Лекция 10. Внешние устройства ПК

Кратко рассмотрим характеристики основных ВУ ПК

10.1 Накопители на гибких магнитных дисках (НГМД)

НГМД является устройством со сменным носителем информации. НГМД называют периферийное устройство (ПУ), на которое устанавливается гибкий диск (ГД) и которое обеспечивает как считывание, так и запись информации на нем.

НГМД состоит из следующих узлов:

механического привода, обеспечивающего вращение ГД;

блока магнитных головок чтения/записи;

системы позиционирования магнитных головок, которая служит для их перемещения относительно дискеты в радиальном направлении;

электронного блока, обеспечивающего управление накопителем и преобразование сигналов.

Двигатель привода включается только при доступе к накопителю по чтению или по записи. Следовательно, диск непрерывно не вращается. Количество магнитных головок зависит от обслуживаемого числа рабочих поверхностей дискеты. Большинство НГМД является двусторонними. Для подключения НГМД к ПК служит контроллер.

Дискета содержит гибкий пластмассовый диск с магнитным покрытием, который помещен в пластиковый конверт квадратной формы толщиной 2-3 мм. В этом конверте обеспечивается возможность вращения диска, сам же конверт выполняет защитные функции. На внутренней стороне конверта наклеены специальные прокладки, которые препятствуют повреждению ГД, уменьшают трение при его вращении, а также очищают поверхность диска от пыли и остающихся частиц магнитного покрытия. Информация считывается с диска (записывается на диск) через окно, вырезанное в конверте с двух сторон. Магнитные головки непосредственно соприкасаются с поверхностью диска, что сокращает срок службы последнего. На одной из боковых сторон имеется прямоугольный вырез разрешения записи. Когда он закрыт, на дискету можно писать. Для придания большей механической прочности диск вокруг внутреннего отверстия усилен специальными металлическими кольцами.

Информация на ГД размещается вдоль концентрических окружностей, называемых дорожками. Дорожки с одинаковыми номерами на различных поверхностях диска образуют цилиндр. Доступ к информации, записанной в одном цилиндре, осуществляется без перемещения магнитных головок. Каждая дорожка содержит определенное число секторов. Под сектором понимают участок дорожки МД, хранящий минимальную порцию информации, которая может быть считана с диска или записана на него. Каждый сектор имеет уникальный адрес. Между секторами имеется межсекторный интервал. Для ГД емкость сектора обычно составляет 512 байт.

Качество НГМД определяется совокупностью нижеприведенных характеристик:

емкостью дискеты;

диаметром дискеты;

продольной (вдоль дорожки) плотностью записи информации, измеряемой числом бит на единицу длины или количеством секторов стандартного размера на дорожке;

радиальной (по радиусу диска) плотностью записи информации, измеряемой числом дорожек на поверхности диска;

средним временем доступа, являющимся суммой среднего времени позиционирования (установки) блока магнитных головок на дорожке и среднего времени ожидания, требуемого для подхода к головкам нужного сектора;

временем перемещения блока магнитных головок на соседнюю дорожку;

скоростью чтения/записи;

габаритными размерами;

стоимостью.

Наибольшей популярностью в мире пользуются НГМД для 89-мм (3,5 –дюймовых) дисков первоначально разработанные фирмой Sony. Они имеют следующие характеристики:

емкость ¾ 1,44 Мбайт;

число дорожек (цилиндров) ¾ 80;

число секторов на дорожке ¾ 18.

Для увеличения емкости ГД определились следующие два основных направления работ: увеличение емкости за счет совершенствования подсистем НГМД и использование новых принципов записи информации.

В настоящее время имеются гибкие магнитооптические диски с емкостью 100 Мбайт.

10.2 Накопители на жестких магнитных дисках (НЖМД)

Накопитель на жестких магнитных дисках (НЖМД) — это устройство с несменным носителем. Его конструктивная схема сходна со схемой НГМД, но реализация отличается, и существенно. От НЖМД требуется в сотни рая большие емкость и скорость обмена данными. Поэтому информация записывается не на один диск, а на набор дисков, состоящий из нескольких пластин, идеально плоских и с отполированным ферромагнитным слоем. При этом запись производится на обе поверхности каждой пластины (кроме крайних).

