ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 31.03.2021
Просмотров: 6847
Скачиваний: 51
441
информации о текущем режиме работы каждой иглы. Последний (графический) режим с появле-
нием системы «Windows» стал очень распространенным; он не включает предварительной пере-
сылки шрифтов в память принтера.
Приведем названия наиболее распространенных шрифтов, чаще всего «прошитых» в прин-
терах: roman - шрифт пишущей машинки; bold-face - полужирный; italic - курсив; condenced - сжа-
тый.
Качество печати текста определяется не только шрифтом и классом принтера, но и числом
точек, из которых формируется символ. Наиболее быстрый режим с минимально возможным чис-
лом точек и весьма невысоким качеством печати -режим черновой печати (draft); наиболее высо-
кокачественный - режим SLQ (Super Letter Quality). На одном и том же принтере соотношение
скоростей печати в разных режимах может достигать 1:10.
Существуют ударные точечно-матричные принтеры цветной печати. В них используются 4-
цветные ленты, и каждая точка изображения формируется четырьмя последовательными ударами
иголки разной силы. Таким образом можно сформировать на бумаге точки всех основных цветов и
множества оттенков. Крупнейший производитель точечно-матричных принтеров - фирма «Epson»
(Япония).
Все чаще на рабочих местах пользователей персональных компьютеров появляются вместо
точечно-матричных струйные или лазерные принтеры. Струйные принтеры вместо головки с иг-
лами имеют головку со специальной краской и микросоплом, через которую эта краска «выстре-
ливается» струйкой на бумагу (и быстро сохнет). Для формирования изображения либо струйка
краски может отклоняться специально созданным электрическим полем (так как она электризуется
в момент выхода из сопла), либо (чаще) головка имеет столбец из нескольких сопел - наподобие
матрицы игл точечно-матричного принтера.
Струйные принтеры могут быть цветными, они смешивают на бумаге красители, порознь
распыляемые разными соплами. Изображение, формируемое струйными принтерами, по качеству
превосходит аналогичное, получаемое
на точечно-матричных. Дополнительное достоинство -
меньший уровень шума при работе.
Самые высококачественные изображения на бумаге на сегодняшний день дают лазерные
принтеры. Один из основных узлов лазерного принтера - вращающийся барабан, на внешней по-
верхности которого нанесен специальный светочувствительный материал. Управляемый элек-
тронным блоком луч лазера оставляет на поверхности барабана наэлектризованную «картинку»,
соответствующую формируемому изображению. Затем на барабан наносится специальный мелко-
дисперсный порошок - тонер, частички которого прилипают к наэлектризованным участкам по-
верхности. Вслед за этим к барабану прижимается лист бумаги, на который переходит тонер, по-
сле чего изображение на бумаге фиксируется («прижигается») в результате прохождения через го-
рячие валки. Все это происходит с огромной быстротой, благодаря чему лазерные принтеры зна-
чительно превосходят обсуждавшиеся выше по скорости работы. Лазерные принтеры -
рекордсмены по части количества воспроизводимых шрифтов и качеству рисунков благодаря вы-
сочайшей разрешающей способности. Существуют как черно-белые, так и цветные лазерные
принтеры. Лазерный принтер работает почти бесшумно. Единственный, но, увы, очень важный
параметр, по которому они существенно уступают принтерам ранее описанных типов - стоимость;
далеко не всякий может себе позволить приобрести принтер, по стоимости превосходящий точеч-
но-матричный аналог в несколько раз.
Лидирующая фирма в производстве струйных и лазерных принтеров - «Hewlett-Packard»
(HP), США, хотя в этой области действуют и другие фирмы.
Трудно сравнивать разные принтеры между собой, так как существует множество моделей
с очень различающимися характеристиками. Приведем для примера принтеры разных типов при-
мерно одного функционального класса, предназначенные для малого офиса или дома. Девяти-
игольчатый точечно-матричный EPSON LX 1050 при печати текста имеет максимальную произво-
дительность 200 знаков/с (при использовании встроенных шрифтов в режиме draft), т.е. может от-
печатать страницу стандартного текста (порядка 30 строк) с очень скромным качеством за 10 с;
высококачественная же печать займет до 2 мин. Струйный HP DeskJet 600 печатает со скоростью
около 4 стр/мин с разрешением 600 точек/дюйм (весьма высокое качество печати); по скорости он
превосходит указанный матричный примерно в 1,5 раза. Лазерный HP «LaserJet SL» по приведен-
ным характеристикам такой же, как указанный выше струйный, но по стоимости превосходит его
442
примерно вдвое.
Существуют и принтеры, работающие на других физических принципах, но по распростра-
ненности они значительно уступают тем, которые обсуждались выше.
