Периферійні пристрої комп'ютерів

Органічною частиною комп'ютера є периферійне обладнання, питома вага якого в комплексі обчислювальної техніки складає приблизно 40-50%. До цього устаткування належать пристрої довготривалої пам'яті, пристрої вводу-виведення, термінали, системи відображення інформації, друкуючі пристрої.

По функціональному призначенню периферійні пристрої належать до однієї з трьох груп: 1) вводу інформації; 2) виведення інформації; 3) зовнішні запам'ятовуючі пристрої.

Головним засобом вводу інформації в ПЕОМ є клавіатура. Гарна клавіатура має декілька груп клавіш: алфавітно-цифрові - для вводу чисел і текстів; функціональні - для переключення з одного виду роботи на інший; клавіші зі стрілками - для переміщення курсору по екрану дисплею; спеціальні керуючі клавіші - для зміни регістрів і режимів вводу. Клавіатура виготовляється так, щоб задовольняти ергономічним вимогам: вона повинна бути зручною для тривалої роботи; розташування клавіш повинно відповідати стандартам, що враховують нормальні навички роботи на друкарських машинках. Типові розміри блоку клавіатури 40 Х 450 Х 180 мм. До системного блоку вона підключається за допомогою кабелю.

Варто звернути увагу на одну особливість клавіатур сучасних ПЕОМ. Розроблювачі прикладних систем завжди прагнуть максимально скоротити число необхідних натиснень клавіш при виконанні будь-якої роботи на ПЕОМ. Простіше за все цього можна досягти, змінюючи програмним шляхом зміст окремих клавіш. На відміну від звичних терміналів клавіатура ПЕОМ посилає мікропроцесорові не код символу, а порядковий номер натиснутої клавіші і тривалість натиснення. Уся інша робота з інтерпретації змісту натиснутої клавіші виконується програмним шляхом. При такому підході кодування клавіш стає незалежною від кодування символів, що різко спрощує роботу з клавіатурою і у той же час надає їй більшої гнучкості.

Дисплей або монітор служить головним пристроєм для відображення інформації, що виводиться під час роботи програм. Дисплеї можуть різнитися дуже істотно, і від їхніх характеристик залежать можливості машин і програмного забезпечення, що використовується на них. Насамперед, варто розрізняти монітори, придатні для виведення тільки алфавітно-цифрової інформації, і графічні дисплеї. Інша важлива ознака - можливість підтримки кольорового або тільки монохромного (чорно-білого) зображення. Суттєвими технічними параметрами є текстовий формат і розподільча здатність зображення. Текстовий формат характеризується максимальною кількістю символів у рядку і кількістю текстових рядків на екрані. У графічному режимі розподільча здатність задається кількістю крапок по горизонталі та кількістю крапок (крапкових рядків) по вертикалі. Інший характерний параметр - це кількість підтримуваних рівнів яскравості в монохромному режимі або кількість кольорів при кольоровому зображенні. Нарешті, важливим параметром є розмір екрана, від якого залежить можливість розрізнення зображення в цілому і чіткість окремих елементів, у тому числі букв і цифр.

Вказані параметри залежать як від конструкції екрана, так і від схеми керування, зосередженої у системному блоці. В даний час у більшості випадків застосовується схема формування зображення на основі екранної, або растрової пам'яті (bit-mapping). Кожний елемент зображення - одна крапка на екрані дисплея - формується з фрагмента растрової пам'яті, що складається з 1, 2 або 4 бітів. Інформація у вказаних бітах управляє яскравістю або кольором крапки на екрані, а також її миганням та іншими можливими атрибутами. При цьому обсяг растрової пам'яті прямо пов'язаний із розподільчою здатністю дисплея. Так при 640 х 200 точках і інших рівнях яскравості в монохромному режимі потрібна растрова пам'ять обсягом 16 Кбайт; якщо ж при цьому потрібно буде управляти 16 кольорами кожної крапки, то буде потрібно 64 Кбайт; а при 1024 х 1024 крапках і двох кольорах буде потрібно вже 132 Кбайти растрової пам'яті. Цифри і букви при такому методі керування виводяться на екран за допомогою спеціальних знакогенераторів - електронних схем, керованих крапковими матрицями (8 х 8, 6 х 8, 8 х 12 або іншого формату), на яких формуються зображення букв і цифр.

Більшість професійних ПЕОМ мають дисплеї, засновані на монохромних або кольорових елекронно-променевих трубках (ЕПТ). Керування кольоровою ЕПТ здійснюється, як правило, за допомогою 5 стандартних сигналів - для червоного, зеленого і синього променів, а також вертикальної і горизонтальної синхронізації. Такі пристрої називають RGB-моніторами. Дане позначення виходить від англійських слів red - червоний, green -зелений, blue- синій.

Підключення дисплея до системного блоку здійснюється за допомогою контролера, що частіше усього реалізується у вигляді окремої плати (адаптеру), який вставляється в системний блок. Адаптер звичайно містить растрову пам'ять і схеми керування ЕПТ. Крім того, на ньому розміщується мікросхема ПЗП, у якій записуються зображення знакових матриць, що виводяться на екран. Змінивши цю мікросхему, можна тим самим змінити знакогенератор, тобто написання букв, цифр і інших знаків, що виводяться на екран. Контролер узгоджується з типом дисплея, для якого він призначений. Одні контролери дозволяють підключати тільки монохромні дисплеї, інші - кольорові RGB -монітори, треті-звичайні телевізори. Контролери, що дозволяють роботу тільки з алфавітно-цифровою інформацією, набагато простіше графічних контролерів, але в сучасних ПЕОМ можливість роботи з графічною інформацією абсолютно необхідна. Типовими є параметри дисплеїв на основі ЕПТ.

Для дешевих домашніх або шкільних комп'ютерів часто в якості дисплея використовується звичайний побутовий телевізор. Але він має обмежену розподільчу здатність - не більш 256 х 256 крапок, що, звичайно, не дозволяє одержувати якісне зображення. Інший тип дисплея - на основі рідкокристалевих панелей - використовується в портативних ПЕОМ. У деяких моделях ПЕОМ такі дисплеї дозволяють одержувати майже таку ж розподільчу здатність зображення, як на ЕПТ. Але воно, по-перше, не може бути кольоровим, по-друге, потребує гарної освітленості і правильного кута зору. Тому поки такі дисплеї не дуже поширені.

Порівняно новими периферійними пристроями, що з'явились вперше в складі персональних ЕОМ, є спеціальні маніпулятори типу "миша" ("mouse"), "ручка" ("джойстік", "joystick") і "куля". Вони призначені для переміщення курсору на дисплеях, що мають графічний режим роботи, по будь-якій траєкторії і з будь-якою потрібною швидкістю. Звичайні клавіші-стрілки, що дозволяють рухати курсор у будь-яку позицію, тобто по горизонталі, будь-якого рядка, тобто по вертикалі, алфавітно-цифрового дисплея, не підходять для графічного зображення. Якщо клавіша-стрілка за одне натискання рухає курсор тільки в вертикальному або горизонтальному напрямку на одну крапку екрана, то скільки потрібно натискань для переміщення на 300 крапок по діагоналі? А якщо курсор “біжить” при натиснутій клавіші, то як змінювати його швидкість? Задовільним є автоматичне плавне наростання швидкості при тривалому натисканні клавіші-стрілки. Але і це не зовсім те, що потрібно.

Найбільш вдалим технічним вирішенням виявився принципово новий пристрій керування курсором, що за свою зовнішню подібність одержав назву “миша”. Суть його дії полягає в тому, що курсор на екрані повторює усі переміщення, що користувач робить, рухаючи “мишу” по столі або іншій гладкій поверхні. Самий курсор графічного режиму формується програмою і часто являє собою стрілку, вістря якої вказує саме на необхідну точку.

Головною деталлю “миші” є невелика куля, обертання якої в різні боки відслідковується спеціальною системою, що передає зміни координат при переміщенні маніпулятора. Для запобігання просковзування куля зроблена більш важкою і покрита гумою, а в комплекті з “мишею” є шорсткувата підставка. Швидкість переміщення “миші” може бути будь-якою, коефіцієнт передачі (відношення довжини шляху “миші” до довжини шляху курсору) легко регулюється зміною одного з параметрів, що задаються в драйвері “миші”.

На корпусі “миші” є дві або три кнопки, за своїм призначенням аналогічні найбільш часто уживаним клавішам виконання (таким, як “enter”). “Миша” під'єднується або до клавіатури, що має роз'єм і вбудований адаптер, або до головного блоку ПЕОМ також через адаптер. Для роботи з “мишею” необхідний особливий програмний драйвер, що відповідає її конструкції.

