Файл: Tannenbaum.pdf

118

Глава 2. Организация компьютерных систем

Если компьютер и терминал разделены, чаше всего их можно соединить только

по телефонной сети. К несчастью, телефонная сеть не может передавать сигналы,

требуемые стандартом RS-232-C, поэтому для преобразования сигнала между
компьютером и телефоном, а также между терминалом и телефоном помещается

устройство, называемое модемом (модулятор-демодулятор). Ниже мы кратко рас-

смотрим устройство модемов.

На рис. 2.29 показано расположение компьютера, модемов и терминала при

использовании телефонной линии. Если терминал находится достаточно близко
от компьютера, так, что их можно связать обычным проводом, модемы не подсое-
диняются, но в этом случае используются те же кабели и разъемы RS-232-C, хотя

выводы, связанные с модемом, не нужны.

Серийная карта

ввода-вывода

Центральный

процессор Память

Универсальный

асинхронный

приемопередатчик

Разъем RS-232-C

Телефонная линия

(аналоговая)

Передача

ABC

„

Клавиатура  / S i

Некоторые сигналы

Защитное заземление (1)

—

* ~

 Передача (2)

- * — Прием (3)

-—

*•*

 Запрос на передачу (4)

- * — Разрешение на передачу (5)

- * — Данные готовы (6)

Общий обратный провод (7)

- * — Обнаружение несущей (8)

—

* -

 Терминал готов (20)

Рис. 2.29.

 Соединение терминала RS-232-C с компьютером.

В списке сигналов в скобках указаны номера выводов

Чтобы обмениваться информацией, и компьютер, и терминал должны содер-

жать микросхему UART (Universal Asynchronous Receiver Transmitter — универ-
сальный асинхронный приемопередатчик), а также логическую схему для доступа

к шине. Чтобы отобразить на экране символ, компьютер вызывает этот символ из
основной памяти и передает его UART, который затем отправляет его по кабелю
RS-232-C бит за битом. В UART поступает сразу целый символ (1 байт), который
преобразуется в последовательность битов, и они передаются один за другим с
определенной скоростью. UART добавляет к каждому символу начальный и ко-
нечный биты, чтобы отделить один символ от другого. При скорости передачи

110 бит/с используется 2 конечных бита.

Процесс ввода-вывода 119

В терминале другой

 UART

 получает

 биты и

 восстанавливает целый символ,

который затем отображается на экране. Входная информация, которая поступает
с клавиатуры терминала, преобразуется в терминале из целых символов в по-

следовательность битов, а затем UART в компьютере восстанавливает целые сим-

волы.

Стандарт RS-232-C определяет около 25 сигналов, но на практике используют-

ся только некоторые из них (большинство из которых может опускаться, если тер-

минал непосредственно соединен с компьютером проводом, без модемов). Штыри 2
и 3 предназначены для отправки и получения данных соответственно. По каж-

дому выводу проходит односторонний поток битов (один в одном направлении,

а другой в противоположном). Когда терминал или компьютер включен, он выда-

ет сигнал готовности терминала (то есть устанавливает 1), чтобы сообщить моде-

му, что он включен. Сходным образом модем выдает сигнал готовности набора дан-

ных, чтобы сообщить об их наличии. Когда терминалу или компьютеру нужно

послать данные, он выдает сигнал запроса о разрешении пересылки. Если модем
разрешает пересылку, он должен выдать сигнал о том, что путь для пересылки сво-
боден. Другие выводы выполняют различные функции определения состояний,
проверки и синхронизации.

Мыши

Время идет, а люди работают за компьютером, все меньше и меньше вдаваясь в прин-

ципы его работы. Компьютеры серии ENIAC использовались только теми, кто их
конструировал. В 50-е годы с компьютерами работали только высококвалифици-

рованные программисты. Сейчас за компьютерами работают многие люди, при этом
они не знают (или даже не хотят знать), как работают компьютеры и как они про-

граммируются.

Много лет назад у большинства компьютеров был интерфейс с командной стро-

кой, в которой набирались различные команды. Поскольку многие неспециалис-

ты считали такие интерфейсы недружелюбными или даже враждебными, компью-
терные фирмы разработали специальные интерфейсы с возможностью указания
на экран. Для создания такой возможности чаще всего используется мышь.

Мышь

 — это маленькая пластиковая коробка, которая лежит на столе рядом с

клавиатурой. Если ее двигать по столу, курсор на экране тоже будет двигаться,
позволяя пользователям указывать на элементы экрана. У мыши есть одна, две

или три

 кнопки, нажатие на которые дает возможность пользователям выбирать

строки меню. Было очень много споров по поводу того, сколько кнопок должно
быть у мыши. Наивные пользователи предпочитали одну (так как в этом случае
невозможно нажать не ту кнопку), но более продвинутые предпочитали несколь-

ко кнопок, чтобы можно было на экране выполнять сложные действия.

Существует три типа мышей: механические, оптические и оптомеханические.

У мышей первого типа снизу торчат резиновые колесики, оси которых расположе-
ны перпендикулярно друг к другу. Если мышь передвигается в вертикальном на-
правлении, то вращается одно колесо, а если в горизонтальном, то другое. Каждое
колесико приводит в действие резистор (потенциометр). Если измерить измене-
ния сопротивления, можно узнать, на сколько провернулось колесико, и таким
образом вычислить, на какое расстояние передвинулась мышь в каждом направле-

120

Глава 2. Организация компьютерных систем

нии. В последние годы такие мыши были практически полностью вытеснены но-
вой моделью, в которой вместо колес используется шарик, который слегка высо-
вывается снизу. Такая мышь изображена на рис. 2.30.

Управляемый мышью курсор

Окно

\

Меню

/

Кнопки мыши

Мышь

±

Вырезать

Вставить

Колировать

Резиновый шарик

Рис. 2.30.

 Использование мыши для указания на строки меню

Следующий тип — оптическая мышь. У нее нет ни колес, ни шарика. Вместо

этого используются светодиод и фотодетектор, расположенный в нижней части
мыши. Оптическая мышь перемещается по поверхности особого пластикового ков-

рика, который содержит прямоугольную решетку с линиями, близко расположен-

ными друг к другу. Когда мышь двигается по решетке, фотодетектор воспринима-

ет пересечения линий, наблюдая изменения в количестве света, отражаемого от
светодиода. Электронное устройство внутри мыши подсчитывает количество пе-
ресеченных линий в каждом направлении.

Третий тип — оптомеханическая мышь. У нее, как и у более современной меха-

нической мыши, есть шарик, который вращает два вывода, расположенных пер-
пендикулярно друг к другу. Выводы связаны с кодировщиками. В каждом коди-
ровщике имеются прорези, через которые проходит свет. Когда мышь двигается,
выводы вращаются и световые импульсы воздействуют на детекторы каждый раз,

когда между светодиодом и детектором появляется прорезь. Число воспринятых

детектором импульсов пропорционально количеству перемещения.

Хотя мыши можно устанавливать по-разному, обычно используется следую-

щая система: компьютеру передается последовательность из 3 байтов каждый раз,
когда мышь проходит определенное минимальное расстояние (например, 0,01 дюй-

ма). Обычно эти характеристики передаются в последовательном потоке битов.

Первый байт содержит целое число, которое указывает, на какое расстояние пере-

местилась мышь в направлении х с прошлого раза. Второй байт содержит ту же
информацию для направления у. Третий байт указывает на текущее состояние кно-

пок мыши. Иногда для каждой координаты используются два байта.

Процесс ввода-вывода  1 2 1

Программное обеспечение принимает эту информацию по мере поступления и

преобразует относительные движения, передаваемые мышью, в абсолютную пози-
цию. Затем оно отображает стрелочку на экране в позиции, соответствующей
расположению мыши. Если указать стрелочкой на определенный элемент экрана
и щелкнуть кнопкой мыши, компьютер может вычислить, какой именно элемент
компьютерной информации, соответствующий данному элементу на экране, был
выбран.

Принтеры

Иногда пользователю нужно напечатать созданный документ или страницу, полу-

ченную из World Wide Web, поэтому компьютеры могут быть оснащены принте-
ром. В этом разделе мы опишем некоторые наиболее распространенные типы мо-
нохромных (то есть черно-белых) и цветных принтеров.

Монохромные принтеры

Самыми дешевыми являются

 матричные принтеры,

 у которых печатающая го-

ловка последовательно проходит каждую строку печати. Головка содержит от 7 до
24 игл, возбуждаемых электромагнитным полем. Дешевые матричные принтеры
имеют 7 игл для печати, скажем, 80 символов в строке в матрице 5x7. В результате

строка печати состоит из 7 горизонтальных линий, а каждая из этих линий состоит
из 5x80=400 точек. Каждая точка может печататься или не печататься в зависимо-

сти от того, какая нужна буква. На рис. 2.31,

 а

 показана буква «А*>, напечатанная

на матрице 5x7.

Качество печати можно повышать двумя способами: использовать большее

количество игл и создавать наложение точек. На рис. 2.31,

 б

 показана буква «А»,

напечатанная с использованием 24 игл, в результате чего получилось пересечение

точек. Для получения таких пересечений обычно требуется несколько проходов
по одной строке печати, поэтому чем выше качество печати, тем медленнее работа-
ет принтер. Большинство принтеров можно настраивать, создавая различные ва-

рианты соотношения качества и скорости.

о

о о

о о

о о

о о о о о

о о

о о

Рис.  2 . 3 1 . Буква «А» на матрице 5x7 (а); буква «А», напечатанная с использованием 24 игл.

Получается наложение точек (б)

1 2 2 Глава 2. Организация компьютерных систем

Матричные принтеры дешевы (особенно в отношении расходных материалов)

и очень надежны, но работают медленно, шумно, и качество печати очень низкое.

Однако они широко применимы, по крайней мере, в трех областях. Во-первых, они

очень популярны для печати на больших листах (более 30 см). Во-вторых, ими
очень удобно пользоваться при печати на маленьких отрезках бумаги (например,
кассовых чеках, уведомлениях о снятии денег с кредитных карт, посадочных тало-
нах в авиакомпаниях). В-третьих, они используются для распечатывания одно-

временно нескольких листов с вложенной между ними копировальной бумагой,

и эта технология самая дешевая.

Дома удобно использовать недорогие

 струйные принтеры.

 Подвижная печата-

ющая головка содержит картридж с чернилами. Она двигается горизонтально над

бумагой, а чернила в это время выпрыскиваются из крошечных выпускных отвер-
стий. Внутри каждого отверстия капля чернил нагревается до критической точки
и в конце концов вырывается наружу Единственное место, куда она может попасть

из отверстия, — лист бумаги. Затем выпускное отверстие охлаждается, в результа-
те создается вакуум, который втягивает следующую каплю. Скорость работы прин-

тера зависит от того, насколько быстро повторяется цикл нагревания/охлажде-

ния. Струйные принтеры обычно имеют разрешающую способность от 300 dpi (dots

per inch — точек на дюйм) до 720 dpi, хотя существуют струйные принтеры с разре-

шающей способностью 1440 dpi. Они достаточно дешево стоят, работают бесшум-
но и дают хорошее качество печати, однако отличаются низкой скоростью, исполь-

зуют очень дорогие картриджи и производят распечатки, смоченные чернилами.

Вероятно, самым удивительным изобретением в области печатных технологий

со времен Иоганна Гутенберга, который изобрел подвижную литеру в XV веке,

является

 лазерный принтер.

 Это устройство сочетает хорошее качество печати,

универсальность, высокую скорость работы и умеренную стоимость. В лазерных

принтерах используется почти такая же технология, как в фотокопировальных

устройствах. Многие компании производят устройства, совмещающие свойства

копировальной машины, принтера и иногда также факса.

Основное устройство принтера показано на рис. 2.32. Главной частью этого

принтера является вращающийся барабан (в некоторых более дорогостоящих сис-
темах вместо барабана используется лента). Перед печатью каждого листа барабан
получает напряжение около 1000 вольт и окружается фоточувствительным мате-
риалом. Свет лазера проходит вдоль барабана (по длине) почти как пучок элект-
ронов в электронно-лучевой трубке, только вместо напряжения для сканирования

барабана используется вращающееся восьмиугольное зеркало. Луч света модули-
руется, и в результате получается определенный набор темных и светлых участ-
ков. Участки, на которые воздействует луч, теряют свой электрический заряд.

После того как нарисована строка точек, барабан немного поворачивается для

создания следующей строки. В итоге первая строка точек достигает резервуара с то-

нером (электростатически чувствительным черным порошком). Тонер притяги-
вается к тем точкам, которые заряжены, и так формируется визуальное изображе-

ние строки. Через некоторое время барабан с тонером прижимается к бумаге,

оставляя на ней отпечаток изображения. Затем лист проходит через горячие вали-
ки, и изображение закрепляется. После этого барабан разряжается, и остатки тонера
счищаются с него. Теперь он готов к печатанию следующей страницы.