Informatika, információ, adat, számítógép
Az informatika az információ megszerzésével, tárolásával, feldolgozásával és továbbításával foglalkozó tudomány. Az informatikában manapság a legtöbb feladatra számítógépeket alkalmaznak.
Az információ valamely jelenségre vonatkozó értelmes közlés, amely új ismereteket szolgáltat a felhasználónak. Ahhoz, hogy az információt számítógéppel feldolgozhassuk, valamilyen jelrendszer segítségével rögzítenünk kell. Igy válik az információ a számítógép által feldolgozható adattá.
Az adat az információnak a számítógépes rendszerben való konkrét megjelenési formája. A feldolgozásban az információ helyett az adatokkal végezzük el a kívánt műveleteket.
Számítógépnek nevezzük azokat az elektronikus gépeket, amelyek program által vezérelve adatok befogadására, tárolására, visszakeresésére, feldolgozására és az eredmény közlésére alkalmasak.
Algoritmus és program
A számítógép csak azt a szűk utasításkészletet tudja végrehajtani, amit gépi utasításként benne tárolnak. Ezért ha egy problémát számítógéppel szeretnénk megoldani, meg kell adnunk a megoldás menetét a számítógép számára érthető utasításokkal. Ehhez először ki kell dolgoznunk a feladat megoldásának algoritmusát.
Algoritmusnak nevezzük azt a véges számú lépésből álló utasítássorozatot, amely egy feladat megoldásához vezet. Az algoritmus még nem kötődik konkrét számítógéphez, általában valamilyen algoritmus-leíró nyelven szokták megfogalmazni. (Pl. a másodfokú egyenlet megoldásának algoritmusa, bináris számok decimálissá való átváltásának algoritmusa, stb.)
(Az algoritmus szó Al-Khwarizmi középkori arab matematikus nevéből ered.)
Az algoritmust a számítógéppel egy programozási nyelv segítségével kell közölni. Azt a folyamatot, amely során egy algoritmus lépéseit egy programnyelv utasításaival leírjuk, programkódolásnak (programozásnak) nevezzük. Az így létrejött utasítássorozat a program. Programnak nevezzük tehát egy algoritmus valamelyik számítógépes programnyelven való leírását, amely a számítógép működését a kívánt feladat megvalósításának megfelelően vezérli.
Kódolás és dekódolás
A kódolás olyan eljárás, amelynek során a kiindulási adatokat más formátumúvá alakítják át. (Általában tárolás, vagy adatátvitel céljából.) Ehhez természetesen szükség van egy kódrendszerre, illetve a konkrét kódolási eljárás lépéseire. A kódolt információból aztán a dekódoló eljárások segítségével kapjuk meg az eredeti adatokat.
Kódolás például az a művelet, amikor egy zene hangjait hangjegyekkel leírjuk (kottában), vagy amikor egy verset leírunk a papírra. Kódolás történik akkor is, amikor egy digitális fényképezőgép számok formájában rögzíti a képet. Dekódolás történik akkor, amikor a zenész a kotta alapján eljátssza a zenét, vagy felolvassák a verset.
Hardver és szoftver
A hardver (hardware) a számítógép fizikailag létező, kézzelfogható, elektronikus és mechanikus eszközeinek összessége. Ebbe a fogalomkörbe beletartoznak a különféle kiegészítő eszközök és tartozékok is.
A szoftver (software) a számítógépet működtető programok és a számítógépen tárolt adatok összessége. Mondhatjuk azt is, hogy a szoftver a számítógépben lévő szellemi termék.
A fájlméret nagyban függ az alkalmazott tömörítési eljárástól és minőségi beállítástól.
A fenti táblázatból láthatjuk, hogy például egy szövegszerkesztőben megírt A4 oldal hosszúságú levél mérete mindössze néhány kilobájt lesz. Azonban ha levelünkbe egy kis képet szúrunk be, már ez is radikálisan megnövelheti az adatmennyiséget.
A számítógép felhasználási területei
Kezdetben a számítógépeket bonyolult matematikai számítások elvégzésére használták (innen származik a „számítógép" elnevezés). Manapság egyre sokrétűbb tevékenységekre alkalmazzák. Íme néhány példa:
· Nagy adatmennyiség rendezett tárolása és gyors visszakeresése. (könyvtárak, telefonszámok...)
· Szövegszerkesztés, kiadványszerkesztés. (újságok, hivatalok, plakátok...)
· Mérnöki tervezés. (CAD, számítások, műszaki rajzok, látványtervek...)
· Statisztikai jellegű számítások nagy adatmennyiséggel. (közgazdászok, pénzügy...)
· Vezérlési feladatok. (ipari gépsorok, robotok, repülőgépek, űrhajózás...)
· Grafika. (fényképészek, reklámipar, nyomda, művészek...)
· Animáció, filmtrükkök. (filmipar)
· Nagy szövegek elemzése. (irodalom...)
· Információszerzés a legkülönfélébb területekről. (könyvtár helyett Internet)
· Oktatás, önálló tanulás. (oktatóprogramok)
· Otthoni szórakoztató elektronika. (Zene, DVD, játék...)
· Zeneszerzés, szerkesztés. (zenészek, hangmérnökök,
· Tudományos kutatás. (modellezés, szimuláció...)
· Személyes kommunikáció. (e-mail).
· Reklám, hirdetések. (WWW)
· Stb...
Számítógéptípusok áttekintése
A számítógép kifejezést többféle számítógéptípus általános megjelölésére használjuk. Tekintsünk át néhány gyakrabban használt kategóriát és azok jellemzőit.
· Szuperszámítógép: Ez a leggyorsabb és egyben legdrágább számítógéptípus. A szuperszámítógépek olyan egyedileg épített célszámítógépek, amelyeket egy adott, általában nagy számításigényű program lehető leggyorsabb végrehajtására használnak. Ilyen gépeket használnak például időjárás-előrejelzések készítéséhez, nukleáris robbantások szimulálásához, illetve mozifilmek csúcsminőségű animációinak, effektjeinek elkészítéséhez.
