Аппаратная реализация ПК 2 страница

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.

Cегодня почти все персональные компьютеры имеют накопитель CD-ROM. Но многие мультимедийные интерактивные программы слишком велики, чтобы поместиться на одном CD. На смену технологии СD-ROM стремительно 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. На таких дисках выпускаются мультимедийныеигры 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.

Наряду с CD-ROM существуют следующие устройства.

Записывающий накопитель CD-R (Compact Disk Recordable) способен, наряду с прочтением обычных компакт-дисков, записывать информацию однократно 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. Накопители CD-R, благодаря сильному удешевлению, приобретают все большее распространение. Существуют также устройства многократной записи CD-RW.

Рис. 7.14. Накопитель CD-MO

Накопитель на магнито-оптических компакт-дисках СD-MO (Compact Disk — Magneto Optical) (рис. 7.14). Диски СD-MO можно многократно использовать для записи. Ёмкость от 128 Мбайт до 2,6 Гбайт.

Накопители на магнитной ленте (стримеры)

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.

Порты

Подключение к ПК внешних устройств (монитора, мыши, клавиатуры, принтера, модема и т.д.) выполняется через специальные интерфейсы, то есть устройства сопряжения. Соответствующие разъемы для подключения располагаются на задней стенке системного блока.

Существуют последовательные и параллельные порты, которые различаются способом передачи данных. Для последовательного порта характера последовательная во времени передача данных (бит за битом), а для параллельного –– одновременная передача нескольких битов (порции по 8 битов, то есть по одному байту).

Через последовательные порты к системному блоку подключаются мышь, джойстик, модем и другие периферийные устройства. Обозначается последовательный порт как COM (COMmunication port). Если в компьютере имеется несколько последовательных портов, то они имеют имена от COM1 до COM4. Поскольку последовательная передача данных применяется при обмене информацией на больших расстояниях, COM-порты могут использоваться для связи с удаленным принтером или с каким-либо другим устройством.

Параллельные порты в IBM-совместимом компьютере служат обычно для подключения принтера. Поэтому этот порт называют также принтер-портом и обозначают как LTP (Line PrinTer –– линия принтера). В некоторых случаях параллельный порт может использоваться для подключения сканера и плоттера.

Устройства ввода

Наиболее универсальным устройством ввода информации является клавиатура. Клавиатура позволяет вводить числовую и текстовую информацию, кроме того, с помощью клавиатуры пользователь может управлять работой компьютера. К устройства ввода относятся также манипуляторы типа мышь, трекболы и джойстики. Точный ввод рисунков и чертежей можно выполнять с помощью дигитайзеров. Для оптического считывания изображений и преобразования в цифровой код используются сканеры. Последние годы все большее распространение получают видеокамеры и фотоаппараты. Для ввода звуковой информации используется микрофон, который подключается к входу звуковой платы. Чтобы работать с тем или иным внешним устройством ввода-вывода, необходима специальная программа, называемая драйвером.

Драйвер –– это программа, управляющая работой устройства. После первого подключения устройства к ПК нужно выполнить установку соответствующего драйвера.

Клавиатура

Клавиатура компьютера — устройство для ввода информации в компьютер и подачи управляющих сигналов. Содержит стандартный набор клавиш печатной машинки и некоторые дополнительные клавиши — управляющие и функциональные клавиши, клавиши управления курсором и малую цифровую клавиатуру (рис. 7.15).

Все символы, набираемые на клавиатуре, немедленно отображаются на мониторе в позиции курсора (курсор — светящийся символ на экране монитора, указывающий позицию, на которой будет отображаться следующий вводимый с клавиатуры знак).

Клавиатура имеет 12 функциональных клавиш, расположенных вдоль верхнего края. Нажатие функциональной клавиши приводит к посылке в компьютер не одного символа, а целой совокупности символов. Функциональные клавиши могут программироваться пользователем. Например, во многих программах для получения помощи (подсказки) задействована клавиша F1, а для выхода из программы — клавиша F10.

