Лекция Внешние устройства компьютера

Вид материала

Лекция

Содержание Основные шинные интерфейсы материнских плат Допустимая продольная плотность Скорость перемещения носителя Гибкий диск Накопитель на жёстких магнитных дисках Профиль дорожки CD-ROM Классификация выпускаемых для ПЭВМ принтеров по технологии печати. 1.1Контрольные вопросы

Подобный материал:

• Форма, часы, 52.45kb.
• Оболочка Norton Commander. Windows и программа, 26.31kb.
• Лекция №3 Устройства ввода-вывода, 237.5kb.
• Лекция. Тема: «Устройства памяти компьютера», 129.21kb.
• Структурная организация компьютера, 39.61kb.
• 7: Периферийные устройства персонального компьютера, 168.56kb.
• Назипов Рамиль Хайретдинович Назначение и устройство компьютера урок, 165.22kb.
• Перечень тем рефератов, 99.98kb.
• Тематическое планирование «Информатика» в 5 класс, 131.73kb.
• «Архитектура ЭВМ учитель информатики Юдина Наталия Сергеевна Тема: «Устройства персонального, 111.25kb.

Лекция 3. Внешние устройства компьютера.

Содержание темы: Параллельный и последовательный интерфейсы. Контроллеры внешних устройств. Драйверы устройств. Внешние запоминающие устройства: накопители на гибких и жестких магнитных дисках, оптические диски, флэш-память. Видеоконтрольные устройства: видео-карты и мониторы. Устройства ввода и вывода информации: принтеры, сканеры, графопостроители. Основные характеристики внешних устройств. Выбор внешних устройств для решения задач документоведения.


Для согласования интерфейсов периферийные устройства подключаются к шине не напрямую, а через свои контроллеры (адаптеры) и порты примерно по такой схеме:



Контроллеры и адаптеры представляют собой наборы электронных цепей, которыми снабжаются устройства компьютера с целью совместимости их интерфейсов. Контроллеры, кроме этого, осуществляют непосредственное управление периферийными устройствами по запросам микропроцессора.

Порты устройств представляют собой некие электронные схемы, содержащие один или несколько регистров ввода-вывода и позволяющие подключать периферийные устройства компьютера к внешним шинам микропроцессора.

Портами также называют устройства стандартного интерфейса: последовательный, параллельный и игровой порты (или интерфейсы).

Последовательный порт обменивается данными с процессором побайтно, а с внешними устройствами — побитно. К последовательному порту обычно подсоединяют медленно действующие или достаточно удалённые устройства, такие, как мышь и модем.

Параллельный порт получает и посылает данные побайтно. К параллельному порту подсоединяют более "быстрые" устройства — принтер и сканер.

Через игровой порт подсоединяется джойстик. Клавиатура, монитор и мышь подключаются к своим специализированным портам, которые представляют собой просто разъёмы.

Некоторые компьютеры имеют встроенные модемы и сетевые адаптеры, тогда они располагают, соответственно, телефонным и сетевым внешними интерфейсами.

Подключение стандартных внешних устройств обычно не вызывает никаких проблем: надо только присоединить устройство к компьютеру соответствующим стандартным кабелем и (возможно) установить на компьютер программный драйвер.

Гораздо сложнее ситуация, когда к компьютеру требуется присоединить нестандартное внешнее устройство. В этом случае необходимо доскональное знание особенностей используемых интерфейсов и умение эффективно с ними работать.

Конкретные программы, предназначенные для взаимодействия с конкретными устройствами, называют драйверами. Они расширяют возможности DOS по управлению устройствами ввода-вывода компьютера (клавиатурой, жестким диском, мышью и т.д.), оперативной памятью и т.д. С помощью драйверов возможно подключение к компьютеру новых устройств или нестандартное использование имеющихся устройств.

Чаще всего для подключения нестандартных внешних устройств используются системная магистраль ISA, параллельный интерфейс Centronics (LPT) и последовательный интерфейс RS-232C (COM).

^ Основные шинные интерфейсы материнских плат:

LPT (Интерфейс Centronics). Основным назначением интерфейса Centronics (отечественный аналог — стандарт ИРПР-М) является подключение к компьютеру принтеров различных типов (из-за чего его называют принтерным портом). Поэтому распределение контактов разъема, назначение сигналов, программные средства управления интерфейсом ориентированы именно на такое применение. В то же время, с помощью данного интерфейса можно подключать к компьютеру и многие другие стандартные внешние устройства (например, сканеры, дисководы и т.д.), а также нестандартные внешние устройства.

Максимальная длина соединительного кабеля по стандарту — 1,8 м. Максимальная скорость обмена — 100 Кбайт/с.

Формирование и прием сигналов интерфейса Centronics производится путем записи и чтения выделенных для него портов ввода/вывода. В компьютере может использоваться три порта Centronics, обозначаемых LPT1 (базовый адрес 378), LPT2 (базовый адрес 278) и LPT3 (базовый адрес 3BC).

Интерфейс RS-232C. Интерфейс RS-232C предназначен для подключения к компьютеру стандартных внешних устройств (принтера, сканера, модема, мыши и др.), а также для связи компьютеров между собой. Основными преимуществами использования RS-232C по сравнению с Centronics являются возможность передачи на большие расстояния (по стандарту длина соединительного кабеля может доходить до 15 метров) и гораздо более простой кабель (с меньшим количеством проводов). В то же время работать с RS-232C несколько сложнее. Данные в интерфейсе RS-232C передаются в последовательном коде (бит за битом) побайтно. Каждый байт обрамляется стартовым и стоповыми битами. Данные могут передаваться как в одну, так и в другую сторону по разным проводам (дуплексный режим). Скорость передачи — до 14,4 Кбайт/с (115,2 Кбит/с).

PCI (Peripherial Component Interconnect). Стандарт подключения внешних устройств, введенный в ПК на базе процессора Pentium. По своей сути, это интерфейс локальной шины с разъемами для подсоединения внешних компонентов. Данный интерфейс поддерживает частоту шины до 66 МГц и обеспечивает быстродействие до 264 Мбайт/с независимо от количества подсоединенных устройств. Важным нововведением этого стандарта является поддержка механизма plug-and-play, суть которого состоит в том, что после физического подключения внешнего устройства к разъему шины PCI происходит автоматическая конфигурация этого устройства.

FSB (Front Side Bus). Начиная с процессора Pentium Pro для связи с оперативной памятью используется специальная шина FSB. Эта шина работает на частоте 100-133 МГц и имеет пропускную способность до 800 Мбайт/с. Частота шины FSB является основным параметром, именно она указывается в спецификации материнской платы. За шиной PCI осталась лишь функция подключения новых внешних устройств.

AGP (Advanced Graphic Port). Специальный шинный интерфейс для подключения видеоадаптеров. Разработан в связи с тем, что параметры шины PCI не отвечают требованиям видеоадаптеров по быстродействию. Частота этой шины - 33 или 66 МГц, пропускная способность до 1066 Мбайт/с.

USB (Universal Serial Bus). Стандарт универсальной последовательной шины определяет новый способ взаимодействия компьютера с периферийным оборудованием. Он разрешает подключать до 256 разных устройств с последовательным интерфейсом, причем устройства могут подсоединяться цепочкой. Производительность шины USB относительно небольшая и составляет 1,55 Мбит/с. Среди преимуществ этого стандарта следует отметить возможность подключать и отключать устройства в "горячем режиме" (то есть без перезагрузки компьютера), а также возможность объединения нескольких компьютеров в простую сеть без использования специального аппаратного и программного обеспечения.

Serial ATA (SATA). стандарт SATA подразумевает последовательную передачу данных, а потому в кабелях передачи данных используются всего две дифференциальные пары. Одна из них работает на передачу, а другая - на прием. Всего же в кабеле SATA допускается использование 7 проводников, три из которых "земля". Максимальная длина кабеля при этом составляет 1 м.

По сравнению с традиционным параллельным интерфейсом интерфейс Serial АТА имеет большую помехозащищенность и мало восприимчив к электромагнитным помехам благодаря использованию низкоуровневых дифференциальных сигналов. Уровень сигнала измеряется не по отношению к "земле", а по отношению к уровню сигнала в соседнем проводе, то есть как разница сигналов в двух проводниках.

В первой версии стандарта Serial ATA (SATA 1.0) предусмотрена максимальная пропускная способность 150 Мбайт/с, а об ограничениях на размеры дисков можно просто забыть на ближайшие лет десять. В следующих версиях SATA предусматривается удвоение скорости передачи, то есть сначала будет 300, а затем и 600 Мбайт/с.

PCI Express. Шина PCI Express разрабатывалась корпорацией Intel совместно с многочисленными ведущими компаниями, такими как Dell, Hewlett-Packard, IBM и т.д. Она относится уже к третьему поколению архитектуры ввода-вывода и называется также 3GIO (Third Generation Input Output). Особенно важно, что новая архитектура PCI Express будет совместима на программном уровне с шиной PCI. Основная особенность новой шины PCI Express заключается в том, что это не параллельная, а последовательная шина, работающая по принципу «точка-точка» (peer-to-peer). На физическом уровне шина образована двумя парами проводников: одна пара служит для передачи данных, а вторая — для их приема

Масштабируемость и универсальность — вот две основные концепции, заложенные в архитектуре новой шины PCI Express.

Универсальность шины PCI Express должна заключаться в том, чтобы она заменила шину, связывающую северный мост чипсета с графическим адаптером, шину, объединяющую северный и южный мосты чипсета, а также PCI-шину. Кроме того, в дальнейшем шина PCI Express станет единой технологией ввода-вывода для настольных ПК, мобильных компьютеров, серверов, телекоммуникационных платформ, рабочих станций и встраиваемых устройств. Результатом, как ожидается, станет широкое применение новой технологии во всех категориях платформ и экономичность перехода на технологии ввода-вывода следующего поколения.

Масштабируемость шины PCI Express состоит в том, что шина позволяет наращивать пропускную способность от 2,5 Гбит/с вплоть до 10 Гбайт/с (80 Гбит/с). Для сравнения отметим, что пропускная способность шины PCI-X c частотой 133 МГц составляет 1,06 Гбит/с.

Устройства внешней памяти.

Внешняя память (ВЗУ) предназначена для длительного хранения программ и данных, и целостность её содержимого не зависит от того, включен или выключен компьютер.

Одной из основных характеристик ВЗУ является общий объем хранимой информации, или емкость ВЗУ, обычно измеряемая в байтах.

Из-за большого различия быстродействия оперативной памяти и ВЗУ обращения к внешней памяти вызывают потери производительности ПК. Поэтому быстродействие ВЗУ является показателем не менее важным, чем его емкость.

Соответственно быстродействие ВЗУ определяется двумя показателями: временем доступа и скоростью передачи информации. Различают среднее и максимальное время доступа.

В связи с определенными техническими особенностями магнитных носителей информации, на них нельзя записать и с них нельзя считать отдельный байт. Запись и считывание информации могут производиться только группами байт строго определенного размера блоками.

Внешние ЗУ делятся на устройства с прямым и последовательным доступом.

В устройствах с прямым доступом, к которым относятся магнитные диски и барабаны, время доступа мало зависит от положения носителя относительно головки в момент обращения к ВЗУ, что достигается циклическим движением носителя с большой скоростью относительно головки.

