Периферийные устройства ЭВМ

Клавиатура

Клавиатура - это одно из основных устройств ввода в ЭВМ, позволяющее вводить различные виды информации. Вид вводимой информации определяется программой, интерпретирующей нажатые или отпущенные клавиши. С помощью клавиатуры можно вводить любые символы: от букв и цифр до иероглифов и знаков музыкальной нотации. Клавиатура позволяет управлять курсором на экране дисплея - устанавливать его в нуж­ную точку экрана, перемещать по экрану, «прокручивать» экран в режиме скроллинга, отправлять содержимое экрана на принтер, производить выбор при наличии альтерна­тивных вариантов и т.д.

В последнее время наблюдаются тенденции отказа от клавиатуры в пользу альтер­нативных устройств: мыши, речевого ввода, сканеров. Но полностью эти устройства кла­виатуру не заменяют.

Стандартная клавиатура IBM PC имеет несколько групп клавиш:

1) Алфавитно-цифровые и знаковые клавиши (с латинскими и русскими буквами, цифрами, знаками пунктуации, математическими знаками).

2) Специальные клавиши: Esc, Tab, Enter, BackSpace.

3) Функциональные клавиши: (F1, F2 и т.д.).

4) Служебные клавиши для управления перемещением курсора (стрелки: Up, Down, Left, Right, клавиши Home, End, PgUp, PgDn и клавиша 5, иногда обозначаемая значком «[]»в центре дополнительной цифровой клавиатуры).

5) Служебные клавиши для управления редактированием: Ins, Del.

6) Служебные клавиши для смены регистров и модификации кодов других клавиш:

Alt, Ctrl, Shift.

7) Служебные клавиши для фиксации регистров: CapsLock, Scroll-Lock, NumLock.

8) Разные вспомогательные клавиши: PrtSc, Break, Grey +, Grey -.

Устройство клавиатуры не является простым: в клавиатуре используется свой мик­ропроцессор, работающий по прошитой в ПЗУ программе. Контроллер клавиатуры по­стоянно опрашивает клавиши, определяет, какие из них нажаты, проводит контроль на «дребезг», и выдает код нажатой или отпущенной клавиши в системный блок ЭВМ.

Принтеры

Принтеры - это внешние устройства ЭВМ, предназначенные для вывода информации на твердый носитель в символьном или графическом виде. Классификация принтеров может быть проведена по следующим критериям: по способу вывода, по принципу формирования изображения, по способу регистрации и по принципу управления процессом печати.

По способу вывода изображенияпринтеры делятся на две группы: символьные и графические. Символьные принтеры могут выводить информацию в виде отдельных сим­волов по мере их поступления в печатающее устройство (ПУ). При этом за один цикл печати формируется один знак (посимвольные ПУ). В построчных ПУ вывод на печать осуществля­ется только после заполнения буферного ЗУ, которое по емкости равно одной строке. По­страничные ПУ за один цикл печати формируют и распечатывают целую страницу.

Графические ПУ выводят информацию не целыми символами, а отдельными точ­ками или линиями. Количество точек на единицу длины определяет разрешающую спо­собность принтера, которая имеет разную величину в зависимости от направления: по горизонтали и по вертикали. В принтерах этого типа каждая точка имеет свои координа­ты, которые являются адресом этой точки.

По способу регистрации изображенияПУ делятся на ударные и безударные.

ПУ ударного действия формируют изображение на бумаге, сжимая с помощью уда­ра на короткий промежуток времени рельефное изображение символа или его части, красящей ленты и бумаги. Иногда краска наносится на поверхность литеры, красящая лента в этом случае отсутствует.

Существуют принтеры, использующие ударочувствительную бумагу, цвет которой из­меняется за счет механического воздействия на нее без дополнительного нанесения краски.

