litceysel.ru
добавить свой файл
1
ПЕРИФЕРИЙНЫЕ УСТРОЙСТВА ЭВМ



В состав современных ЭВМ входят многочисленные и разнообразные внешние (периферийные) устройства. К ним относят устройства ввода-вывода информации, которые служат для хранения информации и организации взаимодействия человека или других устройств с ЭВМ.

Устройства ввода информации можно разделить на устройства автоматического и ручного ввода. Примером устройства ручного ввода информации является клавиатура ЭВМ. Устройства автоматического ввода производят считывание информации с машинных носителей информации (дисководы дисков и лент) или бумаги (сканер).

Устройства вывода информации можно разделить на регистрирующие и индикаторные. Регистрирующие - это устройства вывода, записывающие различного рода информацию на носитель, позволяющий хранить ее длительное время без дополнительных затрат энергии. Индикаторные устройства - это устройства, представляющие информацию только в виде изображения и при этом, в отличие от регистрирующих устройств, потребляют энергию для представления информации.

В качестве индикаторов в робототехнических системах авиационного вооружения используются индикаторы тактической обстановки, индикаторы на лобовом стекле и различные мониторы (дисплеи). Изображение на индикаторах и мониторах формируется с помощью электронно-лучевых трубок.


1. Мониторы.

Основными характеристиками мониторов являются размер отдельной точки, выводимой на экран, размер экрана, разрешающая способность, частоты строчной и кадровой разверток, объем видеопамяти и степень безопасности.

Изображение на экране любого индикатора или монитора состоит из отдельных точек, называемых пикселами. Размер пиксела у современных мониторов составляет от 0.21 до 0.28 мм. Чем меньше этот размер, тем большее число пикселов помещается в одной строке или столбце и, соответственно, тем менее зернистым является экран и тем четче изображение на экране монитора.

На экране монитора можно строить изображения, состоящие из 640*480, 800*600,1024*768,1240*1024 и более пикселов. Первая цифра указывает количество пикселов по горизонтали, вторая - по вертикали. Произведение этих двух чисел дает общее количество пикселов изображения и характеризует видеорежим работы монитора.


Мониторы выпускаются с различными размерами экранов. Чем больше размер экрана, тем выше стоимость монитора. Наиболее широко распространены мониторы с размером экрана 14, 15, 17 и 21 дюйм (соответственно 34, 37, 42, 51 см).

Чем выше разрешающая способность экрана, тем больше информации можно одновременно отображать на экране без переключений и прокрутки. Но при слишком высоком разрешении трудно читать текст. В табл.1. приведены наиболее распространенные размеры экранов и режимы разрешения.


Таблица 1.


Разрешение

15 дюймов

17 дюймов

19 дюймов

21 дюйм

Приемлемое

640х480

800х600

800х600

1800х1440

1024х768

1800х1440

Рекомендуется

800х600

1024х768

1024х768

1280х1024

1600х1200


Не рекомендуется


1024х768

640х480

1280х1024

640х480

1280х1024

1600х1440

640х480

800х600

Другие параметры, заметно влияющие на качество изображения, - это частоты строчной и кадровой разверток. Частота строчной развертки определяет количество отображаемых строк в секунду, а частота кадровой развертки - количество кадров изображения, выводимых за 1 секунду. В телевизоре изображение обновляется с частотой 25 кадров в секунду. Считается, что при такой частоте незаметно мерцание экрана. Но для мониторов, где изображение, как правило, неподвижно требуется более высокая частота смены кадров. Считается, что мелькание изображения незаметно при частоте кадровой развертки более 75 Гц для разрешающей способности 800х600. Однако с ростом разрешающей способности растет время перемещения электронного луча к началу следующей строки и соответственно падает частота кадровой развертки. Поэтому с ростом разрешающей способности должна увеличиваться и частота кадровой развертки.


Частота кадровой развертки определяется частотой строчной развертки и числом строк в данном видеорежиме. Чем выше частота строчной развертки и меньше количество строк, тем выше частота кадровой развертки.

Весьма важным параметром монитора является режим развертки, характеризующий способ формирования изображения. Если развертка черезстрочная (Interlaced), то кадр изображения выводится на экран за два приема: сначала прорисовываются все нечетные строки, затем - все четные. Очевидно, черезстрочный режим развертки по сути снижает частоту кадровой развертки вдвое. Поэтому желательно, чтобы развертка на мониторе была нечерезстрочная, обозначаемая как NI (NI - Non Interlaced- нечерезстрочная).