В устройствах с последовательным доступом (ВЗУ на магнитных лентах) для поиска нужного участка носителя требуется последовательный просмотр записанной на носителе информации, для чего может потребоваться несколько минут.

Основные характеристики ВЗУ прямо зависят от плотности записи информации на носитель.

Поверхностная плотность записи информации является произведением продольной плотности записи на поперечную плотность записи.

Продольная плотность записи равна числу бит, записываемых на единицу длины дорожки (бит/мм, бит/см или бит/дюйм). Поперечная плотность записи равна числу дорожек, приходящихся на единицу длины в направлении, перпендикулярном движению носителя (дорожек/мм, дорожек/см или дорожек/дюйм). Поверхностная плотность записи, таким образом, измеряется числом бит на квадратный миллиметр, квадратный сантиметр или квадратный дюйм.

^ Допустимая продольная плотность записи зависит от характеристик магнитного носителя, зазора между носителем и головкой, конструкции головки, способа записи информации и других факторов.

Увеличения поперечной плотности записи можно достигнуть уменьшением ширины дорожки и расстояния между центрами дорожек. Минимальная ширина дорожки ограничена технологическими трудностями изготовления головок. При уменьшении расстояния между центрами дорожек увеличиваются перекрестные электромагнитные наводки в головках.

^ Скорость перемещения носителя влияет на такие важные характеристики ВЗУ, как время доступа и скорость передачи информации.

С увеличением этой скорости время доступа уменьшается, а скорость передачи информации увеличивается. В устройствах на жестких дисках для увеличения линейной скорости движения носителя применяется бесконтактная запись. Для обеспечения высокой плотности записи зазор между головками и поверхностью диска должен быть минимальным, однако этому препятствуют механические неточности изготовления дисков и температурные деформации.

Для уменьшения зазора используются различные аэродинамические эффекты, создающие между головками и диском воздушную подушку толщиной в несколько микрометров.

В отличие от оперативной памяти, внешняя память не имеет прямой связи с процессором. Для ускорения обмена с дисками широко применяется кэширование, принцип которого близок к принципу кэширования оперативной памяти. Точно так же кэширование диска позволяет за счет использования более быстрой электронной памяти, чем дисковая память, существенно увеличить среднюю скорость обмена с диском.

Особенно эффективно кэширование при оптимизации жесткого диска (его дефрагментации), когда каждый файл расположен в группе секторов, следующих друг за другом. Кэш-память диска обычно располагается на плате специального кэш-контроллера дисковода, и ее объем может достигать 16 Мбайт.

В состав внешней памяти компьютера входят:

• накопители на жёстких магнитных дисках;
  
• накопители на гибких магнитных дисках;
  
• накопители на компакт-дисках;
  
• накопители на магнито-оптических компакт-дисках;
  
• накопители на магнитной ленте (стримеры) и др.
  

Накопители на гибких магнитных дисках

^ Гибкий диск (англ. floppy disk), или дискета, — носитель небольшого объема информации, представляющий собой гибкий пластиковый диск в защитной оболочке. Используется для переноса данных с одного компьютера на другой и для распространения программного обеспечения.

Дискета состоит из круглой полимерной подложки, покрытой с обеих сторон магнитным окислом и помещенной в пластиковую упаковку, на внутреннюю поверхность которой нанесено очищающее покрытие. В упаковке сделаны с двух сторон радиальные прорези, через которые головки считывания/записи накопителя получают доступ к диску.

Способ записи двоичной информации на магнитной среде называется магнитным кодированием. Он заключается в том, что магнитные домены в среде выстраиваются вдоль дорожек в направлении приложенного магнитного поля своими северными и южными полюсами. Обычно устанавливается однозначное соответствие между двоичной информацией и ориентацией магнитных доменов.

Информация записывается по концентрическим дорожкам (трекам), которые делятся на секторы. Количество дорожек и секторов зависит от типа и формата дискеты. Сектор хранит минимальную порцию информации, которая может быть записана на диск или считана. Ёмкость сектора постоянна и составляет 512 байтов.

В настоящее время наибольшее распространение получили дискеты со следующими характеристиками: диаметр 3,5 дюйма (89 мм), ёмкость 1,44 Мбайт, число дорожек 80, количество секторов на дорожках 18.

Дискета устанавливается в накопитель на гибких магнитных дисках (англ. floppy-disk drive), автоматически в нем фиксируется, после чего механизм накопителя раскручивается до частоты вращения 360 мин^-1. В накопителе вращается сама дискета, магнитные головки перемещаются по радиусу. Дискета вращается только при обращении к ней. Накопитель связан с процессором через контроллер гибких дисков.

В последнее время появились трехдюймовые дискеты, которые могут хранить до 3 Гбайт информации. Они изготовливаются по новой технологии Nano2 и требуют специального оборудования для чтения и записи.

Накопители на жестких магнитных дисках

Если гибкие диски — это средство переноса данных между компьютерами, то жесткий диск — информационный склад компьютера.

^ Накопитель на жёстких магнитных дисках (англ. HDD — Hard Disk Drive) или винчестерский накопитель — это наиболее массовое запоминающее устройство большой ёмкости, в котором носителями информации являются круглые алюминиевые пластины — платтеры, обе поверхности которых покрыты слоем магнитного материала. Используется для постоянного хранения информации — программ и данных.

Как и у дискеты, рабочие поверхности платтеров разделены на кольцевые концентрические дорожки, а дорожки — на секторы. Головки считывания-записи вместе с их несущей конструкцией и дисками заключены в герметически закрытый корпус, называемый модулем данных. При установке модуля данных на дисковод он автоматически соединяется с системой, подкачивающей очищенный охлажденный воздух. Поверхность платтера имеет магнитное покрытие толщиной всего лишь в 1,1 мкм, а также слой смазки для предохранения головки от повреждения при опускании и подъёме на ходу. При вращении платтера над ним образуется воздушный слой, который обеспечивает воздушную подушку для зависания головки на высоте 0,5 мкм над поверхностью диска.

Винчестерские накопители имеют очень большую ёмкость: от 10 до 100 Гбайт. У современных моделей скорость вращения шпинделя (вращающего вала) обычно составляет 7200 об/мин, среднее время поиска данных 9 мс, средняя скорость передачи данных до 60 Мбайт/с. В отличие от дискеты, жесткий диск вращается непрерывно. Все современные накопители снабжаются встроенным кэшем (обычно 2 Мбайта), который существенно повышает их производительность. Винчестерский накопитель связан с процессором через контроллер жесткого диска.

Накопители на компакт-дисках

Здесь носителем информации является CD-ROM (Сompact Disk Read-Only Memory - компакт диск, из которого можно только читать).

CD-ROM представляет собой прозрачный полимерный диск диаметром 12 см и толщиной 1,2 мм, на одну сторону которого напылен светоотражающий слой алюминия, защищенный от повреждений слоем прозрачного лака. Толщина напыления составляет несколько десятитысячных долей миллиметра.

Информация на диске представляется в виде последовательности впадин (углублений в диске) и выступов (их уровень соответствует поверхности диска), расположеных на спиральной дорожке, выходящей из области вблизи оси диска. На каждом дюйме (2,54 см) по радиусу диска размещается 16 тысяч витков спиральной дорожки. Для сравнения — на поверхности жесткого диска на дюйме по радиусу помещается лишь несколько сотен дорожек. Емкость CD достигает 780 Мбайт.

Cчитывание информации с CD-ROM происходит с достаточно высокой скоростью, хотя и заметно меньшей, чем скорость работы накопителей на жестком диске. CD-ROM просты и удобны в работе, имеют низкую удельную стоимость хранения данных, практически не изнашиваются, не могут быть поражены вирусами, c них невозможно случайно стереть информацию.

В отличие от магнитных дисков, компакт-диски имеют не множество кольцевых дорожек, а одну — спиральную, как у грампластинок. В связи с этим, угловая скорость вращения диска не постоянна. Она линейно уменьшается в процессе продвижения читающей лазерной головки к краю диска.

Для работы с CD-ROM нужно подключить к компьютеру накопитель CD-ROM, преобразующий последовательность углублений и выступов на поверхности CD-ROM в последовательность двоичных сигналов. Для этого используется считывающая головка с микролазером и светодиодом. Глубина впадин на поверхности диска равна четверти длины волны лазерного света. Если в двух последовательных тактах считывания информации луч света лазерной головки переходит с выступа на дно впадины или обратно, разность длин путей света в этих тактах меняется на полуволну, что вызывает усиление или ослабление совместно попадающих на светодиод прямого и отраженного от диска света.

Если в последовательных тактах считывания длина пути света не меняется, то и состояние светодиода не меняется. Различная длина оптического пути луча света в двух последовательных тактах считывания информации соответствует двоичным единицам. Одинаковая длина соответствует двоичным нулям.



^ Профиль дорожки CD-ROM

На смену технологии СD-ROM идет технология цифровых видеодисков DVD. Эти диски имеют тот же размер, что и обычные CD, но вмещают до 17 Гбайт данных, т.е. по объему заменяют 20 стандартных дисков CD-ROM. Это достигается за счет уменьшения элементарной площади бита (увеличения плотности записи), использования обеих сторон диска и двух слоев на каждой стороне, сокращения служебной информации для коррекции ошибок. На таких дисках выпускаются мультимедийные игры и интерактивные видеофильмы отличного качества, позволяющие зрителю просматривать эпизоды под разными углами камеры, выбирать различные варианты окончания картины, знакомиться с биографиями снявшихся актеров, наслаждаться великолепным качеством звука.

Записывающие оптические и магнитооптические накопители

Записывающий накопитель CD-R (Compact Disk Recordable) способен, наряду с прочтением обычных компакт-дисков, записывать информацию на специальные оптические диски емкостью 650 Мбайт. В дисках CD-R отражающий слой выполнен из золотой пленки. Между этим слоем и поликарбонатной основой расположен регистрирующий слой из органического материала, темнеющего при нагревании. В процессе записи лазерный луч нагревает выбранные точки слоя, которые темнеют и перестают пропускать свет к отражающему слою, образуя участки, аналогичные впадинам.

Накопитель на магнито-оптических компакт-дисках СD-MO (Compact Disk — Magneto Optical). Диски СD-MO можно многократно использовать для записи. Ёмкость от 128 Мбайт до 2,6 Гбайт.

Накопители на магнитной ленте (стримеры) и накопители на сменных дисках

Стример (англ. tape streamer) — устройство для резервного копирования больших объёмов информации. В качестве носителя здесь применяются кассеты с магнитной лентой ёмкостью 1 — 2 Гбайта и больше.

Стримеры позволяют записать на небольшую кассету с магнитной лентой огромное количество информации. Встроенные в стример средства аппаратного сжатия позволяют автоматически уплотнять информацию перед её записью и восстанавливать после считывания, что увеличивает объём сохраняемой информации.

Недостатком стримеров является их сравнительно низкая скорость записи, поиска и считывания информации.


Перепрограммируемая постоянная память (Flash Memory) — энергонезависимая память, допускающая многократную перезапись своего содержимого. Стирание и запись во флэш-память происходит значительно медленнее, чем чтение.

