Курсовая работа: Внутренние и периферийные устройства ПК
1.5. Накопители на гибких магнитных дисках
Гибкий (floppy) диск (дискета) - круг лавсановой пленки с магнитным покрытием, помещенный в защитный конверт еще недавно был единственным сменным носителем информации в компьютере, ведь первые PC (до РС ХТ) других дисков не имели. Первые дискеты для РС были размера 5,25", портативные РС потребовали формата 3,5", однако позднее они стали применяться на всех компьютерах, и вытеснили дискеты 5,25".
Емкость первых 5,25" дискет для РС была не велика, сначала 360 Кбайт, а затем 1200 Кбайт. Первые дискеты 3,5" сразу были большей емкости, сначала 720 Кбайт, а затем 1440 Кбайт. Позднее был разработан стандарт на 3,5" дискеты емкостью 2880 Кбайт, но они получили меньшее распространение, тем более что появились разработанные по новой технологии дискеты сразу почти в 100 раз большей емкости.
Информация на дискету записывается с двух сторон, с каждой из которых располагается 80 дорожек. Головки на верхней и нижней сторонах дискеты смещены друг относительно друга, чтобы они не мешали подтягивать (для уменьшения зазора) поверхность дискеты к головкам за счет аэродинамических эффектов при вращении носителя. Также в зависимости от формата каждая сторона разбивается на определенное количество секторов.
В дисководах (рис. 1-6) для гибких дисков (дискет) головки записи/чтения при его работе непосредственно касаются поверхности дискеты, поэтому скорость вращения значительно ниже (300 или 360 оборотов в минуту) и дискеты быстрее выходят из строя. Для уменьшения трения дискеты покрывают защитным слоем тефлона (фр. тефаль) - материала с очень низким коэффициентом трения. Они дороже раза в полтора, но зато служат гораздо дольше.
1.6. Оптические диски
В эту группу объединены носители, которые для считывания информации используется чисто оптический принцип, когда 1 или 0 распознаются по различной фазе отраженного лазерного луча от поверхности с различным состоянием, созданным при записи данных.
WORM - накопители (Write Once Read Many - одна запись много считываний) представляют собой диск, помещенный обычно в прочный картридж 5,25", по конструкции подобный дискете 3,5" . Запись информации сводится к тому, что на светлой поверхности диска там, где это нужно, выжигаются лазерным лучом микроскопические темные пятнышки. Емкость накопителя составляет от 650 Мбайт до 1,3 Гбайт.
Для записи поверхность магнитооптического диска прогревают лазерным лучом до температуры легкого перемагничивания (точки Кюри). Обычно сначала при постоянном нагреве намагничивают записываемый участок в одном направлении, а потом импульсным нагревом перемагничивают нужные точки. Это долго, требуется два оборота диска. Новейшие устройства способны создавать быстропеременное магнитное поле нужной силы и записывают за один оборот. Так что и по скорости записи магнитооптика догоняет винчестер. При этом, как и винчестер позволяют многократно перезаписывать информацию и подобно дискете заменять носитель. Такое сочетание свойств объясняет большую популярность МО в мире.
В конце 70-х годов компания Philips выпустила первые компакт-диски (CD - Compact-Disk). Вначале они предназначались для 14-разрядной звуковой записи продолжительностью звучания 60 минут. Диаметр тех дисков был несколько меньше диаметра современных компакт-дисков, который равен 12 см (4,75 дюйма). Вскоре Philips обменялась патентами с Sony, в результате чего был издан совместный стандарт. Стандарт определял характеристики аудиодисков (CD-DA - Compact-Disk Digital Audio - компакт-диск для цифровой аудиозаписи). Запись звука стала 16-разрядной, а продолжительность звучания не менее 72 минут (говорят, что длительность определялась возможностью записи на один диск Девятой симфонии Бетховена). При непрерывном чтении и воспроизведении музыки для этого оказалось достаточно скорости чтения 150 Кбайт/с. Теперь приводы CD-ROM работают с существенно большей кратностью чтения до 56Х (рис. 1-7).
Впоследствии были выпущены стандарты для других типов компакт-дисков. Компании Philips и Sony в декабре 1994 года объявили, что разработан проект стандарта, названного MMCD (MultiMedia Compact Disk). Диск с однослойной записью мог иметь емкость 3,7 Гбайт. При помощи компании ЗМ была разработана технология 2-cлoйной записи для проекта MMCD. В этом случае емкость диска удваивалась. Такие параметры уже могли обеспечить проигрывание цифрового видео в формате MPEG-2 (Motion Picture Experts Group) в течение 135 и 270 минут соответственно.
Параллельно, другой альянс - 'Toshiba-Time Warner - при поддержке Matsushita, Thomson, Hitachi, Pioneer, МСА и MGM/UA разработал свой вариант компакт-диска повышенной емкости - SD (Super Density). Проект SD был анонсирован в январе 1995 года. Согласно этому предложению, диск был, как бы склеен из двух одинаковых пластинок. В зависимости от количества слоев и используемых сторон емкость диска могла составлять 5, 9, 10 и 18 Гбайт.
Для объединения этих разработок был представлен новый стандарт- DVD. Тогда эта аббревиатура расшифровывалась как Digital Video Disk - цифровой видеодиск.
Окончательный вариант DVD представляет собой два склеенных диска диаметром 12 сантиметров. Толщина каждого диска - 0,6 мм, общая толщина - 1,2 мм, как у обычных CD. Каждая из пластинок представляет собой сторону DVD-диска. Технология позволяет записывать на каждой из сторон два слоя данных. Таким образом, в зависимости от количества задействованных сторон и слоев, информационная емкость DVD-диска сможет составлять от 1 слоя, 1 стороны - 4,7 Гбайт до 2 слоев, 2 сторон (DLDS) - 17,0 Гбайт. Эти диски получили многоцелевое назначение и стали расшифровываться как DVD (Digital Versatile Disk - цифровой многоцелевой диск).
1.7. Блоки расширения
Блоки (платы) расширения или карты (Card), как их иногда называют, могут использоваться для обслуживания устройств, подключаемых к IBM PC. Они могут использоваться для подключения дополнительных устройств (адаптеров дисплея, контроллера дисков и т.п.). Если оборудование умещается на одной плате, то его можно разместить внутри корпуса системного блока. Если же оно не помещается в корпус, например, в случае с монитором, то внутри размещается только плата управления или согласования, соединяющаяся с оборудованием с помощью кабеля, который можно подключить через соединитель (Connector), расположенный на задней стенке корпуса (точнее, соединитель располагается обычно непосредственно на торце платы). Каждой плате расширения, устанавливаемой в слот (Slot) на материнской плате, соответствует специальное отверстие в задней стенке корпуса, закрытое заглушкой, если оно не используется. При установке платы ее торец вместо заглушки становится элементом задней стенки компьютера.
Необходимо отметить, что соотношение между оборудованием, размещаемым на материнской плате и устанавливаемым дополнительно в слоты, постепенно изменяется, с одной стороны, в пользу размещения оборудования на плате, а, с другой стороны, в пользу передачи реализации этих функций процессору. Так в ММХ - компьютерах обработку звука, фото - и видео - изображений, а также телекоммуникации - все это почти полностью взял на себя процессор, поэтому функции дополнительных устройств существенно упростились.
Для воспроизводства качественного звука уже довольно давно появились звуковые платы (SoundCard), преобразующие цифровой код в нормальный звуковой сигнал для обычных акустических колонок (Speaker). Впрочем, колонки чаще используют специальные, очень малогабаритные, чтобы держать их рядом с компьютером. А неизбежные при таких размерах дефекты звучания компенсируют цифровой коррекцией сигнала.
Первой приобрела популярность, достаточную для массового выпуска, плата Sound Blaster. Сегодня почти все звуковые платы обеспечивают совместимость с нею (рис. 1-8). Современные звуковые платы могут не просто воспроизвести объемный звук, но и объемный управляемый в зависимости от изображения на экране.
В персональных компьютерах видео платы (VideoCard), прежде всего, предназначались для согласования с монитором (видеоадаптеры), затем вывода на экран графики понадобились ускорители (видео акселераторы).
РС начинают загрузку с режима VGA - Video Graphic Array (640x480 пикселей - picture element, pixel). Режим SuperVGA, формат 800 х 600 пикселей нужен, чтобы при оформлении одиночного документа было доступно все богатство шрифтов системы Windows. Для верстки журналов и газет требуется, хотя бы 1024 х 768, а лучше - 1280 х 1024 пикселей. Иначе не разглядишь, как стыкуются отдельные фрагменты. Рисование идет быстро на экране с разрешением 1280 х 1024 - 1600 х 1200, с меньшим форматом придется постоянно переключаться на крупномасштабный просмотр фрагментов и т.д.
Если умножить шаг (расстояние между центрами пикселей) на требуемое число пикселей в строке, а затем помножить на 1,25 (отношение длины диагонали экрана к длине его строки), то получится длина в миллиметрах диагонали нужного монитора. (В дюймах - поделите на 25,4). Так, что для современных персональных компьютеров требуется монитор с размером по диагонали не менее 15 (лучше 17) дюймов (рис. 1-9).
Поскольку в компьютере видеоадаптер непосредственно управляет работой монитора, формируя кадры, их смену, цветопередачу и т.п., эти два устройства лучше рассматривать вместе, тем более что именно работа монитора существенно влияет на здоровье пользователя компьютера.
Монитор, как любой телевизор, излучает электромагнитные волны во всех диапазонах - от частоты развертки кадров (50-160 Гц), до рентгеновского диапазона. Самый жесткий стандарт на уровень излучений монитора приняла Швеция (MPRII). Этому стандарту старались удовлетворить изготовители мониторов во всем мире. Еще более жесткие ограничения выдвигает стандарт ТСО95 и ТСО99.
Немаловажное значение имеет наличие специального покрытия экрана монитора. Яркий пример - покрытие типа AGARAS (Anti- Glare, Anti-Reflection, Anti-Static) компании Panasonic, исключающее возникновение бликов, отражение и накапливание статического электричества. Покрытие представляет собой нанесенный с внутренней стороны экрана многослойный металлизированный полимер, обладающий высокой поглощающей способностью, так что дополнительных навесных защитных экранов не требуется. Особенностью данного покрытия является отсутствие снижения яркости, присущего аналогичным покрытиям других фирм.
Видеоадаптер также управляет цветовой гаммой изображения. Режим VGA использует 16-цветные изображения (полбайта на пиксель), СуперVGA начинается с 256-цветных (1 байт) изображений. Вполне телевизионное качество обеспечивают 65536 цветов (16 бит или 2 байта на пиксел), обозначаемое HighColor, а 16777216 цветов (24 бита или 3 байта), обозначаемое TrueColor - это все, что способен различить наш глаз. В режиме TrueColor идет отдельное управление градациями яркости каждого из трех лучей электронной трубки: красным (Red) - 1 байт (256 градаций), зеленым (Green) - 1 байт (256 градаций) и синим (Blue) - 1 байт (256 градаций), что и дает указанное 16,7 М сочетаний.
Теперь определим необходимый объем встроенной видеопамяти. Чтобы узнать объем памяти видеоадаптера для обеспечения требуемого режима, достаточно умножить общее число точек на экране на число байт, обеспечивающих цвет одной точки, например: 640 х 480 х 3 байта = 921600 байт или с округлением до стандартного значения - 1 Мбайт.
Большая часть изображений строится из простейших стандартных элементов - прямая, прямоугольник, эллипс и т. п. Для их рисования созданы специализированные сопроцессоры - видеоускорители (Video Accelerator). Из наиболее распространенных моделей, Cirrus Logic - самые медленные, Trident - быстрее, а Western Digital (Paradize) - самые быстрые.
Ускорители обычно входит в состав видеоадаптера, и различаются по своим параметрам, но все они обеспечивают вывод фрагментов, характерных для Windows, которые ей необходимы. Большинство нынешних видеоадаптеров содержат аппаратно реализованные ускорители (встроенные процессоры, иногда 2 на плате с собственным охлаждением) и поэтому стоят заметно дороже: несколько сотен долларов.
2. Периферийное оборудование
2.1. Устройства ввода
Клавиатура. За время, прошедшее с выпуска первого РС, фирма IBM разработала 3 типа клавиатур (рис. 2-1):
- 83-клавишная клавиатура РС ХТ;
- 84-клавишная клавиатура АТ;
- 101-клавишная улучшенная клавиатура.
Улучшенная 101-клавишная клавиатура была выпущена в 1986 году, она разработана в соответствии с международными правилами и требованиями и превратилась в стандарт.
