Файл: Лабораторная работа 4. Периферийные устройства компьютера и интерфейсы их подключения.pdf

Лабораторная работа №4. Периферийные устройства компьютера и
интерфейсы их подключения
Цель работы: формирование представления о типах периферийных устройств и их подключении к компьютеру
Задачи:
− изучить основные виды периферийного оборудования персонального компьютера, способы их подключения;
− изучить интерфейсы периферийных устройств, их конструктивы
(разъемы), основные характеристики (название, тип разъема, количество контактов, скорость передачи данных, дополнительные свойства);
− научиться определять по внешнему виду типы разъемов, подключаемое к ним оборудование.
КРАТКАЯ ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
Невозможно представить компьютер без средств общения с человеком или средств сопряжения с внешними объектами управления. Такие средства необходимы для загрузки программ и данных, выгрузки получаемых результатов, хранения огромных объемов информации, коррекции работы компьютера со стороны пользователя, а также для непосредственного управления производственными процессами и объектами. Все эти функции возлагают на разнообразные периферийные устройства (ПУ), служащие для преобразования способов представления информации, пригодных для человека и используемых в компьютере, для управления вводом-выводом и организации хранения информации независимо от наличия питания. Таким образом, для эффективной обработки данных необходимо при минимальных затратах обеспечить хранение больших объемов информации и быстрый доступ к ней.

Периферийные, или внешние, устройства свое название получили в
1960-х гг., когда процессор и оперативная память размещались в шкафах- стойках, образуя своеобразный «центр», а остальные устройства, в основном электромеханические, находились на некотором расстоянии от него, т. е. на периферии. Но современные ПУ располагаются как внутри корпуса компьютера, так и снаружи в зависимости от типа устройства и его взаимодействия с объектами внешнего мира.
Периферийное устройство (англ, peripheral device) — это внешнее по отношению к центральному процессору и основной памяти дополнительное вспомогательное устройство, предназначенное для ввода и/или вывода информации в компьютер и расширяющее его функциональные возможности.
Периферийное устройство — это устройство, обменивающееся информацией с центральной частью компьютера с помощью операций ввода/вывода.
Интенсивное развитие электроники и ВМ привело к расширению типов устройств, подключаемых к компьютеру.
1.1. Периферийные устройства
Периферийные устройства персонального компьютера подключаются к его интерфейсам и предназначены для выполнения вспомогательных операций. Благодаря им компьютерная система приобретает гибкость и универсальность.
Некоторые ПУ, называемые внутренними, монтируются в одном корпусе с компьютером (например, жесткий диск, звуковая карта, сетевая карта), а другие, называемые внешними, — вне корпуса (например, клавиатура, мышь, принтер) и подключаются к нему с помощью проводного или беспроводного соединения.
По назначению периферийные устройства можно разделить на: устройства ввода данных, устройства вывода данных, устройства хранения данных, устройства ввода-вывода и обмена данными. Для обеспечения функционирования компьютера также необходим блок питания, который, как правило, относят к вспомогательным, т.е. периферийным устройствам.
Устройства ввода: клавиатура, компьютерная мышь, сенсорная панель
(тачпад), графический планшет, сканер изображения, считыватели штрих-кода и QR-кода, игровой манипулятор (джойстик), геймпад, аналоговые измерительные приборы, датчики и измерители электрических и физических величин, световое перо, микрофон, цифровая камера, веб-камера, ТВ-тюнер,
GPS-модуль радионавигации. Как видим среди этих устройств есть устройства ввода знаковых данных, устройства командного управления (манипуляторы), устройства ввода графических данных (сканеры, графические планшеты, цифровые фотокамеры и т.п.)
Устройства вывода: дисплей (монитор), проектор, принтер, плоттер, наушники, аудиоколонка, электромузыкальный инструмент (ЭМИ), производственное оборудование с числовым программным управлением
(ЧПУ), 3D-принтер.