Видеоконтрольные устройства: видео-карты и мониторы

Монитор (дисплей) - это стандартное устройство вывода, предназначенное для визуального отображения текстовых и графических данных. В зависимости от принципа действия, мониторы делятся на:

• мониторы с электронно-лучевой трубкой;
  
• дисплеи на жидких кристаллах.
  

По набору оттенков отображаемых цветов, мониторы делятся на цветные и черно-белые (монохромные). Монохромные мониторы дешевле, но не подходят для работы с операционной системой Windows. В цветных мониторах используют более сложные методы формирования изображения. В монохромных электронно-лучевых трубках существует одна электронная пушка, в цветных - три. Экран монохромной электронно-лучевой трубки покрыт люминофором одного цвета (с желтым, белым или зеленым излучением). Экран цветной электронно-лучевой трубки состоит из люминофорных триад (с красным, зеленым и синим излучением). Комбинации трех цветов предоставляет великое множество выходных оттенков.

Монитор с электронно-лучевой трубкой

Монитор с электронно-лучевой трубкой похож на телевизор. Электронно-лучевая трубка представляет собой электронно-вакуумное устройство в виде стеклянной колбы, в горловине которой находится электронная трубка, на дне - экран со слоем люминофора.

При нагревании, электронная пушка излучает поток электронов, которые с высокой скоростью двигаются к экрану. Поток электронов (электронный луч) проходит через фокусирующую и отклоняющую катушку, которая направляет его в определенную точку люминофорного покрытия экрана. Под действием электронов, люминофор излучает свет, который видит пользователь.

Люминофор характеризуется временем излучения после действия электронного потока. Электронный луч двигается довольно быстро, расчерчивая экран строками слева направо и сверху вниз. Во время развертки, то есть передвижения по экрану, луч влияет на те элементарные участки люминофорного покрытия, где может появиться изображение. Интенсивность луча постоянно изменяется, что обуславливает свечение соответствующих участков экрана. Поскольку, свечение исчезает очень быстро, электронный луч должен непрерывно пробегать по экрану, восстанавливая его.

Жидкокристаллические мониторы

Для изготовления ЖК-экранов используют так называемые нематические кристаллы, молекулы которых имеют форму палочек или вытянутых пластинок. Между двумя стеклами с прозрачными электродами находятся молекулы жидких кристаллов (слой вещества составляет приблизительно 5—10 мкм). В отсутствие электрического поля молекулы этого вещества образуют спирали, скрученные на 90 градусов (отсюда и их название Twisted). В результате такой ориентации молекул плоскость поляризации проходящего через ЖК-элемент света поворачивается примерно на этот же угол. Если на входе и выходе этого элемента поместить поляризаторы, смещенные относительно друг друга также на угол 90 градусов, то свет беспрепятственно может проходить через этот элемент.

Если же к прозрачным электродам приложено напряжение, спираль молекул распрямляется (они просто ориентируются вдоль поля). Поворота плоскости поляризации уже не происходит, и, как следствие, выходной поляризатор не пропускает свет.

Видеоадаптер представляет собой устройство сопряжения компьютера с видеомонитором и чаще всего выполняется в виде специальной платы расширения, вставляемой в системную шину или локальную шину компьютера. При этом изображение, формируемое на экране монитора, хранится в видеопамяти, входящей в состав видеоадаптера.

Сканер.

Сканеры считывают с бумаги, пленки или иных твердых носителей "аналоговые" тексты или изображения и преобразуют их в цифровой формат.

Оптическое разрешение сканеров колеблется - от 100 до 5000 точек/ дюйм, а скорость сканирования - от 1 - 2 до 80 стр/ мин. Сканеры разделяются на:

• ручные;
  
• листопротяжные;
  
• планшетные;
  
• барабанные.
  

Ручные сканеры обрабатывают полосы документа шириной около 10 см и представляют интерес прежде всего для владельцев мобильных ПК. Они медлительны, имеют низкие оптические разрешения (обычно 100 точек/ дюйм), часто обуславливают перекосы отсканированного изображения (что осложняет работу программ распознавания, которым к тому же приходится иметь дело со страницами А4, склеенными из нескольких фрагментов).

В листопротяжном сканере страницы документа в процессе чтения пропускаются через специальную щель с помощью направляющих роликов (последние зачастую становятся причиной перекоса изображения при вводе). Таким образом, сканеры этого типа непригодны для ввода журнальных или книжных данных. К листопротяжным сканерам отдельно предлагаются полезные устройства автоматической подачи документов.

Планшетные сканеры универсальны. Они напоминают верхнюю часть копировального аппарата: оригинал - либо бумажный документ, либо плоский предмет - кладется на специальное стекло, под которым перемещается каретка с оптикой и аналого-цифровым преобразователем. Планшетные сканеры пригодны как для качественного сканирования цветных изображений, так и для более или менее быстрого ввода текстовых документов. Помимо сканеров массового спроса выпускаются планшетные аппараты для полиграфии и скоростные офисные модели формата А4 . Планшетный сканер можно дополнительно оснастить устройством для работы со слайдами (коротко - слайдовую приставку) или автоподатчикомы документов.

Барабанные сканеры, по светочувствительности значительно превосходящие потребительские планшетные устройства, применяются исключительно в полиграфии, где требуется высококачественное воспроизведение профессиональных фотографий. Разрешение барабанных сканеров обычно составляет 3000 - 5000точек/ дюйм.

"Сердцем" большинства сканеров является светочувствительный компонент - строка ПЗС-элементов (ПЗС - прибор с зарядовой связью), превращающая "увиденный" свет в электрический ток. Аналоговые напряжения оцифровываются специальным преобразователем АЦП. ПЗС-строка и электроника оцифровки вместе с несколькими зеркалами, направляющими "взгляд" оптических устройств на сканируемый оригинал, помещаются в подвижной каретке черного цвета, которой управляет шаговый мотор.