ПУ безударного действия характеризуются тем, что изображение на бумагу наносится через промежуточный носитель, чувствительный к электрическому воздействию, к элек­тростатическому полю, к магнитному полю и др. Обычно промежуточный носитель ис­полняется в виде барабана. Изображение на него наносится лазерным лучом, с помощью магнитных головок и др. Затем изображение на промежуточном носителе проявляется - на поверхность барабана наносится смесь сухого красителя с порошком, «прилипающим» к зафиксированному на барабане изображению (например, если изображение наносилось на барабан магнитным полем, в качестве порошка используются мелкие металлические опилки). После этого к барабану «прикатывается» чистый лист бумаги, на который пере­носится краситель с барабана. Лист с накатанным на него красителем подвергается термо­обработке - нагревается до расплавления красителя, который в жидком виде проникает в поры бумаги и хорошо закрепляется на ней. После расплавления красителя отдельные точки сливаются в единое целое, поэтому качество изображения получается высоким. Раз­решающая способность таких принтеров очень высока. Например, лазерные принтеры Lazerjet IV обеспечивали 300-600 точек на дюйм. Матричные принтеры такую разрешаю­щую способность обеспечить не могут. Скорость печати у лазерных принтеров составляет 4-10 страниц в минуту при монохромной печати и 2-6 стр/мин при цветной печати.

Устройства управления курсором включают в себя световое перо, мышь, джой­стик, и др. Они используются для перемещения курсора по экрану и для отметки по­зиции, в которой находится курсор.

Световое перо - это стержень, в торце которого находится приемник светового из­лучения (например, фотодиод), который фиксирует яркость точки, находящейся напро­тив него на экране. На стержне есть кнопка, нажатие которой является сигналом для счи­тывания яркости точки экрана, к которой прижато перо. Нажатие на кнопку происходит значительно медленнее, чем движение луча по экрану: он успевает «засветить» считы­ваемую точку. Вспышка на экране фиксируется фотодиодом и через кабель поступает в ЭВМ, которая сопоставляет момент возникновения вспышки с текущими координатами электронного луча.

Джойстик работает по принципу мыши. Конструктивно он представляет собой не­подвижную коробочку, связанную кабелем с ЭВМ, из которой выступает ручка с одной или несколькими кнопками. Перемещение ручки относительно коробочки приводит к изме­нению углов поворота потенциометров. Так же, как и мыши, джойстики бывают аналого­вые и дискретные. Функциональные возможности у них те же, что и у светового пера.

Сканеры- это устройства ввода в ЭВМ графической информации. Введенная ин­формация представляется в ЭВМ в виде цветных точек различной интенсивности. При вводе текста, он так же отображается в графическом виде. Для обработки его текстовым редактором необходимо преобразование введенного текста из графического в символь­ный вид, что связано с выполнением операции распознавания, в результате которой в па­мяти ЭВМ сохраняется не графическое изображение введенных символов, а их коды (ASCII, Windows1251, Windows1252 или др.). Распознавание введенных графических объ­ектов осуществляется программами, например такими, как Fine Reader.

Устройства ввода акустических сигналов делятся на устройства ввода музыкаль­ных произведений, звуковых эффектов и речи. Для ввода акустических сигналов любого типа необходимо, чтобы ЭВМ была оснащена звуковой картой. Для ввода звуковых эф­фектов и речи используются микрофон или магнитофон. Музыкальные произведения могут вводиться с магнитофона, через специальный интерфейс с MIDI-устройств или с клавиатуры ЭВМ. Звуковые эффекты могут создаваться программным путем.

Цифровые фотокамеры своим появлением резко изменили технологию фотогра­фии. Цифровая фотокамера - это обычный фотоаппарат, в котором вместо фотопленки используется электронное устройство. Как и фотоаппараты, цифровые фотокамеры имеют объектив, затвор и диафрагму, используемые для регулировки количества света, попадающего на светочувствительный материал.

Отличительной особенностью цифровых фотокамер является наличие CCD-матрицы, выполняющей функцию фотопленки. CCD-матрица преобразует падающий на нее свет в аналоговый электрический сигнал. Встроенный аналого-цифровой преобразо­ватель (АЦП) конвертирует его в цифровую форму. Оцифрованное изображение сохра­няется в запоминающем устройстве фотокамеры (в памяти).

Память цифровых фотокамер может быть встроенной или выполненной на смен­ных элементах. В качестве сменных элементов используется карты «PC-card ATA Flash», «SmartMedia», «CompactFlash», «Kodak Picture Card» и др

Цифровые видеокамеры отличаются от аналоговых. В цифровых видеокамерах запись ведется в цифровом виде.