    Рис. 7.15. Клавиатура компьютера

Управляющие клавиши имеют следующее назначение:

Enter — клавиша ввода;

Esc (Escape — выход) –– клавиша для отмены каких-либо действий, выхода из программы, из меню и т.п.;

Ctrl и Alt — эти клавиши самостоятельного значения не имеют, но при нажатии совместно с другими управляющими клавишами изменяют их действие;

Shift (регистр) — обеспечивает смену регистра клавиш (верхнего на нижний и наоборот);

Insert (вставлять) — переключает режимы вставки (новые cимволы вводятся посреди уже набранных, раздвигая их) и замены (старые символы замещаются новыми);

Delete (удалять) — удаляет символ с позиции курсора;

Back Space или — удаляет символ перед курсором;

Home и End — обеспечивают перемещение курсора в первую и последнюю позицию строки, соответственно;

Page Up и Page Down — обеспечивают перемещение по тексту на одну страницу (один экран) назад и вперед, соответственно;

Tab — клавиша табуляции обеспечивает перемещение курсора вправо сразу на несколько позиций до очередной позиции табуляции;

Caps Lock — фиксирует верхний регистр, обеспечивает ввод прописных букв вместо строчных;

Print Screen — обеспечивает печать информации, видимой в текущий момент на экране;

Длинная нижняя клавиша без названия — предназначена для ввода пробелов;

Клавиши , , и служат для перемещения курсора вверх, вниз, влево и вправо на одну позицию или строку.

Малая цифровая клавиатура используется в двух режимах — ввода чисел и управления курсором. Переключение этих режимов осуществляется клавишей Num Lock.

Клавиатура содержит встроенный микроконтроллер (местное устройство управления), который выполняет следующие функции:

– последовательно опрашивает клавиши, считывая введенный сигнал и вырабатывая двоичный скан-код клавиши;

– управляет световыми индикаторами клавиатуры;

– проводит внутреннюю диагностику неисправностей;

– осуществляет взаимодействие с центральным процессором через порт ввода-вывода клавиатуры.

Клавиатура имеет встроенный буфер — промежуточную память малого размера, куда помещаются введённые символы. В случае переполнения буфера нажатие клавиши будет сопровождаться звуковым сигналом — это означает, что символ не введён (отвергнут). Работу клавиатуры поддерживают специальные программы, "зашитые" в BIOS, а также драйвер клавиатуры, который обеспечивает возможность ввода русских букв, управление скоростью работы клавиатуры и др.

Манипуляторы

Манипуляторы (мышь, джойстик и др.) — это специальные устройства, которые используются для управления курсором.

Рис. 7.17. Мышь

Рис. 7.18. Джойстик

Рис. 7.19. Трекбол

Мышь имеет вид небольшой коробки, полностью умещающейся на ладони (рис. 7.17). Мышь связана с компьютером кабелем через специальный блок — адаптер, и её движения преобразуются в соответствующие перемещения курсора по экрану дисплея. В верхней части устройства расположены управляющие кнопки (обычно их три), позволяющие задавать начало и конец движения, осуществлять выбор меню и т.п. Подключается мышь к компьютеру через последовательный порт.

Джойстик — обычно это стержень-ручка, отклонение которой от вертикального положения приводит к передвижению курсора в соответствующем направлении по экрану монитора (рис. 7.18). Часто применяется в компьютерных играх. В некоторых моделях в джойстик монтируется датчик давления. В этом

случае, чем сильнее пользователь нажимает на ручку, тем быстрее движется курсор по экрану дисплея.

Трекбол — небольшая коробка с шариком, встроенным в верхнюю часть корпуса (рис. 7.19). Пользователь рукой вращает шарик и перемещает, соответственно, курсор. В отличие от мыши, трекбол не требует свободного пространства около компьютера, его можно встроить в корпус машины.

Дигитайзер — устройство для преобразования готовых изображений (чертежей, карт) в цифровую форму. Представляет собой плоскую панель — планшет, располагаемую на столе, и специальный инструмент — перо, с помощью которого указывается позиция на планшете. При перемещении пера по планшету фиксируются его координаты в близко расположенных точках, которые затем преобразуются в компьютере в требуемые единицы измерения.