Количество элементов ПЗС-строки определяет максимальную разрешающую способность сканера по горизонтали, а шаг мотора - физическое разрешение сканера по вертикали. Меньшие разрешения получаются в результате увеличения шага мотора и объединения нескольких ПЗС-точек в одну.

Увеличить разрешение можно лишь путем интерполяции, то есть вычисления дополнительных точек изображения по уже известным данным. Однако этот способ не дает новой фактической информации (ведь физическое разрешение осталось прежним), лишь добавляя некоторое количество данных, как говорится, взятых из воздуха.

Считываемые изображения сканер разлагает на отдельные точки, сообщая компьютеру цвет каждой. Точка, называющаяся пикселом (сокращенно от "picture element"), представляет собой мельчайший элемент отсканированной картинки и имеет свой оттенок. Для его записи необходимы три байта (24 бит) -по одному на каждый из основных RGB-компонентов (у многих современных сканеров глубина цвета составляет 30 или даже 36 бит).

Если картинка не подлежит увеличению, то достаточно считать ее с разрешением, равным аналогичному показателю устройства вывода: 96 точек/ дюйм для вывода на монитор; 50 - 200 точек/ дюйм для печати на лазерном, струйном аппарате или на принтере с термопереносом; 300 точек/ дюйм для офсетной печати.

Чтобы имелся резерв для обработки, изображения обычно сканируются с разрешением, вдвое превышающим необходимое.

Если масштаб картинки увеличивается, то во столько же раз нужно увеличить и разрешение сканирования, поэтому к аппарату, используемому для получения электронных копий небольших оригиналов - слайдов или негативов, предъявляются весьма высокие требования. В частности, чтобы считать 35-мм диапозитив и затем распечатать его в формате А4, следует просканировать его с оптическим разрешением по меньшей мере 1500 точек/ дюйм, а с учетом запаса для обработки - 3000 точек/дюйм.

Наряду с физической разрешающей способностью важным критерием оценки считается оптическая плотность, характеризующая способность сканера различать градации яркости оригинального изображения. У профессиональных аппаратов этот показатель равен 3,0 или выше.

Для домашнего применения и вообще "на все случаи жизни", пожалуй, лучше всего подойдет планшетный сканер с разрешением 600 точек/ дюйм или выше с ПО обработки изображений и распознавания текстов. При наличии слайдовой приставки возможностей аппарата с 600 точек/ дюйм вполне достаточно и для создания архива малоформатных диапозитивов или просмотра их на экране монитора.

Ассортимент планшетных сканеров для дома и малого офиса весьма широк: от неторопливых моделей с разрешением 300 dpi, подключаемых к параллельному порту (EpsonGT 5000, Microtek Phantom 4800 или Primax Direct 4800); SCSI-аппаратов с разрешением 600 точек/дюйм, например Genius ColorPage HR5 или MustekParagon 1200 SP; до высокопроизводительных устройств, таких как HP ScanJet 4с или 6100с.

Пользователю, занимающемуся обработкой фотографий, подойдет SCSI-устройство формата А4 или A3 с максимально точной цветопередачей, способное считывать небольшие фрагменты оригиналов. Физическое разрешение настольно-издательской модели должно составлять 600 - 1200 точек/ дюйм или более. Для обработки диапозитивов относительно большого размера, а также пленок дополнительно понадобится слайдовая приставка для просвечивания оригиналов. Сканеры этого класса выпускаются, в частности, фирмами AGFA и Umax. В комплект поставки издательских устройств обычно входят специальный пакет калибровки и слайдовая приставка.

Для ввода текстовых документов в офисе рекомендуется быстрый сканер, считывающий несколько страниц в минуту в черно-белом режиме или в серых полутонах, например HP ScanJet 5 или модели Fujitsu. Высокое разрешение, обуславливающее снижение скорости сканирования, не требуется и даже нежелательно. Зачастую сканеры этого класса оснащаются быстродействующими 100-Мбит/с сетевыми адаптерами типа 100VG/ 100BaseT. Если количество обрабатываемых страниц настолько велико, что человек не успевает закладывать документы в сканер, целесообразно приобрести автоподатчик документов - при условии, что программа распознавания символов поддерживает скоростной многостраничный ввод.

Принтеры

Печатающие устройства, или принтеры (от англ. printer), предназначены для вывода алфавитно-цифровой (текстовой) и графической информации на бумагу или подобный ей носитель.

^ Классификация выпускаемых для ПЭВМ принтеров по технологии печати.



Принтеры ударного типа характеризуются тем, что изображение на бумагу наносится механическим способом. Из них в ПЭВМ применяются устройства с литерной печатью (литерные принтеры) и точечно-матричные принтеры.

В безударных принтерах передвижение бумаги и печатающей головки по-прежнему осуществляется механическим способом, но для формирования изображения на бумаге используются немеханические принципы. Основные преимущества безударной технологии - высокая скорость печати и низкий уровень шума.

Принтеры подразделяются на устройства последовательного действия (печатают посимвольно), построчно печатающие устройства (выводят строки целиком) и постранично печатающие устройства (сразу формируют страницу).

Основными техническими характеристиками принтеров являются:

• принцип действия (в соответствии с только что рассмотренной классификацией);
  
• цветовые возможности (черно-белые или цветные принтеры);
  
• графические возможности или их отсутствие;
  
• разрешающая способность;
  
• качество печати, тесно связанное с предыдущим показателем и обобщающее его;
  
• скорость печати (быстродействие);
  
• стоимость.
  