Клавиатура может быть условно разделена на четыре области:
- область печати (алфавитно-цифровая клавиатура);
- дополнительная цифровая клавиатура;
- клавиши управлением курсором и экраном;
- функциональные клавиши.
В двух язычных вариантах клавиатура содержит 102 клавиши и раскладка в ней отличается от американской. Клавиатура состоит из набора переключателей, объединенных в матрицу. При нажатии на клавишу процессор, установленный в самой клавиатуре, определяет координаты нажатой клавиши в матрице. В клавиатуре установлен собственный буфер емкостью 16 байт, в который заносятся данные при слишком быстром нажатии клавиш.
Клавиатура сама представляет собой небольшой компьютер. Связь с системным блоком осуществляется через последовательную линию связи, данные по которой передаются «кадрами» по 11 бит, 8 из которых - данные, а остальные - синхронизирующие и управляющие. Эта связь - двунаправленная: клавиатура может, как передавать, так и принимать данные. «Кадр» данных содержит скан-код нажатой клавиши. Фирма IBM назначила каждой клавише уникальный номер и в соответствии с этими номерами для 102 клавишной клавиатуры убрана клавиша 29, расположенная над клавишей Enter, которая из-за этого стала занимать два ряда, и приняла форму угла, и добавлены клавиши 42 и 45. Так, что различить 101 - и 102 - клавишные клавиатуры легко по виду Enter.
При переходе от операционной системы MS-DOS к Windows95, для удобства работы с ней, выпустили клавиатуру, отмеченную логотипом Windows и снабженную дополнительными клавишами (с двух сторон между Ctrl и Alt и также с данным логотипом). С помощью них можно вызвать главное меню программ, а также дополнительной клавишей - меню для работы с выделенным фрагментом текста.
Мышь изобрел в 1964 году Дуглас Энглбарт в Стэндвордском исследовательском институте. Официально это устройство было названо “указателем XY-координат для дисплея”. Впервые мышь была использована в компьютере в 1973 году фирмой Xerox для графического интерфейса. В 1979 году эту идею заимствовала фирма Apple, применив ее в последствии в компьютере Lisa (1983 г.) и Macintosh (1984 г.). Дальнейшее широкое распространение мыши вызвано переходом на операционные оболочки, а затем операционные системы с графическим пользовательским интерфейсом (Windows, OS/2 и т. п.).
Не смотря на теперешнее разнообразие этих устройств, все они работают практически одинаково. Рука двигает маленькую коробочку. В ней - шарик, катающийся по поверхности стола. К шарику прижаты два взаимно перпендикулярных ролика, которые он вращает. Датчики поворота роликов передают сигналы в компьютер. Хвост из проводов, по которым идут сигналы, дал устройству прозвище «мышь». Впрочем, можно обойтись и без проводов (рис. 2-2). Нынешние радиопередатчики достаточно малы, чтобы спрятать их в мышку, и достаточно слабы, чтобы не мешать окружающим. Такая «бесхвостая» мышь в работе удобнее, но стоит дороже обычной.
В первых мышах датчики поворота были электромеханические. С роликом связан диск, скользящий по контактной щетке. На диске чередуются проводящие и изоляционные штрихи. И в электрической цепи возникают импульсы тока. Но контакты быстро изнашиваются, а еще быстрее загрязняются. Чтобы не терять импульсы, используют оптический датчик, состоящий из пары «светодиод - фотодиод», между которыми расположен зубчатый диск.
Оптика позволяет вообще отказаться от дисков и шарика. Под коробочку с фотоэлементами подкладывают пластину с перекрещенными линиями. При движении мыши каждая такая линия дает импульс. Однако разрешающая способность оптики ограничена нарисованными на подкладке линиями, да и саму подкладку надо всегда иметь вместе с мышью, поэтому оптические мыши пока не вытеснили обычные (роликовые).
Число импульсов на единицу пройденного мышкой пути зависит от ее конструкции. Но программа (драйвер), следящая за этими импульсами, может в зависимости от настройки какие-то из них пропускать. Так регулируется зависимость перемещений указателя от движений мыши. Сложные драйверы меняют чувствительность в зависимости от частоты импульсов. Благодаря этому можно коротким, но быстрым движением перебросить указатель через весь экран, а затем плавно привести его точно в нужное место.