Следовательно, работает не одна, а группа магнитных головок, собранных в единый блок. Пакет дисков вращается непрерывно и с большой скоростью (до 7500, а в отдельных моделях до 10 000 об/мин), пока ЭВМ включена, и потому механический контакт головок и дисков недопустим. Каждая головка “плавает” над поверхностью диска на расстоянии 0,5-0,13 микрометра. Ясно, что проникновение в такой механизм мельчайшей пылинки вывело бы его из строя, поэтому электромеханическая часть накопителя заключена в герметичный корпус.

Накопители выпускаются десятками фирм-производителей. Чтобы обеспечить взаимозаменяемость устройств, разработаны стандарты на их габаритные и электрические характеристики. Последние определяют, например, номенклатуру соединительных проводников, их размещение в переходных разъемах, электрические параметры сигналов (то есть то, что принято называть интерфейсом). На сегодня наиболее употребительны стандарты IDE (Integrated Drive Electronics) и более производительные EIDE (Enhanced IDE) и SCSI (Small Computer System Interface). EIDE отличается от своего предшественника (IDE) тем, что допускает подключение к одному адаптеру до четырех устройств, поддерживает накопители с емкостью свыше 504 Мбайт, обслуживает и немагнитные накопители, допускает повышенные скорости обмена данными.

С учетом того, что в НЖМД устанавливается несколько МД с металлической основой, их суммарная емкость может доходить до 10 Гбайт; среднее время доступа составляет 4-100 с, а скорость чтения/записи ¾ 0,5-1 Мбайт/c.

Нумерация секторов на дорожке жесткого диска не соответствует последовательности их физического размещения. Дело в том, что большая скорость вращения диска не позволяет предать в ПК содержимое считанного сектора до подвода к головкам физически следующего сектора. Поэтому сектор с номером, на единицу большим предыдущего, размещается за ним через определенное количество секторов (коэффициент чередования). Естественно, в этом случае информация, содержащаяся на дорожке, не может быть прочитана за один оборот МД. Непоследовательная нумерация секторов устанавливается посредством процедуры, называемой форматированием нижнего уровня.

10.3 Накопители на оптических дисках (НОД)

Принцип работы всех существующих ныне оптических дисководов основан на использовании луча лазера для записи и чтения информации в цифровом виде. В процессе записи модулированный цифровым сигналом лазерный луч оставляет на активном слое оптического носителя след, который затем можно прочитать, направив на него луч меньшей интенсивности и проанализировав изменение характеристик отраженного луча.

По функциональному признаку НОД делятся на три категории:

НОД без возможности записи (только для чтения);

НОД с однократной записью и многократным чтением;

НОД с возможностью перезаписи (перезаписывающие оптические дисководы).

Первая категория НОД использует технологию CD-ROM, которая возникла как продолжение технологии CD для цифровой записи звука. Устройства на компакт-дисках (CD-ROM) характерны тем, что способны только считывать данные, однажды занесенные на диск. Имея большую емкость (около 600 Мбайт) высокую скорость считывания, они очень удобны для хранения и распространения больших объемов информации.

Затем появились оптические дисководы второй категории, основанные на технологии WORM (“однократная запись и многократное чтение”). На ОД в таких дисководах можно самостоятельно записывать, но однажды записанную информацию ни стереть, ни перезаписать не удастся. Поэтому НОД данной категории удобны только для архивирования.

Поистине революцией явилась технология перезаписываемых ОД. НОД с возможностью перезаписи ¾ это функциональные эквиваленты, а, следовательно, и потенциальные конкуренты НМД.

В качестве носителя информации в НОД применяются жесткие диски, покрытые специальным оптическим материалом.