К принтерам близки по назначению
плоттеры
-
специализированные устройства для вы-
вода на бумагу чертежей и рисунков. Рисунок исполняется специальным пером, управляемым
электронным блоком; для цветного плоттера необходимо несколько перьев. Плоттер необходим
как часть АРМа проектировщика, инженера-конструктора, архитектора. В силу специализирован-
ности и высокой стоимости плоттеры не являются устройствами массового распространения.
Своеобразные устройства вывода -
синтезаторы звука
.
Простейшие из них есть в арсенале
почти у всех персональных компьютеров и представляют собой обычный малогабаритный дина-
мик, напряжение сигнала на котором с большой частотой изменяется компьютером. Таким спосо-
бом удается подать простой звуковой сигнал, указывающий на наступление какого-либо события.
Многие языки программирования дополняются командами типа ВЕЕР, SOUND, позволяющими
программировать серии звуков. Если звукогенератор физически реализован так, что частота зву-
чания поддается регулированию, то можно запрограммировать несложную мелодию, а если есть
несколько независимых звукогенераторов, то - и звучание оркестра. Для этого в современных
компьютерах устанавливается специальная плата - звуковая карта, - способная преобразовывать
аналоговый звуковой сигнал в последовательность двоичных цифр и наоборот. Существуют и
синтезаторы речи, назначение которых понятно из названия.
Контрольные вопросы и задания
1. Перечислите основные устройства ввода и вывода информации.
2.
На каких физических принципах работают различные устройства ввода/вывода?
3.
Назовите основные профессиональные характеристики различных устройств ввода и вывода
информации и их типичные значения.
§ 6. ЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ЭВМ
6.1. ЛОГИКА ВЫСКАЗЫВАНИЙ. ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ ЛОГИЧЕСКИЕ ФУНКЦИИ
Люди, далекие от техники, часто смотрят на ЭВМ и другие цифровые электронные устрой-
ства как на нечто таинственное и непостижимое. Тем не менее, все эти устройства работают в
строгом соответствии с четкими логическими законами. Знание и понимание этик законов помога-
ет в общении с компьютером.
Для иллюстрации рассмотрим пример, описанный в одной из указанных ниже книг. Некий
незадачливый бизнесмен подал в компьютерную фирму жалобу на приобретенный компьютер. По
словам бизнесмена, компьютер неверно отвечал на поставленные вопросы. Прибывший для про-
верки жалобы специалист предложил бизнесмену продемонстрировать один из ошибочных отве-
тов. Тот немедленно затребовал вывести список клиентов, проживающих в штатах Теннеси и Кен-
тукки, на что компьютер бесстрастно объявил, что таковых не имеется. «Вот видите!» -кипятился
бизнесмен. - «А я точно знаю, что и в том, и в другом штате есть множество клиентов!» Консуль-
тант попытался объяснить, что машина по-своему права и что человек не может жить одновре-
менно в обоих штатах, но бизнесмен не хотел ничего слушать. Тогда консультант просто повторил
запрос, заменив единственное слово (список клиентов, проживающих в штатах Теннеси ИЛИ Кен-
тукки), и через полминуты вручил жалобщику распечатку требуемого списка. «А еще проще на
первых порах делать два более простых запроса» - посоветовал он напоследок.
Главной причиной возникшего курьеза послужило незнание трех основных логических
операций, лежащих в основе всех выводов компьютера. Иногда эти операции И, ИЛИ, НЕ назы-
вают «тремя китами машинной логики». Познакомимся с ними подробнее.
При записи тех или иных логических выражений используется специальный язык, который
принят в математической логике. Основоположником математической логики является великий
немецкий математик Готфрид Вильгельм Лейбниц (1646 - 1716 гг.). Он сделал попытку построить
универсальный язык, с помощью которого споры между людьми можно было бы разрешать по-
средством вычислений. На заложенном Лейбницем фундаменте ирландский математик Джордж
Буль построил здание новой науки - математической логики, - которая в отличие от обычной ал-
443
гебры оперирует не числами, а высказываниями. В честь Д.Буля логические переменные в языке
программирования Паскаль впоследствии назвали булевскими.
Высказывание - это любое утверждение, относительно которого можно сказать истинно оно
или ложно, т.е. соответствует оно действительности или нет. Таким образом по своей сути выска-
зывания фактически являются двоичными объектами и поэтому часто истинном) значению выска-
зывания ставят в соответствие 1, а ложному - 0. Например, запись А = 1 означает, что высказыва-
ние А истинно.
Высказывания могут быть простыми и сложными. Простые соответствуют алгебраическим
переменным, а сложные являются аналогом алгебраических функций. Функции могут получаться
путем объединения переменных с помощью логических действий.