· Mainframe számítógép: Nagy mennyiségű adat feldolgozására és több, terminálokon keresztül kapcsolódó felhasználó egyidejű kiszolgálására használt központi gép. Az egyszerű fájlszerverekkel ellentétben itt a feldolgozás is a központi gépen folyik. Ezek a számítógépek képesek egy időben nagyon sok program gyors futtatására.
E rendszerek használata általában nagyvállalati környezetben jellemző, ahol például az adott vállalat adatbázisait, központilag menedzselt elektronikus levelezését valósítják meg mainframe gépek segítségével. Egy mainframe rendszer kialakítási költsége, teljesítményigénytől függően megközelítheti egy szuperszámítógép gyártási költségeit is.
· Miniszámítógép: Feladataiban és elérési módjában hasonló a mainframe számítógépekhez, teljesítménye azonban kisebb. Ilyen számítógépeket használnak például a kis- és középvállalatok, ahol maximum 100-200 felhasználó kiszolgálása szükséges. Kisebb teljesítménye miatt a miniszámítógép lényegesen olcsóbb a mainframe rendszereknél.
· Személyi számítógép: Egyidejűleg egyetlen felhasználó kiszolgálására alkalmas számítógép. Vállalati vagy otthoni környezetben is használható, használati céljainak megfelelően különféle perifériák kezelésére képes. Elfogadható árszintje miatt a mindennapi életben leginkább elterjedt számítógép-kategória.
· Hordozható személyi számítógép (laptop, notebook): Olyan személyi vagy ipari célra kialakított személyi számítógép, amelyet méretének és súlyának csökkentésével hordozhatóvá alakítottak ki. Általában folyadékkristályos - LCD (Liquid Crystal Display) -kijelzővel, illetve annak egy továbbfejlesztett változatával, úgynevezett TFT (Thin Film Transistor) megjelenítővel kerülnek gyártásra. A hordozható számítógépek teljesítményükben megegyeznek az asztali személyi számítógépekkel, de különleges kialakításuk miatt általában drágábbak. Kompakt megvalósításuk és csökkenő áruk révén azonban egyre elterjedtebbé válnak az üzletemberek és a magánfelhasználók körében is.
· Kézi számítógép (palmtop): Olyan kézi eszközök, melyek számítógépes, telefonos, fax, valamint hálózati szolgáltatásokat nyújtanak a felhasználó számára. Ilyen eszköznek tekinthetők például a „komolyabb" mobiltelefonok is. A palmtop eszközöket gyakran hívják zsebszámítógépnek vagy PDA-nak (Personal Digital Assistant) is.
· Hálózati számítógép (terminál): Minimális memória-, processzor- és háttértár-kapacitású számítógép, mely a programok végrehajtására és az adatok feldolgozására, tárolására elsősorban a számítógép-hálózaton keresztül elért szerver erőforrásait veszi igénybe. Egy ilyen számítógépekből összeállított rendszer összességét tekintve olcsóbb egy személyi számítógépekből álló hálózat kiépítésénél, és egyszerűbbé válik a rendszer központi adminisztrációja is. Egyes esetekben személyi számítógépek is elláthatnak a hálózati számítógéphez hasonló funkciókat. Ilyen gépeket elsősorban vállalati környezetben alkalmaznak.
A számítógép felépítése
A számítógép működésének megértéséhez szükséges, hogy ismerjük a hardver felépítését, és tisztában legyünk a hardverelemek funkcióival. A manapság használatos személyi számítógépek felépítésükben és működésükben nagyrészt megfelelnek az ún. Neumann - elvnek (amit Neumann János magyar származású tudós fogalmazott meg a XX. század közepén). A következő ábra a számítógép részeinek vázlatos felépítését mutatja.
A gép legfőbb része az ún. központi feldolgozó egység (processzor, CPU), amely az operatív memóriában, kettes számrendszerben tárolt program alapján dolgozza fel a szintén az operatív memóriában tárolt adatokat. A hosszú távon tárolandó adatok az ún. háttértárakon kerülnek elhelyezésre. A gép a külvilággal (felhasználó, más számítógépek) ún. be- és kimeneti egységeken keresztül tartja a kapcsolatot. A processzor feladata kettős: egyrészt vezérli és összehangolja a többi alkatrész működését, másrészt számításokat végez.
A számítógép teljesítményét alapvetően a CPU és belső busz sebessége (a belső kommunikáció sebessége), a memória mérete és típusa, a háttértárak sebessége és kapacitása határozza meg. A gyakorlatban a CPU és a memória az alaplapon helyezkedik el.
Alaplap
Az alaplap egy többrétegű nyomtatott áramköri lap, amely tartalmazza a számítógép bizonyos alapvető áramköreit, és amelyen különböző méretű és alakú csatlakozók helyezkednek el, melyek biztosítják az összeköttetést a hardvereszközök és a processzor között. Az alaplap típusa meghatározza a hozzá csatlakoztatható processzor és memória típusát is.
Valójában az alaplap foglalja egységbe a (moduláris felépítésű) számítógép alkatrészeit. Az alaplapon található csatlakozók határozzák meg, hogy milyen alkatrészekkel bővíthető a számítógép. Ilyen csatlakozó a különféle bővítőkártyák csatlakoztatására szolgáló PCI sín, valamint a videokártyát befogadó AGP csatlakozó.
Manapság az alaplapokra egyre több olyan alkatrészt is ráépítenek (integrálnak) amely korábban külön eszközként csatlakozott. (Videokártya, hangkártya, RAID vezérlő, modem, hálózati kártya.) Természetesen, ha a felhasználónak nem felelnek meg ezen integrált eszközök (általában alapszintű) szolgáltatásai, akkor csatlakoztathat külön alkatrészt is az alaplapra.
Gépház
A számítógép főbb alkatrészeit tartalmazó „doboz". A régebbiek AT, az újabbak ATX típusúak. Mindkettő típusnál vannak asztali (desktop), álló (torony), hordozható (laptop, notebook) és szerver kivitelezésűek. Az alaplapnak és a gépháznak passzolnia kell egymáshoz.