Багато сучасних програмних засобів, розрахованих на масового користувача, пристосовані до керування посередництвом меню і “миші”. В алфавітно- цифровому режимі роботи дисплея курсор “миші” являє собою кольоровий прямокутник, що дискретно, стрибаючи із символу на символ і з рядка на рядок, рухається по екрану.

Дешевим, компактним і достатньо зручним носієм інформації є гнучкий диск (дискета). Він виготовляється з тонкої пластикової плівки з магнітним покриттям. Існує багато типів і розмірів гнучких дисків, але фактичними стандартами на сьогодні стали два - 5,25 дюйми (133 мм) і 3,5 дюйми (89 мм). Більш значні 8-ми дюймові диски виходять із вжитку.

Користувач будь-якої ПЕОМ, за винятком хіба що найпростішої, неминуче стикається з гнучкими дисками. Тому роздивимося докладно конструкцію гнучких дисків вказаних найбільш популярних розмірів - 5,25 і 3,5 дюйми.

Диск має великий центральний отвір, через який він приводиться в обертання, і маленький бічний, необхідний для визначення початку доріжки. У деяких дискетах для збільшення терміна служби диска центральний отвір робиться з посиленим кільцем. На поверхні диска з одного або двох боків розташовуються концентричні доріжки. Кількість доріжок звичайно дорівнює 40 або 80.

Диск запечатаний у корпус із пластику, що нагадує тонкий картон, із необхідними прорізами. Внутрішня стінка корпусу виконана з ворсистого нетканого матеріалу, що зменшує тертя між диском та корпусом і поглинає дрібний пил, який потрапляє всередину дискети, не даючи їй дряпати поверхню диску. Загальна товщина диска і корпуса не перевищує 2 мм. На корпусі є етикетка виробника і вільне місце для позначок. Для захисту від пилу і забруднень дискета має зберігатися в паперовому конверті. Диск із корпуса ніколи не виймається. На краю дискети є прямокутний виріз, що служить для захисту від випадкового запису. Якщо цей виріз заклеїти (у коробці з дискетами додається липка фольга), то запис на таку дискету або стирання стануть неможливими.

На етикетці дискети вказується, яка щільність запису гарантується і скільки боків рекомендується використовувати: за кількістю боків - один або два, а по щільності запису - одинарна, подвійна і підвищена. Видима в прорізі поверхня гнучкого диска повинна бути матовою і майже чорною. На зношеній дискеті в довгому прорізі можна побачити доріжки (точніше, подряпини від пилу і контакту з голівкою).

Дискета без паперового конверта вставляється в дисковод, довгим прорізом уперед ( від себе), етикеткою нагору ( при горизонтальній щілині). Після вставки дискети потрібно закрити замок або повернути засувку в залежності від конструкції накопичувача. Під час запису або читання інформації диск обертається в гнучкому корпусі зі швидкістю 300 обертів на хвилину з характерним тихим шелестом або шипінням. При переміщенні магнітних голівок чутні щиглі. Під час роботи дисковода на ньому світиться лампочка. Якщо процесор довго не звертається до диска, обертання припиняється, і лампочка гасне. Брати дискету слід обережно за кути, не гнути і не м'яти, не торкатися самого диска, зберігати при кімнатній температурі в вертикальному положенні.

Пристрій накопичувача на гнучкому магнітному диску (НГМД) такий же, як і у великих носіїв на змінних магнітних дисках. Відмінності полягають у кількості голівок, потужності двигунів у габаритних розмірах пристроїв.

Провідні фірми – виробники дискет і накопичувачів інтенсивно працюють над їхнім удосконалюванням, тому очікується поява найближчим часом дискет ємністю в десятки мегабайт.

Як уже було сказано, міжнародним і вітчизняним стандартом фактично є дискети розміром 133 мм (5-дюймові), ємністю 360... 1200 Кбайт в залежності від кількості використовуваних доріжок і якості магнітного прошарку. Дискети такого розміру застосовуються в персональних ЕОМ. Останнім часом використовуються мікродискети розміром 89 мм і менше. Для захисту дисків від псування в таких дискетах використовується жорсткий корпус (тонка пластмасова коробочка). Ємність 89-міліметрових мікродискет складає 720 або 1400 Кбайт.

У останні роки накопичувачі іншого типу (їх ще називають накопичувачами на жорстких магнітних дисках (НЖМД), або “вінчестерами”, а в англомовній літературі “hard disk”) набули великої популярності завдяки своїй значній ємності при малих габаритних розмірах. Типовий НЖМД для ПЕОМ має ємність 20... 800 Мбайт, обсяг 1...2 куб. дм і масу порядку 1 кг.

Кращі з НЖМД мають характеристики, у декілька разів перевищуючи вказані (наприклад, ємність у сотні мегабайт). Провідні зарубіжні виробники 133-міліметрових НЖМД у даний час завзято штурмують 2000-мегабайтний рубіж.

Основу НЖМД складає пакет із декількох дискових пластин, засланих із двох боків магнітним матеріалом і розміщених разом із голівками запису-читання у герметичному корпусі. Більшість НЖМД, що випускаються, мають диски діаметром 133 мм, а зовнішні габаритні розміри таких накопичувачів збігаються з габаритами НГМД, що дуже важливо з погляду їхньої взаємної заміни.

Для великих ЕОМ поставляються НЖМД збільшених розмірів із підвищеною ємністю в сотні і більше мегабайт.

Для кожної магнітної поверхні дискового пакета передбачена своя магнітна голівка запису-читання. За допомогою утримувачів, з'єднаних із кроковим двигуном, вони одночасно переміщуються по однойменним робочим доріжкам пакету, що обертається іншим двигуном із постійною швидкістю 1,5...3,5 тис. обертів на хвилину. Герметизація пакету і голівок за допомогою металевої кришки охороняє їх від пилу і вологи.

Щоб одержати необхідну ємність на порівняно невеликій поверхні диска, ширина доріжки повинна бути маленькою, менше 0,1 мм. Тому в накопичувачах підвищеної ємності із великою кількістю доріжок для переміщення голівок застосовують два двигуни - один для приблизного, а інший для точного встановлення на доріжку. Точна і тонка механіка НЖМД не виносить різких ударів. Перед переміщенням накопичувача його голівки необхідно перевести у транспортне положення. В операційній системі ЕОМ для цього є спеціальна команда паркування голівок (“рагk”). Деякі сучасні НЖМД при вимиканні живлення самостійно виконують паркування, користуючись запасеною енергією.

Існує біля 50 логічних несумісних типів 133-мілиметрових НЖМД, що відрізняються кількістю пластин, голівок, доріжок, секторів на доріжках і їхньою ємністю. У настановних параметрах (“setup”) ЕОМ, необхідних для нормального функціонування ОС, обов'язково вказується тип жорсткого диску.

Двигунами і голівками управляє електронний блок, розміщений на плиті, що прикріплена до корпуса НЖМД і складає з ним одне ціле. Для зменшення габаритів блоку в ньому застосовуються мікросхеми підвищеної інтеграції і мікропроцесори.

Аналогічно дисплеям стикування НЖМД із головним процесором ЕОМ здійснюється за допомогою спеціального блоку - контролера, або адаптера. У великих ЕОМ ця з’єднуюча апаратура називається каналом. Безпосереднє логічне керування НЖМД виконує програма-драйвер, що є присутня у складі операційної системи.

Накопичувачами на жорстких магнітних дисках (133 мм) сьогодні комплектується абсолютна більшість персональних ЕОМ, за винятком найдешевших. НЖМД - служить головним оперативним довгочасним сховищем інструментальних програм, програм користувачів і даних. Зовнішньо наявність НЖМД, розташованого, як правило, всередині головного (системного) блоку машини, помітна частіше усього лише по відповідній сигнальній лампочці.

При вмиканні ПЕОМ відбувається розкручування дискового пакета всередині накопичувача, що супроводжується характерним наростаючим звуком. Слабкий шум від обертання пакета чутний увесь час, поки включена машина. Переміщення голівок між доріжками легко розпізнати по додатковому звуку щиглів, що виробляє кроковий двигун накопичувача. Відхилення від звичної звукової картини роботи ПЕОМ повинні насторожувати користувача, тому що вони можуть свідчити про появу недоліків, що потребують негайного втручання.

Принтери, хоча і не входять безпосередньо до складу ПЕОМ, є неодмінним атрибутом автоматизованих робочих місць на їхній основі. Принципи дії сучасних принтерів для ПЕОМ різноманітні. Головним показником є якість друку і швидкість.

Розрізняють такі умовні різновиди якості друку: чорновий, посилений, майже типографський і типографський. У тексті ці різновиди якості названі відповідно посереднім, середнім, гарним і відмінним. Швидкість друку у різних принтерів коливається від 12 символів/с до 8 сторінок/хв. ( біля 300 символів/с).

Найбільш часто з ПЕОМ використовуються матричні принтери. У них зображення окремих знаків будуються на матриці розміром 9х9, крапки якої формуються ударами через фарбуючу стрічку найтонших стрижнів (діаметром 0,2-0,3 мм). Число стрижнів звичайно дорівнює 9, так що крапки в межах матриці стикаються, створюючи безперервні лінії. Вузол , що друкує - голівка зі стрижнями - рухається в горизонтальному напрямку, і знаки можуть друкуватися як при прямому, так і при оберненому ході, що дозволяє досягати високої швидкості друку - до 200 знаків у секунду.

Якість друку у принтерів цього типу коливається від посереднього до гарного, але проте вони дешеві, компактні, не потребують спеціального паперу і працюють досить швидко. Крім того, ці принтери мають важливу перевагу: оскільки рухом стрижнів, кроком переміщення голівки по горизонталі і рухом паперу по вертикалі можна управляти за допомогою програми, то легко створювати довільні шрифти, а також виводити на принтер будь-які графічні зображення. Деякі принтери заздалегідь постачаються П3П з декількома шрифтами; в інших принтерах є буфер, у який можна завантажити на початку роботи свій шрифт, а потім використовувати його поряд з вмонтованим стандартним шрифтом. Більшість крапково-матричних принтерів мають різні режими друку і декілька розмірів шрифтів. Деякі високоякісні принтери мають голівки з 24 стрижнями, що дозволяє друкувати знаки майже типографської якості.

Інший тип принтерів заснований на використанні змінних шрифтоносіїв у вигляді дисків із нанесеними літерами якогось алфавіту. Ці принтери, які іноді називають ромашковими, дають відмінний друк типографської якості (подібно гарній друкарській машинці), але їхні очевидні недоліки - низька швидкість ( до 60 знаків/с) і можливість використання лише стандартних шрифтів, наявних на шрифтоносіях.

Принтери термографічного типу компактні, дешеві, безшумні та можуть давати середню і гарну якість друку, але вони потребують спеціального паперу, не завжди наявного в розпорядженні користувачів. Деякі з них впливають теплом прямо на папір, інші розтоплюють фарбуючу речовину, що потім лягає на папір. Ці принтери менш довговічні в порівнянні з іншими типами. Частіше усього вони застосовуються в портативних ЕОМ через малі розміри.

Струйні принтери пригорнули останнім часом увагу до себе тим, що вони працюють безшумно, можуть давати середню і гарну якість друку, у тому числі з декількома рівнями яскравості, а деякі з них забезпечують і кольоровий друк. Принцип дії заснований на тому, що під керуванням програми із сопла , що переміщується по горизонталі , на папір викидаються дрібні краплинки чорнил, формуючи необхідні зображення. Проте поки принтери не особливо поширені; їх головні недоліки - необхідність спеціальних чорнил, що не засмічують сопло голівки, і чутливість до якості паперу. Ці принтери не дозволяють робити відразу декілька копій.

Останнє слово техніки друкувальних пристроїв пов'язане із лазерними принтерами. Поліпшення конструкції лазера, оптичної частини і вузла , що друкує , призвело до значного здешевлення лазерних принтерів, зменшення їхніх габаритів і збільшення надійності. Лазерний промінь сканує під керуванням програми по поверхні барабану, із якого потім на папір переноситься фарбуюча речовина. Якість друку в лазерних принтерів відмінна, швидкість роботи - до 8 рядків/хв. У графічному режимі ці принтери друкують із дозволяючою спроможністю біля 12 крапок/мм. Можливе використання вмонтованих шрифтів або шрифтів, що завантажуються. За габаритами лазерні принтери можна порівняти із телевізором середнього розміру. Але поки вони залишаються дорожче інших типів принтерів. Крім того, досить дорогим є змінний друкуючий вузол, що включає барабан із фарбуючою речовиною.

Усі типи принтерів приєднуються до ПЕОМ за посередництвом спеціального контролера, що реалізує протокол обміну на основі паралельного або послідовного інтерфейсу.