Лекція 1

Лекція 1

Вступ. Периферійні пристрої (ПП) ЕОМ, їх місце і роль в організації роботи комп'ютерних систем та мереж. Класифікація ПП

 

1. Класифікація периферійних пристроїв.

Периферійні пристрої можна класифікувати, наприклад, у такий спосіб:

- за способом представлення інформації;

- за напрямком обміну;

- за швидкодію і характером циклу.

За способом представлення інформації в зовнішньому світі і призначенням всі ПП можна розділити на пристрої вводу-виводу мовної, графічної і текстової інформації; введення-виедення аналогових сигналів; пристрої зовнішньої пам'яті.

В залежності від напрямку обміну ПП поділяються на пристрої вводу (Пвв), виводу (Пвив) і двостороннього обміну (Пв-в). Кожна група містить у собі широку номенклатуру ПП, що розрізняються характеристиками, параметрами і принципами дії.

З погляду тривалості циклу (швидкодії) ПП можна розділити на :

- низькошвидкісні: клавіатури, миші, джойстики, консолі;

- середньошвидкісні: пристрої друку, сканери, графобудівники, пристрої зв'язку з об'єктами.

- високошвидкісні: ЗЗП на магнітних дисках і стрічках, системи графічної взаємодії й ін.

Ця границя швидкостей умовна і постійно змінюється з розвитком елементної бази і нових технологій побудови периферійних пристроїв. Така класифікація, будучи в загальному правильною, виявляється неповною і вимагає подальшої деталізації. Представляється зручним враховувати специфіку різноманітних ПП, якщо додержуватися наступної класифікації:

1. ПП, призначені для зв'язку з користувачем. Їх у свою чергу можна поділити на пристрої вводу, виводу і пристрої двостороннього обміну.

2. Пристрої масової пам'яті – зовнішні запам'ятовуючі пристрої (ЗПП) – різні накопичувачі на дисках, стрічках, барабанах.

3. Пристрої зв'язку з об'єктом керування, а також пристрої передачі даних на великі відстані (АЦП, ЦАП, численні датчики, цифрові регулятори і виконавчі пристрої, модеми і т.д.).

Короткий огляд периферійних пристроїв

Комп'ютер може вводити інформацію, обробляти, виводити, а також накопичувати. Вся інформація зберігатися в комп'ютері у вигляді чисел (навіть текстова, графічна або звукова). Пристрої введення перетворять інформацію, що вводиться, у числа. Наприклад, коли ви натискаєте клавіші на клавіатурі, з неї в основний блок передаються числа, що відповідають клавіші, що натискається. Якщо вводиться звукова інформація, вона також перетвориться в потік чисел, кожне з яких відповідає амплітуді звукового сигналу в даний момент часу. При введенні зображення за допомогою сканера отриманий образ зберігатися у вигляді чисел, що описують колір і інтенсивність окремих крапок зображення. При пересуванні миші по поверхні столу напрямок переміщення миші і відстань перетворяться в цифрову форму і передаються в комп'ютер. Людині незручно працювати з цифровою інформацією, вона віддає перевагу аналоговій. Наприклад, багато людей звикли до механічних годинників і не купують електронні з цифровою індикацією, тому що їм легше визначати час за положенням стрілок. Комп'ютер (вірніше, пристрій обробки інформації, що входить до складу комп'ютера), «любить» мати справу з числами. Тому одержавши від людини інформацію, після обробки комп'ютер повинний перетворити її з цифрової форми у форму, зручну для людини. Пристрої виводу видають людині готовий результат обробки у вигляді зображення, звуку і т.д. Що ж стосується збереження інформації, то вона зберігається в цифровому вигляді. Це зручно для обробки інформації комп'ютером. Звичайний користувач ніколи не має безпосереднього доступу до інформації, що зберігається в пристроях пам'яті комп'ютера, тому для нього не має значення формат записаних там даних.

2.Пристрої зв'язку з користувачем

2.1. Пристрої вводу

Клавіатура

Головним пристроєм введення комп'ютерних систем є клавіатура.