Работой монитора управляет контроллер, расположенный на отдельной плате, называемой видеоплатой или видеокартой. На ней расположены микросхемы видеопамяти, которая предназначена для хранения изображений, выводимых на экран монитора.

Наиболее простой тип изображения состоит из пикселов, имеющих только два возможных цвета - черный и белый. Для хранения цвета такого пиксела требуется лишь один бит памяти компьютера: при белом цвете пиксела в этот бит записывается ноль, при черном цвете - единица. Поэтому черно-белые изображения называются однобитовыми.

Для отображения большего количества цветов требуется больше битов информации. Число доступных цветов равно двум в степени, равной количеству битов, используемых для хранения цвета пиксела. Четыре бита информации позволяют хранить 24 или 16 различных цветов одного пиксела, 8 бит - 28 или 256 цветов, 24 бита обеспечат более 16 миллионов цветов и оттенков. Количество разрядов, отводимых для хранения цвета пиксела называется глубиной цвета.

Таким образом, если на экран монитора выводится 1024*768 пикселов и для хранения цвета каждого пиксела используется 8 бит, то для хранения в памяти изображения, выводимого на экран монитора требуется 768 Кбайт видеопамяти. Если же глубина цвета для данного разрешения составляет 16 бит, то для хранения в памяти изображения, выводимого на экран монитора, требуется 1,53 Мбайт видеопамяти. Для сравнения, разрешающая способность монитора ЭВМ БК-0010 составляет 238 строк по 511 пикселов. Так как экран монитора черно-белый, то для хранения одного пиксела используется 1 бит. Потребное число ячеек видеопамяти - 238*511*1/8=15202 байт или 14,8 Кбайт. В данной ЭВМ зарезервировано под видеопамять 16 Кбайт ОЗУ.


Требуемая емкость памяти на видеоплате зависит от выбранных разрешения и глубины цвета (количества цветов). В табл.2 приведены минимальные емкости видеопамяти (в мегабайтах), необходимые для хранения изображения определенного разрешения и глубины цвета.


Таблица 2.



Число цветов

Разрешение

16 цветов

(4 бита)

256 цветов

(8 бит)

65000 цветов

(16 бит)

16.7 млн. цветов

(фотографическое качество - 24 бита)

640х480

0.5

0.5

1

1

800х600

1

1

2

4

1024х768

1

1

2

4

1280х1024

1

2

4

4

1600х1200

2

2

4

8

1800х1440

2

4

8

8



Современный монитор должен обеспечивать защиту от разного рода вредных излучений. Считается, что низкочастотные излучения как-то воздействуют на организм человека. Эти излучения лежат в диапазонах очень низких (десятки килогерц) и крайне низких (десятки и сотни герц) частот.

Для снижения уровня вредных излучений применяются специальные покрытия экрана. Такие мониторы с пониженным уровнем вредного излучения обозначаются символами LR (Low Radiation- низкоизлучающий). Они отвечают одной из спецификаций стандарта MPR, выработанных Шведским национальным советом по измерениям и тестированию. Первая спецификация MPR-I устанавливала нормы в основном для магнитных полей и определяла предельный уровень излучения в полосе частот от 1 до 400 кГц. Вторая спецификация MPR-II, утвержденная в декабре 1990 года, была распространена и на электрическое поле. Стандарт MPR-II стал международным, устанавливающим предельные безопасные величины статических и низкочастотных полей, излучаемых мониторами.

Более жесткие требования устанавливает стандарт ТСО-92, принятый в 1992 году. В него включены нормы на снижение энергопотребления и ужесточены предельные уровни излучений. В 1995 году был утвержден еще более жесткий стандарт на излучение мониторов - ТСО-95. Удовлетворяющие требованиям стандарта ТСО-95 мониторы считаются практически безвредными для здоровья пользова­телей. Требованиям этого стандарта удовлетворяют очень немногие мониторы.

В регистрирующих устройствах в качестве носителя выступает бумага, ферромагнитная пленка, нанесенная на подложку. При этом все способы регистрации делятся на две группы: изменяющие физическое состояние материала носителя без визуализации этого состояния и с нанесением видимого изображения на носитель информации.

Устройства вывода, регистрирующие информацию без визуализации, обычно используют магнитные способы регистрации, изменяющие намагниченность отдельных участков ферромагнитного слоя, нанесенного на специальную основу.



2. Принтеры

Регистрация информации путем нанесения видимого изображения - это печать на перфораторе, принтере или плоттере.

Перфораторы используются для вывода информации на бумажные перфокарты путем пробития на них в определенных местах прямоугольных отверстий. Например, таким образом на перфокарты записывается и хранится информация о результатах контроля работоспособности управляемых ракет на технической позиции их подготовки.

Универсальным средством вывода информации на бумагу является принтер. Основными характеристиками принтеров являются способ нанесения изображения на бумагу, скорость печати, качество печати и возможность цветной печати.

Скорость печати - это максимально возможная скорость печати текста. Единицей измерения скорости печати является число знаков, которое принтер переносит на бумагу за 1 секунду, - cps (от сокращения английских слов Сharacter Per Second).

Качество печати зависит от разрешения принтера, то есть количества точек, которое печатается на одном дюйме бумаги - dpi (от сокращения английских слов Dots Per Inch).

По способу нанесения изображения на бумагу принтеры подразделяются на матричные, струйные и лазерные.

Матричные принтеры - это принтеры ударного действия. Они создают изображение путем удара по красящей ленте, которая оставляет на бумаге закрашенный след. В качестве ударного механизма используются либо шаблоны символов, либо матрица иголок.

Принцип действия матричного принтера, использующего шаблоны символов, аналогичен работе пишущей машинки. Недостатком таких принтеров является невозможность печати графических изображений.

Игольчатые принтеры формируют изображение с помощью матрицы иголок. Стандартными являются печатные головки, в которых расположено 9 или 24 иголки. Иголки, расположенные внутри головки, активизируются электромагнитным методом. Головка двигается по горизонтальной направляющей и управляется шаговым двигателем.


В 9-игольчатой головке иголки обычно располагаются в один вертикальный ряд, в 24-игольчатых - в два ряда по 12 штук. Диаметр иголки обычно не превышает 0,2 мм. Благодаря горизонтальному движению печатающей головки и активации отдельных иголок напечатанный знак образует как бы матрицу, причем отдельные буквы, цифры и знаки “заложены” внутри принтера в виде бинарных кодов. По этой причине печатающая головка “знает”, какие иголки и в каких позициях необходимо активизировать, чтобы создать за определенное количество шагов на бумаге требуемую букву или цифру. Хотя наличие девяти иголок в головке принтера обеспечивает высокую скорость печати, хорошего качества достичь не удается.

В 24-игольчатых принтерах имеется возможность перемещения головки дважды по одной и той же позиции, чтобы знаки пропечатывались еще раз с небольшим смещением. За счет этого снижается скорость, но повышается качество печати. Поэтому такое качество печати обозначают как LQ, что является сокращением от Letter Quality (машинописное качество). Несколько худшую по качеству печать соответственно обозначают NLQ (Near Letter Quality - качество, близкое к машинописному).

Максимальная скорость печати матричных принтеров обеспечивается в режиме черновой печати (Draft mode). LQ-печать длится намного дольше черновой. Больше всего времени занимает печать графических изображений, потому что при этом набор знаков не читается из внутренней памяти принтера, а каждый печатаемый элемент должен рассчитываться. Разрешающая способность матричных принтеров не превышает 360 точек на дюйм.

Преимущества матричных принтеров: возможность одновременной печати нескольких копий документа (только в режиме ручной подачи бумаги) и низкая себестоимость печати из-за относительно низкой стоимости красящей ленты. Недостатками матричных принтеров являются шум при работе, низкое разрешение, ухудшение качества печати за счет постепенного износа красящей ленты и невозможность цветной печати.

Основной принцип работы струйных принтеров напоминает работу матричных принтеров, только вместо иголок применяются тонкие, как волос, сопла, которые находятся внутри печатающей головки принтера. В этой головке установлен резервуар с чернилами, которые через сопла в виде микрочастиц переносятся на поверхность бумаги или пленки. Число сопел, как правило, находится в диапазоне от 16 до 64. Выталкивают чернила из сопла либо газовые пузырьки, образующиеся при резком нагревании сопла, либо это происходит за счет деформации поверхности пьезокерамического элемента, установленного в каждое сопло.

Возможность цветной печати явилось причиной широкого распространения струйных принтеров. Цветное изображение формируется при печати наложением друг на друга четырех основных цветов : циан, пурпурного, желтого и черного.

Скорость печати струйного принтера, как и матричного, зависит от качества печати. При черновой печати струйный принтер по скорости печати значительно превосходит матричный. При печати в режиме LQ скорость печати уменьшается и в среднем составляет 150-200 cps, что соответствует 3-4 страницам в минуту. Цветная печать длится несколько дольше.

За счет большого количества сопел качество печати струйного принтера достигает качества лазерного принтера. Разрешение при печати графики может достигать 720 точек на дюйм.

Основным недостатком струйных принтеров является относительно большая опасность засыхания чернил внутри сопла. Кроме того, стоимость расходных материалов для струйных принтеров на порядок выше чем для матричных.

Максимального качества печати позволяют достичь лазерные принтеры. В них реализована электрофотографическая технология печати, заимствованная из ксерофотографии. С использованием лазерного луча подлежащее печати изображение проецируется на вращающийся барабан, покрытый светочувствительным материалом, электрический заряд которого в результате засветки изменяется. После засветки на барабан наносится порошок - тонер, частицы которого прилипают к барабану только в тех местах, которые были освещены лазерным лучем. Затем частицы тонера переносятся на бумагу и фиксируются на ней благодаря термосиловому закреплению.


Хотя изображение формируется по точкам, лазерные принтеры обеспечивают типографское качество печати текста и фотографическое качество печати графических изображений за счет того, что их разрешающая способность может достигать 1200 точек на дюйм. Скорость печати лазерного принтера может достигать 8 страниц в минуту и ограничивается только временем механической протяжки бумаги через механизмы принтера. Лазерный принтер в своем составе имеет встроенный процессор и большой объем внутренней памяти, которые позволяют формировать для печати полную страницу, а не отдельные строки, как это делают матричные и струйные принтеры.

При разрешении 300х300 точек на дюйм на странице формата А4 насчитывается почти 9 миллионов точек, а при разрешении 1200х1200 - более 1400 миллионов. Кроме того, для хранения цвета каждой точки требуется от 16 до 32 разрядов. Поэтому скорость печати лазерного принтера существенно зависит от объема памяти, которой оборудован принтер.

Из-за сложности конструкции стоимость лазерных принтеров значительно выше, чем матричных или струйных. Стоимость расходных материалов для лазерных принтеров в несколько раз выше, чем для струйных.

Плоттеры используются для печати изображений больших размеров, таких как плакаты или чертежи. Существуют струйные и электрические плоттеры. Принцип работы последних напоминает работу копировальных машин и лазерных принтеров.

Эффективность использования ЭВМ определяется не только возможностями ее процессора и ОЗУ, но и в значительной мере составом и техническими характеристиками ее периферийных устройств, способом их совместной работы с ОЗУ и процессором.

В случае большого количества таких устройств не обеспечивается эффективное взаимодействие быстродействующего процессора с большим числом относительно медленно действующих периферийных устройств. Объясняется это тем, что при выполнении достаточно продолжительных операций ввода-вывода процессор ЭВМ прекращает выполнение программы решения задачи, так как должен управлять операциями ввода-вывода. Прерывание вычислительного процесса снижает производительность ЭВМ и эффективность использования ее технических средств.


Для устранения данного недостатка в состав ЭВМ вводятся каналы ввода-вывода информации. Они по существу являются специализированными процессорами. Центральный процессор выдает в каналы лишь команды на выполнение операций обмена информацией между ОЗУ и периферийными устройствами, не прерывая при этом вычислительного процесса.

Каналы ввода-вывода подразделяются на мультиплексные и селекторные. Мультиплексный канал одновременно взаимодействует с несколькими параллельно работающими периферийными устройствами, попеременно организуя с каждым из них сеансы связи. Основой мультиплексного канала является мультиплексор.

Селекторный канал строится на базе селектора. Селекторный канал организует распределение управляющей информации между исполнительными устройствами.

Перед приемом информации для ее обработки в ЭВМ иногда требуется преобразование этой информации в вид цифровых кодов, так как выходные сигналы большинства датчиков информации имеют аналоговый вид. Исполнительные устройства также управляются аналоговыми сигналами, и поэтому необходимо преобразование выходной цифровой информации, поступающей из ЭВМ в аналоговый вид. Эти задачи решают преобразователи сигналов.