Вместо быстродействия принтера лучше говорить о производительности печати, учитывающей не только собственно скорость печати, но и время выполнения других операций, в частности, время заправки бумаги. Некоторые модели принтеров осуществляют последнюю операцию автоматически.

Литерные принтеры- в больших ЭВМ используются высокоскоростные литерные печатающие устройства параллельного действия.

Последовательная литерная технология печати заимствована, по сути дела, у пишущих машинок. Она состоит в печати сформированными символами - литерами. При этом способе печати производится удар по бумаге литерой через красящую ленту, в результате чего на бумаге остается контур символа. Печатающие элементы (шрифтоносители), на которых размещены литеры всех печатных знаков, могут выполняться цилиндрическими (в виде барабана), шарообразными, лепестковыми (типа "ромашка"), ленточными или наперсткообразными (напоминающими волан для игры в бадминтон).

Литерные принтеры обладают высокой надежностью, обеспечивают типографское качество печати. Однако они имеют низкую скорость печати (10 - 60 символ/с), высокий уровень шума и характеризуются отсутствием графических возможностей. Цветовые возможности также ограниченны, однако в принципе реализуемы путем использования многоцветной ленты и ее смещения относительно шрифтоносителя.

Точечно-матричные принтеры

Основным узлом точечно-матричною принтера является печатающая головка, которая перемещается по специальным направляющим вдоль печатаемой на бумаге строки, "вырисовывая" выводимую информацию по точкам через красящую ленту. После печати строки бумага продвигается и описанный процесс повторяется.

Печатающая головка содержит несколько игл (штифтов), расположенных вертикально. Каждая игла управляется собственным электромагнитом. При необходимости отпечатать точку в ходе движения головки соответствующий электромагнит срабатывает, игла ударяет по красящей ленте и точка наносится на бумагу. Следовательно, принцип формирования изображений в точечно-матричных принтерах логически эквивалентен способу вывода информации на экран дисплея.

Принтеры рассматриваемого типа надежны, экономичны, просты в обслуживании, недороги и обладают достаточным быстродействием, приемлемым качеством печати, сравнительно невысоким уровнем шума, а также графическими возможностями. Цветная печать реализуется достаточно просто. Каждая строка цветного изображения формируется за четыре прохода печатающей головки с помощью поднятия или опускания кассеты с цветной лентой при каждом проходе, в результате чего иголки ударяют по полосе другого цвета на ленте.

Имеются также построчно-печатающие точечно-матричные принтеры, в которых иглы расположены равномерно вдоль всей строки печати, что существенно повышает быстродействие.

Струйные принтеры

Струйная технология печати состоит в том, что изображение наносится на бумагу путем "выстреливания" (под давлением) красителя из крохотного сопла. Одно или несколько сопел устанавливаются на печатающей головке, которая аналогично точечно-матричным принтерам в процессе работы устройства перемещается относительно бумаги.

Различают два основных типа струйных принтеров:

• с непрерывной подачей красителя;
  
• с капельным микродозатором.
  

В устройствах первого типа формируется непрерывный поток из маленьких капель, которые заряжаются и, пролетая через электрическое поле, отклоняются в вертикальной плоскости пропорционально их заряду. Горизонтальное отклонение обеспечивается перемещением печатающей головки. Капли, которые не должны делать точку на бумаге, отклоняются в специальный желоб, по которому краска возвращается в резервуар для последующего использования. Такой принцип используется для печатающих головок с несколькими вертикально расположенными соплами.

Принтеры второго типа (с капельным микро-дозатором) содержат матрицу или столбец вертикально расположенных сопел. При горизонтальном движении печатающей головки из сопел в нужные моменты времени "выстреливаются" капли, которые попадают на бумагу.

Принтеры с непрерывной подачей красителя, по сравнению с устройствами с капельным микро-дозатором, имеют большее быстродействие, но и являются более сложными.

Струйным принтерам присущи низкие уровень шума и энергопотребление, графические возможности, вполне доступная стоимость и достаточно высокое качество печати. Малая потребляемая мощность обеспечивает возможность их использования в портативных ПЭВМ с батарейным питанием.

Струйная технология печати порождает и ряд проблем, среди которых основной является проблема предотвращения засыхания чернил в соплах и одновременно с этим обеспечения быстрого их высыхания при попадании на бумагу. Она решается либо путем погружения сопел в резервуар с красителем, либо автоматизацией очистки сопел, либо благодаря использованию красителя, расплавляющегося при нагревании и затвердевающего при остывании.

Струйная технология является одним из основных видов получения высококачественной цветной печати. Для цветной печати, как правило, используются красители четырех цветов.

Термографические принтеры

Между принципом действия термографических и точечно-матричных принтеров можно провести вполне определенную параллель. Отличия состоят лишь в том, что для нанесения точек в первых принтерах используется свойство некоторых материалов изменять свой цвет при нагревании (или расплавляться), а вместо обычных металлических игл применяются тонкие нагреваемые электроды. Таким образом, в термографических принтерах для формирования изображения на бумаге используется не удар, а нагрев. Иногда эти устройства называют химическими принтерами, так как в них используется одноименная реакция, вызванная нагреванием.

Термографические печатающие устройства подразделяются на два типа:

• принтеры с прямым нагревом;
  
• принтеры с переносом.
  

В устройствах первого типа используется бумага со специальным химическим покрытием. Нагретый электрод непосредственно касается такой бумаги, и в результате химической реакции точка "проявляется", приобретая синий или черный цвет.

В принтерах второго типа используется специальная красящая лента, краситель которой, расплавляясь от касания нагретым электродом, переносится на бумагу отпечатывая точку.