10.4. Клавиатура

Клавиатура предназначена для ввода в компьютер информации и команд управления. Клавиатура стационарного ПК, как правило, представляет собой самостоятельный конструктивный блок. У переносных ПК клавиатура входит в корпус; число клавиш на ней значительно меньше, чем у стационарного ПК.

Клавиатуры на сегодня практически стандартизовались: они имеют по 101-103 клавиши, размешенные по стандарту QWERTY, и если различаются, то незначительными вариациями расположения и формы некоторых служебных клавиш, а также особенностями, которые обусловлены используемым языком (так, предназначенные для российского рынка клавиатуры имеют на буквенных клавишах двойную маркировку — латиницей и кириллицей).

Вся совокупность клавиш клавиатуры достаточно условно разбита на несколько групп. Основное назначение символьных клавиш — занесение (ввод) текста, то есть букв, цифр, специальных символов. Исторически сложилось, что одни и те же клавиши используются для ввода и строчных, и прописных букв, и латиницы, и кириллицы. Если переключение от строчных букв к заглавным (то есть работа “в верхнем регистре”) требуется на непродолжительное время (на один-три символа), то следует нажимать символьные клавиши, удерживая нажатой клавишу <Shift>; если же верхний регистр требуется на много символов подряд, регистр переключают, нажимая клавишу <Caps Lock>.

Переключение между алфавитами (латиница-кириллица) осуществляется программно, и соответствующая команда (например, одновременный нажим на левую и правую клавиши <Shift>) определяется используемой программой управления клавиатурой.

Группа цифровых клавиш в основном предназначена для ввода чисел. Поэтому клавиши размещены в порядке, наиболее удобном для этой работы. Однако они же могут дублировать клавиши управления курсором. Переход от одного режима их использования к другому осуществляется нажатием клавиши <NumLock>.

Назначение функциональных клавиш — подавать команды. Смысл команд целиком определяется активной в данный момент программой, так что жестко закрепленного значения у этих клавиш нет.

Клавиши управления курсором подают команды на передвижение курсора по экрану относительно текущего экранного изображения. Конкретное значение команд может в той или иной степени зависеть от выполняемой программы.

Быстродействие клавиатуры всегда таково, что независимо от скорости нажатия клавиш вся вводимая информация успевает передаваться к ПК, если она там ожидается.

10.5. Манипуляторы

Во время работы компьютера на экран монитора выводится указатель — курсор (мигающая черточка или прямоугольное пятнышко, стрелка и т. д.), который играет важную роль в организации диалога пользователя и компьютера: курсор отмечает место на экране, куда попадет очередной введенный символ, указывает на программное окно, которое нужно активизировать, и пр. Пользователь может передвигать курсор в нужное место, используя клавиши управления курсором, в частности клавиши со стрелками. Однако это не всегда удобно, а если задействована графическая операционная среда — то неудобно совсем. Значительно эффективнее идет работа при использовании манипуляторов, то есть специальных устройств для управления курсором и подачи некоторых команд. В настоящее время в ПК используются следующие разновидности манипуляторов:

джойстик;

световое перо;

манипулятор типа “мышь”

шаровой манипулятор (манипулятор типа “шар”);

манипулятор Isopoint Control.

Наибольшее распространение получил манипулятор типа “мышь”.

Мышь представляет собой небольшую “коробочку” из пластмассы. Если передвигать мышь по плоской поверхности, то шарик (расположенный снизу внутри корпуса) прокручивается, и механически связанные с ним миниатюрные датчики генерируют две серии электрических импульсов. Число импульсов в одной серии отмечает путь мыши по оси X, другая серия описывает путь, пройденный по оси Y. На основании этих импульсных последовательностей определяется положение курсора ни экране.

Кроме того, мышь имеет две (или три) кнопки. Нажимая их, пользователь может подавать команды. Смысл команд определяется используемой операционной системой и программным продуктом.

Мышь подключается, как правило, с помощью кабеля к разъему СОМ1 или COM2 адаптера ввода-вывода. Уже выпускаются мыши, которые связываются с системным блоком беспроводным каналом (инфракрасным светом), но в этом случае мышь должна находится в зоне прямой видимости приемника.