Самой простой логической операцией является операция НЕ (по-другому ее часто называ-
ют отрицанием, дополнением или инверсией и обозначают NOT X). Результат отрицания всегда
противоположен значению аргумента.
Логическая операция НЕ является унарной. т.е. имеет всего один операнд. В отличие от
нее, операции И (AND) и ИЛИ (OR) являются бинарными, так как представляют собой результаты
действий над двумя логическими величинами.
Таблица 4.5
Основные логические операции
Х
NOT X
X
V
X AND Y
X OR Y
0
1
0
0
0
0
1
0
0
1
0
1
1
0
0
1
1
1
, 1
1
Логическое И еще часто называют конъюнкцией, или логическим умножением (не правда
ли, таблица для этой операции похожа как две капли воды на двоичную таблицу умножения?), а
ИЛИ -дизъюнкцией, или логическим сложением.
Операция И имеет результат «истина» только в том случае, если оба ее операнда истинны.
Например, рассмотрим высказывание «Для остановки ОС «Windows'95» требуется процессор не
ниже 80386 и не менее 4 Мбайт оперативной памяти». Из него следует, что установка будет ус-
пешной только при одновременном выполнении обоих условий: даже если у вас в машине
Pentium, но мало ОЗУ (равно как и при 8 Мбайт ОЗУ процессор 80286), «Windows'95» работать
откажется.
Операция ИЛИ «менее привередлива» к исходным данным. Она дает «истину», если значе-
ние «истина» имеет хотя бы один из операндов. Разумеется, в случае, когда справедливы оба ар-
гумента одновременно, результат по-прежнему истинный. Действительно, когда студентка просит
друга подарить ей на день рождения букет цветов или пригласить в кафе. можно без опасении
сделать и то, и другое одновременно (впрочем, на практике в таком случае можно ограничиться
чем-то одним).
Приведенные выше табл. 4.5 значений переменных для логических операций называются
таблицами истинности. В них указываются все возможные комбинации логических переменных Х
и Y, а также соответствующие им результаты операций. Таблица истинности может рассматри-
ваться в качестве одного из способов задания логической функции.
Операции И, ИЛИ, НЕ образуют полную систему логических операций, из которой можно
построить сколь угодно сложное логическое выражение.
В вычислительной технике также часто используется операция
исключающее
ИЛИ
(XOR),
которая отличается от обыкновенного ИЛИ только при Х=1 и Y=l.
Как видно из табл. 4.6, операция XOR фактически сравнивает на совпадение два двоичных
разряда. Хотя теоретически основными базовыми логическими операциями всегда называют
именно И, ИЛИ, НЕ, на практике по технологическим причинам в качестве основного логического
элемента используется элемент И-НЕ (последняя колонка в табл. 4.6).
444
Таблица 4.6
Дополнительные логические операции
Х
Y
X XOR Y
NOT(X AND Y)
0
0
0
1
0
1
1
1
1
0
1
1
1
1
0
0
Можно проверить, что на базе элементов И-НЕ могут быть скомпонованы все базовые ло-
гические элементы (И, ИЛИ, НЕ), а значит и любые другие, более сложные.
6.2. СХЕМНАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ ЭЛЕМЕНТАРНЫХ ЛОГИЧЕСКИХ ОПЕРАЦИЙ. ТИПО-
ВЫЕ ЛОГИЧЕСКИЕ УЗЛЫ
Мы уже знаем, что любую достаточно сложную логическую функцию можно реализовать,
имея относительно простой набор базовых логических операций. Первоначально этот тезис был
технически реализован «один к одному»: были разработаны и выпускались микросхемы, соответ-
ствующие основным логическим действиям. Потребитель, комбинируя имеющиеся в его распоря-
жении элементы, мог получить схему с реализацией необходимой логики. Довольно быстро стало
ясно, что подобное «строительство здания из отдельных кирпичиков» не может удовлетворить
практические потребности. Промышленность увеличила степень интеграции МС и начала выпус-
кать более сложные типовые узлы: триггеры, регистры, счетчики, дешифраторы, сумматоры и т.д.
(продолжая аналогию со строительством, этот шаг, видимо, следует уподобить панельному спосо-
бу домостроения). Новые микросхемы давали возможность реализовывать еще более сложные
электронные логические устройства, но человеку свойственно не останавливаться на достигнутом:
рост возможностей порождает новые потребности. Последовал переход к большим интегральным
схемам (БИС), представлявшим из себя функционально законченные узлы, а не отдельные компо-
ненты для их создания (как тут не вспомнить блочный метод постройки здания из готовых ком-
нат). Наконец, дальнейшая эволюция технологий производства ИМС привела к настолько высокой
степени интеграции, что в одной БИС содержалось функционально законченное изделие: часы,
калькулятор, небольшая специализированная ЭВМ...