Термографические принтеры почти бесшумны, просты по конструкции, недороги и, хотя обладают малым для большинства моделей быстродействием (40 - 80 символ/с), дают довольно высокое качество печати, естественно, предоставляя и графические возможности.

Электрофотографические (лазерные) принтеры

В основе большинства лазерных принтеров лежит электрофотографический принцип печати, заимствованный из ксерографии, где используется свойство фоточувствительных материалов изменять свой поверхностный заряд в зависимости от освещенности.

Лазерный принтер содержит вращающийся барабан (реже - ленту), покрытый фоточувствительным (светочувствительным) материалом. В исходном состоянии поверхность барабана электрически нейтральна или имеет электрический заряд, равномерно по ней распределенный (в зависимости от разновидности принтера). В процессе работы устройства при помощи сканирующего зеркала осуществляется растровая развертка луча от лазерного диода по поверхности барабана. После множества коротких вспышек этого диода, выполняемых в соответствии с выводимым изображением, на барабане засвечиваются все требуемые участки и изменяется их электрический заряд. После засветки на барабан наносится порошок определенного цвета, называемый тонером, частицы которого обладают заданным электрическим зарядом. В результате электростатического взаимодействия частицы тонера прилипают к барабану только в тех местах, которые были освещены или не были освещены, что зависит от системы окрашивания (разновидности принтера). Затем рисунок переносится на бумагу путем ее прижима к барабану и последующего приложения электрического поля. Наконец, тонер фиксируется на бумаге (чаще всего разогретым валиком). Иногда фиксация осуществляется вследствие воздействия паров какого-либо растворителя.

Лазерные принтеры отличаются высокими быстродействием, разрешающей способностью и соответственно качеством печати, а также великолепными графическими возможностями и низким уровнем шума.

Для вывода цветного изображения достаточно пропустить через лазерный принтер одну и ту же страницу четыре раза, обеспечив смену тонера, чтобы разные области страницы получили бирюзовый, ярко-красный, желтый и черный цвета.

Электростатические принтеры

Технология электростатической печати является близкой родственницей электрофотографии и разработана сотрудниками фирмы Delphax Systems.

Вместо источника света и сложной оптики с подвижными частями для переноса изображения на барабан в электростатических принтерах используется принцип ионного осаждения (электронная печать). Он реализуется за счет того, что над барабаном устанавливается управляющий электрод, а между ними - сменная кассета для ионного осаждения. Барабан и кассета, в свою очередь, разделены экранирующим электродом с отверстиями, который воздействует на ионы в качестве удерживающего и фокусирующего элемента. При приложении к барабану и управляющему электроду напряжения между ними возникает коронный разряд, в результате чего ионы, "хранящиеся" в кассете, ускоряются и переносятся через экранирующий электрод на барабан. Потенциал же экранирующего электрода управляет засветкой барабана в соответствии с выводимым изображением. Далее процесс печати повторяет технологию, реализованную в лазерном принтере.

Из-за отсутствия подвижных деталей электростатические принтеры обладают большей надежностью и долговечностью.

В среднем электростатические принтеры обладают быстродействием 20 - 40 страница/мин. (выше, чем у лазерных) и есть резервы его увеличения до 200 - 300 страница/мин. Их стоимость колеблется в пределах 15 - 48 тыс. долл.

Электрочувствительные принтеры

В электрочувствительном печатающем устройстве изображение формируется в результате протекания тока по поверхности специальной бумаги. В наиболее распространенной конструкции используется бумага с цветным покрытием, поверх которой наносится тонкая алюминиевая пленка, придающая листу бумаги белый цвет. Печать производится аналогично точечно-матричным принтерам с помощью ряда игл, к которым приложено напряжение. При касании иглами алюминиевой пленки по ней протекает ток и локально испаряет ее участки. Через образующиеся отверстия в пленке становится видна подложка (покрытие бумаги, обычно темного цвета), за счет чего и "проявляется" изображение. Существуют как принтеры последовательного действия, так и построчно печатающие устройства данного типа.

Благодаря малым размерам электрочувствительные устройства могут встраиваться в дисплеи и использоваться в портативных ПЭВМ.

Магнитографические принтеры

Магнитография в какой-то мере аналогична электрофотографии и электростатике, но в ней используется магнитная запись. Барабан имеет магнитное покрытие, а над ним располагаются магнитные головки, которые записывают на этот барабан "невидимое" изображение. Тонер обладает ферромагнитными и термопластическими свойствами. После намагничивания барабана тонер переносится на него, "прилипая" к определенным его областям. Проявленное таким образом изображение закрепляется на бумаге путем теплового плавления.

Уникальность данной технологии в том, что она позволяет воспроизводить копии одного и того же изображения без его регенерации на барабане.

Быстродействие от 10 - 14 страница/мин до 50 и 90 страница/мин.


^

1.1Контрольные вопросы

1. Что такое внешняя память? Какие разновидности внешней памяти вы знаете?
   
2. Что такое жесткий диск? Для чего он предназначен? Какую емкость имеют современные винчестеры?
   
3. Каким образом осуществляются операции чтения и записи в НЖМД?
   
4. В чем состоит операция форматирования магнитных дисков?
   
5. Какие есть типы стандартных дисковых интерфейсов?
   
6. Какие параметры влияют на быстродействие винчестера? Каким образом?
   
7. Что такое флоппи-диск? Что общее и различное между ним и жестким диском?
   
8. Каких правил следует придерживаться во время пользования дискетой?
   
9. Какие вы знаете разновидности накопителей на оптических дисках? Чем они различаются между собою?
   
10. Каким образом происходит считывание информации с компакт-дисков?
    
11. В чем измеряется скорость передачи данных в накопителях на оптических носителях?