tylnej części komputera.

Zaleca się zasilanie komputera za pomocą specjalnej listwy ACAR, która zmniejsza możliwość uszkodzenia komputera na skutek przepięć w linii zasilającej. Jest to szczególnie istotne w rejonach wiejskich, gdzie niebezpieczeństwo takich przepięć spowodowanych np. burzami jest znacznie większe, niż w mieście.

Najważniejsze elementy znajdujące się wewnątrz obudowy komputera to:

1. płyta główna (systemowa) - na niej zamontowana jest znaczna ilość elementów komputera,

2. mikroprocesor - „mózg” całego komputera (na płycie głównej), z wiatraczkiem,

3. pamięć ROM (tylko do odczytu) - zawierająca program BIOS, wykorzystywany przy każdorazowym uruchomieniu komputera (na płycie głównej),

4. pamięć RAM - do odczytu i zapisu (na płycie głównej),

5. gniazda rozszerzeń - umożliwiające montaż dodatkowych kart (kart rozszerzeń) na płycie głównej, np. karty muzycznej albo karty modemu. Komputer posiada tzw. architekturę otwartą, co oznacza, że zawiera pewne standardowe elementy, ale można dołączać jeszcze inne, właśnie w postaci kart rozszerzeń, wkładanych do gniazd rozszerzeń (szczelinowych) na płycie głównej. W zależności od konkretnego komputera niektóre elementy mogą znajdować się albo na płycie głównej albo na oddzielnej karcie, którą należy włożyć do gniazda rozszerzeń na płycie głównej.

6. dysk twardy,

7. napęd (stacja) dyskietek,

8. napęd (stacja) CD - ROM.

Mikroprocesor (procesor)

Mikroprocesor stanowi najważniejszy element komputera. Jest to elektroniczny układ cyfrowy, którego działanie polega na ciągłym odczytywaniu instrukcji (komend) i ich wykonywaniu. Aby więc mikroprocesor mógł pracować, konieczny jest ciąg instrukcji, czyli program. Program taki musi być wcześniej napisany przez programistę w jakimś języku programowania, następnie „przetłumaczony” na postać zrozumiałą przez mikroprocesor i umieszczony w pamięci (np. na dyskietce, dysku twardym lub płycie CD-ROM), gdzie będzie przechowywany. Jeśli chcemy, aby komputer ten program wykonał, musimy go uruchomić. Wtedy program (lub jego fragmenty) zostanie automatycznie umieszczony w pamięci programu i rozpocznie się jego wykonywanie.

Aby mikroprocesor mógł pracować, konieczny jest ciąg impulsów, w takt których procesor będzie odczytywał kolejne instrukcje, tzw. sygnał zegarowy. Im większa jest jego częstotliwość, tym szybciej pracuje procesor. W przypadku częstotliwości 500 MHz mamy 500 mln impulsów w ciągu jednej sekundy.

Poszczególne instrukcje wykonywane przez mikroprocesor są bardzo proste, np. przenieść zawartość jednej komórki pamięci do innej, ale dzięki temu, że potrafi on wykonywać miliony operacji w ciągu sekundy, potrafi tak dużo zrobić.

Podstawowymi parametrami charakteryzującymi mikroprocesor są jego typ i częstotliwość sygnału zegarowego, np. Pentium 133 MHz, czy Pentium II 500 MHz.

Pamięć komputera

Jednostki pamięci

Warunkiem pracy komputera jest możliwość zapamiętania pewnych informacji, np. programu, tekstu, czy danych i wyników obliczeń. Komputer wymaga więc pamięci. Informacja jest przechowywana w postaci cyfrowej, czyli zapisana w postaci dwójkowej jako ciąg jedynek i zer.