Központi vezérlőegység
A számítógép „agya" a központi vezérlőegység (CPU: Central Processing Unit). Két fő része a vezérlőegység (CU: Control Unit), ami a memóriában tárolt program dekódolását és végrehajtását végzi, valamint az aritmetikai és logikai egység (ALU: Arithmetical and Logical Unit), ami a számítási műveletek eredményének kiszámításáért felelős. A központi vezérlőegységet processzornak is nevezzük. Feladata a gép irányítása, a feldolgozási folyamatok vezérlése, az adatok feldolgozása, számítások elvégzése, a memóriában tárolt parancsok kiolvasása és végrehajtása, illetve az adatforgalom vezérlése.
A processzor munkájának ütemezésére, időzítésére szolgál az órajel. A CPU órajelét megahertzben (MHz) mérik. (Manapság egyre inkább gigahertzben. 1 GHz = 1000 MHz.) Az áramköröket vezérlő órajel frekvenciája a processzor sebességének egyik mérőszáma. Ha az órajel például 300 MHz, akkor a processzor 300 millió műveleti ciklust végezhet el másodpercenként.
A processzor sebességét alapvetően az órajel nagysága és a processzor típusa határozzák meg. Az újabb (jobb) típusú processzorok azonos órajel mellett is gyorsabbak (mert például ugyanazon elemi műveletet kevesebb órajelciklus alatt hajtják végre).
Memória
A memória elektronikus adattárolást valósít meg. A számítógép csak olyan műveletek elvégzésére és csak olyan adatok feldolgozására képes, melyek a memóriájában vannak. Az információ tárolása kettes számrendszerben történik. (—>Neumann-elv) A memória fontosabb típusai a RAM és a ROM.
RAM
A RAM (Random Access Memory) véletlen elérésű írható és olvasható memória. A RAM az a memóriaterület, ahol a processzor a számítógéppel végzett munka során dolgozik. Ennek a memóriának a tartalmát tetszőleges sorrendben és időközönként kiolvashatjuk vagy megváltoztathatjuk. A RAM-ot más nevén operatív tárnak is nevezzük.
Minden bevitt adat először a RAM-ba íródik, és ott kerül feldolgozásra. Itt helyezkednek el és ezen a területen dolgoznak az aktuálisan működő programok is.
A RAM azonban nem alkalmas adataink huzamosabb ideig való tárolására, mert működéséhez folyamatos áramellátásra van szükség. Ha az áramellátás megszakad - például áramszünet vagy a gép kikapcsolása esetén - a RAM azonnal elveszíti tartalmát! A gép bekapcsolásakor a RAM mindig teljesen üres.
A számítógépbe épített RAM memória egyik legfontosabb jellemzője a tárolható adatok mennyisége, amit megabájtban szokás megadni.
A számítógépbe építendő RAM memória mennyisége nagyban függ a géppel elvégzendő feladatok jellegétől. A különféle programokhoz a gyártó szoftvercég általában megadja a minimális és optimális memóriaméretet. (A minimális általában azt jelenti, hogy a program el tud indulni, és hát éppen „eldöcög".) Amennyiben egyszerre több programmal dolgozunk, akkor legalább a programok optimális memóriaigényének összegével célszerű számolni. Az irodai jellegű feladatok nem támasztanak magas igényt a memóriával szemben, ellenben a grafikai, multimédiás, szórakoztató alkalmazások nagyobb „étkűek".
ROM
A ROM (Read Only Memory) csak olvasható memória, amelynek tartalmát a gyártás során alakítják ki, más szóval beégetik a memóriába. Az elkészült ROM tartalma a továbbiakban nem törölhető és nem módosítható, a hibás ROM-ot egyszerűen el kell dobni. Előnye azonban, hogy a számítógép kikapcsolásakor sem törlődik, a beégetett adatok bekapcsolás után azonnal hozzáférhetőek. A ROMban a számítógép működéséhez szükséges alapvető adatok vannak tárolva.
Mivel a számítógép működéséhez valamilyen program elengedhetetlen, a RAM memória viszont a bekapcsoláskor üres, ezért a számítógép „életre keltését" szolgáló indítóprogramot, a BIOS-t (Basic Input Output System) egy ROM memóriában helyezik el. A BIOS-t ezért gyakran ROM BIOS-ként is emlegetik.
Cache memória
A processzor sebességét gyakran a memória (processzorhoz képesti) lassúsága fogja vissza. Ennek a problémának a kezelésére ún. cache memóriát (gyorsítótár) alkalmaznak. A gyorsítótár egy viszonylag kicsiny (=512 kB), ámde igen gyors RAM memória, amelyben a processzor által gyakran használt adatok kerülnek tárolásra. Kétféle cache is létezik: a processzorba épített (leveli) és az alaplapra épített (level 2). A Celeron processzorok (többek között) azért is kisebb teljesítményűek a megfelelő Pentium processzoroknál, mert nincs, vagy kisebb a beépített cache memóriájuk.
Felmerülhet valakiben a kérdés, hogy miért nem ilyen memóriából készítik az egész RAM -ot? Ennek
egyrészt a magas költség az oka, másrészt a technológiai korlátok. (Azért lehet gyors, mert kicsiny.)
Virtuális memória
A memóriatípusok tárgyalásakor meg kell említenünk az ún. virtuális memóriát. A virtuális (nem valódi) memória az informatikusok trükkje a számítógépbe épített RAM megnagyobbítására -egyfajta „fából vaskarika". A manapság használatos programok (és főként az operációs rendszerek) nagyon sok memóriát igényelnek. A mai operációs rendszerek (Windows, Linux, MacOS) ezért a merevlemez (HDD) egy részét lefoglalják, és úgy használják, mintha a gépbe épített RAM része volna. Így a gép „memóriája" szinte tetszőleges méretűvé növelhető, azonban ez az ál-memória sokkal lassabban működik, mint az igazi. (Ezért „fából vaskarika".) A Windows operációs rendszerek ezt a virtuális memóriát egy ún. lapozófájl (pagefile.sys) formájában valósítják meg, a Linux pedig egy külön partíciót (swap) hoz létre a merevlemezen.
Perifériák
Perifériának nevezzük a számítógép központi egységéhez kívülről csatlakozó eszközöket, melyek az adatok ki- vagy bevitelét, tárolását, illetve megjelenítését szolgálják.
A felhasználók a számítógéppel végzett munkájuk során kizárólag a perifériákon keresztül kommunikálnak a számítógéppel. A perifériákat három csoportra oszthatjuk:
· bemeneti egységek (input perifériák),
· kimeneti egységek (output perifériák),
· ki- és bemeneti egységek.
Bemeneti egységeknek nevezzük azokat a perifériákat, amelyek kizárólag a számítógépbe történő adatbevitelt biztosítják. Az információ a külvilág felől a számítógép központi egysége felé áramlik.
Bemeneti egységek
A legjellemzőbb bemeneti periféria a billentyűzet (keyboard). E nélkül nehezen képzelhető el a számítógép használata. Típusait a billentyűk száma és azok nyelv szerinti kiosztása alapján szokás megkülönböztetni.
A régebbi számítógépek (Pentium I-II) billentyűzeteit egy speciális csatlakozóval lehetett a gépre kötni, manapság általában PS/2 vagy USB porton keresztül csatlakoztathatók. Azoknak, akik sokat dolgoznak számítógéppel különösen fontos, hogy ergonomikus tervezésű, a kezet kímélő billentyűzetet használjanak.
Az eciér használata nagyban megkönnyíti a számítógéppel végzett munkánkat. Az egér mozgatásával egy mutatót irányíthatunk a képernyőn, és különféle műveleteket végezhetünk el az ott található objektumokon. Legelterjedtebb változatai kettő-, illetve háromgombosak.
Az IBM-kompatibilis számítógépekhez csatlakoztatható egereket többféleképpen csoportosíthatjuk. 1. Működési elv szerint
· Mechanikus
· Optikai
Amikor a mechanikus egeret elmozdítjuk, az egér aljába beépített golyó az asztalon gördül. A mozgás irányát és sebességét az egér a golyónak támaszkodó görgők segítségével érzékeli. Sajnos a görgők hajlamosak az elkoszolódásra, és ilyenkor az egér „akadozni" kezd. (Ki kell tisztítani.)
Az optikai egér az elmozdulás érzékelésére görgő helyett egy különleges fényérzékelőt használ. Ez az érzékelő az egér mozgatása közben észleli az alatta elhaladó felület optikailag érzékelhető elmozdulását, és ebből számítja ki az egér elmozdításának mértékét és irányát. Az optikai egér előnye, hogy finomabb pozícionálást tesz lehetővé, és kevésbé hajlamos a szennyeződés miatti akadozásra.
2. A számítógéphez való csatlakozás módja szerint
· Soros (COM1, COM2 stb.) porton keresztül
· PS/2 porton keresztül
· USB porton keresztül
Manapság egyre elterjedtebbek az ún. „drótnélküli" egerek. Ezeknél az egérbe épített rádióadó közvetíti az egér által kiadott jeleket a számítógép felé. A rádiójeleket egy vevőkészülék fogja, amely a PS/2 vagy USB portra csatlakozik. Az ilyen egerekbe természetesen elem (vagy akkumulátor) is szükséges. (A „drótos" egerek a számítógéptől kapják a működésükhöz szükséges áramot.)
3 Pontosság szerint
Az egerek pontosságát DPI (Dot Per Inch) mértékegységgel mérjük. Minél nagyobb ez az érték, annál pontosabban pozícionálható az egér.
Az érintőpad (touchpad) elsősorban a hordozható számítógépeken elterjedt, az egeret helyettesítő eszköz. Az egérrel (és a hanyattegérrel) szemben nem tartalmaz mozgó alkatrészeket. Ujjunkat a pad felületén a megfelelő irányba húzva mozgathatjuk az egérmutatót.
Az egérgomboknak megfelelő gombokat itt is megtaláljuk, de a bal gombra kattintás helyett használhatjuk az érintőpadra történő koppintást is.
A jobb érintőpadok érzékelik a nyomás erősségét is. A nyomásérzékeny felület adta lehetőségeket egyes grafikus programok is kihasználják. Ezeknél az alkalmazott ecset vastagságát vagy az ecsetvonás erősségét módosíthatjuk a nyomás fokozásával vagy csökkentésével.
A botkormány (joystick) elsősorban játékoknál alkalmazott beviteli periféria. A botkormányhoz hasonló szerepe van, és hasonló elven működik a gamepad is, mely különböző iránybillentyűkkel, gombbal, kapcsolóval rendelkezik. Segítségével bármilyen játékot irányíthatunk. Hasonló játékvezérlő eszköz a kormány is, melyhez különböző pedálok kapcsolhatók.
A fanolvasó, (scanner) segítségével nyomtatott szöveget, fotókat vagy rajzokat vihetünk be a számítógépbe. Bár megkülönböztethetünk fekete-fehér és színes szkennereket, ma már csak az utóbbi típusok kaphatók a piacon. A szkennerek legfontosabb jellemzője a maximális képfelbontás, amelyet DPI -ben adnak meg.
A DPI nem más, mint a Dot Per Inch kifejezés rövidítése. Ez a mérőszám azt jelenti, hogy a szkenner hány képpontot tud megkülönböztetni a kép 1 inch-es szakaszán. (1 inch = 2,4 cm) Fontos lehet az is, hogy az adott szkenner milyen porton keresztül csatlakoztatható a számítógéphez. (Általában párhuzamos, USB, vagy SCSI.)
A szkenner a papíron lévő információkat minden esetben kép formátumban továbbítja a számítógépnek. Ha a szkennert nyomtatott szövegek beolvasására kívánjuk használni, a szöveg értelmezéséhez speciális optikai karakterfelismerő, ún. OCR program szükséges. A karakterfelismerő program a karakterek alakjának felismerésével a képet szöveges dokumentummá alakítja. (Az egyik legjobb ilyen program a magyar fejlesztésű Recognita.)
Léteznek speciális szkennerek is, mint például a nyomdákban és fotólaborokban használt filmszkenner, amellyel negatív- és diafilmeket lehet digitalizálni.
A digitális fényképezőgép a képeket nem filmszalagra rögzíti, hanem digitális formátumban (számokkal) tárolja. Az eltárolt képeket ezután áttölthetjük számítógépünkre, feldolgozhatjuk valamilyen grafikai programmal, vagy akár ki is nyomtathatjuk. A filmszalagra készült képekkel
szemben, melyek felbontása szinte végtelennek tekinthető, a digitális képek felbontása mindig korlátozott, amely a fényképező képdigitalizálási mechanizmusának optikai felbontásától, a fényképező memóriakapacitásától, valamint a kép kinyomtatására használt eszköz kimeneti felbontásától függ.
A digitális fényképezőgépek maximális képfelbontását megapixelben szokták megadni, amely azt jelenti, hogy a kép hány millió képpontból (pixelből) áll. Egy 2 Mp -es gép tehát kb. 2 000 000 képpontra bontja fel a képet. Természetesen minél nagyobb ez a szám, annál finomabb lesz a kép. Ha csak képernyőre szánjuk a képeket, vagy csak kisméretű nagyításokat szeretnénk nyomtatni (pl. 10x15 cm), akkor elegendő egy 2 Mp-es gépet használnunk. Ha azonban nagyobb méretben is szeretnénk nyomtatni, vagy utólag akarunk belenagyítani a képbe, akkor nagyobb felbontásra lesz szükségünk.
Minél nagyobb a képek felbontása, annál több memóriára van szükség a tárolásukhoz. A digitális fényképezőgépek különféle típusú flash memóriákat használnak (SD, MMC, CF), amely általában bővíthető. A fényképezőgépről általában az USB porton keresztül tölthetjük át a képeket a számítógépre.
Kimeneti egységek - monitor, grafikus kártya
A legfontosabb kimeneti eszköz a monitor. Korábban többféle szabvány alapján gyártott típus létezett, de mára a VGA rendszerű monitorok az egyeduralkodók. A monitoron megjelenő képek képpontokból (pixel) állnak. A monitor minősége a megjelenített képpontok sűrűségétől és méretétől függ (elsősorban). A monitorokat több szempont alapján is csoportosíthatjuk.
1. A képmegjelenítés elve szerint
· katódsugárcsöves,
· folyadékkristályos,
· gázplazmás.
A legelterjedtebb a katódsugárcsöves (CRT: Cathode Ray Tube) monitor, melyben egy elektronsugarat lőnek ki a képernyő fluoreszkáló porral bevont hátsó falára. Az elektronsugár másodpercenként legalább 50-szer befutja a képernyőt. Mivel ezen monitorok súlya és kiterjedése igen nagy, hordozható számítógépekbe nem építhetők be.
A monitorok másik típusa folyadékkristályos (LCD: Liquid Crystal Display) technológiával működik. Első változataikat hordozható számítógépeken - laptopokon, notebookokon - alkalmazták, de ma már számtalan asztali típus is létezik. Előnyük a vékonyságukból adódó kis helyigény és az alacsony energiafelhasználás, hátrányuk a kötött képfelbontás és a magasabb ár.
A kötött képfelbontás azt jelenti, hogy az LCD monitorok, a katódsugaras monitorokkal ellentétben, csak egyféle - például 800x600 vagy 1024x768 képpont méretű - kép jó minőségű megjelenítésére alkalmasak. Más felbontások használata esetén a képminőség romolhat. Az LCD monitorok másik hátránya, hogy csak szemből nézve adnak jó képminőséget (oldalról már nem), így például családi filmnézésre nem alkalmasak.
Az LCD technika továbbfejlesztésével megjelentek az úgynevezett TFT (Thin Film Transistor) technológiával készült kijelzők. Előnyük az LCD monitorokkal szemben, hogy a katódsugárcsöves monitorokhoz hasonló jó képminőséget garantálnak. Grafikus alkalmazások futtatására, mozgóképek szerkesztésére az LCD helyett TFT kijelzőt érdemes választani.
A legkevésbé ismert típus a gázplazmás monitor, amelyben a gázok a bennük lévő mozgó elektronok hatására fényt bocsátanak ki. Az ilyen kijelzőkben ionizált neon- vagy argongázt zárnak két olyan üveglap közé, melyekbe vízszintesen és függőlegesen vezetékek vannak beágyazva. Ezen vezetékek metszéspontjai határozzák meg a fényt kibocsátó képpontokat.
A megjelenített kép típusa szerint
· alfanumerikus,
· grafikus.
Az alfanumerikus monitorok képernyőjén 25 sorban soronként 80 karakter volt megjeleníthető, és csak a karakterek helyei voltak megcímezhetők. Az ilyen monitorok kis memóriaigénnyel rendelkeztek. Ezek a monitorok csak betűk megjelenítésére voltak alkalmasak.
A grafikus monitorok már bonyolult ábrák, képek megjelenítésére is képesek, mert ezeknél a tárolás és megjelenítés képpontonként történik. Nagy memóriaigény jellemzi őket.
A monitor mérete szerint
A monitor méretét a képátló hüvelykben (coll) mért hossza alapján határozzuk meg. Legelterjedtebbek a 14" és 15"-os monitorok, de egyre gyakrabban találkozhatunk nagyobb, például 17", 19" és 21"-os monitorokkal.
A felbontóképesség és a megjelenített színek száma (színmélység) szerint
A monitorok felbontását a képet alkotó képpontok vízszintes és függőleges számával szokták megadni. A következő táblázatban a napjainkban használatos képernyőtípusok jellemzőit soroljuk fel. (Valójában mindegyik a VGA szabvány szerint működik.)
Ergonómiailag fontos szempont még a monitor ún. képfrissítési frekvenciája, amely azt jelenti, hogy a monitor másodpercenként hányszor rajzolja újra a képet. (Egy 60 Hz -en működő monitor például hatvanszor.) Minél nagyobb ez a frekvencia, annál kevésbé terheli a szemünket a villogás. Legalább 85 Hz -es frekvenciát használjunk!
A monitorokon megjelenő képet a számítógépbe épített grafikuskártya (videokártya) állítja elő. A grafikuskártyának manapság már saját processzora és memóriája is van, így le tudja venni a grafikával kapcsolatos számítások jelentős részét a processzor „válláról". A grafikuskártya legfontosabb jellemzője a típusa és a grafikus memória nagysága. Régebben a videokártyák a PCI sínen keresztül kapcsolódtak az alaplaphoz, de ma már egy külön erre a célra szolgáló csatlakozón (az ún. AGP porton) keresztül. Főleg mozgóképes alkalmazásoknál (pl. játékok) szükséges az erős videokártya.
A választható képfelbontás és a színmélység nagyban függ a grafikuskártya tudásától. Az alábbi táblázatban a legjellemzőbb színmélységértékeket soroltuk fel.
A 16 bites színmélységet gyakran High color, a 24 és 32 bites színmélységeket pedig True color üzemmódnak nevezik.
Kimeneti egységek - nyomtató
A nyomtató (printer) a legegyszerűbb eszköz arra, hogy munkánk eredményét papíron is viszontláthassuk.
A nyomtatott kép minőségét az egységnyi nyomtatási területre eső képpontok maximális száma, azaz a képfelbontás határozza meg, melynek mértékegysége a DPI (Dot Per Inch). Jó minőségű nyomtatáshoz minimum 300 dpi felbontást kell használnunk.
Fontos jellemzője a nyomtatóknak a nyomtatási sebesség. A nyomtatási sebességet a CPS (Character Per Seconds) vagy a lap/perc mértékegységekkel mérhetjük. A CPS az egy másodperc alatt kinyomtatható karakterek, míg a lap/perc az egy perc alatt kinyomtatható lapok mennyiségét jelenti.
Az alábbiakban a három legelterjedtebb nyomtatótípus, a mátrix, a tintasugaras és a lézernyomtató tulajdonságait tekintjük át.
A mátrixnyomtató a legrégebbi, ma is forgalomban lévő típus. Működése a klasszikus, tintaszalagos írógéphez hasonlít, azzal a különbséggel, hogy a mátrixnyomtató az írásjelek képét az írófejében elhelyezkedő tűk (9, 18 vagy 24 darab) segítségével pontokból alakítja ki. A tűk mágneses tér hatására mozdulnak ki, és rugóerő húzza vissza a helyükre. A kilökött tű a papír előtt kifeszített festékszalagra ütve hozza létre a papíron a karakter vagy ábra egy-egy pontját. Előnye, hogy indigós papírra egyetlen nyomtatási menetben több példányban is nyomtathatunk, így például a számlanyomtatás terén nehezen nélkülözhető. További előnye az alacsony üzemeltetési költség (olcsó a szalag). Hátrányai a lassúság és a magas zajszint. (Messziről felismerhető a „visításáról".)
A tintasugaras nyomtató tulajdonképpen a mátrixnyomtató továbbfejlesztése. Nyomtatáskor egy kisméretű tintaágyú egy festékpatronból mikroszkopikus méretű tintacseppeket lő a papírra. A festékporlasztást az egyes típusok különböző módon - gőzbuborékok segítségével vagy elektrosztatikusan - valósítják meg. Egy-egy karaktert sokkal több pontból alakítanak ki, mint a mátrixnyomtatók, és rendkívül csendesek.
A tintasugaras nyomtatók mai változatai már nyomtatvány szintű írásképet adnak, egyes színes típusok pedig speciális papíron fotó-realisztikus minőség előállítására is képesek. Elsősorban otthon vagy kisebb irodákban használják jó minőségű nyomtatványok készítésére.
A színes tintasugaras nyomtatók három alapszínből (+ a feketéből) keverik ki a kívánt színárnyalatot. Mindenképpen érdemes olyan nyomtatót vásárolni, amelyben az egyes színkomponenseket adó tintapatronok külön is cserélhetők.
Előnyük a mátrixnyomtatókkal szemben a sokkal jobb képminőség, alacsony zajszint, nagy sebesség. Hátrányuk a viszonylag magas üzemeltetési költség (a tintapatronba az írófej is be van építve). A lézernyomtatókhoz képest nagy hátrányuk, hogy vízben oldódó tintát használnak, ezért egyrészt a nyomtatott írás elmosódik, ha vizet kap, másrészt az írófej hajlamos a beszáradásra, ha hosszabb ideig nem használjuk.
A lézernyomtató működési elve a fénymásolókhoz hasonlítható. Egy speciális, fényérzékeny anyaggal bevont hengerre lézersugár rajzolja fel a nyomtatandó képet.
A lézerpásztázott helyeken a henger elektrosztatikus töltést kap, így amikor érintkezésbe kerül a festékport tartalmazó rekesszel, a festék feltapad a hengerre. A hengerről gördítéssel kerül át a kép a papírra, majd a nyomtató magas hőmérsékletű beégető művében rögzül a nyomat.
A lézernyomtatót leginkább irodákban használják, mivel gyorsan, jó minőségben képes nyomtatni. Egyes típusai tömeges nyomtatásra is kiválóan alkalmasak. A lézernyomtatók előnye a tintasugarasokhoz képest a jobb képminőség, nagyobb sebesség, alacsonyabb üzemeltetési költség, továbbá, hogy a papírra „égetett" tinta nem mosódik el, ha vizes lesz. Hátrányuk a magasabb beszerzési ár.
Léteznek színes lézernyomtatók is, amelyeknél - tintasugaras társaikhoz hasonlóan - a színes kép ciánkék, bíbor, sárga és fekete színekből áll össze. Ezek a színek képezik az alapját a nyomdákban is használt CMYK színkeverési módnak.
A plotter, más néven rajzgép, speciális, nagyméretű műszaki rajzok előállítására alkalmas eszköz, ezért főleg mérnöki irodák használják. A plotter működése eltér az eddig megismert elvektől, két egymásra merőleges sínen mozgó tollal, ceruzával rajzolja meg a képet. Az újabb tintasugaras plotterek inkább speciális, nagyméretű nyomtatónak tekinthetők.
Ki- és bemeneti egységek - érintőképernyő
A ki- és bemeneti egységek kétirányú adatcserére képesek. Ide soroljuk a háttértárakat is, melyekkel jelentőségük miatt külön fejezetben foglalkozunk, valamint az egyéb adatcseréhez szükséges eszközöket. A továbbiakban néhány ilyen típusú perifériát ismertetünk.
A ki- és bemeneti eszközök klasszikus példája az úgynevezett érintőképernyő (touch screen). Az érintőképernyő egy számítógép monitorához hasonló eszköz, melynek segítségével a rajta megjelenő parancsokat és funkciókat érintéssel választhatjuk ki.
Az érintőképernyő ultrahang vagy nagyfrekvenciás jelek segítségével érzékeli, hogy a képernyő elé helyezett átlátszó, üveg vagy műanyag réteget a felhasználó hol érinti meg.
Az egeres kattintásnak ujjunkkal végzett kettős koppintás felel meg. Ezt a technológiát többek között információs pultok esetében alkalmazzák.
Ki- és bemeneti egységek - modern és hálózati csatoló
A telefonos modern (modulátor-demodulátor) kétirányú adatátvitelt tesz lehetővé hagyományos telefonvonalon keresztül. A számítógép bináris jeleit hangokká alakítja, és viszont. Ezeket az eszközöket elsősorban az Internetre történő csatlakozásra, faxok küldésére és fogadására, valamint különféle banki szolgáltatások igénybevételére használják. A modemek legfontosabb jellemzője az adatátviteli sebesség (lásd később).
A telefonhálózatok új generációja az ISDN (Integrated Services Digital Network), melyhez speciális végberendezéssel (ISDN modem) csatlakozhatunk. Az ISDN hálózaton a fentiekben ismertetett műveleteket nagyobb sebességgel végezhetjük el a digitális technikának köszönhetően.
Még nagyobb adatátviteli sebességet tesz lehetővé a DSL (digitális előfizetői vonal, Digital Subscriber Line) technológia. Ennek lényege, hogy az adatokat nem hangfrekvenciás jelekkel (hangokkal), hanem nagy frekvencián kódolják. A DSL technológiának manapság egyre népszerűbb változata az ADSL (aszimmetrikus DSL) eltérő adatátviteli sebességet tesz lehetővé az adatáramlás irányától függően. (Általában nagyobb letöltési és kisebb feltöltési sebesség. A DSL technológia egy érdekes jellemzője, hogy a nagy frekvenciának köszönhetően ugyanazon a telefonvonalon keresztül egy időben lehet számítógépes adatokat átvinni és hagyományos telefonbeszélgetést folytatni.
A munkahelyek helyi számítógépes hálózatához hálózati csatolókártyával csatlakozhatunk. A hálózati csatolókártyák legfőbb jellemzője az adatátviteli sebesség, valamint a csatlakoztatható kábel típusa. A hálózati kártyák ismertebb típusai az Ethernet rendszerű eszközök. Az elterjedtebb Ethernet hálózati eszközök 10 vagy 100 Mbit/sec átviteli sebességet biztosítanak.
Manapság egyre elterjedtebbek az ún. vezeték-nélküli (wireless) hálózatok. Egy ilyen hálózatra vezeték nélküli hálózati kártyával kapcsolhatjuk a számítógépet. Az ilyen hálózati kártyákban egy kis rádióadó van beépítve, amely egy másik gépbe épített hasonló adóval, vagy egy, a hálózat gépeit összekapcsoló hozzáférési ponttal (access point) tud kommunikálni.
Adatátviteli sebesség alatt az időegység alatt átvitt adatmennyiséget értjük, amelynek jellemzésére alapvetően kétféle mérőszám használatos. Egyrészt, amennyiben az adat kettes számrendszerben van kódolva, úgy megadható az időegység alatt átvitt bitek száma, melyet bit/s-ban, és többszöröseiben (kbit/s, Mbit/s, kByte/s) mérünk. Másrészt az átvitelt jellemezhetjük az adatátvitelhez felhasznált jel értékében 1 másodperc alatt bekövetkezett változások számával is, amit jelzési sebességnek, vagy közismert néven baudnak nevezünk. (Például analóg telefonvonal esetén az egy másodperc alatt bekövetkezett hangváltozások száma.) Ha az adatátvitelhez használt jelen 1 bitenként van kódolva az adat, akkor a baud megfelel a bit/s -nak.
Ha például adatátviteli jelként különféle hangmagasságú csipogást használunk, akkor az adatátviteli sebesség a következőként számítható: Amennyiben 8 különféle hangmagasságot használunk és másodpercenként 10 csipogást lehet küldeni, úgy az adatátviteli sebességünk 10 baud, és 30 bit/s. Ugyanis nyolcféle hangmagasságot 3 biten lehet kódolni (23 = 8), azaz egy csipogással 3 bitnyi adatot lehet átvinni.
Multimédiás ki- és bemeneti egységek
Napjainkban a számítógépek többsége rendelkezik hangkártyával. A hangkártyák alapvetően kétféle funkciót töltenek be.
· Mikrofonból vagy más analóg hangforrásból jövő jelet digitalizálnak. (A/D konverter)
· Digitális jelekből (fájlokból) állítanak elő analóg hangokat. (D/A konverter)
A hangkártyák egyik legfőbb jellemzője, a kimeneti hangcsatornák száma. A legegyszerűbbek a kétcsatornás, sztereo hangkártyák, amelyek külön képesek kezelni a bal- és jobboldali hangszórókat. Komolyabb hangkártyák 4, 6, vagy akár 8 hangcsatornát is tudnak kezelni, amelynek célja a térhatású hangzás előállítása.
A képdigitalizáló (capture) kártya külső képforrásból - például videomagnóról vagy kameráról -érkező kép és hang digitális rögzítésére alkalmas. Egyik fajtája a TV tuneres capture kártya, amely televízióadás vételére is alkalmas.
Kommunikációs portok
A személyi számítógép fejlődésével párhuzamosan a külső perifériákkal való kapcsolattartás céljából több különböző, úgynevezett kommunikációs portot fejlesztettek ki. Az átlagfelhasználó számára a portok azok a „lyukak" a gép hátoldalán, amelyekre különféle külső eszközöket lehet csatlakoztatni. Ismerkedjünk meg ezek tulajdonságaival.
A soros (serial) port az egyik legrégebbi, általános célú kommunikációs port. Egy számítógépben maximum négy ilyen csatlakozási lehetőség lehet, melyeket COM1, COM2, COM3 és COM4-gyel jelölnek. A soros portokon keresztül az adatok bitenként kerülnek továbbításra, ezért másodpercenként csak kevés adat átvitelére képesek. Elsősorban a kis adatforgalmat igénylő eszközök - például egér, telefonos modem, karakteres nyomtató - csatlakoztatására alkalmasak.
A párhuzamos (parallel) portot általában a nyomtatók és szkennerek közvetlen csatlakoztatására használják. E csatlakozáson keresztül az adatok egy időben két irányba is áramolhatnak, a soros porthoz képest nagyobb sávszélességen. A számítógépen általában egy vagy két ilyen porttal találkozhatunk, melyeket LPT1 és LPT2 néven azonosítunk.
A SCSI (ejtsd: szkázi) port a párhuzamos portnál is nagyobb adatátviteli sebességre képes, de a legtöbb számítógépnek nem alaptartozéka. Egy SCSI portra több eszköz is csatlakoztatható (sorba kötve).
A PS/ 2 portot az IBM fejlesztette ki, kifejezetten a billentyűzet és az egér csatlakoztatására. Ha az egeret a PS/2 portra csatlakoztatjuk, egy COM port felszabadul, amelyre más eszközt köthetünk.
Az USB (Universal Serial Bus) egy újonnan kifejlesztett nagy sebességű csatlakozási port, melyet a soros és párhuzamos portok kiváltására szántak. Egy USB porton keresztül maximum 127 külső periféria csatlakoztatható. Napjainkban a nyomtatók és szkennerek többsége rendelkezik ilyen csatlakoztatási lehetőséggel is. Az USB 1.1 szabvány 12 Mbit/s adatátviteli sebességet eredményez,
amely gyorsabb mind a soros, mind a párhuzamos porténál. Az USB 1.1 szabvány továbbfejlesztéseként megjelent a még nagyobb átviteli sebességet biztosító USB 2.0 (480 Mbit/s).
Napjainkban az IEEE 1394 szabványú kommunikációs port - melynek legismertebb változata az Apple FireWire márkanevű terméke - az egyik legnagyobb adatátviteli sebességet biztosító eszköz. (400 Mbit/s) Egy IEEE 1394 portra maximum 63 külső eszköz csatlakozhat. Egyik jellemző alkalmazási területe a multimédiás eszközök, például digitális videokamerák számítógéphez történő csatlakoztatása.
Fontos megjegyeznünk, hogy a számítógép bekapcsolt állapotában nem szabad újabb eszközöket csatlakoztatnunk a portokra, illetve leválasztanunk róla! Ez alól kivétel az USB és IEEE1394 port. (Ezért nevezik az ezekre a portokra csatlakoztatható eszközöket „hotplug" (-forrón bedugható) eszközöknek.)
Háttértárak
A háttértárak nagy mennyiségű adat hosszú távú tárolására alkalmas ki- és bemeneti perifériák. A használaton kívüli programok és adatok tárolása mellett fontos szerepük van az adatarchiválásban, de például a számítógépes rendszerek biztonságos üzemvitele érdekében további háttértárakon helyezik el a rendszerek biztonsági másolatát is.
Megkülönböztetünk papír alapú, mágneses, optikai, elektronikus, valamint egyéb háttértárakat.
Papír alapú háttértárak
A papír alapú háttértárak közé sorolhatjuk többek közt a lyukszalagot és a lyukkártyát. Ezen háttértárolókat ma már nem alkalmazzák, hiszen feldolgozásuk igen lassú, könnyen sérülhet az adathordozó, nagy tömegű és mennyiségű alapanyagot igényelnek, illetve kezelésük igen körülményes. Előnyük viszont, hogy olyan környezetben is alkalmazhatóak, ahol a mágneses adathordozók nem.
Mágneses háttértárak
A legelterjedtebb háttértárak napjainkban a mágneses elven működő háttértárak. Működési elvük igen egyszerű: az adathordozó felületén lévő mágneses réteg kétállapotú jeleket rögzít.
Jellemzőik:
· a tárolható adatmennyiség nagysága (kapacitás),
· a gyorsasága, azaz mekkora az adat-hozzáférési idő,
· az adatsűrűség nagysága.
A mágneses háttértárak fő részei:
· Maga a mágneses felületű adathordozó, például a mágneslemez.
· Az adathordozó mozgatását, írását, olvasását végző berendezés, melyet meghajtónak (drive) nevezünk. A meghajtó elektronikus és mechanikus részekből áll. A mechanikus részek végzik az adathordozó mozgatását, míg az elektronika feladata az írás-olvasáspozicionálás vezérlése. Az írást-olvasást az író-olvasó fej végzi.
Típusai:
· mágneslemezek,
· mágnesszalagok.
Nincsenek megjegyzések:
Megjegyzés küldése