Kompiuterio istorija, sandara

Įvadas Žodis "kompiuteris" kilęs iš lotyniško žodžio, reiškiančio "skaičiuoti". Nors šiandien kompiuteriai naudojami daug plačiau nei vien tik skaičiavimui, visos jų funkcijos paremtos matematika. Devyniolikto amžiaus ketvirto dešimtmečio pradžioje anglų išradėjas Čarlis Babidžas (1792-1871) suprojektavo pirmąją programuojamą skaičiavimo mašiną ir pradėjo ją konstruoti, bet taip ir nebaigė, nes mašina buvo be galo sudėtinga. Ši mechaninė skaičiavimo mašina buvo šiuolaikinio kompiuterio pirmtakė. Tik praėjus daugiau kaip šimtui metų buvo išrastos elektroninės detalės, kurios naudojamos šiandien. Pirmosios skaičiavimo mašinos - jų mechanizmai ir magnetinės juostos ritės - užimdavo ištisus kambarius. Dabar asmeninis kompiuteris telpa ant stalo, bet yra daug galingesnis už anas milžiniškas mašinas. Šiandien kompiuteriai daug greitesni ir gali saugoti daug daugiau informacijos nei jų pirmtakai. Kai tariame žodį "kompiuteris", dažniausiai įsivaizduojame ant stalo padėtą klaviatūrą, vaizduoklį, vadinamąjį pagrindinį bloką. Tačiau tai gana paviršutiniškas įspūdis. Iš tikro tai ištisa sistema, be jau minėtos aparatūros turinti kitų svarbių komponentų. Šiuolaikinius kompiuterius mes naudojame ne tik skaičiavimams atlikti, tačiau daugelio programų veikimas remiasi matematiniais skaičiavimais. Pvz., kompiuteryje žiūrėdami filmą ar klausydami muzikos mes dažnai nenutuokiame, kokie sudėtingi matematiniai skaičiavimai tuo metu yra atliekami. Vienas iš seniausių prietaisų, skirtų atlikti skaičiavimams yra kiniečių išradimas – abakas (angl. abacus). Pirmosios mašinos, kurios galėjo autonomiškai atlikti aritmetinius veiksmus (pradžioje pridėti ir atimti, vėliau – ir dauginti) atsirado apie 1600sius metus. Apie 1800 atsirado sudėtingesnės mašinos (taip vadinamos “difference engines”), galinčios skaičiuoti polinomines funkcijas (kadangi pastarosiomis galima aproksimuoti logaritmines ir trigonometrines funkcijas, tai minėtos mašinos yra universalesnės nei atrodo iš pirmo žvilgsnio). Taigi buvo sukurtos įvairios mašinos galinčios atlikti atskiras matematines operacijas. Tai yra labai nepatogu, ir savaime suprantama visada egzistavo poreikis turėti ne tik tokią mašiną, kuri galėtų atlikti visas skaičiavimų operacijas, bet ir atlikti iš anksto nusakomą veiksmų seką, t.y. mašiną, kurią galima būtų užprogramuoti. Šiais laikais dažniausiai mes ir suprantame kompiuterį kaip programuojamą prietaisą, tačiau pamirštame, jog programuojamas prietaisas nebūtinai turi veikti elektroninių prietaisų pagrindu. 1801 metais Joseph-Marie Jacquard sukūrė stakles, kurios buvo kontroliuojamos perfokortomis (kortelės, kuriose informacija pateikta (ne)išmuštomis skylutėmis). 1835 metais Charles Babbage (Babidžas) aprašė savo analitinę mašiną (analytical engine). Minėtos perfokortos turėjo tarnauti programų įvedimui. Ir nors projektas ko gero buvo geras, dėl teisminių ginčų su gamintojais ir nutraukto valstybės finansavimo mašina nebuvo sukonstruota. Beje, remiantis Babidžo projektu vėliau buvo sukurta Difference engine II, kuri yra pilnai funkcionuojanti ir išlikusi iki šių laikų, kas įrodo, jog jau tuo metu (geru šimtmečiu anksčiau) buvo reali galimybė sukurti pirmąjį kompiuterį, atitinkantį Tiuringo mašiną. Būtent taip daugelis iš mūsų ir įsivaizduoja kompiuterį. Nenuostabu, nes mokomosiose knygose dominuoja apibrėžimas, kad “kompiuteris yra elektroninių ir elektromechaninių įtaisų sistema…” (pamirštant apie aukščiau aptartus aspektus). Tokie kompiuteriai buvo pradėti projektuotiXX amžiaus pirmoje pusėje. Pirmieji elektriniai kompiuteriai buvo analoginiai (ne skaitmeniniai!) kompiuteriai. Vienas iš pavyzdžių yra vandens integratorius (pagamintas 1936 m.). 1938 m. Konrad Zuse sukonstravo savo pirmuosius Z serijos kalkuliatorius, kurie turėjo atmintį ir programavimo (nors ir riboto) galimybę. A. Tiuringo darbai turėjo didelę įtaką kompiuterių vystymuisi. 1936 m. jo paskelbtame straipsnyje aprašoma tai kas dabar vadinama Tiuringo mašina – grynai teorinis prietaisas išrastas formalizuojant algoritmo vykdymo terminą. Šiuolaikiniai kompiuteriai yra atitinkantys Tiuringo mašiną (angl. Turing-complete). Iš esmės tas atitikimas yra riba, skirianti bendrosios-paskirties kompiuterius nuo specialiosios-paskirties (skirtų spręsti tik specifinius uždavinius, kokie buvo ankstesni prietaisai) mašinų. Būtent dėl šios priežasties daug kas atitikimą Tiuringo mašinai laiko kriterijumi beieškant pirmojo arba seniausio kompiuterio. Ir pirmasis ryškesnis, atitinkantis Tiuringo mašinos aprašymą, yra 1945m. Dž. Ekerto ir Dž. Moučlio sukurtas elektroninis kompiuteris ENIAC (angl.Electronic Numerical Integrator and Computer/). Kiek anksčiau 1944 m. JAV /JAV> H.Aikeno pagaminta elektromechaninė skaičiavimo mašina 'Mark-1' neatitinka Tiuringo mašinos. Visgi, nepaisant to, kad ENIAC’as yra pirmasis kompiuteris suprojektuotas ir naudotas kaip Tiuringo mašina, pirmojo kompiuterio klausimas pagal šį kriterijų išlieka diskutuotinas: Babidžo mechaninės analitinės mašinos projektas buvo pirmasis atitinkantis Tiuringo mašinos kriterijus, o Zuse’o Z3 buvo pirmasis veikiantis prietaisas, atitinkantis Tiuringo mašiną (tai įrodyta tik 1998 m., jau po Zuse’o mirties). Ko gero prieš keletą dešimtmečių nebuvo galvojama, kad kompiuteris padės istorikui ar geografui, tuo labiau šių dalykų mokytojams. Pasirodo ir čia galima atrasti vietos kompiuteriui. Kompiuteris gali būti įvairiai panaudojamas šių dalykų pamokose. Tai priklauso nuo turimos techninės bei programinės įrangos ir mokytojo fantazijos. Pirmieji darbai naudojant kompiuterį galėtų būti pasiruošimas atskiroms pamokoms. Kompiuteriu patogu ruošti įvairią metodinę mokomąją medžiagą: testus, kryžiažodžius, diagramas, schemas, žemėlapius. Nors tai užima laiko, bet išlieka ilgam, lengva redaguoti, patraukliai atrodo. I. Kompiuterio istorija Primityviausiu kompiuteriu laikomas prieš 5000 metų Azijoje sukurtas skaičiuotuvas, kuris dar ir prieš 10 metų buvo naudojamas parduotuvėse. Rimtesnis pirmojo skaičiuotuvo pakaitalas buvo sukurtas tik 1642 m., tačiau tai irgi buvo daugiau mažiau “kauliukų stumdymo” principu sukurta skaičiuoklė, tiesa, kiek tobulesnė. 1694 m. žymusis vokiečių matematikas G. W. von Leibniz patobulino šiuos skaičiuoklius, kuriais dabar buvo galima ne tik sumuoti, bet ir dauginti. Turėjo praeiti dar geras šimtmetis, kad pasaulį išvystų pirmasis tikras mechaninis kalkuliatorius. 1820 m. prancūzas Ch. X. Thomas de Colmar sukūrė įrengimą, kuris galėjo vykdyti keturias pagrindines aritmetines funkcijas – sudėti, atimti, dauginti ir dalinti. Nuolat tobulinama ši skaičiuoklė buvo naudojama net iki I-ojo pasaulinio karo. Tikrasis kompiuterio, tokio, kokį žinome šiandien, užgimimas įvyko 1822 m., kai D. Britanijos matematikos profesorius Ch. Babbage po įnirtingų tyrimų ėmė konstruoti kompiuterį – garo mašiną. Jis akcentavo, kad tarp automatiškai veikiančių mašinų ir matematikos gali būti rasta harmonija: matematika dažnai reikalauja vykdyti daugybę paprastų veiksmų, juos kartoti ir kartoti. Iš esmės tai mechaninei mašinai priimtinas procesas, tereikia užduoti pirminius parametrus ir veikimo taisykles. Pirmasis jo sukurtas “kompiuteris” buvo traukinio vagono dydžio garo cirkuliacijos mechanizmas, galėjęs savarankiškai vykdyti nesudėtingas matematines operacijas ir automatiškai spausdinti skaičiavimo rezultatus. Šis kompiuteris gavo “Difference Engine” vardą. Po 10 metų tyrimų profesorius ėmė kurti pirmąjį platesnio vartojimo kompiuterį pavadinimu “Analytical Engine”. Tiesa, šis kompiuteris niekada taip ir nebuvo baigtas statyti, tačiau jo projektas atskleidė gilų matematikos ir technologijų simbiozės pagrindą. Kompiuterį turėjo sudaryti 50000 detalių, duomenys įvedami turėjo būti perfokortomis. Kompiuteris turėjo atmintį, į kurią tilpo 1000 skaičių, sudarytų ne daugiau kaip iš 50 ženklų. Grandiozinį “Analytical Engine” kompiuterį netruko pakeisti daug naujų ir patobulintų variantų, kurie informacijos įvedimui naudojo daugiau ar mažiau panašius į perfokortas būdus. 1931 m. Vannevar Bush sukūrė kalkuliatorių, gebėjusį spręsti dar sudėtingesnius skaičiavimus. Vienok ir šis įrengimas buvo sudėtingas ir gremėzdiškas. Siekdamas dar labiau patobulinti šį kalkuliatorių amerikiečių mokslininkas J. V. Atanasoff sukūrė jau grynai elektroninio kompiuterio projektą, kuris veikė “Boolean” matematine kalba. Šio kompiuterio sistema rėmėsi dar XIX a. G.Boole apibrėžta taisykle, kad kiekvienas matematinis procesas gali turėti tik du atsakymus – taip arba ne. 1940 m. išnaudodami ir praplėsdami šią koncepciją mokslininkai Atanasoff ir Berry sukuria pirmą realų elektroninį kompiuterį. Deja, greitai projekto finansavimas buvo nutrauktas ir jų kūrybos vaisius panaudojo kiti mokslininkai. Antrojo pasaulinio karo išvakarėse įvairių pasaulio šalių vyriausybės ėmė skubiai skatinti kompiuterio tobulinimą. Buvo tikimasi kompiuterius strategiškai panaudoti kare. Pirmoji karta (1945 - 1956) 1941 m. vokietis inžinierius Konrad Zuse sukuria kompiuterį Z3, kuris turėjo padėti projektuojant lėktuvus ir raketas. 