Устройства хранения данных: постоянное запоминающее устройство
(ПЗУ, ROM), накопитель на жестком магнитном диске (НЖМД, винчестер,
HDD - дисковод жестких дисков), накопитель на гибком магнитном диске
(НГМД, FDD - флоппи-дисковод), флеш-накопитель, твердотельный диск
(SSD), оптические дисководы CD/DVD/Blu ray, встроенная память смартфона или планшета. Последний случай - особый, так как смартфоны и планшетные компьютеры, как правило, не являются зависимыми и сами могут выступать в качестве основного управляющего устройства с подключаемой периферией.
Устройства ввода-вывода и обмена информацией: сенсорный экран, многофункциональное устройство, аудио-гарнитура, сетевое оборудование
(модем), модуль ИК-связи, модуль связи Wi-Fi, модуль связи Bluetooth, средства радиочастотной идентификации RFID (метки, датчики, устройства считывания), средства ближней радиосвязи NFC (в том числе метки), миниатюрный беспилотный летательный аппарат (БИЛА, т.е. дрон), управляемый со смартфона или планшетного компьютера через сеть Wi-Fi или
Bluetooth.
1.1.1. Периферийные устройства ввода данных
Устройство ввода — это устройство, передающее данные, программы или сигналы в процессор. Устройства ввода абсолютно необходимы компьютеру. Основные устройства ввода: клавиатура; мышь (и подобные устройства: джойстик, трекбол и т. д.); сенсорный экран; микрофон; цифровая камера; устройства считывания отпечатков пальцев; сканер; дигитайзер.
Сканер - устройство ввода графической информации, может быть встроено в принтер.
Дигитайзер (digitizer) — это кодирующее устройство, обеспечивающее ввод двумерного (в том числе и полутонового) или трехмерного (ЗО- дигитайзеры) изображения в компьютер в виде растровой таблицы. Является типичным внешним специализированным устройством графического ввода.
Задача получения 3D-моделей реальных объектов стоит перед про- мышленными дизайнерами, инженерами, художниками, аниматорами, разработчиками игровых приложений. Измерение геометрии сложных пространственных форм является основным требованием для современных производителей технологической оснастки.
Области применения дигитайзеров: мультипликация; оцифровывание географических карт для работы с географическими информационными системами (ГИС); инженерное проектирование, создание прототипов и обратный инжиниринг; научная визуализация.
Обычно процесс обработки изображения дигитайзеров называют сканированием. Простейшим дигитайзером является графический планшет.
Графический планшет (graphics tablet или graphics pad, drawing tablet, digitizing tablet) — это устройство для ввода информации, созданной от руки, непосредственно в компьютер. Состоит из пера и плоского планшета, чувствительного к нажатию или близости пера. Также может прилагаться специальная мышь

Новым указывающим устройством, способным в конечном итоге заменить мышь, является сенсорный экран, монтируемый на планшетных компьютерах.
Другие популярные устройства ввода: микрофоны, веб-камеры, устройства считывания отпечатков пальцев могут встраиваться в современные ноутбуки и настольные компьютеры.
1.1.2. Периферийные устройства вывода данных
Существует весьма большое количество разнообразных устройств вывода для персонального компьютера. Наиболее распространенными внешними устройствами вывода являются монитор, сенсорный экран (для планшетных ПК), аудиоколонки, которые имеют собственный выходной аудиоразъем.
Монитор
— это конструктивно законченное устройство, предназначенное для визуального отображения информации. Монитор состоит из экрана (дисплея), блока питания, плат управления, корпуса.
Информация для отображения на мониторе поступает с электронного устройства, формирующего видеосигнал (в компьютере - видеокарта). В некоторых случаях в качестве монитора может применяться телевизор.
Классификация мониторов осуществляется:
− по типу экрана;
− по соотношению сторон;
− по типу видеоадаптера (формату);
− по типу интерфейсного кабеля.
Классификация мониторов по типу экрана:
− ЭЛТ - монитор на основе электронно-лучевой трубки (англ. Cathode
Ray Tube, CRT). В настоящее время не используется;
− ЖК - жидкокристаллический монитор (англ. Liquid Crystal Display,
LCD);
− OLED - монитор на основе технологии OLED (англ. Organic Light-
Emitting Diode-органический светоизлучающий диод, ОСИД);
− плазменный - на основе плазменной панели (англ. Plasma Display
Panel, PDP, gas-plasma display panel);