Клавіатура комп'ютера нагадує клавіатуру друкарської машинки. Її призначення аналогічне – набирати текст. Однак у комп'ютері текст, що набирається, не друкується відразу на папері, а запам'ятовується на диску – запам'ятовуючому пристрої, розташованому в системному блоці. Крім набору тексту клавіатура використовується для керування комп'ютером, а також для вирішення інших задач. Кожній клавіші відповідає деякий символ, код якого при натисканні передається в ЕОМ. Дешифруючити прийняту комбінацію, процесор «довідається», який символ ввів користувач. Для збільшення кількості символів, що вводяться, застосовуються спеціальні клавіші, натискання яких змінює зміст і кодування інших клавіш. Клавіатура містить в собі матрицю швидкодіючих кнопкових контактів, мікропроцесор з вбудованим ПЗП й електронну схему керування. Клавіші клавіатури підключені до матриці контактів. При натисканні на клавішу замикається контакт, що знаходиться на перетинанні рядка і стовпчика матриці. Мікропроцесор постійно сканує матрицю, перевіряючи, яка з ліній замкнута. Кожен код сканування запам'ятовується в буфері, відбиваючи стан усієї клавіатури.

Миші і трекболи

 

         

Миші і трекбол є координаторнимиими пристроями введення інформації в комп'ютер. Цілком замінити клавіатуру вони не можуть. В основному ці пристрої мають дві-три кнопки керування. Своєю популярністю миша зобов'язана поширенню графічного інтерфейсу й в основному кампанії «Microsoft».

Тепер небагато про мишачу «анатомію». Як відомо, перша миша каталася на двох коліщатах, що були зв'язані з осями перемінних резисторів. Переміщення такої миші було прямо пропорційно зміні опору перемінних резисторів. Надалі конструкція претерпіла значні зміни. Ролики були перенесені усередину корпуса, а з поверхнею стала стикатися тверда гумова кулька. Трекбол, взагалі говорячи, представляє із себе «перевернену» мишу, у трекбола приводитися в рух не корпус, а тільки його куля. Це дозволяє істотно підвищити точність керування курсором.

Сканер

Сканером називається пристрій, що дозволяє вводити в комп'ютер образи зображень, представлених у вигляді тексту, малюнків, слайдів, фотографій та іншої графічної інформації. Незважаючи на велику кількість різних моделей сканерів у першому наближенні їхню класифікацію можна провести усього за декількома ознаками. Наприклад, за кінематичним механізмом сканера і за типом зображення, що вводиться.

В даний час всі відомі моделі можна розбити на два типи: ручний і настільний. Існують і комбіновані пристрої, що сполучають у собі можливості і тих і інших.

Принцип роботи ч/б сканера полягає в наступному. Зображення, що сканується, висвітлюється білим кольором. Відбите світло через лінзу, що зменшує, попадає на фоточуттєвий напівпровідниковий елемент, називаний Приладом із Зарядовим Зв'язком (ПЗЗ). Кожен рядок сканування відповідає визначеним значенням на ПЗЗ. Ці значення напруги перетворяться в цифрову форму або через аналого-цифровий перетворювач АЦП (для напівтонових сканерів), або через компаратор (для дворівневих сканерів). Розрядність АЦП для напівтонових сканерів залежить від кількості підтримуваних рівнів сірого кольору. Наприклад, сканер підтримуючого 64 рівня сірого, повинний мати шестиразрядный АЦП..

В даний час існує кілька технологій для одержання сірих і кольорових скануємих зображень. Один із принципів роботи кольорового сканера полягає в наступному. Скануєме зображення освітлюється через обертовий RGB-світлофільтр або трьома лампами різного кольору.

Для зв'язку з комп'ютером сканери можуть використовувати 8-и або 16-и розрядну интерфейсную плату. Крім того в даний час достатньо широко використовуються стандартні інтерфейси (послідовний і рівнобіжний порти, а також інтерфейс SCSI).

 

2.2. Пристрою виводу

Монітори

Монітор (дисплей) комп'ютера призначений для виведення на екран текстової і графічної інформації. Монітори бувають кольоровими і монохромними. Вони можуть працювати в одному з двох режимів: текстовому або графічному.

Текстовий режим

У текстовому режимі екран монітора умовно розбивається на окремі ділянки – знакомісцяти, найчастіше на 25 рядків по 80 символів (знакомісцят). У кожне із знакомісць може бути введений один з 256 заздалегідь визначених символів. У число цих символів входять великі і маленькі латинські букви, цифри, визначені символи, а також псевдографічні символи, що використовуються для виводу на екран таблиць і діаграм, побудови рамок навколо ділянок екрана і так далі. На кольорових моніторах кожному знакомісту може відповідати свій колір символу і фону, що дозволяє виводити красиві кольорові написи на екран. На монохромних моніторах для виділення окремих частин тексту і ділянок екрана використовується підвищена яскравість символів, підкреслення й інверсне зображення.

Графічний режим

Графічний режим призначений для виводу на екран графіків, малюнків і так далі. Зрозуміло, у цьому режимі можна виводити і текстову інформацію у виді різних написів, причому ці написи можуть мати довільний шрифт, розмір і т.д. У графічному режимі екран складається з точок, кожна з яких може бути темною або світлою на монохромних моніторах і одного або декількох кольорів – на кольоровому.