Основным блоком, воспринимающим изображение в видеокамере является аналог CCD-матрицы, или электронно-лучевой прибор, который по своему устройству напоми­нает электронно-лучевую трубку: в нем так же имеется катод, анод, сетка, отклоняющая и фокусирующая системы. Электронный луч постоянно перемещается, формируя растро­вую развертку на специальном экране - мишени. Мишень выполнена из диэлектриче­ской пластинки (например, слюды), с одной стороны которой наклеена металлическая фольга, а с другой стороны напылен серебряно-цезиевый состав. Напыление произво­дится так, что серебряно-цезиевый состав образует отдельные, электрически не связан­ные между собой пятна очень маленьких размеров (примерно 1000 пятен в строке и 625 строк на пластинке). Каждое такое пятно образует пиксель.

В отличие от ЭЛТ, мишень установлена под углом 45 градусов к падающему на нее потоку электронов. Поток электронов формирует растр на поверхности мишени, покрытой серебряно-цезиевым составом. На ту же поверхность через оптическую систему про­ецируется изображение.

Пятна серебряно-цезиевого состава с одной стороны мишени и фольга с противо­положной ее стороны образуют электрические конденсаторы. При отсутствии изображе­ния (вся мишень затемнена) электронный луч заряжает эти конденсаторы. Когда на ми­шень попадает изображение, часть серебряно-цезиевых пятен засвечивается. Свет имеет электромагнитную природу: попадая на серебряно-цезиевые вкрапления, он способствует уходу из них электронов, вследствие чего соответствующие конденсаторы разряжаются, причем сила разряда пропорциональна яркости света. При повторном сканировании ми­шени электронный луч дозаряжает разряженные конденсаторы, в результате чего на про­тивоположной обкладке конденсатора фиксируется возникновение электрического тока, величина которого пропорциональна степени разряда элементарного конденсатора (она в свою очередь зависит от яркости изображения, попавшего на этот пиксель). Сигнал, снятый с фольги на мишени, после усиления является носителем изображения и может быть запи­сан на магнитный носитель или передан на приемник телевизионного изображения.

Поскольку в цифровых видеокамерах используется микропроцессорный ком­плект, они предлагают большое количество спецэффектов, которые невозможно сделать с помощью аналоговой видеокамеры. Например, цифровое шумоподавление: два смеж­ных кадра помещаются на две страницы видеопамяти и проверяется их корреляция. Те элементы изображения, которые коррелируют друг с другом на обоих кадрах, оставляют, а некоррелирующие удаляют. Таким образом изображение очищается от помех.

Телевизионные (TV) устройства ввода - цифровые и аналоговые - различаются способами записи и воспроизведения. Подключаются они к ЭВМ через дигитайзер, TV-тюнер (например, AVER Media TV Studio, MediaForte TV Vision). Использование таких устройств требует высокой производительности ЭВМ. При недостаточной производи­тельности изображение движется неравномерно, скачками. Чтобы снизить требования к производительности, изображение уменьшают в размерах (вплоть до 1/8 экрана), сокра­щают количество цветов в изображении, снижают разрешающую способность. Такие ви­деоизображения часто используются в баннерах Интернет. Сокращение объема изобра­жения (а значит - и требований к производительности аппаратуры) достигается также кодированием со сжатием. При этом облегчается хранение видеопродукции и усложняется воспроизведение, так как для воспроизведения необходимо восстанавливать сжатое изображе­ние. Восстановление может выполняться либо программным путем (с использованием микро­процессора ЭВМ), либо в специальном ускорителе (акселераторе) видео- или TV-карты

Устройства вывода информациивключают плоттеры, электронные экраны и па­нели, системы аудиовывода, видеосистемы. При выводе графической информации мо­жет применяться вывод двумерного или объемного (трехмерного) изображения. Для вы­вода объемного изображения находят применение специальные устройства и способы.

Плоттерыпредназначены для вывода графической информации на твердый но­ситель (бумагу). Планшетный плоттер имеет линейку, по которой может перемещаться печатающий механизм. Перемещение линейки сдвигает печатающий механизм по вер­тикали, а перемещение механизма по линейке сдвигает его по горизонтали. Благодаря этому, можно установить печатающий механизм в любую точку планшета. На планшете крепится лист бумаги. Плоттер может воспроизводить на бумаге очень сложные штрихо­вые изображения, но работает очень медленно. Для управления плоттером разработаны специальные алгоритмические языки.

Плоттеры нашли применение в строительном и машиностроительном черчении, в картографии, в метеорологии. Для работы с ними существуют специальные пакеты прикладных программ.