1943 m. britai baigė kurti ypač slaptą kompiuterį “Colossus”, kuris turėjo padėti iššifruoti vokiečių siuntinėjamus koduotus karo pranešimus. Tačiau ir šio kompiuterio įtaka tolesnei kompiuterijos raidai buvo maža, nes kompiuteris nebuvo skirtas platesniam naudojimui, o tik dekodavimui. Taip pat jis buvo laikomas paslaptyje net ir dešimtmečius po karo, tad juo naudotis galėjo tik siauras žmonių ratas. 1944 m. bendrovei IBM talkininkaujantis inžinierius Howard H. Aiken sėkmingai sukūrė elektroninį kalkuliatorių, kuris buvo skirtas apskaičiuoti JAV kariuomenės raketų skridimo trajektorijoms. Įrengimas buvo pusės futbolo aikštės dydžio, jame buvo panaudota 500 mylių ilgio laidų. Po šio kompiuterio sekė keletas panašių įrengimų, galėjusių atlikti vis daugiau funkcijų. 1945 m. John von Neumann su pagalbininkų komanda sukuria kompiuterio koncepciją, kurią kompiuterių vystytojai naudos visus sekančius 40 metų. Tais pačiais metais sukurtas “Electronic Discrete Variable Automatic Computer” turėjo atmintį, kurioje buvo išsaugoma tiek pati programa, tiek ir duomenys, kuriuos ji turėjo apdoroti. Pagrindinis šio kompiuterio elementas, įtakojęs vėlesnių kompiuterių kūrimą – centrinis skaičiavimo blokas (dabartinio procesoriaus pirmtakas). 1951 m. sukuriamas universalusis automatinis kompiuteris UNIVAC I (inžinierius Remington Rand). Jis tapo pirmuoju kompiuteriu, pardavinėjamu plačiajam vartotojui. Ją iš karto įsigijo bendrovė “General Electric”, kelios valstybinės įstaigos. 1952 m. šis kompiuteris pasižymėjo tuo, kad teisingai prognozavo prezidento rinkimų rezultatus, kuomet laimėjo Dwight D. Eisenhower. Pirmosios generacijos kompiuteriams buvo būdingas jų panaudojimo specifiškumas – jie buvo gaminami atlikti ypač specifines užduotis, kiekvienas kompiuteris turėjo savo atskirą specialiai sukurtą programinę įrangą, vadinamąją “mašinos kalbą”, kuri nurodydavo techninei įrangai, kaip veikti ir ką daryti. Pirmųjų kompiuterių specifiškumas neleido jų panaudoti plačiau ir juos greičiau plėtoti. Kitas skiriamasis pirmos kartos kompiuterių bruožas buvo vakuuminiai vamzdžiai ir magnetiniai būgnai, kuriuose buvo saugoma informacija. Antroji karta (1956 - 1963) 1948 m. išrastas tranzistorius smarkiai pakeitė kompiuterių plėtrą. Šie metai laikomi fundamentaliais kompiuterių raidoje, nes buvo išrastas mechanizmas, smarkiai patobulinęs kompiuterių struktūrą. Tranzistoriai pakeitė didelius vakuuminius vamzdžius ne tik kompiuteriuose, bet ir televizoriuose bei radijo imtuvuose. Pilnavertiškai tranzistorius kompiuterių pasaulį užvaldo 1956 m., kompiuteriai tampa vis mažesni, greitesni, patikimesni ir kartu protingesni. Kompiuteriai pradedami naudoti atominių tyrimų laboratorijose, kur reikalingi milžiniški skaičiavimų pajėgumai. Po 1960-ųjų kompiuteriai pradedami vis aktyviau naudoti versle, mokymo įstaigose, vyriausybinėse organizacijose. To meto kompiuteris jau turėjo visus šiandienos kompiuterio komponentus – spausdintuvą, juostinę informacijos kaupyklą, atmintį, operacinę sistemą ir kitas programas. Kompiuteris IBM 1401 laikomas vienu pirmųjų universalių komercinių kompiuterių. Išpopuliarėja kompiuterių kalbos COBOL (Common Business-Oriented Language) ir FORTRAN (Formula Translator). Trečioji karta (1964 - 1971) Nors tranzistoriai ir buvo smarkus šuolis į priekį nuo vakuuminių vamzdžių, vienok kompiuteriai ir toliau smarkiai kaito, dėl karščio jie buvo neatsparūs ir dažnai gesdavo. 1958 m. “Texas Instruments” sukuria integruotą mikroschemą, pagamintą iš kvarco ir silicio. Mokslininkai tiria ir ilgainiui sugeba sutalpinti vis daugiau komponentų ant vienos silicio plokštelės. Taip gimsta puslaidininkių mikroschemos, tokios, kokias šiandien ir pažystame. Kompiuteris tampa dar mažesnis, silpniau kaista ir toliau greitėja. Šios kartos kompiuteriai pasižymėjo dar ir tuo, kad jie jau galėjo dirbti su keliomis programomis vienu metu. Ketvirtoji karta (1971 - šiandiena) Sukūrus silicio mikroschemą buvo smarkiai imtasi mažinti pačius kompiuterius. Ketvirtos kartos kompiuteriai ir ypač jų mikroprocesoriai ėmė smarkiai mažėti ir toliau greitėti. Toje silicio plokštelės vietoje, kur anksčiau tilpo dešimtys komponentų, dabar tilpdavo tūkstančiai ir šimtai tūkstančių. Tokios permainos mikroprocesorių gamyboje taip pat smarkiai įtakojo pačių kompiuterių pigimą. 1971 m. sukurtas “Intel 4004” čipas pirmą kartą savyje suderino daugelį kompiuterio komponentų (CPU, atmintį, įėjimus ir išėjimus) vienoje vienalytėje struktūroje, tad ilgainiui tokiu pagrindu pagamintos mikroschemos ėmė užkariauti pačius įvairiausius buitinės elektronikos įrengimus. Naujosios mikroschemos buvo universalios ir galėjo būti pritaikytos pačiose įvairiausiose srityse. 7 dešimtmečio viduryje kompiuteris tapo prieinamas daugeliui eilinių vartotojų, tobulėjanti programinė įranga leido net ir gilaus techninio išsilavinimo neturintiems žmonėms perprasti ir valdyti kompiuterį. Populiariausi šios kartos plataus vartojimo kompiuteriai buvo “Commodore”, “Radio Shack” ir “Apple”. 80-ųjų pradžioje pirmosios video žaidimų konsolės “Pac Man” ar “Atari 2600” įžiebė dar didesnį eilinio vartotojo susidomėjimą kompiuterijos pasauliu. 1981 m. IBM pristato pirmąjį asmeninį kompiuterį (personal computer - PC), skirtą naudoti namuose, biure, mokyklose ir t.t. 1981 m. pasaulyje buvo išleista 2 mln. AK, 1982 m. – jau 5,5 mln. 1991 m. pasaulyje buvo pagaminta jau 65 mln. asmeninių kompiuterių. Nuo 1991 m. kompiuteriai pradeda vystytis skirtingo dydžio kryptimis – pradedami gaminti pirmieji nešiojamieji kompiuteriai (laptop gimimas), vis labiau tobulinami stalo kompiuteriai (desktop), taip pat kišeniniai (palmtop). 1984 m. užverda didžioji konkurencija tarp IBM ir “Apple Macintosh”. Pastarieji kompiuteriai pasižymėjo ypač draugiška vartotojui sąsaja, “Apple” pirmieji kompiuterijos pasaulyje įdiegė langų pagrindu veikiančią OS, kurią vėliau dalinai nukopijavo Bill Gates. Būtent “Apple Macintosh”, o ne “Microsoft” ir IBM sukuria suprantamą kiekvienam vartotojui simbolių ir ikonų kalbą, kuomet nereikia ekrane rinkti komandinių eilučių. Kompiuteriams tampant vis galingesniais juos imama jungti į tinklus, jie pradeda dalintis bendrais resursais, pradedami kurti kompiuterių centrai su tarnybinių stočių prototipais. 1992 m. JAV prezidento rinkimų metų kandidatas Al Gore pažada skirti pagrindinius prioritetus taip vadinamai "information superhighway". Penktoji karta – kompiuterijos ateitis Apie kompiuterijos ateitį kalbėti labai sunku, nes kaip rodo paskutinio dešimtmečio patirtis permainos viena kitą seka su vis didėjančiu pagreičiu. Vienok penktosios kartos kompiuterių bruožas turėtų būti jų susiliejimas su biotechnologijomis ir integracija į visą žmogaus aplinką, pradedant visuomeniniu transportu ir baigiant virtuve. Tiesa, būtina paminėti, kad kompiuteris ir toliau “pasilieka sau teisę” klysti, tai yra ir toliau iki galo neišsprendžiamos jų patikimumo problemos. Kompiuterinę sistemą sudaro techninė įranga, arba aparatūra, programinė įranga, arba tiesiog programos, ir žmonės - vartotojai, prižiūrėtojai, įrangos tobulintojai, kūrėjai. Trūkstant bent vieno iš paminėtų komponentų sistema nebeatlieka savo funkcijų. Nupirkta moderni aparatūra be programų yra tik "metalo" krūva. Tobuliausių programų paketas bevertis, jei nėra kur jo įdiegti. Neišmanėlio žmogaus "eksperimentai" su brangia įranga ir naujausiomis programomis taip pat beprasmiai. II. Kompiuterio techninės įrangos sandara Asmeninio kompiuterio techninės įrangos komplektą paprastai sudaro pagrindinis blokas, kuriame yra įranga informacijai apdoroti, vaizduoklis informacijai rodyti, klaviatūra ir pelė. Dažnai komplekte būna garsintuvai, spausdintuvas, vaizdo skaitytuvas (angl. scanner). Žaidimų mėgėjai kompiuteriui valdyti naudoja įvairias vairasvirtes, valdymo pultus. Informaciją dar galima įvesti tam tikru pieštuku rašant grafikos lentelėje ar liečiant pirštu specialų ekraną, iš vaizdo kamerų ir skaitmeninių fotoaparatų, per mikrofoną, o rodyti - ne tik vaizduokliu, bet ir projektoriumi dideliame ekrane. Įvesties įtaisai Duomenys būna labai įvairūs: tekstai, brėžiniai, piešiniai, garsai, filmuoti vaizdai. Kompiuteris gali apdoroti tik dvejetainę "žaliavą". Todėl valdyti kompiuterį, suvesti duomenis ir pakeisti juos į formą, tinkamą apdoroti, reikalingi įvairūs įvesties įtaisai: • Klaviatūra. Mygtukai ir klavišai buvo pagrindiniai pirmųjų kompiuterių valdymo ir duomenų įvedimo elementai. Klaviatūra ir dabar yra pagrindinis įtaisas duomenims į asmeninį kompiuterį įvesti. Kaip veikia klaviatūra? Po klavišais yra laidininkų matrica (tinklelis, rėmelis), sudaryta iš eilučių ir stulpelių. Speciali elektroninė schema (klaviatūros valdiklis) nuolat perskaito ("peržiūri") matricos eilutes. Paspaudus klavišą, sujungiami atitinkami matricos kontaktai. Valdiklis randa klavišo paliestą matricos eilutę ir pradeda skaityti matricos stulpelius. Suradęs paliestą stulpelį, valdiklis suformuoja klavišo vietos kodą ir perduoda jį kompiuteriui. Kompiuteris įsimena šį kodą, jį iššifruoja ir ekrane parodo kodą atitinkantį simbolį arba vykdo su klavišu susietą komandą. • Pelė. Stumdant pelę ant specialaus kilimėlio, valdomas žymeklis vaizduoklio ekrane, o paspaudžiant pelės klavišus kompiuteriui perduodamos komandos. Dažniausiai pelė turi du arba tris klavišus. Sudėtingesnė pelė gali turėti ratuką dokumentui ekrane stumdyti vertikalia ir horizontalia kryptimi, dar keletą klavišų. Dažniausiai kairysis pelės klavišas naudojamas komandai įvesti, o dešiniuoju iškviečiamas žymeklio vietai tinkamas papildomas programos meniu. Labiausiai paplito optinės mechaninės pelės. Jų dugne yra rutulys, kuris stumiant pelę rieda kilimėlio paviršiumi ir suka vienas kitam statmenus ritinėlius, prie kurių ašelių yra pritvirtinti plyšėti diskeliai. Vienoje diskelio pusėje yra spinduolis, o kitoje - fotoelementas. Sukantis diskeliui, moduliuojamas iš spinduolio į fotoelementą patenkančios šviesos intensyvumas. Stumiant pelę pirmyn ar atgal, sukasi vienas diskelių, o stumiant į kairę ar į dešinę, - kitas. Pelei judant įstrižai, sukasi abu diskeliai. Pagal fotoelementų signalus pelės valdiklis nustato pelės judėjimo kryptį, greitį bei nueitą atstumą ir duomenis apie judėjimą perduoda į kompiuterį. Pagal šiuos duomenis kompiuteris valdo žymeklį vaizduoklio ekrane. • Valdymo rutulys (angl. trackball). Valdymo rutulys - tai "apversta" pelė. Žymeklis ekrane valdomas sukinėjant rutulį ranka, o komandos siunčiamos paspaudžiant šalia rutulio įtaisytus klavišus. Valdymo rutuliui nereikia kilimėlio, todėl jis dažniausiai naudojamas nešiojamuosiuose kompiuteriuose. • Vairasvirtė (angl. joystick). Žaidžiant kompiuterinius žaidimus, vairasvirte patogu valdyti įvairius erdvėje, žemės paviršiuje ar vandenyje judančius objektus, liepti vykdyti įvairias komandas. Vairasvirtės rankena yra perjunginėjami keturi krypties jungikliai (diskretinė vairasvirte) arba valdomi potenciometrai (tolydinė vairasvirte). Palenkus diskretinės vairasvirtės rankeną į dešinę, ji įjungia dešinį jungiklį ir generuoja kodą, kuris stumia žymeklį vaizduoklio ekrane į dešinę, o palenkus rankeną įstrižai, ji įjungia du jungiklius ir stumia žymeklį įstrižai. Palenkus tolydinės vairasvirtės rankeną į dešinę arba į kairę, ji suka vieną potenciometrą, o palenkus į priekį arba atgal - kitą potenciometrą. Lenkiant rankeną įstrižai sukami abu potenciometrai. Tokia vairasvirte valdomo objekto judėjimo greitį ir kryptį ekrane galima keisti tolygiai. Nuo programos priklauso, kokia komanda bus vykdoma paspaudus vieną ar kitą vairasvirtės mygtuką. • Valdymo pultas. Žaidimams skirti valdymo pultai yra labai įvairūs. Paprastame pulte yra tik specializuotų mygtukų rinkinys, sudėtingame gali būti pagrindiniai automobilio, lėktuvo ar kito objekto valdymo įtaisai (pvz., vairas, akceleratorius). Kompiuteris su tokiu pultu gali būti naudojamas kaip treniruoklis, pavyzdžiui, vairuotojui ar lakūnui rengti. • Grafinė lentelė. Grafinė lentelė (graphic tablet) yra patogi grafikos darbams, nes joje galima piešti kaip popieriuje, tik piešinys yra matomas vaizduoklio ekrane. Piešiama specialiu pieštuku. Lentelė duomenis apie pieštuko vietą ir prispaudimo jėgą perduoda kompiuteriui. Kompiuteris rodo lentelėje piešiamą liniją, kurios ryškumas priklauso nuo spaudimo. Piešiant galima nurodyti įvairius pieštuko parametrus, pavyzdžiui, spalvą, linijos storį, paversti pieštuką teptuku. Pieštuko vietai lentelėje nustatyti naudojami įvairūs būdai. Pavyzdžiui, po elektromagnetinės lentelės paviršiumi yra tankus laidininkų tinklelis (dešimtys laidininkų milimetre). Signalai apie pieštuko skleidžiamą arba keičiamą magnetinį lauką per tinklelį perduodami lentelės valdikliui, kuris gautus signalus paverčia kompiuteriui suprantamais kodais. • Lietimui jautrūs ekranai. Lietimui jautrūs ekranai naudojami viešose informacinėse sistemose. Pavyzdžiui, priėję prie oro uoste stovinčio informacinio kiosko ir pirštu palietę ekrane matomą klausimą, netrukus vaizduoklyje pamatysite atsakymą. Panašūs ekranai naudojami kišeniniams kompiuteriams (palmtop) valdyti. Jie veikia panašiai kaip grafinės lentelės. • Vaizdo skaitytuvai. Vaizdo skaitytuvai skirti duomenims, daugiausia grafiniams, į kompiuterį įvesti tiesiai iš dokumento. Į kompiuterį nukopijuotą vaizdą galima naudoti tiesiogiai, pavyzdžiui, įterpti į kuriamą dokumentą kaip paveikslėlį, arba prieš naudojant apdoroti įvairiomis programomis. Labai svarbu, kad nukopijuotą tekstą kaip grafinį vaizdą vėl galima paversti redaguojamu tekstu. Tam naudojamos rašto ženklų atpažinimo programos (OCR - Optical Character Recognition). Visi skaitytuvai turi tolygiai dokumentą apšviečiantį šviesos šaltinį ir fotoimtuvą, dažniausiai fotoelementų liniuotę ar matricą, kuri atsispindėjusią nuo dokumento arba perėjusią per skaidrę, šviesą paverčia elektriniu signalu, proporcingu jos intensyvumui. Gautą analoginį signalą skaitytuvas pakeičia skaitmeniniu ir perduoda kompiuteriui, kuris nuskaitytą vaizdą parodo ekrane. Spalvotu dokumentų skaitytuvai turi trigubas liniuotes, sudarytas iš raudonai, žaliai ir mėlynai šviesai jautrių fotoelementų arba trigubas šių spalvų taškinių šviesos šaltinių liniuotes ir vieną fotoelementų liniuotę. Labiausiai paplito plokštieji staliniai skaitytuvai. Jais skaitomas dokumentas dedamas ant stiklinio stalelio ir prispaudžiamas dangčiu. Skaitant po stiklu esanti galvutė juda mažais žingsneliais. Kiekvieną kartą jai sustojus matuojami fotoelementų signalai. Kuo daugiau fotoelementų yra liniuotėje, kuo mažesniais žingsneliais ji juda ir kuo tiksliau matuojami fotoelementų signalai, tuo tiksliau nuskaitomas dokumentas. Skaitymo tikslumas skersai ir išilgai dokumento matuojamas optine skiriamąja geba, kuri išreiškiama atskiriamų taškų skaičiumi colyje (dpi - dots per inch) bei fotoelemento signalo išmatuojamų reikšmių skaičiumi, išreikštu bitais. Pavyzdžiui, sakoma, kad skaitytuvo optinė skiriamoji geba yra 600 x 1200 dpi, o kiekvienam nuskaityto dokumento taškui aprašyti skiriama 40 bitų. • Įtaisai informacijai saugoti. Duomenys yra saugomi įvairiuose kaupikliuose: diskuose ir diskeliuose, pastoviosiose ir laikinosiose atmintinėse. Kompiuterio operacinė sistema, visos darbinės programos, tarpiniai ir galutiniai darbo rezultatai dažniausiai saugomi diskiniuose kaupikliuose. Nedideli kiekiai duomenų, kuriuos norime perkelti iš vieno kompiuterio į kitą arba saugoti kaip atsarginę kopiją, įrašomi į 1,44 MB talpos diskelius. Daugumoje kompiuterių dar yra CD-ROM kaupikliai (Compact Disk - Read-Only Memory), į kuriuos galima įdėti ir išimti diskus su tik skaitomais duomenimis ir programomis. Palaipsniui šiuos diskus turėtų pakeisti talpesni DVD (Digital Versalile Disk) diskai. Kai reikia pernešti didelius duomenų kiekius, naudojami diskai su įrašymo ir skaitymo galimybe: MO (magnetiniai-optiniai), CD-RW (Read-Write) ir kt. Informacijos archyvams saugoti dar naudojami kaupikliai su magnetine juosta. Kaupikliai pagal informacijos įrašymo ir skaitymo technologiją skirstomi į magnetinius, optinius ir magnetinius-optinius. Į magnetinių kaupiklių laikmenas informacija (1 arba 0) įrašoma permagnetinant laikmenos paviršių dengiančios feromagnetinės medžiagos mikrosritis. Į optinių kaupiklių laikmenas informacija įrašoma mechaniškai arba lazerio spinduliu pakeičiant laikmenos paviršiaus mikrosričių šviesos atspindžio koeficientą, o į magnetinių-optinių kaupiklių laikmenas – lazerio spinduliu ir magnetiniu lauku pakeičiant laikmenos mikrosričių įmagnetinimo kryptį ir šviesos poliarizacines savybes. Magnetiniai kaupikliai skaito informaciją matuodami laikmenos mikrosričių įmagnetinimo kryptį, optiniai kaupikliui – atsispindėjusio nuo laikmenos mikrosričių lazerio spindulio intensyvumą, o magnetiniai optiniai kaupikliai - atsispindėjusios šviesos poliarizaciją. Informacija įrašoma į vieną arba į abi laikmenos puses, kai kada net į kelis jos sluoksnius (pvz., DVD). Dauguma kaupiklių turi laikmenos sukimo mechanizmą, galvute, informacijai skaityti ir rašyti, labai tikslų galvutės perstūmimo (pozicionavimo) mechanizmą ir elektroninį valdiklį kaupiklio ir kompiuterio darbui suderinti. Diskuose duomenys įrašomi į apskritiminius takelius, kurie yra suskirstyti į sektorius. Nuo laikmenos spindulio ir informacijos įrašymo tankio priklauso, kiek bus takelių ir sektorių, koks bus sektorių dydis. Pavyzdžiui, 1,44 MB talpos diskelio vienoje pusėje yra 80 takeliu, sudarytų iš 18 sektorių. Kiekvieno sektoriaus takelyje telpa 512 baitų informacijos. Kai laikmeną sudaro keli diskai, pavyzdžiui, diskiniame kaupiklyje, vietoj takelių skaičiaus nurodomas cilindrų skaičius. Cilindrą sudaro tie palys visų laikmenos diskų takeliai. Nauja laikmena prieš rašant į ją informaciją yra formuojama. Formuojant laikmeną joje pažymimi takeliai (cilindrai) ir sektoriai bei įrašomi tarnybiniai duomenys (pvz., takelių ir sektorių adresai). Anksčiau kiekvienas vartotojas naują 3,5 colio skersmens diskelį turėdavo suformuoti savo kompiuteryje esančia programa, dabar diskeliai parduodam jau parengti rašyti duomenis. Informacija į laikmeną rašoma vienodais fragmentais, kuriuos sudarančių sektorių skaičius priklauso nuo kaupiklio tipo. Fragmentų įrašymo laikmenoje vietos (adresai) nurodomos specialioje lentelėje (FAK – File Allocation Table). Skaitant informaciją, pirmiausia lentelėje randamas fragmento adreso kodas, paskui jis iššifruojamas ir paverčiamas signalais, kurie valdo informacijos rašymo ir skaitymo įrangą. Informacijos rašymo ir skaitymo galvutės pritvirtintos prie laikiklių, su kuriais jos juda disko centro link ir atgal. Gavęs duomenis apie tai, kur įrašyti arba skaityti informaciją, perstūmimo įtaisas nustumia galvutes ties nurodytu takeliu (cilindru). Informacijos rašymo ar skaitymo sparta yra tiesiog proporcinga diskų sukimo greičiui, informacijos įrašymo tankiui ir galvučių perstūmimo įtaiso veikimo spartai. Kaupiklio gebėjimas sparčiai rasti reikiamą informaciją apibrėžiamas vidutine informacijos paieškos ir perdavimo trukme - kreipimosi trukme (Average Access Time), o našumas (Transfer Rate) – informacijos perdavimo sparta (KB arba MB per sekundę). Populiariųjų 3,5 colio skersmens 1,44 MB talpos diskelių kaupiklis veikia labai lėtai. Jo kreipimosi trukmė yra 100 - 500 ms, o informacijos perdavimo sparta - tik apie 30 KB/s. Įtaisas išliko beveik visuose kompiuteriuose, nes yra pigus ir patogus, kai reikia nedidelius informacijos kiekius pernešti iš vieno kompiuterio į kitą. Diskelis į kaupiklį įstumiamas pro plyšį, o išimamas paspaudžiant kaupiklio mygtuką. Įdedant diskelį reikia žiūrėti, kad jis būtų įdedamas tinkama puse. Išimti diskelį galima tik užgesus kaupiklio indikatoriui. Jeigu norite apsaugoti diskelį, kad į jį nebūtų įrašyta informacija, diskelio kampe esančiu skląsteliu uždarykite blokatoriaus skylutę. Diskelius reikia saugoti nuo dulkių, aukštų temperatūrų, elektromagnetinių laukų, neliesti jų darbinio paviršiaus. Stacionarių kaupiklių diskuose duomenys įrašomi daug tankiau, diskai sukami daug greičiau (5000 - 10000 apsukų per minutę), todėl informacijos perdavimo sparta siekia dešimtis MB/s. Diskinio kaupiklio laikmeną sudaro keli diskai. Labai tankiai duomenis įrašyti ir perskaityti gali tik labai arti diskelio paviršiaus esančios bei labai tiksliai valdomos rašymo ir skaitymo galvutės. Diskiniame kaupiklyje galvutes nuo diskelio paviršiaus skiria tik besisukančių diskų sukuriama oro pagalvė. Patekusi į šį tarpą net mažiausia dulkelė sužalotų disko paviršių, todėl kaupiklis yra hermetiškas ir pripildytas labai švarių dujų. Diskinį kaupiklį, ypač dirbantį, reikia saugoti nuo sutrenkimų ir vibracijų. CD kaupiklių laikmenoje telpa apie 600 MB, o DVD - nuo 3 iki 17 GB informacijos. CD-ROM ir DVD-ROM kaupikliai gali tik perskaityti optiniame diske įrašytą informaciją. CD-R ir DVD-R kaupikliai gali daug kartų skaityti optiniame diske įrašytą informaciją ir vieną kartą duomenis įrašyti į CD-R arba DVD-R diskelį. CD-RW ir DVD-RW įtaisai skaito optinių diskų informaciją ir gali daug kartų perrašyti CD-RW ir DVD-RW diskų duomenis. CD (DVD)-ROM diskuose saugoma programinė įranga, enciklopedijos, žaidimai ar kitokia nekeičiama informacija. Juos gaminant pirmiausia parengiama matrica. Pavyzdžiui, į CD-ROM disko matricą informacija įrašoma spirale, pradedant nuo disko centro ir kas 1,6 mm padarant 0,15 mm gylio bei 0,6 mm pločio duobutes. Duobučių ilgis būna nuo 1 iki 3 mm. Į darbinį diską informacija įspaudžiama presuojant matricą, todėl jame vietoj duobučių yra kauburėliai. Skaitant diską atsispindėjusio lazerio spindulio intensyvumas sumažėja apšvietus kauburėlio kraštą. Intensyvumo pokytis atitinka įrašytą vienetą, į DVD-ROM diskus informacija rašoma tankiau ir skaitoma trumpesnės bangos lazerio spinduliu. CD (DVD)-R diskai yra nebrangūs, duomenys juose saugomi labai patikimai. Į tuščius diskus informacija įrašoma negrįžtamai lazerio spinduliu pradeginant veidrodinį disko sluoksnį dengiančius dažus, o skaitoma taip pat, kaip iš ROM tipo diskų. CD (DVD)-RW diskai naudojami informacijai laikinai saugoti ir perrašyti. Juose esančią informaciją galima keisti lazerio spinduliu laikinai pakeitus kristalinę disko paviršiaus mikrosrities būseną (atspindinčią lazerio spindulį) į amorfinę (sugeriančią lazerio spindulį) ir atvirkščiai. Informacija skaitoma matuojant atsispindėjusio lazerio spindulio intensyvumo pokyčius. Magnetinių-optinių (CD-MO) kaupiklių diskuose yra temperatūrai jautrių, tam tikra kryptimi įmagnetintų oksidų sluoksnis. Informacija įrašoma įkaitinant lazerio spinduliu disko mikrosritis iki Kiuri taško ir stipriu magnetiniu lauku pakeičiant dalelių įmagnetinimo kryptį. Dalelių įmagnetinimo kryptis ir poliarizacinės mikrosrities savybės parodo, kas buvo įrašyta - vienetas ar nulis. Įrašyta informacija skaitoma optiniu imtuvu, analizuojančiu atsispindėjusio lazerio spindulio poliarizaciją. Be diskinių kaupiklių, kurių trūkumas yra judančios dalys, plačiai naudojamos puslaidininkinės pastoviosios atmintinės. Kiekvieno kompiuterio pagrindinėje plokštėje ir daugelyje papildomų plokščių yra mikroschemų (lustų), kuriose saugomi pradinei kompiuterio įkrovai (automatiškai atliekamiems veiksmams įjungus kompiuterį) reikalingi duomenys. Pastoviosios atmintinės, į kurias informacija įrašoma jas gaminant, žymimos angliška santrumpa ROM (Read-Only-Memory). Jose esančios informacijos negalima pakeisti. Atmintinės, į kurias informaciją galima įrašyti ir perrašyti elektriniais signalais, žymimos EPROM (Electrically Programmable ROM). Patogiausios yra tos pastoviosios atmintinės, kuriose esančią informaciją galima perrašyti kompiuterio signalais. Tokiose atmintinėse gali tilpti šimtai ir tūkstančiai megabaitų duomenų, jos yra spartesnės ir ekonomiškesnės už diskinius kaupiklius, todėl, nežiūrint didesnės kainos, jos dažnai naudojamos kišeniniuose ir nešiojamuosiuose kompiuteriuose, fotoaparatuose. • Informacijos apdorojimo įtaisai: ◦ Procesoriai. Kompiuteriai buvo kuriami pamėgdžiojant žmogaus protinę veiklą.Informacijai apdoroti buvo pritaikytos elektroninės schemos, kurios ilgainiui buvo pavadintos procesoriais. Pirmųjų kompiuterių procesoriai buvo didžiulės šimtus kilogramų sveriančios spintos tačiau mikroelektronikos pažanga buvo tokia sparti, kad šiandien procesorius nesunkiai telpa delne tai tik vienas iš daugelio kompiuterį sudarančių lustų. Tačiau ne tik geometriniai dydžiai įspūdingi -puikios ir kitos procesoriams būdingos našumo savybes. Kompiuteris gali turėti keletą procesorių. Pagrindinis, arba centrinis, procesorius susideda iš aritmetikos ir logikos įtaiso (ALĮ), valdymo įtaiso (VĮ), registrų (RG), juos ir pagrindinę atmintį siejančių duomenų perdavimo magistralių. Pagrįsta logikos dėsniais kompiuterio įranga "supranta" tik nulių-vienetų kalbą, todėl kad ir kokiais skambiais epitetais girtume kompiuterį, kiekvienu nagrinėjamu momentu jis atlieka tik visiškai paprastus veiksmus: persiunčia duomenis iš vienos saugyklos į kitą, sudeda, sudaugina du skaičius, patikrina, ar rezultatas nėra nulis ir pan. Tokie elementarūs veiksmai, kuriuos betarpiškai atlieka ALĮ schemos, vadinami komandomis arba instrukcijomis. Žmogaus gyvenime taip pat gausu "instrukcijų", tačiau jos dažniausiai būna žodinės. Kompiuteryje viskas vaizduojama dvejetainiu pavidalu, todėl komandos taip pat koduojamos ir susideda iš operacijos kodo bei adresinės dalies. Operacijos kodas (OPK) nusako, kokį veiksmą reikia atlikti (sudėti, padauginti, pavaizduoti ekrane,...), o adresinė dalis (ADR) nurodo, iš kur ir/ar kokius duomenis paimti tai operacijai. Komandų seka sudaro programą. Taigi kompiuterio atmintyje būna duomenys (apdorojamoji informacija) ir programa (valdančioji informacija). Mikroprocesorinės technikos evoliucija Pirmųjų dešimtmečių kompiuteriai buvo dideli, jais naudojosi tik aukštos kvalifikacijos specialistai, mokslininkai, inžinieriai. Apie masinį kompiuterių vartojimą, pritaikymą buityje buvo galima tik svajoti - dešimtis tonų sveriantys įtaisai galėjo būti įrengiami tik didelėse įmonėse, universitetuose, mokslinio tyrimo įstaigose. Tačiau apie 1970 metus mikroelektronikai pasiekė tokį aukštą puslaidininkinių prietaisų integracijos laipsnį, kad į vieną "korpusą" galėjo sudėti tūkstančius tranzistorių. Toks lustas su ypač sudėtingu vidum neišvengiamai tapo specializuotas, tinkantis tik tam tikrai sričiai. Tokiems iš pradžių brangiems produktams reikėjo masinės rinkos. Tuo metu panašių aukštos integracijos produktų masiškai reikėjo tik elektroninių laikrodžių ir kišeninių skaičiuotuvų pramonei. Gana greitai poreikis buvo patenkintas - skaičiuotuvai ir laikrodžiai atpigo. 1971 m. kompanijai "Intel" pavyko pagaminti universalų prietaisą, kurį specifinei sričiai buvo galima pritaikyti programiniu būdu, t.y. lusto atmintyje neištrinamai įrašius vienokią programą, įtaisas elgėsi vienaip, įrašius kitokią - kitaip. Svarbiausia, kad tokį "pusfabrikatį" pritaikyti savo tikslams galėjo pirkėjas, vartotojas. Produktas buvo pavadintas mikroprocesoriumi. Pirmosios kartos mikroprocesoriai buvo kuklių galimybių, tačiau "suteikė proto" žaislams, namų ūkio ir matavimo prietaisams. Paklausa naujiems produktams sparčiai augo. Mikroprocesorius ėmė gaminti kitos kompanijos. Pirmosios kartos mikroprocesoriai buvo sudaryti iš 2300 – 3300 tranzistorių, veikė iki 500 kHz taktiniu dažniu, apdorojo 4-8 bitų duomenis ir pasižymėjo nuoseklia komandų vykdymo schema. Komanda išrenkama (I), po to dešifruojama (D), vykdoma (V), išrenkama kita komanda ir t.t. Antrosios kartos mikroprocesoriams buvo pritaikytas gerai žinomas kitų pramonės šakų konvejerio principas - perdengti l, D, V etapai. Kol viena komanda vykdoma, kita dekoduojama, trečia paruošiama (išrenkama). "Intel", "Motorola" kompanijų antrosios kartos 16 bitų mikroprocesoriai jau turėjo 60 - 70 tūkstančių tranzistorių ir nuo 1981 m. buvo pradėti masiškai naudoti asmeniniuose kompiuteriuose. Mikroprocesorių poreikiai augo, toliau buvo ieškoma ne tik technologinių, bet ir organizacinių naujovių. Trečiosios kartos (1984 - 1985 metais) mikroprocesorių komandose išskyrus adresų skaičiavimo (A), operandų skaitymo (S), rezultatų užrašymo (R) etapus pavyko padidinti konvejerio "gylį" iki 6 komandų. Integracijos laipsnis šoktelėjo iki 275000 tranzistorių, taktų dažnis - iki 33 MHz ("Intel 80386"). Ketvirtosios kartos mikroprocesorių ("Pentium I", 1992 m., 3100000 tranzistorių; "Pentium III", 1999 m., 9500000 tranzistorių...) viename cikle vykdoma daugiau kaip viena komanda. Tokį našumą užtikrina įrengti 2 procesoriai. CISC Ir RISC architektūra Nuo 1960 m. didžiuosiuose, o vėliau ir minikompiuteriuose projektuotojai "įrengdavo" tiek komandų tipų, kiek manydavo esant naudinga įvairiausiems, net ir labai retai pasitaikantiems uždaviniams spręsti. Atskiros komandos galėjo atlikti pakankamai sudėtingus veiksmus. Jų pačių struktūra, adresavimo būdai taip pat buvo komplikuoti. Nuo pat mikroprocesorių eros pradžios (1970 m.). sią tradiciją "paveldėjo" mikroprocesorinės technikos kūrėjai. Mikroprocesorių komandų sąrašai ilgi, komandos labai įvairios. Pavyzdžiui, vien tik duomenų persiuntimo komanda MOVe turi daugybę atmainų: persiųsti duomenis iš kaupiklio į atmintį, iš atminties į kaupiklį, iš registro į registrą, iš atminties į registrą (registrus). Tokios komandų sistemos vėliau įgavo pavadinimą CISC (Complex Instruction Set Computer). Šiai kategorijai priklauso visa "Intel" mikroprocesorių šeima nuo 8086 iki „Pentium". Plati operacijų skalė programų kūrėjams leidžia gerai išnaudoti aparatūros galimybes, tačiau tas faktas, kad mikroprocesoriaus komandos gali būti kintamo ilgio (1. 2, 5 ar net 6 baitų), labai sukomplikuoja valdymo (dekodavimo) įtaisą - šiam tikslui tarnauja apie 60% "Pentium" tranzistorių. Tuo tarpu yra labai retai vartojamų komandų - jos taip pat turi būti aparatiškai įgyvendintos. Tobulinant principus buvo sugalvota supaprastinti kompiuterių komandų sistemą. Taip gimė sumažintos komandų aibės RISC (Reduced Instruction Set Computer) architektūra. Jos pagrindiniai bruožai: fiksuotas komandos ilgis -32 bitai (jei reikia trumpesnio - užpildoma nuliais); menkesnis komandų rinkinys - tik pagrindinės komandos; žemo lygio (asembleriu) programas rašyti sunkiau - tenka rašyti ilgesnes komandų sekas per komandas-tarpininkes; daug registrų ir visi vienodo (32 bitų) ilgio. Du skirtingi kompiuterių architektūros principai kartais lyginami su namo mūrijimu iš skirtingo (CISC atvejis) ir vienodo dydžio (RISC atvejis) plytų. Patyręs mūrininkas gali tobulai išnaudoti skirtingo dydžio plytas sudėtingos konfigūracijos statiniams, bet akivaizdu, kad mūryti vienodomis plytomis paprasčiau ir žymiai sparčiau. Svarbiausi įtaisai informacijai apdoroti yra kompiuterio pagrindinėje ir į ją įstatomose papildomose plokštėse. Kompiuterio plokštėse būna ir specializuotų procesorių vaizdams ir garsui apdoroti bei generuoti. Jie pagrindinį procesorių išlaisvina nuo specifinių operacijų, kurioms vykdyti jis nėra gerai pritaikytas. Operatyvioji atmintinė Darbo programos ir duomenys arba darbui reikalinga jų dalis iš informacijos kaupiklių įkraunama į spartesnę (sparta - šimtai MB/s) RAM atmintinę. Ji tiesiogiai "bendrauja" su pagrindiniu procesoriumi. Ši atmintinė turi būti talpi (dešimtys ir šimtai MB), pakankamai sparti, kad netrukdytų procesoriui dirbti, ir nebrangi. Dažnai naudojamos dinaminio tipo atmintinės DRAM (Dynamic RAM).Į jas informacija (1 ir 0) įrašoma elektros krūviu įkraunant arba iškraunant atmintinės ląstelių talpas. Tokios atmintinės vadinamos dinaminėmis todėl, kad ląstelių krūvius reikia dažnai regeneruoti (atkurti). Norint paspartinti duomenų perdavimą iš atmintinės į procesorių ir atgal, tarp DRAM ir procesoriaus įterpiama palyginti mažos talpos (kelių šimtų ar tūkstančių KB) spartesnė statinė atmintinė SRAM (Static RAM), vadinama atsargos arba spartinančiąja atmintine (cache). Spartinančiojoje atmintinėje saugomi duomenys, su kuriais tuo metu dirba procesorius. Operatyvioji atmintinė saugo duomenis tik tada. kai kompiuteris įjungtas, todėl prieš išjungiant kompiuterį reikalingus duomenis iš RAM reikia išsaugoti kompiuterio informacijos kaupiklyje. Išvesties įtaisai Išvesties įtaisai kompiuteriu apdorotą informaciją pateikia vartotojui patogia forma. Būtų gerai, jei informaciją iš kompiuterio galėtume priimti visais savo jutimo organais: girdėtume garsus, matytume vaizdus, užuostume kvapus, jaustume skonį, įvertintume rezultatą lytėdami. Kol kas tenka pasikliauti tik akimis ir ausimis, nors jau sukurti kompiuteriai, kurie atpažįsta ir skleidžia kvapus. Išvesties įtaisai: • Vaizduokliai. Pagrindinis kompiuterio informacijos išvesties įtaisas yra vaizduoklis. Vaizdai jo ekrane sudaromi iš taškų. Kiekvienas spalvoto vaizdo taškas susideda iš akimi neatskiriamų trijų taškelių: raudono (R - Red), žalio (G - Green) ir mėlyno (B - Blue). Šios spalvos parinktos todėl, kad tamsiame fone jas maišant (spalvas sumuojant) tam tikromis proporcijomis, galima gauti beveik visus akimi matomus atspalvius. Vaizdo kokybė priklauso nuo ekrano skiriamosios gebos (eilučių ir stulpelių skaičiaus ekrane), spalvingumo (atspalvių skaičiaus) ir kadrų dažnio (per sekundę parodomų kadrų skaičiaus). Vaizduoklių dydis nusakomas jų ekranų įstrižainės ilgiu, kuris matuojamas coliais (pavyzdžiui, 15", 17", 19" ekranai). Atvaizduojamų spalvų skaičius priklauso nuo grafinės plokštės atmintinės talpos. Yra du vaizduoklių tipai: vaizduokliai su kineskopais ir be jų (dažniausiai skystųjų kristalų). Vaizduokliuose su kineskopu vaizdą piešia trys elektronų spinduliai, nuosekliai žadindami ekrano vidinę pusę dengiančius liuminoforus, kurie skleidžia raudoną, žalią ir mėlyną šviesą. Spinduliais piešiamo vaizdo kiekvieno taško atspalvis priklauso nuo spindulių intensyvumo, keičiamo kompiuterio grafines plokštės siunčiamu signalu. Piešti kadrą spinduliai pradeda iš kairiojo viršutinio ekrano kampo. Piešdami vaizdo eilutę, jie vienodu greičiu perbėga ekranu iki dešiniojo krašto. Paskui staigiai grįžta atgal prie kairiojo krašto ir truputį žemiau piešia kitą eilutę. Taip eilutė po eilutės nupiešiamas vienas kadras ir pradedamas piešti naujas. Tam, kad elektronų spinduliai tiksliau pataikytų į jiems skirtus liuminoforus kineskopo viduje, prieš liuminoforą įtaisoma perforuota kaukė. Joje būna apvalių skylučių, plyšelių arba plyšių per visą ekrano aukštį. Plokščiųjų vaizduoklių ekranams dažniausiai naudojami skystieji kristalai. Tokių ekranų veikimas paremtas tokia kai kurių medžiagų ilgų molekulių savybe: keičiant molekules veikiančią įtampą, kinta jų orientacija ir ekrano ląstelės skaidrumas. Kadangi skystieji kristalai patys neskleidžia šviesos, dažnai už ekrano įrengiamas dienos šviesos šaltinis. Geriausi ir brangiausi yra TFT (Thin Film Transistor) tipo skystųjų kristalų vaizduokliai, kurių kiekvieną ekrano ląstelę valdo atskiras tranzistorius. Tokie vaizduokliai brangūs, nes, pavyzdžiui, 1024 x 768 taškų skiriamosios gebos spalvotame ekrane turi būti 1024 x 768 x 3 = 2359296 ląstelės su tranzistoriais. Nors plokštieji vaizduokliai užima daug mažiau vietos negu vaizduokliai su kineskopais, naudoja mažiau energijos, mažiau mirga, juose nėra vaizduokliams su kineskopais būdingų vaizdo iškraipymų, dėl brangumo jie dažniausiai įrengiami nešiojamuosiuose, o ne stacionariuosiuose kompiuteriuose. • Spausdintuvai. Dauguma dabartinių kompiuterio spausdintuvų vaizdus Popieriuje suformuoja iš taškų. Vieną vaizdo tašką dažnai sudaro keli maži taškeliai. Keičiant tašką sudarančių taškelių skaičių, dydį ir spalvą, galima keisti taško tamsumą ir atspalvį. Išspausdinto vaizdo kokybė priklauso nuo popieriaus, spausdintuvo skiriamosios gebos (taškų skaičiaus colyje - dpi) ir spausdinimo tikslumo. Spalvotas vaizdas baltame popieriuje gaunamas maišant žydros (C - Cyan), purpurinės (M - Magenta), geltonos (Y - Yellow) ir juodos (K - black) spalvos dažus. Šios spalvos skiriasi nuo spalvų, naudojamų gauti spalvotąjį vaizdą šviesą skleidžiančiame ekrane, todėl, kad dažai šviesos neskleidžia, o ją sugeria (spalvos atimamos). Jeigu ekrane tam tikromis porcijomis sumaišytos R, G ir B spalvos turėjo duoti baltą spalvą, tai tam tikromis porcijomis sumaišyti C, M, ir Y spalvų dažai turi duoti juodą spalvą. Spausdinamas spalvotas dokumentas pirmiausia išskaidomas į keturias dedamąsias: C, M, Y ir K. Populiariausi yra rašaliniai, lazeriniai, adatiniai ir šiluminiai spausdintuvai. Rašaliniai spausdintuvai ant popieriaus lašeliais purškia specialų rašalą. Rašalą purškia spausdinimo galvutė, kurioje yra keli stulpeliai miniatiūrinių purkštukų. Galvutės purkštukai yra sujungti su rašalo indeliais. Lašelis išpurškiamas atėjus elektriniam signalui, kuris purkštuke rašalą užvirina arba reikalingą slėgį sukuria paveikdamas pjezoelektriko plokštelę. Rašaliniai spausdintuvai spausdina horizontaliomis juostomis visomis spalvomis iš karto. Spausdinant skystu rašalu kokybė labai priklauso nuo popieriaus. Naudojant specialų popierių kai kuriais rašaliniais spausdintuvais galima spausdinti net fotografinės kokybės dokumentus. Lazerinis spausdintuvas kaip ir kopijavimo aparatas spausdina visą puslapį iš karto. Jo pagrindinė dalis yra besisukantis būgnas su šviesai jautriu paviršiumi, kuriame veidrodėliais skleidžiamas lazerio spindulys suformuoja iš kompiuterio perduodamo dokumento elektrostatinį atvaizdą. Spausdinant specialus skustuvas nuvalo būgno paviršių, kuris paskui teigiamai jonizuojamas elektriniu išlydžiu. Lazerio spindulys, kurio intensyvumą valdo iš kompiuterio perduodami duomenys, yra skleidžiamas besisukančio būgno paviršiuje. Spindulys, apšviesdamas būgno paviršiaus taškus, pakeičia jų potencialus. Kuo intensyvesniu spinduliu buvo apšviestas taškas, tuo neigiamesnis tampa jo potencialas. Dokumento atvaizdą ant būgno išryškina įelektrintų būgno paviršiaus taškų pritraukti dažų milteliai. Prispaudus popierių prie dažais padengto būgno, dažai perkeliami ant popieriaus ir užfiksuojami, praleidžiant popierių tarp įkaitintų ritinėlių. Spausdinant spalvotą dokumentą, tas pats procesas kartojamas keturis kartus nuosekliai spausdinant vieną ant kitos žydrą, purpurinę, geltoną ir juodą dokumento dedamąsias. Yra ir kitokių spalvinio spausdinimo technologijų. Lazeriniai spausdintuvai dirba sparčiai, kokybiškai, yra mažiau jautrūs popieriaus kokybei, bet dažniausiai kainuoja brangiau už rašalinius. Adatiniai spausdintuvai naudojami, kai reikia spausdinti kelias kopijas ("per kalkę"). Spausdinimo galvutėje yra elektromagnetais valdomos plonos (apie 0,2 mm) vertikaliai išdėstytos adatėlės. Tarp spausdinimo galvutės ir popieriaus yra dažuose išmirkyta juostelė. Gavę signalą, elektromagnetai išstumia adatėles, kurių smūgiu dažai yra perkeliami ant popieriaus. Populiariausi yra 24 adatėlių spausdintuvai. Jie gerai tinka tekstams, lentelėms spausdinti, bet dirba triukšmingai ir netinka grafiniams dokumentams spausdinti. Šiluminiai spausdintuvai naudoja specialias dažančiąsias juosteles, nuo kurių dažai pašildžius perkeliami ant popieriaus, arba specialų popierių, kuris temperatūros paveiktas pakeičia savo spalvą. Šiluminio spausdintuvo spausdinimo galvutėje yra miniatiūriniai kaitinimo elementai, kurie kaitina dažančiosios juostelės taškus ir nuo jų dažus perkelia ant popieriaus arba kaitina popierių, kuris nuo temperatūros keičia spalvą. Dažai yra suskystinami arba išgarinami. Spausdinama juostomis (išspausdinamos visos vienos eilutės spalvos) arba puslapiais (puslapis išspausdinamas viena spalva, paskui kita ir t.t.). • Ryšio įranga. Visi uždaviniai, kuriuos nuostabiai gali išspręsti kompiuteris, būtų bereikšmiai, jei jis negalėtų palaikyti ryšio su išoriniu pasauliu. Tačiau sparčiam procesoriui bendrauti su skirtingos prigimties "išorės" prietaisais - pelėmis, modemais, vaizdo skaitytuvais, spausdintuvais - nėra paprasta. Skiriasi jų jungimo būdas, veikimo principai ir sparta. Be to, procesorius privalo stebėti ir sugebėti vertinti aplinką: pasibaigusį ar suglamžytą spausdintuvo popierių, neteisingai įdėtą diskelį, skaitymo klaidą ir pan. Užtikrinti sklandžius duomenų mainus tarp įrenginių padeda vadinamosios sąsajos (interfaces) – linijų (laidininkų), signalų, elektroninių schemų ir algoritmų (protokolų) visuma. Beveik visuose asmeniniuose kompiuteriuose veikia nuosekliosios ir lygiagrečiosios sąsajos. Nuosekliosios sąsajos koncepcija labai paprasta: viena linija reikalinga duomenims perduoti, kita - jiems priimti ir keletas linijų, kuriomis valdomi duomenų mainai. Dėl tokio paprastumo šis sąsajos tipas tinka beveik visiems "išorės" įtaisams - nuo modemų iki grafikų braižytuvų ar apsaugos nuo įsilaužėlių prietaisų. Labiausiai paplito nuoseklioji RS 232 sąsaja, kuria susiejami nedidelius informacijos kiekius perduodantys įtaisai. Kompiuterio "pusėje" įrengiamas nuoseklusis prievadas - elektroninis mazgas, užsibaigiantis 9 arba 25 kontaktų jungtimi, prie kurios jungiamas išorinio įtaiso ryšio kabelis. Duomenų siuntimo sparta RS 232 standarto sąsaja nedidelė - iki 20 KB/s. Tobulėjant kompiuteriams, atsiradus naujiems daugialypės terpės įtaisams, teko tobulinti ir ryšio priemones. Buvo sukurta žymiai spartesnė (12 - 60 MB/s) universalioji sąsaja USB (Universal Serial Bus), kuri leidžia prijungti net 127 jai pritaikytus išorinius įtaisus. Lygiagrečioji sąsaja garantuoja žymiai didesnę informacijos mainų spartą, nes vienu momentu lygiagrečiomis linijomis iš karto siunčiami 8 duomenų bitai (vienas simbolis). Paprastai prie lygiagretaus kompiuterio prievado jungiamas spausdintuvas. Lygiagrečiąją sąsaja duomenys perduodami iki 200 KB/s sparta. Belaidžio ryšio sistemos turi infraraudonųjų spindulių arba radijo bangų siųstuvus (pavyzdžiui, pelė, vairasvirtė) ir imtuvus (pavyzdžiui, kompiuteris, spausdintuvas). Ryšys infraraudonaisiais spinduliais nepatogus tuo, kad tarp siųstuvo ir imtuvo negali būti daiktų, užstojančių juos vieną nuo kito, o ryšys radijo bangomis gali trikdyti kitų įrenginių darbą. Modemas skirtas kompiuterio skaitmeniniams signalams pritaikyti telefoninio arba kabelinės televizijos ryšio kanalams. Tai padaro moduliatorius, kuris skaitmeninį kompiuterio signalą paverčia analoginiu signalu, perduodamu į ryšio liniją, ir demoduliatorius, kuris iš ryšio linijos gaunama skaitmeniniu signalu moduliuota, analoginį signalą "atverčia" į kompiuteriui suprantamą skaitmeninį signalą. Be to, modeme yra sąsajos valdiklis, skaitmeninių signalų kodavimo ir dekodavimo, duomenų suglaudinimo įtaisai, pastovioji atmintinė su duomenų perdavimo protokolu. Moduliatorius keičia siunčiamo sinusinio signalo (nešančiosios bangos) amplitudę, dažnį arba fazę taip, kad vienu jo parametro pokyčiu būtų perduodama kuo daugiau bitų informacijos ir kad signalas būtų kaip galima atsparesnis jį veikiantiems trikdžiams. Priimant duomenis analoginis signalas patenka į demoduliatorių, iš nešančiosios bangos išskiriantį skaitmeninį signalą, kuris patenka į dekoderį. Dekoderis patikrina, ar duomenys neiškraipyti ir per sąsają juos perduoda į kompiuterį. Labiausiai paplito modemai kompiuteriui sujungti su telefono linija. Sparčiausi šio tipo modemai gali perduoti iki 56 Kbitų/s. Gerokai spartesni (10 - 30 Mbitų/s), tačiau ir brangesni, yra modemai ryšiui per kabelinės televizijos linijas. Asmeninio kompiuterio programos Jei aparatūra yra kompiuterio "kūnas", tai programų ūkis yra jo "protas ir siela". Filosofiniu požiūriu programos yra instrukcijų sekos, pasakančios techninei įrangai, kaip pakeisti duomenis, įprasminti juos ir pateikti pageidaujama forma. Yra dvi programinės įrangos rūšys: • Taikymo programos. Taikymo programos skirtos įvairių gyvenimo sričių uždaviniams spręsti. Pavyzdžiui, dokumentams ruošti naudojami vadinamieji teksto procesoriai, arba redagavimo programos ("Word Pad", "Word", "Word Perfect"), duomenims analizuoti ir apdoroti - elektroninės skaičiuoklės ("Excel", "Lotus 1-2-3", "SuperCalc"), gausiems duomenų masyvams saugoti, tvarkyti - duomenų bazių, arba bankų, valdymo programos ("Access". "dBase", "FoxPro"). vaizdžiai pateikti duomenis, pristatyti įvairiausius produktus - grafikos programos ("Power Point", "Harward Graphics", "Graph Plus"), bendrauti su kitais, šalia esančiais arba nutolusiais, kompiuteriais -- komunikavimo programos ("Crosstalk", "Smartcom". "ProComm"). Taikymo programinei įrangai priklauso ir gausybė žaidimų programų. Pažymėtina, kad civilizuotose šalyse taikymo programos yra perkamos. Tik nedidelę dalį taikymo programų rašo patys vartotojai. Dažniausiai jie tik pritaiko vieną ar kitą programų paketą konkrečioms įstaigos reikmėms. • Sisteminės programos. Sisteminės programos palaiko kompiuterinės sistemos gyvybingumą, padeda vartotojui, atpalaiduodamos jį nuo daugelio techninių "smulkmenų" žinojimo, skirsto vidinius išteklius taikymo programoms. Sisteminę įrangą sudaro kelios programų grupės. Pradinės įkrovos programa neištrinamai įrašyta elektroninėse schemose ir pradeda veikti pirmiausia, kai įjungiamas kompiuterio tinklo jungiklis. Ji paleidžia kitas programas, ir kompiuteris "atgyja". Diagnostikos programos patikrina atminties, procesoriaus ir kitų kompiuterio dalių darbingumą, įspėja apie galimus defektus. Bazinės įvesties ir išvesties sistemos (BIOS) programos įgalina kompiuterį teisingai perskaityti paspaustų klaviatūros klavišų kodus ir juos pavaizduoti vaizduoklio ekrane. Operacinė sistema yra svarbiausioji sisteminės programinės įrangos dalis, racionaliai skirstanti kompiuterio išteklius, garantuojanti patogią sąsają su vartotoju. Dirbdama "fono" režimu operacinė sistema leidžia vartotojui sukoncentruoti dėmesį į sprendžiamą uždavinį, o ne į gausios techninės įrangos sudėtingumą. Prireikus ji padeda vartotojui valdyti procesus (paleisti, stebėti, stabdyti programas), įsiminti, perkelti, pašalinti duomenis, programas. Tobulėjant technikai neatpažįstamai keitėsi ir operacinės sistemos. Pirmoji operacinė sistema DOS (Disk Operating System) su kuklia tekstinio režimo vartotojo sąsaja šiandien atrodo nuobodžiai ir juokingai greta modernių grafinių Windows operacinių terpių. Sisteminės programos paprastai įsigyjamos perkant kompiuterį. Tobulinti jas gali tik profesionalūs programuotojai. Vaizdo generavimo ir apdorojimo įranga Kompiuterines daugialypės terpės sistemas (DTS) sudaro tekstinės, grafinės, garsinės informacijos, vaizdų ir animacijos rengimo, vaizdavimo ir perdavimo techninė bei programinė įranga. Šioje sistemoje kompiuteris yra informacijos apdorojimo ir kontrolės centras. Svarbus DTS elementas yra internetas, nes jame galima keistis visų rūšių informacija. Visą kompiuterine DTS turėtų sudaryti: galingas kompiuteris, sparčiu ryšiu sujungtas su kompiuteriu tinklu, turintis talpų diskų įtaisą ir CD-ROM kaupiklį, grafikos plokštę vaizdui generuoti, specialias garso ir televizinio vaizdo įvesties bei išvesties plokštes; muzikinė klaviatūra; geras erdvinio garso stiprintuvas; akustinė sistema; mikrofonas; skaitytuvas; spalvinis spausdintuvas; vaizdo magnetofonas; vaizdo kamera; kompiuterinis vaizdo projektorius; specifinė programinė įranga. Tokia DTS sudaro sąlygas įvesti į kompiuterį informaciją iš įvairių šaltinių, ją apdoroti ir pateikti norima forma. Kompiuterio vaizdo sistema susideda iš įrangos vaizdo signalams formuoti (specializuotos plokštės) ir vaizduoklio. Vaizdą formuojanti įranga siunčia vaizduokliui signalus, kuriuos jis paverčia vaizdu. Signalai priklauso nuo vaizduoklio tipo. Pavyzdžiui, vaizduokliui su kineskopu siunčiami analoginiai signalai, sinchronizuojantys elektronų spindulio skleidimą (vaizdo piešimą), ir spindulio intensyvumą valdantys signalai. Kuo intensyvesnis spindulys, tuo ryškiau švyti jo žadinamas ekrano liuminoforas. Plokščiajam matriciniam vaizduokliui valdyti siunčiami skaitmeniniai signalai, nurodantys piešiamo taško koordinatę ir jo švytėjimo intensyvumą. Grafikos sistema apdoroja iš programų ir operacijų sistemos gaunamus duomenis bei komandas, rezultatus įrašo į vaizdo atmintinę (vRAM), paverčia juos analoginiais spalvų signalais ir kartu su valdymo signalais perduoda vaizduokliui. Pirmųjų grafikos sistemų paskirtis buvo iš pagrindinio procesoriaus gautus duomenis pritaikyti vaizduokliui valdyti. Didėjant ekrano taškų, spalvų skaičiui, buvo sukurti valdomi grafikos procesoriai (Graphics Processor), kurie atlieka daug skaičiavimų ir laiko reikalaujančias operacijas. Nuo grafikos sistemos ir vaizduoklio kokybės labai priklauso kompiuterio poveikis dirbančiojo sveikatai. Mirgantis ar neaiškus vaizdas ekrane labai kenkia akims ir vargina. Grafikos sistemoje būna: mikroschema (lustas) su vaizdo sistemos BIOS; taktinių impulsų generatorius, kuris formuoja impulsus, reikalingus vaizdo sistemai valdyti ir sinchronizuoti; vaizdo atmintinė (vRAM - video RAM)); grafikos procesorius, generuojantis dvimačius (2D) ir trimačius (3D) vaizdus: televizinio signalo procesorius, kuris vaizduokliui valdyti skirtus signalus paverčia televiziniu videosignalu; MPEG dekoderis. Grafikos procesoriuje būna integruoti pagrindiniai programuojamieji vaizdo sistemos elementai, skaitmeninis-analoginis keitiklis (RAMDAC- Read Access Memory Digital to Analog Converter), paverčiantis iš vRAM ateinančius skaitmeninius signalus analoginiais signalais vaizduokliui su kineskopu valdyti. Grafikos sistemos darbo sparta priklauso nuo grafikos procesoriaus, kurio darbo dažnis paprastai yra didesnis nei pagrindinio procesoriaus, vaizdo atmintinės talpos bei spartos, skaitmeninio-analoginio keitiklio veikimo spartos ir tvarkyklės (driver) tobulumo. Ne taip seniai pakako dvimatės (2D) grafikos. 3D grafika atsirado siekiant sukurti vis įtaigesnes, realiau apipavidalintas žaidimų programas. Realiam vaizdui generuoti ir animuoti reikia labai daug sudėtingų operacijų, kurias atlieka itin spartūs 3D grafikos procesoriai. Trimačio vaizdo generavimą sudaro keturi etapai: transformavimo, apšvietimo, parengimo ir vaizdavimo. Transformuojant skaičiuojami objektu judesio, sukimo ir kitokie pokyčiai. Skaičiuojant apšvietimą randama, kaip atskiri šviesos šaltiniai apšviečia sceną ir objektus. Parengimo metu iš daugiakampių (dažniausiai trikampių) sukuriami objektų karkasai. Vaizduojant objektai padengiami reikiamomis dangomis, sukuriami visi objektų taškai ir šešėliai. Atliekant šias operacijas tenka saugoti gana daug tarpinių duomenų, todėl sparčiųjų 3D sistemų atmintinės yra gerokai talpesnės negu reikėtų jau sugeneruotam vaizdui saugoti. Kuo daugiau išvardytų operacijų atlieka 3D procesorius, tuo daugiau laiko pagrindinis kompiuterio procesorius turi savo tiesioginėms funkcijoms vykdyti. Vaizdo įranga Animacinius vaizdus (Motion Video) į kompiuterį reikia įvesti iš vaizdo kameros ar vaizdo magnetofono, o vaizdus iš kompiuterio reikia išvesti į televizorių ar vaizdo magnetofoną. Kai kada tam skirta palyginti prastos kokybės įranga būna grafikos sistemoje. Televizinį signalą pritaikyti kompiuteriui ir atvirkščiai gana sudėtinga, kadangi televizinis vaizdas skiriasi eilučių, jas sudarančiu taškų skaičiumi, kadrų piešimo būdu (piešiama puskadriais kas antra eilutė) ir per sekundę nupiešiamų vaizdų skaičiumi (kadrų dažniu). Televizinio vaizdo kadrų dažnis yra 25 Hz (puskadrių - 50 Hz), o kompiuterio generuojamas kadrų dažnis būna 70 ir daugiau hercų. Televizinis signalas yra analoginis, o kompiuteris naudoja tik skaitmeninius signalus. Taip pat skiriasi signalai, piešiantys vaizdą televizoriaus ir vaizduoklio ekrane. Dėl to, kad televizoriaus ekrane vaizdas piešiamas puskadriais, kad televizoriaus ekrano skiriamoji geba mažesnė ir kad kompiuterio siunčiami R, G, B signalai verčiami videosignalu, kompiuteriu kuriamas vaizdas televizoriuje dažniausiai būna blogesnis už matomą vaizduoklio ekrane. Įvedant vaizdą, analoginis videosignalas iš vaizdo kameros ar magnetofono perduodamas į videokeitiklį (dekoderį), kuris videosignalą paverčia spalvų (R,G,B) signalais. Spalvų signalai patenka į analoginį-skaitmeninį keitiklį, kuris analoginius signalus paverčia skaitmeniniais. Jie magistrale perduodami į kompiuterio RAM ir diskinį kaupiklį bei grafikos sistemą, kuri rodo vaizdą vaizduoklio ekrane. Įvestą į kompiuterį vaizdą galima tam skirtomis programomis apdoroti ir vėl išsaugoti diske. Išvedant vaizdą, skaitmeninis vaizdo signalas iš diskinio kaupiklio per kompiuterio RAM patenka į grafikos sistemą, magistrale - į vaizdo sistema, kur skaitmeninis-analoginis keitiklis skaitmeninius spalvų signalus paverčia į analoginius, o videokeitiklis (koderis) - videosignalu. Jeigu vaizdo sistema turi garso kanalą, panašiai įvedamas, apdorojamas ir išvedamas garso signalas. Skaitmeninis vaizdo (pvz., filmo) signalas, kurį reikia išsaugoti diske arba įrašyti į CD-ROM, programiškai arba aparatūriškai suglaudinamas, pavyzdžiui, MJPEG procesoriumi. Išvedant suglaudintą vaizdą, jis "išskleidžiamas" ir tik tada keičiamas į videosignalą. Vaizdo kameros ir skaitmeniniai fotoaparatai Į kompiuterį perkeliamus vaizdo įrašus galima nufilmuoti vaizdo kamera, o statinius vaizdus patogiausia nufotografuoti skaitmeniniu fotoaparatu. Vaizdo kameros yra analoginės ir skaitmeninės. Analoginės kameros turi videosignalo išvesties jungtį, kurią sujungus su televizoriaus videosignalo įvesties jungtimi vaizdas matomas televizoriaus ekrane. Iš tokios kameros vaizdą į kompiuterį galima įvesti tik tada, kai kompiuteryje yra įranga televiziniam vaizdui apdoroti. Analogine vaizdo kamera nufilmuotos medžiagos kopija kitoje vaizdajuostėje visada yra prastesnė už originalą. Gaminamos VHS, Video 8, Hi-8 ir S-VHS tipų mėgėjiškos analoginės vaizdo kameros. VHS ir Video 8 vaizdo kamerų skiriamoji geba yra apie 250 eilučių, S-VHS ir Hi-8 - apie 400 eilučių kadre. Nuo kameros tipo priklauso ir vaizdajuostės konstrukcija bei kokybė. Skaitmeninės kameros vaizdo signalą į vaizdajuostę įrašo skaitmenine forma, todėl jį kopijuojant signalo kokybė nekinta. Jų skiriamoji geba yra apie 500 eilučių kadre. Signalas įrašomas kompiuteriui suprantamu skaitmeniniu DV (Digital Video) formatu. Skaitmeninės vaizdo kameros gali turėti analoginio ir skaitmeninio videosignalų įvesties ir išvesties jungtis. Gaminamos kameros dirbti su specialomis "mini-DV" vaizdajuostėmis ir su analoginių kamerų 8 mm vaizdajuostėmis. Vaizdo kameroje vaizdas per objektyvą yra projektuojamas į raudonai, žaliai ir mėlynai šviesai jautrių fotoelementų (dažniausiai CCD) matricas. Geriausiose kamerose kiekvienos spalvos šviesa yra projektuojama į atskirą matricą. Kuo daugiau matricoje elementų, tuo didesnė kameros skiriamoji geba. Pavyzdžiui, kameros, turinčios 300000 fotoelementų matricą ir gerą objektyvą, maksimali skiriamoji geba gali būti 365 x 273 taškų. Fotoelemetų sukurti elektriniai signalai apdorojami ir atitinkamu formatu įrašomi į magnetiną juostą. Vaizdo įrašymo ir skaitymo mechanizmas analoginėje kameroje yra toks pat kaip vaizdo magnetofone. Vaizdo įraše yra kur kas daugiau informacijos negu garso įraše, todėl ir juostelėje jis užima daugiau vietos. Vietos sutaupoma vaizdo signalą į juostelę rašant įstrižai, po vieną kadrą kiekvienoje įrašo atkarpėlėje. Įrašoma juostelei įstrižai slenkant besisukančio būgno paviršiumi, kuriame yra rašymo ir skaitymo galvutės. Gerų vaizdo magnetofonų būgne būna keturios galvutės: dvi vaizdui įrašyti ir skaityti normaliu greičiu, o kitos dvi - vaizdui skaityti sukant juostelę didesniu greičiu arba ją sustabdžius. Garsas į juostelę įrašomas viename juostelės pakraštyje arba tarp vaizdo įrašų. Kitame juostelės pakraštyje įrašomi valdymo signalai. Skaitmeninės vaizdo kameros yra brangesnės už analogines. Skaitmeninį signalą iš vaizdo kameros ar vaizdajuostės į kompiuterį galima įvesti tik tada, jei jame įrengta IEEE 1394 ar kita tokios paskirties sąsaja. Filmuojamam vaizdui stebėti kamerose yra maži ekranai arba akutės. Vaizdo kameros stabilizuoja vaizdą, kad įraše nesijaustų nevalingų rankos judesiu, turi keičiamo židinio objektyvą filmuojamam objektui "pritraukti" 10-22 kartus, baltos spalvos balansavimo įrangą, keičiamą diafragmą ir išlaikymą, gali sukurti įvairius vaizdo efektus. Daugumą minėtų operacijų jos gali atlikti automatiškai. Skaitmeniniame fotoaparate vaizdas projektuojamas ne į fotojuostą, o į fotoelementų matricą, kuri jį paverčia elektriniu signalu. Elektrinis signalas apdorojamas ir skaitmenine forma įrašomas į atmintinę. Aparatai labai patogūs, nes nuotrauka gaunama iš karto, ją galima įvesti į kompiuterį ir perduoti ryšio kanalais. Skaitmeniniai fotoaparatai gali registruoti 1536 x 1024 ir daugiau taškų bei kelių milijonų atspalvių vaizdus. Skaitmeniniams fotoaparatams naudojamos CMOS (pigesniems) ir CCD (brangesniems) tipo fotoelementų matricos. Nufotografuotą vaizdą fotoaparatas saugo "flash" tipo vidinėje atmintinėje, diskelyje arba diskiniame kaupiklyje. Fotoaparatuose su diskiniu kaupikliu galima išsaugoti daugiau nuotraukų, bet jie naudoja gerokai daugiau elektros energijos ir yra kur kas jautresni sutrenkimams nei aparatai su puslaidininkinėmis atmintinėmis. Dažniausiai nufotografuoti vaizdai išsaugomi JPEG arba "FlashPlX" formatų bylose, kai kada – fotoaparato gamintojo formatu. Daugumai fotoaparatų galima nurodyti vaizdo suglaudinimo koeficientą. Informacija iš fotoaparato į kompiuterį dažniausiai perkeliama per nuosekliąsias RS 232, USB sąsajas. Iš kai kurių fotoaparatų galima fotografiją išvesti į televizoriaus ekraną arba perrašyti į vaizdo magnetofoną. Daugelyje fotoaparatu yra ekranas fotografuojamam objektui stebėti. Ekranas padeda tiksliau nustatyti aparato parametrus, leidžia peržiūrėti nuotraukas, nepatikusias ištrinti iš atmintinės. Kai kurie fotoaparatai turi mikrofoną komentarams įrašyti. Kompiuterio garso įranga Kompiuterio garso įranga skirta bylose įrašytiems garsams atkurti, įvairiems garsams sintezuoti (pvz., muzikai, kalbai, triukšmui), garsui įvesti į kompiuterį iš mikrofono, MIDI instrumento ar kito įtaiso. Specialių programų valdoma ji gali kurti įvairius garso efektus (pvz., reverberaciją, daugiabalsiškumą, erdvinį garsą), stiprinti analoginį signalą ir keisti jo dažnines savybes, leidžia kurti muziką, "karpyti" ir "klijuoti" įrašą, "piešti" garsą (pvz., pašalinti kai kuriuos įrašo defektus, pele "pataisant" garso signalų vaizdą ekrane), kalbėtis telefonu per internetą. Kompiuterio garso įrangą sudaro: procesorius garsui generuoti; analoginiai-skaitmeniniai keitikliai analoginiams išorinio garso šaltinio (pvz., mikrofono) signalams paversti skaitmeniniais; skaitmeniniai-analoginiai keitikliai generuojamiems skaitmeniniams garso signalams paversti analoginiais; dažnio stiprintuvai; valdymo įtaisai; atmintinės su BIOS bei garsų fragmentų įrašais; valdymo programos. Analoginiai garso signalai per garso signalo įvesties jungtį patenka į analoginį-skaitmeninį keitiklį (A/S), per garso procesorių (GP) arba tiesiai per kompiuterio RAM bylos pavidalu įrašomi į diskinį kaupiklį. Diskiniame kaupiklyje įrašyti garsai atkuriami, perduodant įrašą per RAM atmintinę, garso procesorių arba tiesiai į skaitmeninį-analoginį keitiklį (S/A), paskui į garso signalo stiprintuvus (S). Garso procesorius naudojamas skaitmeniniam signalui filtruoti, įvairiems efektams (pvz., reverberacijai) sukurti, garso įrašui suglaudinti. Kompiuterio garso įranga sukurto signalo galia yra maža, jos pakanka ausinėms bei mažiems garsintuvams. Stipresniam ir kokybiškesniam garsui gauti reikia turėti gerą akustinę sistemą su stiprintuvais ir gerai parinkti garsintuvų vietą. III. Kompiuteris ir virtualusis pasaulis Virtualiojo pasaulio įranga jau senokai naudojama įvairiuose treniruokliuose, kiek galima realiau imituojančiuose, pavyzdžiui, lakūno arba tankisto darbo aplinką. Tokie treniruokliai turi specialias judinamas operatoriaus kabinas ir valdomi galingo kompiuterio. Dabar jau ir asmeniniu kompiuteriu galima bandyti virtualiojo pasaulio sistemas. Pavyzdžiui, galima įsigyti: specialų šalmą, kuriame yra du spalvoti ekranai, stereofoninės ausinės ir galvos padėties davikliai; kombinezoną, kuris perduotų kompiuteriui informaciją apie juo vilkinčio operatoriaus judesius; pirštines, kurios ne tik perduotų informaciją apie pirštų ir plaštakos judesius, bet ir sukurtų lytėjimo pojūtį; vairus, krėslus ir kitokius priedus, pakeičiančius darbo, sporto, buities priemones. Virtualiojo pasaulio imitatoriai sujungiami su kompiuteriu, kuris generuoja erdvinius vaizdus ir garsus, priklausančius nuo imituojamos situacijos ir operatoriaus veiksmų. Erdvinis vaizdas ir stereofoninis garsas, kurie keičiasi judinant galvą ar atliekant kitus veiksmus, sukuria daug realesnį dalyvavimo vyksme įspūdį negu vaizdas plokščiame ekrane. Taip "apsirengus" persikeliama į kompiuterio kuriamą vaizdų, garsų ir jutimų pasaulį, po kurį galima ne tik dairytis ir keliauti, bet taip pat imti, sviesti, kovoti bei atlikti kitus veiksmus. Įsėdus į treniruoklį, turintį visas valdymo priemones (pvz., vairą, pedalus), galima mokytis vairuoti ar skraidyti, matant ir jaučiant "realią" aplinką, girdint "tikrus" garsus. Pirštinėse ir kombinezonuose dažniausiai naudojami šviesolaidiniai ir varžiniai keitikliai. Lenkiant pirštus, lenkiasi ir prie pirštinės pritvirtinti šviesolaidžiai, o kartu kinta ir juose sklindantis šviesos srautas. Matuojant šviesos srauto pokyčius, nustatoma plaštakos ir pirštų padėtis. Varžiniai keitikliai tvirtinami prie pirštinės jos lankstymo vietose. Lenkiant kinta keitiklių varža. Ją matuojant nustatomas lenkimo kampas. Kompiuteris analizuoja iš keitiklių gautą informaciją ir pagal programą vienaip ar kitaip į ją reaguoja. Ne tokios įtaigios, bet gerokai pigesnes yra sistemos su kompiuteriu valdomais akiniais. Erdvinis vaizdas kompiuterio vaizduoklyje matomas užsidėjus akinius, kuriuose vietoj stiklų yra skystųjų kristalų skaidrės. Akiniai sujungti su kompiuteriu. Vaizduoklyje pakaitomis rodomi vaizdai dešiniajai ir kairiajai akiai. Kai rodomas kairiajai akiai skirtas vaizdas, dešinioji skaidrė tampa nepermatoma, kai vaizdas skirtas dešiniajai akiai - atvirkščiai. Vaizdai keičiami 60 Hz dažniu, todėl žmogus to nepastebi ir mato erdvinį vaizdą. Naudota literatūra 1. Prieiga per internetą http://www.ebiz.lt/article.php3/12/3727/3. 2. Prieiga per internetą http://www.ebiz.lt/article.php3/12/3803/7. 3. Prieiga per internetą http://www.ebiz.lt/rubric.php3/12/4. 4. Prieiga per internetą http://lt.wikipedia.org/wiki/Kompiuterio_samprata.

Daugiau informacijos...

★ Klientai rekomenduoja

Šį rašto darbą rekomenduoja mūsų klientai. Ką tai reiškia?

Mūsų svetainėje pateikiama dešimtys tūkstančių skirtingų rašto darbų, kuriuos įkėlė daugybė moksleivių ir studentų su skirtingais gabumais. Būtent šis rašto darbas yra patikrintas specialistų ir rekomenduojamas kitų klientų, kurie po atsisiuntimo įvertino šį mokslo darbą teigiamai. Todėl galite būti tikri, kad šis pasirinkimas geriausias!