Еще один ощутимый недостаток “мыши” состоит в необходимости иметь на рабочем столе дополнительное место. От этого недостатка свободен манипулятор типа “шар” (trackball), первоначально использовавшийся только в больших ЭВМ по причине его дороговизны. Этот манипулятор представляет собой просто перевернутую, или стационарную, “мышь” с теми же функциональными возможностями. При использовании шарового манипулятора достаточно вращать шар, а не перемещать весь прибор. Однако шаровой манипулятор все еще слишком громоздок.

10.6. Сканеры

Нередко возникает необходимость ввести в ЭВМ с печатного оригинала текст и/или графическое изображение для его последующей обработки. Ввод этого текста на клавиатуре требует много времени и труда. Но существуют специальные устройства, сканеры, которые способны читать текст и преобразовывать его в “электронную картинку”. Затем специальная программа (например, FineReаder) дешифрует эту картинку и превращает ее в текстовый файл, где каждый байт соответствует какому-то символу. Существует немало моделей сканеров, отличающихся методом оптического “прощупывания” изображения, допустимым размером оригинала, качеством оптической системы.

Сканеры характеризуются:

разрешающей способностью (разрешением);

количеством воспринимаемых оттенков;

возможностью ввода цветных изображений или отсутствием таковой;

быстродействием;

размером обрабатываемых изображений;

стоимостью.

Аналогично копировальному устройству сканер освещает оригинал, а светочувствительный датчик сканера с определенной частотой производит замеры интенсивности отраженного света. Разрешающая способность сканера прямо пропорциональна частоте замеров. В процессе сканирования устройство выполняет преобразование величины интенсивности в двоичный код, который передается в ЭВМ для дальнейшей обработки. Если сканер при каждом замере регистрирует всего один бит информации, то он распознает только два цвета ¾ черный и белый. В зависимости от количества битов, соответствующих одному замеру, сканер может распознавать большее или меньшее количество оттенков от черного до белого.

10.7. Монитор

Монитор (дисплеи) компьютера предназначен для отображения текстовой и графической информации. Мониторы бывают цветными и монохромными. Они могут работать в одном из двух режимов: текстовом или графическом.

В текстовом режиме экран монитора условно разбивается на отдельные участки — знакоместа (чаще всего на 25 строк по 80 символов). На каждом знакоместе может быть отображен один из 256 заранее определенных символов. В число этих символов входят заглавные и строчные буквы, цифры и т. д. Подчеркнем, что общая номенклатура (она зависит от системы кодирования символов) отображаемых на экране символов не ограничена числом 256. Одному и тому же коду в зависимости от режима (“латинский алфавит”, “кириллица”, “псевдографика”) на экране монитора могут соответствовать разные символы.

В графическом режиме экран монитора представляет собой, по существу, растр, состоящий из точек (пикселей). Количество точек по горизонтали и вертикали, которые монитор способен воспроизвести четко и раздельно, называется разрешающей способностью монитора. Выражение “разрешающая способность 800´600” означает, что монитор может выводить. 600 горизонтальных строк по 800 точек в каждой строке. Это свойство монитора определяется, в частности такой его характеристикой, как размер точки (зерна) экрана. Не следует думать, что потенциальная разрешающая способность монитора реализуется автоматически. Реальная разрешающая способность всего видеотракта зависит еще и от видеокарты.

По физическим принципам формирования изображения существуют:

дисплеи на базе электронно-лучевой трубки;

жидкокристаллические дисплеи;

плазменные (газоразрядные) дисплеи;

электролюминесцентные дисплеи.

Мониторы подразделяются на монохромные и цветные. Жидкокристаллические мониторы имеют (при прочих равных условиях) на порядок меньший вес и геометрический объем, потребляют на два порядка меньше энергии, но зато они примерно в 5 раз дороже и поэтому применяются (пока) только в переносных компьютерах. Далее мы будем иметь в виду только электронно-лучевые мониторы (если противное не оговорено особо).

В подавляющем большинстве случаев монитор представляет собой самостоятельный конструктивный блок. К донной части кожуха монитора прикреплена опора со сферическим сочленением, которая позволяет устанавливать экран под удобным для оператора углом. Внутри кожуха размещены блок питания и электронные схемы, необходимые для формирования экранного изображения.

В современных ПК предпринимаются специальные аппаратно-программные меры для продления срока службы экрана монитора и сбережения электроэнергии. Если в течение определенного времени пользователь не производит никаких действий, то сначала операционная система выдает команду на вывод на экран специальной картинки, а еще чуть позже — на перевод электропитания монитора в “спящий режим” (питание сохраняется только для логических схем, с тем чтобы монитор мог включиться снова).

Основными техническими характеристиками дисплеев являются:

разрешающая способность;

количество воспроизводимых цветов или градации яркости;

размер экрана (как правило, по диагонали);

масса и габариты;

стоимость.

Разрешение дисплея измеряется количеством воспроизводимых точек по вертикали или горизонтали на единицу длины. Другим важным показателем качества дисплеев является частота сканирования (частота вертикальной и частота горизонтальной развертки). Чем выше разрешение дисплеев, тем выше должна быть и частота сканирования для обеспечения приемлемого качества изображения (без мерцания).

Возможности ПК по отображению информации определяются совокупностью и совместимостью технических характеристик дисплея и адаптера (т.е. видеосистемы в целом).В обязательный круг задач этого адаптера входит изображение на экране под управлением программы компьютера, выполняемое в графическом и (или) алфавитно-цифровом режиме отображения. Любой адаптер содержит видеопамять, хранящую воспроизводимую на экране информацию. Ее объем может достигать несколько Мбайт. То, что находится в видеопамяти, немедленно отображается на экране. Положение дисплейного адаптера обязывает его иметь по крайней мере два интерфейса ¾ один для связи с монитором, другой ¾ для связи с процессором. Большинство адаптеров имеет интерфейс монитора VGA.

10.10. Принтеры

Принтерами называют устройства, предназначенные для вывода на бумагу результатов работы программ. Существует большое число разнообразных моделей принтеров, различающихся принципом действия, интерфейсом, производительностью, функциональными возможностями.

Матричные принтеры.Основной узел матричного принтера ¾ печатающая головка ¾ представляет собой обойму, несущую тонкие металлические стержни (иглы), которые размещены в вертикальной плоскости перпендикулярно бумаге. Головка движется вдоль печатной строки, а стержни в нужный момент ударяют по бумаге через красящую ленту. Это и обеспечивает формирование на бумаге символов и других изображений. Скорость печати точечно-матричных принтеров ¾ от 10 до 60 секунд на страницу. У них наибольший уровень шума.

Струйные принтеры. В этих принтерах изображение формируется микрокаплями специальных чернил, выбрасываемых на бумагу через миниатюрные сопла. Этот способ печати обеспечивает более высокое качество по сравнению с матричными принтерами, в том числе проще реализовать цветную печать. Струйные принтеры практически бесшумны. Однако они дороже матричных и требуют более тщательного ухода и обслуживания, более требовательны к качеству бумаги. Скорость печати примерно такая же, как и у матричных.

Лазерные принтеры.Лазерные принтеры обеспечивают наилучшее качество печати. В этих принтерах для печати используется принцип ксерографии: изображение сначала формируется на специальном барабане в виде совокупности электрических зарядов. К заряженным точкам поверхности барабана прилипает тонко дисперсный краситель, и изображение становится видимым. Затем оно оттиском переносится на бумагу и закрепляется на ней мощным, но кратковременным прогревом. Отличие от обычного ксерокопировального аппарата состоит в том, что электрический рельеф на печатающем барабане формируется с помощью лазера, луч которого модулируется по командам из компьютера. Разрешающая способность лазерных принтеров ¾ от 300 точек на дюйм. Скорость печати ¾ от 5 до 15 секунд на страницу при выводе текста.