Кількість точок на моніторі називається розподільною здатністю монітора. Розподільна здатність не залежить від розміру екрана монітора. Останнім часом великою популярністю користуються жидкокристалічні монітори (ЖК) та плазмені панелі.

Плоттери

Пристрої, що виконують функції виводу графічної інформації на паперові або деякі інші носії, називаються графопобудовниками або плоттерами (від англ. Рlоttеr) - термін, що, як і багато інших транслітерованих англомовних термінів, уже витиснув свій російськомовний аналог. За допомогою плоттера комп'ютер може створювати креслення деталі, географічну карту або інше подібне зображення.

Пір'яні плоттери (ПП) – це електромеханічні пристрої векторного типу; на ПП традиційно виводять різні векторні програмні системи типу AutoCAD. ПП створюють зображення за допомогою пишучих елементів, узагальнено називаних перами, хоча мається кілька видів таких елементів, що відрізняються друг від друга використовуваним видом рідкого барвника. Пишучі елементи бувають одноразові і багаторазові (дозволяючі перезарядження). Перо кріпиться у тримачі пишучого вузла, що має одну або дві ступені свободи переміщення. Існує два типи ПП: планшетні, у яких папір нерухомий, а перо переміщається по всій площині зображення; та барабанні (або рулонні), у яких перо переміщається уздовж однієї осі координат, а папір уздовж іншої, за рахунок захоплення транспортним валом, звичайно фрикційним.

Струминні плоттери. Струминна технологія створення зображення відома з 70-х років, але її прорив на ринку став можливий тільки з розробкою фірмою Canon технології створення реактивного пухирця (Bubblejet) – спрямованого розпилення чорнила на папір за допомогою сотень дрібних форсунок одноразової друкуючої голівки. Кожній форсунці відповідає свій мікроскопічний нагрівальний елемент (терморезистор), що миттєво (за 7-10 мкс) нагрівається під впливом електричного імпульсу. Чорнила закипають, і пари створюють пухирець, що виштовхує з форсунки краплю чорнила. Коли імпульс кінчається, терморезистор настільки ж швидко остиває, а пухирець зникає. Друкуючі голівки можуть бути «кольоровими» і мати відповідне число груп форсунок. Для створення повноцінного зображення використовується стандартна для поліграфії колірна схема CMYK, що використовує чотири кольори: Cyan – голубой, Magenta – пурпурний, Yellow – жовтий і Black – чорний. Складні кольори утворяться змішанням основних, причому одержання відтінків різних кольорів досягається шляхом згущення або розрідження крапок відповідного кольору у фрагменті зображення (аналогічний спосіб використовується при одержанні різних відтінків «сірого» при виводі монохромних зображень).

Електростатичні плоттери. Електростатична технологія ґрунтується на створенні прихованого електричного зображення (потенційного рельєфу) на поверхні носія – спеціального електростатичного паперу, робоча поверхня якої покрита тонким шаром діелектрика, а основа просочена гідрофільними солями для забезпечення необхідних вологості й електропровідності. Потенційний рельєф формується при осадженні на поверхні діелектрика вільних зарядів, що утворяться при порушенні найтонших електродів записуючої голівки високовольтними імпульсами напруги. Коли папір проходить через вузол, що виявляє, з рідким намагніченим тонером, частки тонера осідають на заряджених ділянках паперу. Повна колірна гама виходить за чотири цикли створення прихованого зображення і проходу носія через чотири вузли з відповідними тонерами.

Лазерні або світлодіодні плоттери. Ці плоттери базуються на электрографічній технології, в основу якої покладені фізичні процеси внутрішнього фотоефекта у світлочутливих напівпровідникових шарах селеновмістних матеріалів і силовий вплив електростатичного поля. Проміжний носій зображення (обертовий селеновий барабан) у темряві може бути заряджений до потенціалу в сотні вольтів. Промінь світла знімає цей заряд, створюючи сховане електростатичне зображення, що притягує намагнічений дрібнодисперсний тонер, що переміщується потім механічним шляхом на папір. Після цього папір з нанесеним тонером проходить через нагрівач, у результаті чого частки тонера запікаються, створюючи зображення.

Принтери

Принтер призначений для друку інформації, що зберігається в системному блоці комп'ютера. Це може бути текст, графічне зображення, таблиці і т.п. Існують кольорові і монохромні принтери. На сьогоднішній день існує три основних технології друку.

