Файл: Устройство персонального компьютера ( Магистрально-модульный принцип построения компьютера ).pdf

Периферийные устройства подключаются к компьютеру для выполнения вспомогательных операций. Благодаря им компьютерная система приобретает гибкость и универсальность. По назначению это устройства ввода, хранения, вывода данных и обмена данными.

Для большинства современных персональных компьютеров реализован принцип открытой архитектуры, согласно которому можно менять состав устройств ПК. Можно поменять модели устройств (заменить процессор, добавить модули памяти), можно подключить дополнительные устройства (или отключить их), приспособить компьютер к выполнению специфических задач из различных предметных областей (например, подключение математического сопроцессора дает новые возможности для решения сложных математических задач). Такой принцип построения компьютера называется также магистрально-модульным (отдельные модули могут подключаться к магистрали или отключаться от нее)^[7].

Впервые магистрально-модульный принцип был применен при разработке мини-ЭВМ третьего поколения PDP-II американской фирмой DEC (70 – 80-е годы). К этому типу принадлежат отечественные компьютеры серии СМ (СМ-3, СМ-4).

Для персональных компьютеров этот принцип стал определяющим.

Подключение периферийного устройства должно быть обеспечено аппаратно и программно. Аппаратно периферийное устройство подключается к магистрали через специальный блок – адаптер (контроллер), причем подключение единообразное, через стандартные разъемы, что и обеспечивает открытость архитектуры.

Программное управление периферийным устройством и преобразование сигналов на входе и выходе обеспечивает соответствующий драйвер – программа, входящая в состав операционной системы.

1.2. Устройства ввода и вывода информации

Если память предназначена для хранения, а процессор для обработки информации, то основная функция устройств ввода и вывода – передача информации, точнее обмен информацией между компьютером и внешним миром, в том числе между компьютером и человеком. Обычно устройства ввода и вывода относятся к классу внешних устройств (периферии). Как все внешние устройства, устройства ввода и вывода взаимодействуют с внутренними блоками компьютера (в особенности с процессором) на уровне аппаратуры с помощью специальных микросхем, называемых контроллерами, или адаптерами (см. § 3.1). Каждому внешнему устройству соответствует свой контроллер: контроллер клавиатуры, контроллер монитора и т.д^[8].

---

На программном уровне работой внешних устройств управляют специальные программы – драйверы, предназначенные для преобразования информации на входе и выходе.

• Клавиатура - это одно из основных устройств ввода, данных команд и управляющих воздействий, представленных в символьном виде.
• Устройства манипуляторного типа служат для ввода координат позиции курсора. С их помощью можно перемещать курсор и фиксировать его положение.

Наиболее распространенным типом манипулятора является мышь – плоская коробочка с 2-3 кнопками. Перемещения мыши по горизонтальной поверхности фиксируются с помощью вращающегося в гнезде шарика и отображаются на экране в виде соответствующих перемещений курсора.

Существует несколько разновидностей манипуляторов, использующих тот же принцип действия.

• трекбол («перевернутая мышь»), где шарик приводится в движение непосредственно рукой пользователя – это удобно для портативных компьютеров;
• пенмаус – своеобразная шариковая ручка, у которой вместо пишущего узла встроен шарик, фиксирующий перемещения;
• инфракрасная мышь, которая взаимодействует с системным блоком без проводов посредством инфракрасного луча.

Несколько иной – рычажный – принцип положен в основу устройств типа «джойстик». Здесь фиксируется перемещение рычага и нажатие соответствующей кнопки.

В качестве устройств ввода графической информации можно использовать цифровые фото- и видеокамеры.

Для ввода звуковой информации используется микрофон, подключенный через специальный адаптер^[9].

Также через специальные адаптеры можно ввести информацию, полученную от измерительных приборов-датчиков. Сигналы датчиков поступают в компьютер непосредственно из внешней среды, минуя человека.

Большое распространение в последнее время получили сканеры. Они используются преимущественно для ввода графической информации. Сканеры воспринимают изображение с поверхности прозрачного или непрозрачного материала. Луч света, отраженный от поверхности (или прошедший сквозь прозрачный материал), регистрируется специальными элементами. При движении луча по поверхности информация об изображении поступает в компьютер.

В зависимости от способа перемещения луча и размещения сканируемой поверхности различают планшетные, барабанные, ручные сканеры. В планшетном сканере лист бумаги или другого материала размещают в планшете, где специальная аппаратура обеспечивает перемещение луча. В барабанных сканерах перемещается не луч, а исходный барабан, укрепленный на вращающемся барабане. Ручной сканер пользователь должен сам перемещать по сканируемой поверхности.

---

С помощью сканеров можно вводить и символьную информацию. Изображение вводится сначала как графическое, а затем обрабатывается специальными программами распознавания образов и преобразуется в текст.

Приведенный перечень устройств далеко не полон – появляются все новые способы ввода данных и реализующие их новые устройства, существующие же устройства модифицируются и совершенствуются.

Основным устройством вывода информации является монитор (видеомонитор, дисплей) – устройство визуального отображения текстовой и графической информации на экране^[10].

В стационарных ПК используются мониторы на базе электронной лучевой трубки. Изображение формируется из отдельных точек (пикселов) под действием остронаправленного пучка электронов, разогнанных в вакуумной колбе до высоких скоростей, который облучает люминесцентное покрытие экрана и оставляет светящийся след трех основных цветов – красного, синего, зеленого. Соединение основных цветов в различных пропорциях позволяет получить широкую гамму разнообразных оттенков.

В портативных компьютерах используются мониторы на основе жидкокристаллического или электролюминесцентного плоского экрана, в которых применен иной физический принцип отображения информации.

