Устройства ЭВМ

Клавиатура

Клавиатура - это одно из основных устройств ввода информации в ЭВМ, позволяющее вводить различные виды информации. Вид вводимой информации определяется программой, интерпретирующей нажатые или отпущенные клавиши. С помощью клавиатуры можно вводить любые символы: от букв и цифр до иероглифов и знаков музыкальной нотации. Клавиатура позволяет управлять курсором на экране дисплея - устанавливать его в нужную точку экрана, перемещать по экрану, "прокручивать" экран в режиме скроллинга, отправлять содержимое экрана на принтер, производить выбор при наличии альтернативных вариантов, и т.д.

В последнее время наблюдаются тенденции отказа от клавиатуры в пользу альтернативных устройств: мыши, речевого ввода, сканеров. Но полностью эти устройства клавиатуру не заменяют.

Стандартная клавиатура IBM PC имеет несколько групп клавиш.

1. Алфавитно-цифровые и знаковые клавиши (с латинскими и русскими буквами, цифрами, знаками пунктуации, математическими знаками).
2. Специальные клавиши: Esc, Tab, Enter, BackSpace.
3. Функциональные клавиши: (F1...F10...).
4. Служебные клавиши для управления перемещением курсора (стрелки: Up, Down, Left, Right, клавиши Home, End, PgUp, PgDn и клавиша 5, иногда обозначаемая значком "[]" - в центре дополнительной цифровой клавиатуры).
5. Служебные клавиши для управления редактированием (Ins, Del).
6. Служебные клавиши для смены регистров и модификации кодов других клавиш (Alt, Ctrl, Shift).
7. Служебные клавиши для фиксации регистров (CapsLock, Scroll-Lock, NumLock).
8. Разные вспомогательные клавиши (PrtSc, Break, Grey +, Grey -).

Если клавиша 1-й, 4-й, а иногда и 5-й группы оказывается нажатой дольше, чем 0,5 сек., начинает генерироваться последовательность ее основных кодов с частотой около 10 раз в сек., что имитирует серию очень быстрых нажатий этой клавиши.

Конструктивно клавиатуры могут быть реализованы по-разному. Есть плоские клавиатуры, на которых руки быстро устают при длительной работе. Есть специальное исполнение клавиатуры - эргономическое, у которых положение рук для работы требуется такое, при котором меньше напряжены мышцы кистей рук. Это снижает утомляемость при длительной работе на клавиатуре. Но работать на такой клавиатуре можно только "вслепую", так как поверхность клавиш не видна.

Фирма IBM зарегистрировала патент на клавиатуру, чувствительную к силе нажатия клавиши.

Выпускаемые разными производителями клавиатуры различаются также по расстоянию между клавишами, числу специальных клавиш, способу переключения на цифровой регистр для быстрого ввода числовых данных, углу наклона, форме и текстуре поверхности клавиш, усилию нажима и величине хода клавиш, расположению часто используемых клавиш, способу соединения с ЭВМ (инфракрасная связь, радиоклавиатура), и др.

Принтеры

Принтеры - это внешние устройства ЭВМ, предназначенные для вывода информации на твердый носитель в символьном или графическом виде.

Классификация принтеров может быть проведена по следующим критериям: по способу вывода, по принципу формирования изображения, по способу регистрации, и по принципу управления процессом печати.

По способу вывода изображения принтеры делятся на две группы: символьные и графические. Символьные принтеры могут выводить информацию в виде отдельных символов по мере их поступления в печатающее устройство (ПУ). При этом за один цикл печати формируется один знак (посимвольные ПУ). В построчных ПУ вывод на печать осуществляется только после заполнения буферного ЗУ, которое по емкости равно одной строке. Постраничные ПУ за один цикл печати формируют и распечатывают целую страницу.

Графические ПУ выводят информацию не целыми символами, а отдельными точками или линиями. Количество точек на единицу длины определяет разрешающую способность принтера, которая имеет разную величину в зависимости от направления: по горизонтали и по вертикали. В принтерах этого типа каждая точка имеет свои координаты, которые являются адресом этой точки.

По способу регистрации изображения ПУ делятся на ударные и безударные.

ПУ ударного действия формируют изображение на бумаге, сжимая с помощью удара на короткий промежуток времени рельефное изображение символа или его части, красящей ленты и бумаги. Иногда краска наносится на поверхность литеры, красящая лента в этом случае отсутствует.

Существуют принтеры, использующие ударочувствительную бумагу, цвет которой изменяется за счет механического воздействия на нее без дополнительного нанесения краски.

ПУ безударного действия характеризуются тем, что изображение на бумагу наносится через промежуточный носитель, чувствительный к электрическому воздействию, к электростатическому полю, к магнитному полю, и др. Обычно промежуточный носитель исполняется в виде барабана. Изображение на него наносится лазерным лучом, с помощью магнитных головок, и др. Затем изображение на промежуточном носителе проявляется - на поверхность барабана наносится смесь сухого красителя с порошком, "прилипающим" к зафиксированному на барабане изображению (например, если изображение наносилось на барабан магнитным полем, в качестве порошка используются мелкие металлические опилки). После этого к барабану "прикатывается" чистый лист бумаги, на который переносится краситель с барабана. Лист с накатанным на него красителем подвергается термообработке - нагревается до расплавления красителя, который в жидком виде проникает в поры бумаги и хорошо закрепляется на ней. После расплавления красителя отдельные точки сливаются в единое целое, поэтому качество изображения получается высоким. Разрешающая способность таких принтеров очень высока.

К ПУ безударного действия относятся струйные принтеры, у которых жидкий краситель (чернила) находится в печатающей головке. Головка имеет отверстия, через которые краситель вылиться не может из-за сил поверхностного натяжения. Внутри головки находится терморезистор, который при подаче на него импульса тока разогревает краситель, увеличивая его испарение. Пары красителя проникают через отверстие в головке и попадают на бумагу в виде капли. Благодаря тому, что головка может работать с несколькими красителями, выпускаются и цветные струйные принтеры. Длительностью нагрева терморезистора можно регулировать количество выбрасываемых чернил, а следовательно - размеры и яркость точки. Печатающая головка струйного принтера может содержать до нескольких сот отверстий (сопел).

Несмотря на большое разнообразие типов принтеров, различия принципов управления печатью касаются, в основном, способов знакогенерации.

Внешние запоминающие устройства (ВЗУ)

В качестве внешней памяти ПЭВМ используются накопители на магнитных дисках (НМД), накопители на магнитных лентах (НМЛ), или стриммеры, и оптические ЗУ.

НМД бывают двух типов: НГМД - на гибком магнитном диске (с носителем-дискетой) и НМД - на жестком магнитном диске.

НМД имеют значительно больший объем внешней памяти и высокое (почти на порядок) быстродействие, чем НГМД. Но у НГМД есть съемные магнитные носители - дискеты (компактные, на которых легче организовать архивное хранение данных и программ).

НМЛ обычно бывают кассетного типа и используют либо компакт-кассеты для бытовых магнитофонов, либо видеокассеты (для стриммеров) с многодорожечной записью. Емкость их измеряется в гигабайтах.

ВЗУ связываются с МП через системную магистраль при помощи устройства управления (контроллера).

Контроллер необходим для двух целей:

• управления ВЗУ;
• связи с МП и ОП.

НМД и оптические ЗУ представляют собой устройства с циклическим доступом к информации. НМЛ представляют собой устройства с последовательным доступом.

Время доступа к информации в ВЗУ намного превосходит время обращения к ОП. ВЗУ являются относительно медленными устройствами электромеханического типа.

Накопитель на жестком магнитном диске

В накопителе на жестком магнитном диске (НМД) магнитный носитель информации является несъемным и может состоять из нескольких пластин, закрепленных на общей оси и образующих пакет магнитных носителей.

Каждую рабочую поверхность такой конструкции обслуживает своя магнитная головка. В НМД головки во время работы находятся на небольшом расстоянии от поверхности (десятые доли микрона) и во время чтения-записи неподвижны.

Магнитное покрытие каждой поверхности диска во время чтения-записи перемещается относительно головки. Магнитный "след" на поверхности диска, образовавшийся при работе головки на запись, образует кольцевую траекторию - дорожку (trek). Дорожки, расположенные друг под другом на всех рабочих поверхностях магнитного носителя, называются цилиндром (cylinder).

В жестких МД различных фирм используются разные материалы для магнитного покрытия: диски ранних конструкций имели оксидное покрытие (окись железа), более поздние диски - кобальтовое покрытие.

Кобальтовое покрытие наносится на поверхность диска методом напыления. При этом образуется тонкая магнитная пленка, на которую легко воздействовать для образования магнитных следов. Размеры магнитных следов по сравнению с оксидным покрытием уменьшились, что позволило увеличить продольную и поперечную плотности записи. Увеличение продольной плотности записи позволило увеличить емкость дорожки, а увеличение поперечной плотности записи - количество дорожек на поверхности диска.

Стандарт на физическое размещение информации на жестком магнитном диске мягче, чем для НГМД, так как гибкие диски должны читаться одинаково на дисководах разных фирм, в то время как жесткий магнитный диск имеет встроенную в него систему управления. При работе с жестким магнитным диском встроенная система управления решает вопросы физического размещения информации и зачастую недоступна для внешнего вмешательства. Например, наружные и внутренние дорожки магнитного диска имеют разную длину. Если их сделать одинаковой емкости и писать информацию с одинаковой плотностью записи, то на наружных дорожках остается много свободного места. Некоторые фирмы при изготовлении жестких дисков делают дорожки различной емкости. Но для того, чтобы стандартные операционные системы могли работать с такими дисками, встроенный в них контроллер осуществляет пересчет адресов; при этом физически на диске имеется меньшее количество дорожек, чем кажется операционной системе (так как операционная система настроена на работу с дорожками одинаковой емкости).

Количество дисков, каждый из которых имеет по две рабочих поверхности, в накопителе может быть от 1 до 10 и более. В некоторых накопителях две крайние поверхности пакета (верхняя и нижняя) не являются рабочими - при этом сокращается размер дисковода (и емкость тоже). Иногда эти поверхности используются для размещения служебной информации.

Магнитные головки при работе НМД могут перемещаться, настраиваясь на требуемую дорожку.

Перед началом эксплуатации пакет магнитных дисков форматируется: на нем размечаются дорожки (ставится маркер начала дорожки и записывается ее номер), наносятся служебные зоны секторов на дорожках. Для записи-чтения информации контроллеру НМД передается адрес: номер цилиндра, номер рабочей поверхности цилиндра, номер сектора на выбранной дорожке. На основании этого магнитные головки перемещаются к нужному цилиндру, ожидают появления маркера начала дорожки, ожидают появления требуемого сектора, после чего записывают или читают информацию из него. Несмотря на то, что все магнитные головки установлены на требуемый цилиндр, работает в каждый данный момент только одна головка.

Основной характеристикой НМД является их емкость, которая в наибольшей степени зависит от плотности записи, в свою очередь, в значительной степени зависящей от уровня развития технологии.

Оптические запоминающие устройства

Классификация оптических накопителей информации приведена на рис.15.6.

Компакт-диск CD-ROM (Compact Disk - Read Only Memory). Диск имеет прозрачную поликарбонатную основу толщиной 1,2 мм и диаметром 8 или 12 см. На одном дюйме по радиусу умещается 16000 дорожек (тогда как на одном дюйме флоппи-диска - всего 96). Емкость компакт-диска составляет 650-700 Мбайт.

Рис. 15.6. Классификация оптических накопителей информации

Первые экземпляры содержали информацию только в цифровом виде. Конструкция была аналогична самой простой пластинке - Laservision. Работал такой компакт-диск по принципу CLV - считывания с постоянной линейной скоростью, угловая скорость изменялась от 200 до 500 об/мин.

Впоследствии дисководы для CD-ROM стали выпускаться на двойную (х2), четырехкратную (х4), …, тридцатидвухкратную (х32) и т.д. скорость чтения. Кратность определялась относительно продолжительности воспроизведения звукозаписи с аналогичного аналогового диска.

Компакт-диски CD-WO (в современном представлении - CD-R и CD-RW) позволяют дозаписывать информацию за несколько сеансов. После каждой дозаписи создается оглавление диска. Компакт-диски CD-WO (CD-R, CD-RW) могут изготовляться по различным технологиям: диск может быть покрыт чувствительным фотолаком, в котором лазер прожигает отверстия, испаряя лак; на подложку диска могут быть нанесены два слоя - один из искусственных полимеров (имеющих малую теплоту плавления), другой - металлический. При нагревании металла лазерным лучом находящийся под ним слой полимера испаряется, что приводит к образованию пузырька в металлическом слое, и как следствие - к нетиповому отражению считывающего луча в этом месте; поверхность диска может быть покрыта слоем галий-сурьмы или индий-сурьмы, которые при воздействии на них лазерного луча расплавляются и переходят из кристаллического в аморфное состояние, что сопровождается изменением условий отражения и может быть зафиксировано считывающим лазерным лучом.

DVD - это универсальный диск с высокой плотностью записи информации. По сравнению с обычными компакт-дисками CD и видеодисками VideoCD плотность записи DVD увеличена в 7 раз. На DVD-диске за счет более мелкого микрорельефа информационной дорожки и использования многоуровневой записи удалось значительно увеличить количество записываемой информации по сравнению с VideoCD.

Контрольные вопросы:

1. Назовите общие черты и особенности CISK и RISK процессоров.
2. Какие микропроцессоры фирмы Intel вы знаете, что их характеризует?
3. Как связано ОЗУ с микропроцессорным комплектом ЭВМ?
4. От чего зависит максимальная емкость ОП?
5. Какие особенности имеет матричная развертка?
6. Охарактеризуйте принцип действия аналогового монитора.
7. От чего зависит разрешающая способность принтера?