Лазерна технологія. Лазерний принтер працює в такий спосіб: на фоточуттєвому барабані за допомогою проміню чи лазеру створюється електростатичне зображення сторінки. Поміщений на барабан спеціально пофарбований порошок, що називається тонером, прилипає тільки до тієї області, що являє собою букви і зображення на сторінці. Барабан повертається і притискається до листа папера, переносячи на неї тонер. Після закріплення тонера на папері виходить готове зображення. Подібна технологія використовується в копіювальних апаратах. Аналогічно працюють і так називані светодиодные принтери, що випускаються фірмами Okidata і Lexmark. Але замість лазера в них використовується масив зі світлодіодів.

Струйно-чорнильна технологія. У струминних принтерах іонізовані крапельки чорнила через сопла розпорошуються на папір. Розпилення відбувається в тих місцях, де необхідно сформувати зображення.

Матриця точок. У матричних принтерах використовується група круглих голок, що вдаряють по листу папера через барвну стрічку. Ці голки зібрані в прямокутну сітку, називану матрицею. При натисканні визначених голок у матриці формуються різні символи або зображення.

Найкращу якість друку забезпечують лазерні принтери, за ними - струминні, а потім матричні.

Принтери розрізняються розрішенням. Термін «розрішення» використовується для опису контрастності і якості надрукованого образа. Розрішення принтера звичайно вимірюють у точках на дюйм, іншими словами це кількість окремих точок, що може надрукувати принтер на лінії довжиною один дюйм.

 

3. Зовнішні запам'ятовуючі пристрої

Зовнішні запам'ятовуючі пристрої - це всі пистрої, на яких зберігається інформація в плині довгого часу і не пропадає зі зникненням живлення комп'ютера. Це такі типи пристроїв: дисководи (3,5; 5,25 дюйми), CD-ROM, CD-R, CD-RW, DVD-ROM, дисководи (ZIP, ZAP).

Основна характеристика будь-якого ЗЗП - це його ємність або максимальна кількість інформації, що може бути записана на ньому.

 

CD-ROM

Принцип роботи дисководу нагадує принцип роботи звичайних дисководів для гнучких дисків. Поверхня оптичного диску (CD-ROM) переміщається щодо лазерної голівки з постійною лінійною швидкістю, а кутова швидкість змінюється в залежності від радіального положення голівки. Промінь лазера направляється на доріжку, фокусуючись при цьому за допомогою лінзи. Промінь проникає крізь захисний шар пластику і попадає на шар, що відбиває, на поверхні диска. При влученні його на виступ, він відбиває на детектор і проходить через призму, що відхиляє його на світлочутливий діод. Якщо промінь попадає в ямку, він розсіюється, і лише мала частина випромінювання відбиває назад і доходить до світлочутливого діода. На діоді світлові імпульси перетворяться в електричні, яскраве випромінювання перетвориться в «1», слабке – у «0». Таким чином, ямки сприймаються дисководом як логічні нулі, а гладка поверхня, як логічні одиниці.

 

DVD-ROM

DVD – оптичні диски, подібні CD. Під таким девізом початий випуск нових пристроїв, що знаменують перехід до 17-гігабайтних носіїв даних і цифровому відео. 8 грудня 1995 року найбільші виробники приводів CD-ROM і зв'язаних з ними пристроїв підписали угоду, затвердивши не тільки «тонкості» формату, але і назву новинки DVD (Digital Video Disk), HDCD (High Den city CD – диск високої щільності запису), MMCD (MultiMedia CD), SD (Super Density – надвисокої щільності). Суперечки навколо нового стандарту не завершилися з прийняттям угоди – навіть назва не знаходить одноголосної підтримки в рядах засновників: досить розповсюдженої є версія розшифровки абревіатури як Digital Versatile Disk – цифровий багатофункціональний диск.

Апаратні засоби. DVD може існувати в декількох модифікаціях. Найпростіша з них відрізняється від звичайного диска тільки тим, що шар, що відбиває, розташований не на складовому шарі полікарбонату з повною товщиною (1,2 мм), а на шарі половинної товщини (0,6 мм). Друга половина – це другий верхній шар. Ємність такого диска досягає 4,7 ГБ і забезпечує більш двох годин відео телевізійної якості. Крім того без особливої праці на диску можуть додатково зберігатися високоякісний стереозвук (кількома мовами) і титри (також багатомовні). Якщо обидва шари несуть інформацію, то сумарна ємність складає 8,5 ГБ (деяке зменшення ємності кожного шару викликається необхідністю скоротити взаємні перешкоди при зчитуванні далекого шару). Toshiba і Time Warner пропонують використовувати також двосторонній двошаровий диск. У цьому випадку його ємність складе 17 ГБ. Двошаровий диск зберігає 8,5 ГБ. Таке значне збільшення обсягу інформації на DVD диску досягається за рахунок підвищення щільності запису інформації – перекладу лазера, що зчитує, з інфрачервоного діапазону в червоний, а також використання двох поверхонь, що відбивають.