Связь монитора с другими устройствами компьютера и управление процессом отображения информации выполняет видеоадаптер. Физически он представляет собой отдельную дочернюю плату, которая устанавливается на материнской плате и называется видеокартой.

Видеокарта не всегда была компонентом персонального компьютера. Первоначально для хранения данных об изображении выделялся особый участок общей оперативной памяти – видеопамять. Специальный контроллер управлял формированием изображения в соответствии с данными о яркости отдельных точек экрана, взятыми в видеопамяти. По мере усложнения изображений, повышения требований к их качеству повысился объем графических данных и потребовалась специальная микросхема видеопамяти, а также специальный видеопроцессор для управления построением и обновлением изображений. Таким образом, видеокарта взяла на себя функции видеоконтроллера, видеопроцессора и видеопамяти.

Видеокарта совместно с монитором образует видеосистему.

Среди характеристик монитора следует назвать размер экрана, который измеряется в дюймах. В настоящее время стандартными являются размеры 14, 15, 17, 19, 21 дюймов. Наиболее удобны 15-17–дюймовые мониторы. Для качественной графики желателен 19-21–дюймовый монитор^[11].

---

Важной характеристикой видеосистемы является ее разрешающая способность, т.е. максимальное количество элементов изображения – пикселов, размещаемых на экране по вертикали и горизонтали. Высокое разрешение – это большое количество мелких точек, низкое разрешение – значительно меньшее количество более крупных точек.

Разрешением экрана конкретного компьютера, как многими другими характеристиками, можно управлять программно. Важно подобрать оптимальное соотношение между разрешением экрана и его размером. Завышенное разрешение на небольшом экране может привести к неразборчивости элементов изображения и утомлению глаз. Тот же эффект можно получить от работы с монитором, имеющим достаточно большой экран и низкое разрешение.

Видеосистемы имеют большое количество важных характеристик, среди которых выделим характеристику, существенно влияющую на состояние зрения пользователя – это частота регенерации (обновления), или частота кадровой развертки. Она определяет скорость смены изображений (кадров) на экране. Изображение, сменяющееся с частотой 25 Гц, глаз воспринимает как непрерывное, но такая частота дает эффект мерцания экрана. Более щадящий режим работы обеспечивает частота 70‑80 Гц. Кроме того, предпочтительней как можно более плоский экран.

В настоящее время установлены экологические и эргономические нормы по параметрам, определяющим качество изображения (яркость, контрастность, мерцание, антибликовое покрытие и покрытия, снижающие уровни электромагнитных излучений).

Получение твердых копий отображаемой информации на бумаге или прозрачном носителе обеспечивают принтеры – устройства вывода на печать.

Принтеры – это наиболее развитая и многочисленная группа внешних устройств компьютера. Насчитывается более тысячи различных модификаций принтеров. В основу создания печатной копии положены самые различные физические процессы^[12].

Первые печатающие устройства создавались по принципу получения оттиска посредством удара – ударные принтеры (по такому принципу работали пишущие машинки). Из ударных принтеров сейчас наибольшее распространение имеют матричные принтеры. С их помощью данные выводятся на бумагу в виде оттиска, образующегося при ударе цилиндрических стержней (иголок) через красящую ленту. Каждая иголка управляется своим электромагнитом и оставляет точечный след. Эти простейшие печатающие устройства недороги и доступны, хотя качество печати невысокое, особенно если количество иголок в печатающей головке невелико. С увеличением количества иголок качество печати улучшается, хотя и не достигает высокого уровня.

---

Более высокое качество печати можно получить, используя струйные принтеры. В их печатающих головках вместо иголок используются тонкие трубочки – сопла, через которые на бумагу выбрасываются мельчайшие капельки красителя.

Наиболее высокое качество печати дает использование лазерных принтеров, в которых применен электростатический способ формирования изображения. С помощью остронаправленного лазерного луча на участки, где должен появиться оттиск изображения, наносится электрический заряд, на заряженные участки налипают частички порошкового красителя, который под действием высокой температуры спекается и образует печатный оттиск. Существуют другие способы печати, например, магнитографический.

Для вывода на бумагу непрерывных линий – для построения графиков, чертежей и пр. – используются графопостроители. Изображение на бумаге в графопостроителях вычерчивается рисующими головками, в роли которых могут выступать пишущий стержень или ампула с краской. Движением головки управляют два электродвигателя, один из которых перемещает головку вдоль горизонтальной оси, а другой – вдоль вертикальной.

С развитием мультимедийных средств широкое распространение получили устройства вывода звуковых сигналов (музыка, речь и др.)^[13].

Обработку звука и речи обеспечивает звуковая карта, которая устанавливается на материнской плате в виде дочерней платы. Звук воспроизводится через внешние звуковые колонки, подключенные к выходу звуковой карты.

Вывод информации может быть осуществлен непосредственно на исполнительный механизм. Как правило, это управляющие команды, приводящие в действие автоматические устройства. Информация о состоянии объекта управления с помощью датчиков поступает к компьютеру, анализируется, и в соответствии с полученным результатом вырабатывается управляющий сигнал, который и передается на исполнительный механизм.

Кроме устройств ввода-вывода функцию передачи информации выполняют внешние устройства, обеспечивающие обмен данными между компьютерами. К таким устройствам обмена информацией относится модем (МОдулятор-ДЕМодулятор).

Передача информации осуществляется по каналам связи, обладающим различными характеристиками. Преобразование информации для передачи ее по соответствующему каналу связи и выполняет модем. Различают радиомодемы, модемы, ориентированные на подключение к телефонным каналам связи и др. Модем может работать в режиме приема или передачи. При передаче модем преобразует информацию, представленную в виде цифровых, дискретных сигналов, в аналоговую форму, которая характерна для линий телефонной связи. Этот процесс называется модуляцией. При приеме выполняется обратное преобразование – демодуляция.

---