Najmniejsza jednostka pamięci to bit - przyjmuje tylko dwie wartości, określane jako 0 i 1 albo jako L (poziom niski - od low) i H (poziom wysoki - od high) albo jako ON (coś jest załączone) i OFF (to coś jest wyłączone). Co to oznacza, zależy od naszej interpretacji. Możemy się umówić, że traktujemy to dosłownie jako cyfry 0 i 1, ale możemy też przyjąć, że w ten sposób przekazujemy sobie informację o pogodzie, np. 1 - ładna pogoda, 0 - brzydka. Inny przykład: 1 - zielone światło - można jechać, 0 - czerwone światło - STOP, itp.

Uporządkowany zbiór 8 bitów, to bajt. Każdy z bitów w bajcie może przyjmować wartość 0 lub 1 (ważna jest kolejność), co w konsekwencji daje 256 możliwości (2⁸). Wykorzystując jeden bajt możemy więc przykładowo (wracając do przykładu z pogodą) o wiele dokładniej sprecyzować pogodę.

Odczytując bajt jako liczbę możemy uzyskać liczbę z zakresu od 0 (wszystkie bity są 0) do 255 (wszystkie bity są 1). W przypadku zapisu tekstu możemy każdej wartości przypisać jakąś literę. W praktyce bardzo często stosuje się tzw. kody ASCII, gdzie występuje ścisłe przyporządkowanie liter (rozróżnia się małe i wielkie litery), cyfr oraz innych znaków konkretnym wartościom. I tak literze a odpowiada wartość 97, literze A - wartość 65, a cyfrze 1 - wartość 49. Jest to tzw. format tekstowy.

Większe jednostki to kilobajt (KB), 1 KB = 1024 (2¹⁰) bajty, megabajt (MB), 1 MB ≈ 1 mln (2²⁰) bajtów oraz gigabajt (GB), 1 GB ≈ 1 miliard (2³⁰) bajtów.

Przykłady:

• typowa dyskietka ma pojemność 1,44 MB,

• płyta CD ma typowo pojemność 650 MB,

• dysk twardy zwykle ma pojemność kilku lub kilkudziesięciu GB.

Pytanie:

Ile tekstu można zapisać w pamięci o pojemności 1 MB stosując zapis tekstowy?

Odp.:

Na zapis każdego znaku potrzebny jest jeden bajt. Jedna typowa strona tekstu zawiera 25 wierszy po 80 znaków, czyli 2000 znaków. Wobec tego w pamięci o pojemności 1 MB zmieści się ok. 1 000 000 znaków, czyli 500 stron.

Rodzaje pamięci

Można dokonywać podziału pamięci według różnych kryteriów:

1. kryterium stałości:

• ulotna pamięć RAM (Random Access Memory) - pamięć o dostępie swobodnym - jej zawartość ulega skasowaniu po wyłączeniu komputera; tego typu pamięcią jest pamięć operacyjna komputera, testowana po załączeniu komputera; obecnie najczęściej stosowana jest pamięć operacyjna o pojemności 64 MB lub 128 MB. Pamięć RAM może być podtrzymywana bateryjnie; wtedy jej zawartość nie jest tracona po wyłączeniu zasilania, jednak podtrzymanie bateryjne nie jest stosowane w przypadku pamięci operacyjnej komputera.

• pamięć stała - jej zawartość nie zmienia się po wyłączeniu zasilania. Przykłady to pamięć ROM (Read Only Memory - pamięć tylko do odczytu), EEPROM - (pamięć reprogramowalna elektrycznie - taką pamięć można wyczyścić i ponownie zapisać; w pamięci ROM lub EEPROM zwykle zapisany jest BIOS). Inne rodzaje pamięci stałej to dyskietka, dysk twardy czy płyta CD (kompakt).

2. sposób przechowywania informacji:

• elektrycznie - pamięć operacyjna RAM, ROM, EEPROM,

• magnetycznie - dyskietka, dysk twardy,

• laserowo - płyty CD.

3. miejsce

• wewnętrzna - pamięć operacyjna RAM, ROM, dysk twardy,

• wewnętrzna - dyskietka, płyta CD.

Mysz

Za pomocą myszy można sterować położeniem specjalnego wskaźnika na ekranie, zwanego wskaźnikiem myszy. Poruszanie myszą po jakiejś płaskiej powierzchni, najlepiej specjalnej podkładce, powoduje przesuwanie wskaźnika myszy w tym samym kierunku. Jeśli braknie miejsca na kontynuowanie ruchu myszą, można ją podnieść i opuścić w bardziej dogodnym miejscu. Mysz często jest przyłączona do portu COM1, w nowszych rozwiązaniach mysz przyłącza się do specjalnego wejścia PS/2.

Podstawowe działania wykonywane przy użyciu myszy:

• wskazanie obiektu - umieszczenie końca wskaźnika myszy na tle obiektu,

• kliknięcie obiektu - wskazanie obiektu, a następnie szybkie naciśnięcie i puszczenie lewego przycisku myszy,

• dwukrotne kliknięcie obiektu - wskazanie obiektu, a następnie dwukrotne szybkie naciśnięcie i puszczenie lewego przycisku myszy,

• kliknięcie obiektu prawym przyciskiem myszy - wskazanie obiektu, a następnie szybkie naciśnięcie i puszczenie prawego przycisku myszy; po tym kliknięciu otwiera się menu podręczne (kontekstowe) z poleceniami mającymi zastosowanie do danego obiektu.

• przeciągnięcie obiektu - wskazanie obiektu, naciśnięcie lewego przycisku myszy, a następnie przesuwanie myszą po podkładce trzymając cały czas wciśnięty lewy klawisz i po osiągnięciu miejsca docelowego zwolnienie lewego przycisku myszy,

Uwaga:

Przyjęto założenie, że mysz jest skonfigurowana dla osoby praworęcznej. W przypadku skonfigurowania myszy dla osoby leworęcznej, funkcje przycisków myszy są zamienione.

Klawiatura

Klawiatura jest standardowym urządzeniem wejścia w komputerze. Składa się ona z ponad 100 klawiszy i umożliwia wprowadzanie do komputera tekstów i poleceń.

Najczęściej stosowanym rozwiązaniem (układ klawiszy) jest tzw. klawiatura programisty, przy czym poszczególne rozwiązania mogą się między sobą nieco różnić.

Wciśnięcie klawisza i przytrzymanie go przez chwilę powoduje, że znak przez niego wprowadzany jest powtarzany. Przykładowo wciśnięcie klawisza K spowoduje pojawienie się na ekranie ciągu znaków „kkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkk”.

Często należy wcisnąć jednocześnie dwa lub nawet trzy klawisze jednocześnie, co jest nazywane kombinacją klawiszy. Przykładem może być kombinacja opisana symbolem Shift+K (przy wciśniętym klawiszu Shift należy nacisnąć klawisz K, zwolnić go i dopiero wtedy zwolnić klawisz Shift), wyprowadzająca na ekran duża literę K.

Klawiatura składa się z kilku grup klawiszy.

Klawisze alfanumeryczne - największa grupa klawiszy

• najdłuższy z nich to klawisz spacji - w programach do edycji tekstu służy do robienia odstępu pomiędzy wyrazami,

• klawisz Backspace (prawy górny róg tej części klawiatury) - w programach do edycji tekstu służy do kasowania znaku znajdującego się z jego lewej strony,

• klawisze lewy Shift i prawy Shift, w programach do edycji tekstu klawisz Shift wykorzystany jest do pisania dużych liter lub do uzyskania górnego znaku na klawiszu (jeśli klawisz opisany jest podwójnie). Przykładowo Shift+K spowoduje napisanie dużej litery K, zaś Shift+5 - napisanie znaku %,

• Klawisz Enter - służy m. in. do zatwierdzania wpisanego lub wybranego polecenia; w programach do edycji tekstu służy do wprowadzenia nowego wiersza

• Klawisz Tab - w programach do edycji tekstu służy do robienia wcięć, zaś przy pracy w systemie operacyjnym Windows jest wykorzystywany do poruszania się pomiędzy fragmentami aktywnego okna,

• Klawisze lewy Ctrl (kontrol) i prawy Ctrl oraz lewy Alt i prawy Alt - używane są głównie w kombinacji z innymi klawiszami. Przykładowo w programach do edycji tekstu kombinacja prawy Alt+A daje polską literę ą, kombinacja prawy Alt+S - polską literę ś, itp.

• Klawisz Caps Lock - umożliwia uzyskiwanie dużych liter bez używania klawisza Shift. Jego naciskanie powoduje zapalanie i gaszenie diody kontrolnej po prawej strony klawiatury obok napisu „Caps Lock”. Przy zapalonej diodzie pracuje się w trybie pisania dużymi literami.

Uwaga:

Klawisz Caps Lock nie umożliwia uzyskiwania znaków podanych u góry klawiszy. Do ich uzyskania musi się wykorzystać kombinację z klawiszem Shift.

• Klawisze lewy Win i prawy Win (klawisze z logo systemu Windows) - służą do otwierania menu Start, w połączeniu z innymi klawiszami dają dodatkowe możliwości, np. Win+E - szybkie uruchomienie „Eksploratora Windows”, Win+F1 - wywołanie pomocy dotyczącej systemu Windows 98, itp.

• klawisz menu kontekstowego (na prawo od prawego Win) - po zaznaczeniu obiektu i naciśnięciu tego klawisza otwiera się menu kontekstowe (podobnie jak po kliknięciu obiektu prawym przyciskiem myszy).

Klawisz Esc i klawisze funkcyjne

Klawisze te znajdują się w jednym rzędzie nad klawiszami alfanumerycznymi.

• Klawisz Esc - pełni funkcję klawisza rezygnacji. Wciśnięcie tego klawisza oznacza zwykle rezygnację z wykonania rozpoczętej operacji.

• Klawisze funkcyjne F1, F2, ... F12. Ich działanie może być różne w różnych programach. Wyjątkiem jest klawisz F1, który najczęściej oznacza uruchomienie okna z pomocą dotyczącą uruchomionego programu.

Klawisze kursorów

Grupa 4 klawiszy mających postać strzałek, znajdująca się w dolnej części klawiatury na prawo od klawiszy alfanumerycznych. Będą one nazywane strzałka w prawo, strzałka w lewo, strzałka w górę i strzałka w dół. Za ich pomocą przemieszcza się kursor edycyjny wewnątrz tekstu. Używane są one także często do wyboru pozycji z listy.

Klawisze edycyjne

Grupa 6 klawiszy znajdująca się nad klawiszami kursorów. Najważniejsze to:

• Delete - w programach do edycji tekstu służy do usuwania znaku po prawej stronie kursora; wykorzystywany także do usuwania zaznaczonego obiektu lub tekstu.

• Home - służy do przejścia na początek bieżącego obszaru; w programach do edycji tekstu służy do przeniesienia kursora na początek bieżącej linii,

• End - służy do przejścia na koniec bieżącego obszaru; w programach do edycji tekstu służy do przeniesienia kursora na koniec bieżącej linii,

• PageUp - w programach do edycji tekstu służy do przeniesienia kursora o jedną stronę ekranu w górę,

• PageDown - w programach do edycji tekstu służy do przeniesienia kursora o jedną stronę ekranu w dół.

Klawisze numeryczne

Grupa klawiszy po prawej stronie klawiatury. Są tu powtórzone wszystkie klawisze z cyframi, znakami działań matematycznych (+, -, *, /), klawisz „.” (kropka) oraz Enter. Powtórzenie tych klawiszy zostało wykonane dla wygody użytkownika, aby przy wypisywaniu szeregu liczb i działań matematycznych wszystkie cyfry były w jednym miejscu.

• Klawisz Num Lock - umożliwia zmianę funkcji tych klawiszy numerycznych, które są opisane podwójnie. Jego naciskanie powoduje zapalanie i gaszenie diody kontrolnej po prawej strony klawiatury obok napisu „Num Lock”. Przy zapalonej diodzie klawisze te pełnią rolę klawiszy numerycznych, zaś przy zgaszonej - edycyjnych i kursorowych.

• Klawisze „+” i „-” na klawiaturze numerycznej nazywane są czasem szary plus i szary minus. Tych nazw używamy wtedy, gdy mają one przypisane inne funkcje, niż klawisze „+” i „-” na klawiaturze alfanumerycznej.

Uwaga:

Jeśli gdziekolwiek w materiałach szkoleniowych będzie wymieniony klawisz Alt, będzie to zawsze oznaczać lewy Alt. Natomiast, gdy będzie chodziło o prawy klawisz Alt, będzie wyraźnie napisane prawy Alt.

Klawiaturę przyłącza się do specjalnego gniazda na tylnej ściance obudowy komputera, w nowszych rozwiązaniach mysz przyłącza się do specjalnego wejścia PS/2.

Transmisja danych

Bardzo często konieczne jest przesyłanie (transmisja) danych do lub z komputera. Do transmisji danych można wykorzystać złącza na tylnej ściance obudowy komputera, zwane portami. Można wyróżnić dwa zasadnicze rodzaje transmisji:

1. transmisja szeregowa - dane są przesyłane bit po bicie; porty oznaczone symbolami COM1, COM2, itd. Zaletą jest mała ilość potrzebnych przewodów, wadą - mała szybkość transmisji. Do portu COM1 zwykle podłączona jest mysz (w starszych rozwiązaniach), do COM2 można podłączyć np. zewnętrzny modem.

2. transmisja równoległa - dane są przesyłane bajt po bajcie, czyli po 8 bitów równocześnie; porty oznaczone symbolami LPT1, LPT2, itd. Wadą jest większa ilość potrzebnych przewodów, zaletą - większa szybkość transmisji. Do portu LPT1 podłącza się drukarkę.

System operacyjny

Oprogramowanie komputerowe można podzielić na dwie grupy:

1. oprogramowanie użytkowe - programy, które wykonują konkretne działania, których oczekuje użytkownik, np. edytory tekstów, arkusze kalkulacyjne, bazy danych, gry, itd.

2. oprogramowanie systemowe - programy, które wykonują pewne powtarzalne zadania wspólne dla różnorodnych zastosowań, często w sposób niewidoczny dla użytkownika.

Zestaw programów systemowych tworzących spójną całość podporządkowaną wspólnej koncepcji nosi nazwę systemu operacyjnego. System operacyjny zawiera programy umożliwiające „porozumienie” pomiędzy komputerem a jego użytkownikiem.

Po załączeniu komputera najpierw wykonywany jest program zawarty w pamięci BIOS (Basic Input-Output System), zawierający podstawowe oprogramowanie dotyczące obsługi urządzeń wejścia-wyjścia (klawiatury, myszy, monitora, dysków, drukarki, itp.). Następnie uruchamiany jest system operacyjny, znajdujący się zwykle na dysku C: i po jego pełnym załadowaniu komputer jest gotowy do pracy.

Początkowo najbardziej popularnym systemem operacyjnym dla komputerów osobistych był DOS (Disk Operating System). System ten wymagał wprowadzania danych w postaci tekstowej, co wiązało się z koniecznością zapamiętania dość sporej ilości poleceń. Obecnie został on wyparty przez system Windows, umożliwiający łatwiejsze wprowadzania poleceń, ponieważ bazuje na elementach graficznych. Plik „Win98.doc” zawiera omówienie sytemu operacyjnego Windows 98.

---