Сканеры

Сканер — устройство для ввода в компьютер графических изображений. Создает оцифрованное изображение документа и помещает его в память компьютера.

Если принтеры выводят информацию из компьютера, то сканеры, наоборот, переносят информацию с бумажных документов в память компьютера. Существуют ручные сканеры, которые прокатывают по поверхности документа рукой, и планшетные сканеры(рис. 7.20 ), по внешнему виду напоминающие копировальные машины, а также барабанные сканеры.

Рис. 7.20. Планшетный сканер

Если при помощи сканера вводится текст, компьютер воспринимает его как картинку, а не как последовательность символов. Для преобразования такого графического текста в обычный символьный формат используют программы оптического распознавания образов. Современные сканеры позволяют распознавать миллиарды цветовых оттенков.

Способность сканера различать цвета называется глубиной распознавания цвета. Изменяется глубина распознавания в битах, например, черно-белые сканеры являются 1-битными. Сканеры 24-битные (обычно, планшетные и барабанные) распознают 16,7 миллиона возможных цветов, а 32-битные сканеры –– 4,3 миллиарда цветов. Указанная связь между количеством распознаваемых цветов и глубиной цвета обусловлена тем, что изображение в сканере представляется в виде набора точек –– пикселов, каждый из которых имеет свой цвет.

Максимальная плотность точек, которую способен различить сканер, называется разрешающей способностью сканера.

Измеряется разрешающая способность в единицах dpi. Первые модели сканеров имели разрешающую способность 200–300 dpi. Для современных планшетных сканеров эта величина составляет 600–1200 dpi и более, для сканеров барабанного типа она может быть 8000 dpi и выше.

Сканер в результате считывания документа формирует файл графического формата (например, BMP, TIFF, JPEG). Если исходный документ содержал текст, то файл, полученный в результате сканирования, не может быть прочитан программой текстового редактора. Необходимо выполнить преобразование файла в текстовый формат. Для этого существуют специальные программы, называемые программами оптического распознавания текста.

Сканеры применяются при работе с большими массивами текстовых документов, они независимы в деятельности художников и дизайнеров. Широкое применение сканеры находят в издательской деятельности.

Устройства вывода

Монитор

Рис. 7.21. Монитор

Основным устройством вывода информации в ПК является монитор (рис. 7.21). Монитор служит для отображения на экране графической и символьной информации. В подавляющем большинстве ПК используются мониторы на отображения информации применяются экраны на жидких кристаллах.

Принцип работы ЭЛТ заключается в следующем. В ЭЛТ имеется прозрачный экран, на внутреннюю поверхность которого нанесено люминофорное покрытие. Люминофор может светиться при попадании на него пучка свободных электронов. Электронная пушка излучает поток электронов, который проходит через отклоняющиеся электроды. Эти электроды могут изменять направление электронов и интенсивность их потока. В результате падения электронов на экран подсвечиваются с нужной интенсивностью определенные точки люминофора. Так формируется изображение на экране.

Электронный луч в ЭЛТ высвечивает на экране последовательно строку за строкой. Этот процесс прохождения электронного луча называется строчной разверткой, а набор строк, проходимых электронным лучом, –– растром. Чем ближе расположены строки растра, тем четче и качественнее получаемое изображение. Однако строки не могут размещаться ближе, чем расстояние между соседними точками люминофора. Для характеристики качества изображения на экране монитора вводят разрешающую способность.

Разрешающая способность –– это число точек изображения, которые воспроизводятся по горизонтали и вертикали.

Например, значение разрешающей способности 640 х 480 отвечает 640 строкам растра, каждая из которых состоит из 480 точек. Возможны и другие стандартные значения разрешающей способности, например, 800 х 600, 1024 х 768.

Размер экрана характеризуется длиной его диагонали, которая обычно выражается в дюймах: 9¢, 14¢, 15¢, 17¢, 19¢, 20¢, 21¢ и др. Мониторы с небольшим экраном (до 15¢ включительно) используются для целей обучения, а также в домашних и некоторых офисных компьютерах. Для работы с графическими, издательскими системами требуется размер экрана не менее 17¢, а желателен 21¢.

Поскольку люминофор плотно заполняет всю поверхность экрана, расстояние между точками люминофора примерно равно размеру точки. Размер точки люминофора в современных мониторах колеблется от 0,21 до 0,28 мкм. Чем меньше размер точки, тем более качественное изображение получается на экране.

Мониторы бывают черно - белые (монохромные) и цветные. В случае цветного монитора имеется уже не одна, а три электронные пушки, каждая из которых управляется своей системой электродов. На поверхность экрана нанесен люминофор из трех базовых цветов (красного, зеленого и синего), из которых формируется цветное изображение. Каждая из пушек «стреляет» только по точкам люминофора своего цвета. Свечение трех соседних точек разного цвета приводит к зрительному смешению трех базовых цветов.

Жидкокристаллические мониторы

Все шире используются наряду с традиционными ЭЛТ-мониторами. Жидкие кристаллы (рис. 7.22) — это особое состояние некоторых органических веществ, в котором они обладают текучестью и свойством образовывать пространственные структуры, подобные кристаллическим. Жидкие кристаллы могут изменять свою структуру и светооптические свойства под действием электрического напряжения. Меняя с помощью электрического поля ориентацию групп кристаллов и используя введённые в жидкокристаллический раствор вещества, способные излучать свет под воздействием электрического поля, можно создать высококачественные изображения, передающие более 15 миллионов цветовых оттенков.

Рис. 7.22. Жидкокрис- таллический монитор

Большинство ЖК-мониторов использует тонкую плёнку из жидких кристаллов, помещённую между двумя стеклянными пластинами. Заряды передаются через так называемую пассивную матрицу — сетку невидимых нитей, горизонтальных и вертикальных, создавая в месте пересечения нитей точку изображения (несколько размытого из-за того, что заряды проникают в соседние области жидкости).

Активные матрицы вместо нитей используют прозрачный экран из транзисторов и обеспечивают яркое, практически не имеющее искажений изображение. Экран при этом разделен на независимые ячейки, каждая из которых состоит из четырех частей (для трёх основных цветов и одна резервная). Количество таких ячеек по широте и высоте экрана называют разрешением экрана. Современные ЖК-мониторы имеют разрешение 642х480, 1280х1024 или 1024х768. Таким образом, экран имеет от 1 до 5 млн. точек, каждая из которых управляется собственным транзистором. По компактности такие мониторы не знают себе равных. Они занимают в 2–3 раза меньше места, чем мониторы с ЭЛТ и во столько же раз легче; потребляют гораздо меньше электроэнергии и не излучают электромагнитных волн, воздействующих на здоровье людей.

Сенсорный экран

Общение с компьютером осуществляется путём прикосновения пальцем к определённому месту чувствительного экрана. Этим выбирается необходимый

Рис. 7.23. Сенсорный экран

режим из меню, показанного на экране монитора. (Меню — это выведенный на экран монитора список различных вариантов работы компьютера, по которому можно сделать конкретный выбор.) Сенсорными экранами (рис. 7.23) оборудуют рабочие места операторов и диспетчеров, их используют винформационно-справочных системах и т.д.

Видеоадаптер

Изображение, которое появляется на экране монитора, определяется видеосигналом, который поступает в монитор от специального устройства, называемое видеоадаптером. Видеоадаптер представляет собой, как правило, отдельную плату, которая вставляется в соответствующий размер на материнской плате. Команды по формированию изображения поступают от микропроцессора в видеоадаптер, где согласно этим командам конструируется изображение. Это изображение заносится во внутреннюю память видеоадаптера, называемую видеопамятью. На основе содержимого видеопамяти формируется выходной сигнал видеоадаптера (видеосигнал), который подается в монитор.

Изображение на экране должно периодически обновляться (более 70 раз в секунду). Поэтому в схему ПК введена видеопамять, которая хранит данные о предыдущем изображении, что особенно полезно в случае неподвижных или медленно меняющихся картинок на экране. Емкость видеопамяти в современных ПК составляет не менее 1 Мбайт, но может достигать 16 Мбайт и более. Видеопамять является оперативной памятью и входит в общий ресурс памяти ПК, хотя физически она расположена на плате видеоадаптера.

Одной из разработок фирмы IBM был улучшенный графический адаптер (Enhanced Graphics Adapter, или сокращенно EGA). Этот адаптер, появившийся в 1984 г., мог одновременно воспроизводить 16 цветов из палитры в 64 цвета. Дальнейшее усовершенствование EGA выразилось в появлении новой модели VGA (Video Graphics Array). Этот видеоадаптер хорошо совмещался с предшествующими моделями и позволял добиться одновременного воспроизведения 256 цветов из 4096 возможных и разрешающей способности 640х480.

Когда стало ясно, что стандарт VGA себя исчерпал, большинство независимых фирм-разработчиков принялись его улучшать. Результатом стало появление видеоадаптеров SVGA (что означает Super VGA). Новые SVGA-адаптеры позволяли достичь разрешающей способности 1024х768. В видеоадаптерах SVGA возможно воспроизведение до 16,7 миллиона цветов.

Принтеры

Наиболее популярными устройствами для вывода информации на бумагу являются принтеры. Эти устройства позволяют выводить при печати как символьную (тексты, числа), так и графическую (рисунки, диаграммы, графики) информацию. Все знаки, выводимые принтером на печать, представляются в виде набора отдельных точек. Способ нанесения этих точек на бумагу зависит от конструкции принтера. Возможны различные классификации принтеров:

– по последовательности печати (посимвольные, построчные, постраничные);

– по количеству воспроизводимых цветов (черно-белые, цветные);

– по способу действия;

– по способу получения изображения на бумаге (матричные, струйные, лазерные, светодиодные, термические и др.).

Матричные принтеры –– это принтеры, которые первыми начали применяться в IBM PC-совместимых компьютерах. Они являются ударными печатающими устройствами. В них имеется печатающая головка с выдвигающимися иголочками. Между головкой и бумагой располагается красящая лента. Когда работает принтер, в головке выдвигаются нужные иголки. Они ударяются по бумаге через красящую ленту, и на бумаге остается след или оттиск. Чем больше иголок в печатающей головке, тем выше качество изображения. Головка принтера может быть оснащена 9, 18 или 24 иголками. Эти принтеры являются наиболее дешевыми, однако они обладают невысокой скоростью работы, дают низкое качество оттиска и производят значительный шум при печати. Скорость печати матричных принтеров –– 5–6 минут на одну страницу.

Струйные принтеры генерируют символы в виде последовательности чернильных точек. Печатающая головка принтера имеет крошечные сопла, через которые на страницу выбрызгиваются быстросохнущие чернила.

Эти принтеры требовательны к качеству бумаги. Цветные струйные принтеры создают цвета, комбинируя чернила четырех основных цветов — ярко-голубого, пурпурного, желтого и черного. Скорость печати –– 4–8 страниц в 1 минуту.

Лазерные принтеры (рис. 7.25) позволяют получить наибольшее качество оттиска, черно-белого или цветного, поэтому эти принтеры широко используются в издательском деле. Принцип создания изображения с помощью лазерного принтера следующий. Луч лазера, управляемый компьютером, производит электризацию поверхности барабана, имеющегося в лазерном принтере. К заряженным участкам барабана прилипают частички сухого красящего порошка –– тонера. Когда через принтер пропускается лист бумаги, частички тонера переносятся с барабана на него. В результате получается оттиск высокого качества. Лазерные принтеры обладают высокой скоростью печати (десять и более страниц в минуту) и не требуют использования специальной бумаги.

Рис. 7.25. Лазерный притер

Благодаря скоростным качествам лазерные принтеры широко используются в качестве сетевых принтеров. Одной из основных характеристик лазерных принтеров является разрешающая способность –– это количество печатаемых точек на единицу длины. Для лазерных принтеров обычным разрешением является 600 dpi, но некоторые модели позволяют достичь и более высоких разрешений. Цветные лазерные принтеры пока очень дороги. Скорость печати –– 20 и более листов в 1 минуту.

Дата добавления: 2014-11-20