− проектор - видеопроектор и экран, размещенные отдельно или объединенные в одном корпусе (как вариант - через зеркало или систему зеркал), и проекционный телевизор;
− сенсорный (резистивный, емкостный) - монитор с возможностью ввода данных.
Классификация мониторов по соотношению сторон и размерам.
Отношение сторон «горизонталь : вертикаль» (в условных единицах):
− 4:3 (стандартный);
− 16:9 или 16:10 (широкоформатные);
− 25:16 и др.
Размер диагонали экрана в дюймах (1 дюйм = 2,54 см): 15 (38 см); 17 (43 см); 19 (48 см); 21 (53 см); 22 (56 см); 24 (61 см); 26 (66 см); 30 (76 см); 32 (81 см).
Классификация мониторов по типу видеоадаптера (формату):
− VGA (640x480);
− SVGA (800x600);
− HD 720 (1280x720);
− Full HD 1080 (1920x1080) и др.
Форматы видеоизображений приведены в таблице ниже.
Весьма востребованными устройствами вывода графической и текстовой информации являются плоттеры и принтеры.
Плоттер, или графопостроитель, — это устройство для автоматического вычерчивания с высокой точностью сложных чертежей, схем, рисунков, карг и другой графической информации на бумаге или другом носителе, например пленке или ткани.
Принтер (англ. Printer - печатник) – периферийное устройство компьютера, используемое для вывода цифровой информации на твердый физический носитель (чаще всего на бумажный или пластиковый). Процессом

печати называется вывод на печать, а получившийся документ распечатка или твёрдая копия. Принтеры имеют преобразователь цифровой информации
(текст, фото, графика), хранящейся в запоминающих устройствах компьютера, фотоаппарата и цифровой памяти, в специальный машинный язык.
1.1.3. Периферийные устройства хранения данных
Периферийные устройства хранения были рассмотрены в предыдущей практической работе.
Съемные накопители. Одни и те же типы CD- и DVD-дисководов могут быть как встроенными, так и внешними. Если имеется встроенный дисковод CD-ROM (только для чтения), а требуется пишущий дисковод для записи компакт-дисков (CD-RW), то внешний дисковод CD-RW подключается к USB-порту и работает точно так же, как встроенный. Это же справедливо и для пишущих DVD-дисководов, Blu-Ray-дисков и гибких магнитных дисков.
Флеш-накопители стали весьма популярными съемными носителями, когда цены на них снизились, а емкость памяти увеличилась. Обычно флеш- накопители имеют USB-разъем, но могут быть и в виде плоских флеш-карт типа SD, miniSD или microSD (TF). Флеш-накопители USB являются съемными, быстродействующими, перезаписываемыми и долговечными.
Объем памяти варьируется от 64 Мбайт до 32 Гбайт или более. Флеш- накопитель представляет собой полупроводниковую память и не имеет механического привода, в отличие от жесткого диска, что делает его весьма прочным и малогабаритным.
Обычно несъемное запоминающее устройство (НЖМД) может стать съемным с внешним подключением. Внешние жесткие диски получили широкое распространение для выполнения резервного копирования, совместного использования несколькими компьютерами и просто для расширения пространства памяти встроенного жесткого диска отдельного ПК.
Внешние жесткие диски, как и флеш-накопители, бывают разных форм и размеров. Внешний НЖМД, как правило, подключается через USB-разъем, но возможна и установка сетевого диска, позволяющего всем сетевым компьютерам получить доступ к нему.
1.1.4. Блок питания
Хотя блок питания и относится к вспомогательным устройствам, но без него практически невозможно функционирование компьютера.

Компьютерный блок питания (power supply unit, PSU - блок питания,
БП) — это вторичный источник электропитания, предназначенный для снабжения узлов компьютера электрической энергией постоянного тока путем преобразования сетевого напряжения до требуемых значений. В некоторой степени блок питания также выполняет функции стабилизации и защиты от незначительных помех питающего напряжения.
Компьютерный блок питания для настольного персонального компьютера стандарта PC согласно спецификации АТХ 2.x должен обеспечивать выходные напряжения ±5, ±12, +3,3 В, а также +5 В дежурного режима (англ. standby).
В большинстве случаев используется импульсный блок питания, выполненный по полумостовой (двухтактной) схеме.
Интерфейс_периферийных_устройств'>1.2. Интерфейс периферийных устройств
Периферийные устройства подключаются к центральной части компьютера посредством интерфейса, поэтому дадим несколько определений этого важнейшего понятия.
Интерфейс - общая граница, определенная с помощью характеристик этой границы. Интерфейс (interface) - совокупность средств и правил, обеспечивающих взаимодействие устройств вычислительной машины или системы обработки информации и (или) программ.
Кроме этих стандартных определений, удобно использовать еще одно, расширяющее и уточняющее вышеприведенные.
Интерфейс — это совокупность средств и правил, обеспечивающих взаимодействие:

1) между различными узлами компьютерной системы (аппаратный интерфейс);
2) между программами (программный интерфейс);
3) между аппаратурой и программами (аппаратно-программный интерфейс);
4) между человеком и компьютером (человеко-машинный интерфейс).
Это определение иллюстрирует рисунок ниже.
Весьма перспективными для использования представляются периферийные устройства с таким типом человеко-машинного интерфейса, как USB HID class. USB HID (human interface device) class - это класс USB- устройств, подключаемых к компьютеру, для взаимодействия с человеком. К этому классу относятся такие устройства, как клавиатура, мышь, игровой контроллер.
Итак, чтобы подключить периферийное устройство, необходимо обеспечить прежде всего аппаратный интерфейс. В компьютере он реализуется шинами ввода/вывода. Современные компьютеры содержат два типа шин: а) системную шину, соединяющую центральный процессор с основной памятью; б) несколько шин ввода/вывода, соединяющих различные периферийные устройства с системной шиной и процессором через мост.
Шина представляет собой подсистему для передачи данных как внутри компьютера, так и за его пределами. В отличие от соединения типа «точка- точка», предназначенного для соединения лишь двух устройств, шина, обходясь одним и тем же набором проводов, может обеспечить логическое подключение нескольких периферийных устройств.
Основным различием между периферийными устройствами является способ их подключения - внутренний или внешний. Первый реализуется с помощью внутренних шин, представленных внутренними разъемами
(слотами) на системной плате, второй способ реализуется внешними шинами, представленными внешними разъемами (портами).
Однако в общем случае используется схема подключения внешнего периферийного устройства, показанная на рисунке ниже.

Как видно из схемы, для подключения периферии необходимо определиться с внутренней шиной ввода/вывода компьютера, т.е. выбрать шинный слот. Далее, в слот 1 монтируется карта контроллера (т.е. адаптера), имеющая внешний разъем (порт) 2, к которому уже и подключается внешнее периферийное устройство. При этом следует помнить о необходимости обеспечить систему аппаратно-программным интерфейсом, т.е. драйвером контроллера периферийного устройства.
Драйвер (driver) — это компьютерное программное обеспечение, с помощью которого другое программное обеспечение (операционная система) получает доступ к аппаратному обеспечению некоторого, например периферийного, устройства. Как правило, с операционными системами поставляются драйверы для ключевых компонентов аппаратного обеспечения, без которых система не сможет работать. Однако для некоторых устройств
(таких как видеокарта или принтер) могут потребоваться специальные драйверы, обычно предоставляемые производителем устройства.
В общем случае драйверу не обязательно взаимодействовать с аппаратными устройствами, он может их только имитировать (например, драйвер принтера, который записывает вывод из программ в файл), предоставлять программные сервисы, не связанные с управлением устройствами.
В общем случае под стандартным интерфейсом понимается совокупность унифицированных аппаратных, программных и конструктивных средств, необходимых для реализации взаимодействия различных функциональных компонентов в системах. Применительно к персональным компьютерам к стандартным интерфейсам относятся все порты ввода/вывода, различные слоты расширения системной платы (PCI, AGP) и другие разъемы, используемые для подключения различных устройств в единое целое.
Рассмотрим подробнее основные компоненты компьютера, обеспечивающие подключение периферийных устройств: внутренние шины ввода/вывода; контроллеры периферии; внешние порты.
1.2.1. Внутренние соединения. Типы внутренних шин и слотов
Существует большое количество различных видов внутренних шин, но широко используются лишь немногие из них. Различные компьютеры