Электронные экраны и панелипредназначены для предъявления выводимой из ЭВМ информации большой аудитории. Простейший демонстрационный экран может быть сделан из поставленных друг на друга телевизоров (при образовании из телевизоров матрицы размером 8x8 выводимая из ЭВМ информация доступна для большой аудитории). Телевизионная матрица через блок сопряжения подключается к ЭВМ. Изображение на такую матрицу может выводится фреймами.

Жидкокристаллическая панель, положенная на проекционный аппарат, образует презентер. Иногда такие панели встраиваются в проекционный аппарат.

Ленточные панели и экраны предназначены для вывода изображения «бегущей строкой».

Системы ввода-выводавключают в себя абонентские пункты (сочетание дисплея с клавиатурой и устройством сопряжения с ЭВМ), модемы, сенсорные дисплеи, аудио и видеомагнитофоны. Они служат как для ввода, так и для вывода информации.

Особое место среди них занимают сенсорные дисплеи. Сенсорный дисплей - это уст­ройство, реагирующее на прикосновение. Необычным в нем является способ ввода инфор­мации: вместо мыши, джойстика или светового пера используется рука человека, которая изменяет емкость или индуктивность датчиков при перемещении руки по различным зонам экрана дисплея и за счет этого позволяет определить, к какой части экрана прикоснулись. Для реализации такой системы в углах экрана обыкновенного дисплея устанавливаются ем­костные или индуктивные датчики, соединенные с ЭВМ. Рука человека изменяет емкость (или индуктивность) по-разному в разных датчиках (их всего 4) в зависимости от места нахо­ждения руки. ЭВМ это учитывает и определяет, на какую зону экрана рука указывает.

Режимы работы ЭВМ

Операционные системы предоставляют пользователям достаточно широкий спектр вычислительных услуг, упрощая процесс использования ЭВМ. Прежде всего это касается разнообразия режимов работы машин, обеспечиваемых ОС. Под режимом работы пони­мают принципы структурной и функциональной организации аппаратных и программ­ных средств. В общем случае режимы использования ЭВМ делятся на однопрограммные и многопрограммные.

Однопрограммные режимы работы появились первыми. При их реализации все основ­ные ресурсы ЭВМ (время работы процессора, оперативная память и др.) полностью от­даются в монопольное владение пользователя. Однопрограммный режим может иметь модификации: однопрограммный режим непосредственного доступа и однопрограммный режим косвенного доступа.

В режиме непосредственного доступа пользователь получает ЭВМ в полное распоряже­ние: он сам готовит ЭВМ к работе, загружает задания, инициирует их, наблюдает за ходом решения и выводом результатов. Этот тип режима характеризуется весьма низкой полезной загрузкой технических средств. К снижению производи­тельности ЭВМ из-за простоев процессора приводят затраты времени на подготовку ЭВМ к работе (включение, проверка, загрузка ОС, ввод заданий и т.д.) и большое время реак­ции пользователя. По этим причинам режим практически не используется в универсаль­ных ЭВМ. Напротив, в ПК этот режим используется как основной, поскольку в этих типах ЭВМ главным критерием эффективной работы считается обеспечение пользователю максимальных удобств.

Многопрограммный и многопользовательский режим работы компьютера позволяет одновременно обслуживать несколько программ как одного, так и нескольких пользова­телей. Реализация режима требует соблюдения следующих непременных условий:

• независимость подготовки заданий пользователями;

• разделение ресурсов ЭВМ в пространстве и времени;

• автоматическое управление вычислениями.

Независимость подготовки заданий пользователями обеспечивается развитыми средствами САП. Используя имеющиеся языки программирования, пользователи не должны учитывать ситуации, в которых может произойти одновременное их обращение к одним и тем же ресурсам ЭВМ. Они могут использовать даже одинаковые идентифика­торы, обращаться к одним и тем же библиотекам программ и массивам данных, задейст­вовать одни и те же устройства и т.д. Очереди к общим ресурсам должны обслуживаться средствами ОС, не создавая взаимных помех пользователям.

Разделение ресурсов ЭВМ между программами пользователей обеспечивается аппа­ратно-программными средствами системы. Программы управления заданиями ОС опре­деляют виды требуемых ресурсов в заданиях пользователей и регламентируют их ис­пользование. Перспективное планирование при этом отсутствует, так как заранее опре­делить динамику последующих вычислений практически невозможно. Отдельные виды ресурсов, например области оперативной и внешней памяти, допускают одновременное их использование программами пользователей. В этом случае пространство адресов па­мяти разбивается на непересекающиеся зоны или разделы. «Охрану границ» этих зон обеспечивают схемы защиты памяти - аппаратурные и программные средства ЭВМ.