WORM-пристрої. Дисководи WORM схожі на CD-ROM, але вони здатні записувати «усередину» диска. Як і CD-ROM, WORM-пристрої запам'ятовують дані за допомогою фізичних змін поверхні диска, але роблять це по-іншому. Замість утворення ямок, у WORM-дисках застосовується затемнення. Тобто, WORM-системи просто затемнюють поверхню, або, точніше, випаровують її частину. Один раз записавши на диск інформацію, надалі можно буде тільки зчитувати інформацію з WORM-диска. Довговічність WORM-дисків оцінюється, як мінімум, у 10 років. Обсяг даних, збережених на одному WORM і CD-ROM, складає 650 Мбайт.

 

Накопичувачі на дискетах

Гнучкі диски (дискети) дозволяють переносити інформацію з одного комп'ютера на іншій, зберігати інформацію, не використовувану постійно на комп'ютері, робити архівні копії інформації, що містяться на жорсткому диску.

Існує два типи дисководів: дисковод, розрахований на дискети розміром 3,5 дюйми і застаріла модель, розрахована на дискети 5,25 дюйма.

Дискети розміром 3,5 дюйми. Зараз у комп'ютерах використовуються накопичувачі для дискет розміром 3,5 дюйми (89 мм) і ємністю 1,44 Мбайта. Ці дискети вкладені у твердий пластмасовий конверт, що значно підвищує їхню надійність і довговічність. Дискети 5,25 дюйма практично витиснуті. На дискетах 3,5 дюйми мається спеціальний перемикач – засувка, що дозволяє або забороняє запис на дискету. Запис дозволений, якщо отвір відкритий, а заборонена, якщо воно відкрито. Перед першим використанням дискету необхідно спеціальним образом инициализировать. Це робиться за допомогою програми DOS Format.

 

Накопичувачі на твердих дисках

Накопичувачі на твердому диску (вінчестери) призначені для постійного збереження інформації, використовуваної при роботі з комп'ютером: програм операційної системи, часто використовуваних пакетів програм, редакторів документів, трансляторів з мов програмування і т.д. наявність жорсткого диска значно підвищує зручність роботи з комп'ютером. Для користувача накопичувачі на жорсткому диску відрізняються друг від друга, насамперед своєю ємністю, тобто тим, скільки інформації міститься на диску. Накопичувачем керує контролер диска, підключений плоским кабелем до накопичувача. Перед передачею даних накопичувач подає сигнал запиту контролера. Контролер відповідає вихідним сигналом на відповідній лінії підтвердження. Потім у контролер завантажується початкова адреса і число переданих байтів. Дані починають передаватися з диска через плату контролера на шину даних і в запам'ятовуючий пристрій.

 

4. Пристрій зв'язку з об'єктами керування і передачі даних

4.1. Пристрій зв'язку з об'єктами керування. Найбільш розповсюдженими пристроями цього класу вважаються вхідні аналого-цифрові перетворювачі (АЦП) і вихідні цифро-аналогові перетворювачі (ЦАП). Аналоговий мультиплексор МПЛ комутує на вхід сигнали n вхідних каналів з датчиків інформації.. ЕОМ сприймає від АЦП дискретні величини, обробляє їх по програмі і видає цифрові результати обробки, що за допомогою ЦАП перетворюються в аналогові сигнали і розподіляються між виконавчими пристроями.

4.2. Пристрої передачі даних. Телефонні линії зв'язку розраховані на передачу аналогових сигналів, і для передачі цифрових даних необхідні спеціальні пристрої, названі модемом (модулятор-демодулятор). Модеми являють собою складний цифро-аналоговий і аналого-цифровий перетворювач. Канал зв'язку містить модем-передавач, що перетворює цифрові сигнали від ЕОМ в аналогові сигнали, призначені для передачі по телефонних лініях і модем-приймач, що виконує зворотну функцію. Організація введення-висновку. 1. Структура ПЕОМ Типова структура ЕОМ складається з процесора, пам'яті і пристроїв вводу-виводу (мал.1). ДО ЕОМ можна підключити велике число різноманітних пристроїв вводу-виводу або, як часто говорять, зовнішніх пристроїв (ЗП). Розглянемо організацію зв'язків між процесором і ЗП.