Если посмотреть на внутреннее устройство типичного современного компьютера, то там
присутствуют ИМС очень высокого уровня интеграции: микропроцессор, модули ОЗУ, контрол-
леры внешних устройств и др. Фактически каждая микросхема или небольшая группа микросхем
образуют функционально законченный блок. Уровень сложности блока таков, что разобраться в
его внутреннем устройстве для неспециалиста не только нецелесообразно, а просто невозможно. К
счастью, для понимания внутренних принципов работы современной ЭВМ достаточно рассмот-
реть несколько типовых узлов, а изучение поведения БИС заменить изучением функциональной
схемы компьютера.
Обработка информации в ЭВМ происходит, как уже не раз отмечалось выше, путем после-
довательного выполнения элементарных операций. Эти операции менее многочисленны, нежели
набор команд ЭВМ (которые реализуются через цепочки этих операций). К элементарным опера-
циям относятся: установка - запись в операционный элемент (например, регистр) двоичного кода;
прием - передача (перезапись) кода из одного элемента в другой; сдвиг - изменение положения ко-
да относительно исходного; преобразование - перекодирование; сложение - арифметическое сло-
жение целых двоичных чисел - и некоторые другие. Для выполнения каждой из этих операций
сконструированы электронные узлы. являющиеся основными узлами цифровых вычислительных
машин - регистры, счетчики, сумматоры, преобразователи кодов и т.д.
В основе каждой из элементарных операций лежит некоторая последовательность логиче-
ских действий, описанных в предыдущем параграфе. Проанализируем, например, операцию сло-
жения двух чисел: 3+6.
Имеем:
011
+ 110
445
1011
На каждом элементарнейшем шаге этой деятельности двум двоичным цифрам сопоставля-
ется двоичное число (одно- или двузначное) по правилам: (0,0) => О, (0,1) => 1, (1.0)
=>
1, (1,1) =>
10. Таким образом, сложение цифр можно описать логической бинарной функцией. Если допол-
нить это логическим правилом переноса единицы в старший разряд (оно будет сформулировано
ниже при описании работы сумматора), то сложение полностью сведется к цепочке логических
операций.
Для дальнейшего рассмотрения необходимо знать условные обозначения базовых логиче-
ских элементов. Они приведены на рис. 4.21. Соответствующие таблицы истинности приведены в
предыдущем пункте.
Отметим, что на практике логические элементы могут иметь не один или два, а значительно
большее число входов.
Рис. 4.21.
Условные обозначения основных логических элементов
Итак, примем к сведению, что простейшие логические элементы, изображенные на рис.
4.21, можно реализовать аппаратно. Это означает, что можно создать электронные устройства на
транзисторах, резисторах и т.п., каждое из которых имеет один или два входа для подачи управ-
ляющих напряжений и один выход, напряжение на котором определяется соответствующей таб-
лицей истинности. На практике логическому «да» («истина», или цифра 1 в таблицах истинности)
соответствует наличие напряжения, логическому «нет» («ложь», или цифра 0) - его отсутствие.
Вопрос, на который мы должны ответить, таков: как с помощью таких элементарных схем
реализовать сложные цифровые устройства, необходимые для работы ЭВМ? При этом, учитывая
существование прямых соответствий между логическими и электронными схемами, вполне доста-
точно достичь понимания на уровне логических схем.
В качестве характерных устройств выберем два наиболее важных и интересных -триггер
(рис. 4.22) и сумматор. Первый - основа устройств оперативного хранения информации, второй
служит для сложения чисел.
Перейдем к описанию работы триггера.
Соответствующая его работе таблица
истинности
(табл. 4.7) приведена ниже.
Как видно из рис. 4.22, простейший вариант триггера собирается из четырех логических
элементов И-НЕ, причем два из них играют вспомогательную роль. Триггер имеет два входа, обо-
значенные на схеме R и S, а также два выхода, помеченные буквой Q - прямой и инверсный (черта
над Q у инверсного выхода означает отрицание). Триггер устроен таким образом, что на прямом и
инверсном выходах сигналы всегда противоположны.
Как же работает триггер? Пусть на входе R установлена 1, а на S - 0. Логические элементы
D1 и D2 инвертируют эти сигналы, т.е. меняют их значения на противоположные. В результате на
вход элемента D3 поступает 1, а на D4 - 0. Поскольку на одном из входов D4 есть 0. независимо от
состояния другого входа на его выходе (он же является инверсным выходом триггера!) обязатель-
но установится 1. Эта единица передается на вход элемента D3 и в сочетании с 1 на другом входе
порождает на выходе D3 логический 0. Итак, при
R=
1 и S=0 на прямом выходе триггера устанав-
ливается 0, а на инверсном - 1.