Автоматическое управление вычислительным процессом в многопрограммном режиме выполняется центральной программой управления задачами. Сущность управления сво­дится к управлению ресурсами. При этом ОС составляет таблицы управления, выделяет ресурсы, запускает их в работу и корректирует таблицы.

Различные формы многопрограммных (мультипрограммных) режимов работы различаются в основном значимостью различного рода ресурсов и правилами перехода от обслуживания одной программы пользователя к другой. Эти правила отличаются ус­ловиями прерывания текущей программы и условиями выбора новой программы из оче­реди, которой передается управление.

Различают следующие виды многопрограммной работы: классическое мультипро­граммирование, режим разделения времени, режим реального времени и целый ряд про­изводных от них.

Режим классического мультипрограммирования или пакетной обработки применитель­но к однопроцессорным ЭВМ является основой для построения всех других видов многопрограммной работы. Режим имеет целью обеспечить минимальное время обработки пакета заданий и максимально загрузить процессор.

В качестве недостатка надо отметить, что в режиме мультипрограммирования улуч­шение качества обслуживания пользователей по сравнению с косвенным доступом не предусматривается. Отдельные программы могут надолго монополизировать процессор, блокируя тем самым программы других пользователей.

Режим разделения времени является более развитой формой многопрограммной рабо­ты ЭВМ. В этом режиме, обычно совмещенном с фоновым режимом классического муль­типрограммирования, отдельные наиболее приоритетные программы пользователей вы­деляются в одну или несколько групп. Для каждой такой группы устанавливается круго­вое циклическое обслуживание, при котором каждая программа группы периодически получает для обслуживания достаточно короткий интервал времени-время кванта,

Более сложной формой разделения времени является режим реального времени. Этот режим имеет специфические особенности:

• поток заявок от абонентов носит, как правило, случайный, непредсказуемый ха­рактер;

• потери поступающих на вход ЭВМ заявок и данных к ним не допускаются, по­скольку их не всегда можно восстановить;

• время реакции ЭВМ на внешние воздействия, а также время выдачи результатов i-й задачи должно удовлетворять жестким ограничениям вида

Специфические особенности режима реального времени требуют наиболее слож­ных операционных систем. Именно на базе этого режима строятся так называемые диало­говые системы, обеспечивающие многопользовательский режим: одновременную работу нескольких пользователей с ЭВМ. Диалоговые системы могут иметь различное содержа­ние: системы, обслуживающие наборы данных; системы разработки документов, про­грамм, схем, чертежей; системы выполнения программ в комплексе «человек-машина» и др. Диалоговый режим обслуживания предполагает использование дисплеев - устройств оперативного взаимодействия с ЭВМ. Они получили широкое распространение в раз­личных информационных и автоматизированных системах управления.

Многозадачный и многопоточный режимы Windows. Начиная с Windows NT, все по­следующие версии поддерживают так называемые многозадачные и многопоточные ре­жимы работы.

Многозадачный режим предполагает, что каждый из процессов (отдельных запу­щенных программ), активизированных в среде Windows, требует определенных ресур­сов. В ранних версиях Windows многозадачность называлась кооперативной (Coop­erative), или невытесняющей. Этот режим практически полностью соответствовал режи­му косвенного доступа, то есть работа очередной программы монополизировала ресурсы системы и не прерывалась до ее окончания. При этом возникали случаи, когда отказ (за­висание) одного из процессов парализовывал всю систему.

Версии Windows 2000 и старше поддерживают подлинную вытесняющую (Preemp­tive) многозадачность, что предполагает при необходимости перераспределение ресурсов (вытеснение), квантование времени при круговом циклическом обслуживании и управ­ление выполнением задач с учетом их приоритетов. Взаимодействие активных задач воз­можно только через операционную среду с целью исключения взаимных помех.

Каждой активной задаче (DOS- или Windows-приложению) предоставляется так на­зываемая виртуальная машина - собственная операционная система с возможностью ее конфигурирования и настройки. Отметим, что DOS-приложения способны обращаться к ресурсам ПК напрямую, и это может быть источником конфликтов в обеспечении защиты.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: