Внешние запоминающие устройства (ВЗУ) необходимы для долговременного хранения больших объёмов информации. Сюда относятся следующие устройства:
- НЖМД (винчестеры, HDD – Hard Disk Drive) объёмом в сотни Гбайт, чаще всего расположен внутри системного блока, но бывают и съёмные модели;
- НГМД (FDD – Floppy Disk Drive) обычно предназначен для дискет диаметром 3,5 дюйма и объёмом 1,44 Мбайт;
- накопители на магнитной ленте (стримеры) с картриджами до 16 Гбайт;
- НОД – двух основных типов: объёмом 700 Мбайт (CD-Compact Disk) и 4,7 Мбайт (DVD-Digital Versatile Disk);
- Флеш-накопители.
Магнитные накопители в качестве запоминающей среды используют ферромагнитные материалы со специальными свойствами, позволяющими фиксировать два состояния. Диски, по сравнению с лентой, обладают меньшим временем доступа. Винчестеры удобны в работе, но не обладают мобильностью. Дискеты почти изжили себя. Малый объём, небольшая скорость чтения/записи и ненадёжность делают их применение нецелесообразным.
Принцип действия НОД основан на использовании чередующихся участков поверхности с разными отражающими свойствами (углубления или затемнения). Сменные носители CD и последующие DVD удобны в использовании как ROM больших объёмов. К достоинствам компакт-диска можно отнести его относительную дешевизну в массовом производстве, высокую надёжность и долговечность, нечувствительность к воздействию магнитных полей. Существуют однократно записываемые, обозначаемые буквой R (Recodable), и многократно перезаписываемые – RW (ReWritable) «болванки». Например, CD-R, DVD-RW. Следует отметить, что существует множество порой несовместимых разновидностей форматов оптической записи.
Флеш-память (Flash-memory) представляет собой микросхему многократно перепрограммируемого постоянного запоминающего устройства (ППЗУ). Носители на её основе называются твердотельными, поскольку не имеют движущихся частей. Благодаря своей компактности, относительной дешевизне и низкому энергопотреблению флеш-память широко используется в портативных устройствах, работающих на батарейках и аккумуляторах – цифровых фотокамерах и видеокамерах, цифровых диктофонах, MP3-плеерах, КПК, мобильных телефонах, а также смартфонах и коммуникаторах. Кроме того, она используется для хранения встроенного программного обеспечения в различных устройствах (маршрутизаторах, мини-АТС, принтерах, сканерах), различных контроллерах. В последнее время широкое распространение получили USB флеш-накопители («флешка», USB-драйв, USB-диск), практически вытеснившие дискеты.
Многие производители вычислительной техники видят память будущего исключительно твердотельной, поэтому на рынке комплектующих практически одновременно появились флеш-памяти нескольких стандартов, отличающиеся принципом действия, размерами и характеристиками. Наибольшую популярность на сегодняшний день получили устройства, построенные по архитектуре NOR (от англ. Not-OR – элемент ИЛИ-НЕ) или NAND (от англ. Not-AND – элемент И-НЕ), в основе принципа действия которых лежат транзисторы с плавающим затвором. Размер и стоимость NAND-чипа может быть существенно меньше, быстрее осуществляется запись и стирание. Однако эта архитектура не позволяет обращаться к произвольной ячейке. NAND и NOR-архитектуры сейчас существуют параллельно и не конкурируют друг с другом, поскольку находят применение в разных областях хранения данных.
Одним из перспективных типов флеш-памяти является FRAM (ферроэлектрическая память с произвольным доступом), кристалл которой можно представить состоящим из трёх слоёв. Две крайние пластины представляют собой матрицу проводников для подачи напряжения на средний слой. Средний слой, имеющий толщину порядка 1,5 нм, изготовлен из ферроэлектрического материала. При подаче сигнала записи на матрицу изменяются магнитные и электропроводные свойства участка, расположенного на пересечении проводников.
Устройства ручного ввода информации.
Клавиатура (Keyboard) представляет собой «доску» (Board), на которой в 5 или в 6 рядов расположены клавиши (Key). Стандартной в России является 101/102-клавишная клавиатуры с английскими и русскими символами. Подключается через порт PS/2, USB, беспроводной инфракрасный (ИК или IR – InfraRed) или радиоинтерфейс (например, Bluetooth). Виртуальные клавиатуры существуют только в виде изображения на экране и соответствующего программного кода, а физически – отсутствуют. Ввод осуществляется с помощью мыши либо – всё чаще – обычным касанием, если экран является сенсорным. Лазерная клавиатура имеет виртуальные клавиши, которые проецируются на любую достаточно ровную рассеивающую поверхность (рис. 4.4).
Рис. 4.4. Лазерная клавиатура
Манипулятор мышь необходима для работы с графическими объектами, например, интерфейсом Windows. В настоящее время распространены мыши с оптическим принципом действия, подключаются аналогично клавиатуре. Используются и другие типы манипуляторов: джойстик, трекбол, трекпойнт, сенсорная панель (тачпад – touchpad), графический планшет (диджитайзер).
Устройства вывода информации.
Монитор, а также дисплей, видеомонитор, видеодисплей – устройство визуального отображения текстовой и графической информации без её фиксации. Для персональных компьютеров используются мониторы следующих типов:
- на основе электроннолучевой трубки (ЭЛТ);
- на основе жидкокристаллических индикаторов (ЖКИ, LCD – Liquid Crystal Display);
- плазменные мониторы (PDP – Plasma Display Panels);
- электролюминесцентные мониторы (FED – Field Emission Display);
- самоизлучающие мониторы (LEP – Light Emission Plastics).
Основные характеристики мониторов: размер экрана монитора, который задаётся обычно размером его диагонали в дюймах и форматом – отношением ширины к высоте; разрешающая способность, определяемая числом пикселей (элементов разложения изображения) по горизонтали и вертикали (800´600, 1024´768, 1800´1440, 2048´1536 и др.); частота кадровой развёртки определяет скорость смены кадров изображения и влияет на утомляемость глаз при продолжительной работе на компьютере.
На разрешающую способность монитора и качество изображения влияет объём видеопамяти видеоадаптера. Современные видеоконтроллеры для хранения цвета каждого пикселя используют до 4 байт памяти, для чего необходимо иметь объём видеопамяти до 128 Мбайт. Больший объём видеопамяти позволяет устанавливать более высокий режим разрешения и большее число цветов для каждого пикселя.
Мониторы на основе ЭЛТ постепенно вытесняются плоскими мониторами на жидкокристаллических индикаторах. Экран ЖК монитора выполнен в виде двух электропроводящих стеклянных пластин, между которыми помещён слой кристаллизующейся жидкости. Для создания электростатического поля стеклянная пластина покрыта матрицей прозрачных проводников, а пиксель формируется на пересечении вертикального и горизонтального проводника. Если на пересечении проводников ставят активный управляющий элемент – транзистор, то такие экраны называются TFT-матрицы (Thin Film Transistor – тонкоплёночный транзистор), имеют лучшую яркость и угол обзора до 45°. Этот показатель отличает TFT-экраны от экранов с пассивной матрицей, которые обеспечивали качество изображения только при фронтальном наблюдении.
В плазменных мониторах изображение формируется светом, выделяемым при газовом разряде в каждом пикселе экрана. Конструктивно плазменная панель состоит из трёх стеклянных пластин, на две из которых нанесены тонкие прозрачные проводники: на одну вертикально, на другую – горизонтально. Между ними находится третья пластина, в которой в местах пересечения проводников двух первых пластин имеются сквозные отверстия. Эти отверстия при сборке заполняются инертным газом: неоном или аргоном, они и образуют пиксели. Плазма газового разряда, возникающая при подаче высокочастотного напряжения на вертикальный и горизонтальный проводники, излучает свет в ультрафиолетовом диапазоне, который вызывает свечение люминофора. Каждый пиксель представляет собой миниатюрную лампу дневного света. Высокая яркость и контрастность, отсутствие дрожания изображения, а также большой угол отклонения от нормали, при котором изображение сохраняет высокое качество, являются большими преимуществами таких мониторов. К недостаткам можно отнести недостаточную пока разрешающую способность и достаточно быстрое (пять лет при офисном использовании) ухудшение качества люминофора. Пока такие мониторы используются только для конференций и презентаций.
Электролюминесцентные мониторы состоят из двух пластин, с ортогонально нанесёнными на них прозрачными проводниками. На одну из пластин нанесён слой люминофора, который начинает светиться при подаче напряжения на проводники в точке их пересечения, образуя пиксель.
Самоизлучающие мониторы используют матрицу пикселей, построенную на основе полупроводникового материала, излучающего свет при подаче на него напряжения (светодиод). Достоинства таких мониторов заключаются в том, что они обеспечивают 180-градусный обзор, работают при низком напряжении питания и имеют малый вес.
К устройствам вывода информации относят принтеры и плоттеры (графопостроители). Принтеры – печатающие устройства для вывода информации на бумажный носитель. По основным принципам действия можно выделить матричные, струйные и лазерные принтеры.
Матричные принтеры формируют изображение с помощью специальных иголок печатающей головки, которые ударяют по листу бумаги через красящую ленту. Эти иглы собраны в прямоугольную матрицу. Матричные принтеры не требовательны к качеству бумаги, надёжны, просты в эксплуатации и обладают большим рабочим ресурсом. Они сохраняют безусловное лидерство в реализации такой функции, как получение сразу нескольких копий документа (с использованием копировальной бумаги). Ресурс печатающей головки – около 700 млн. символов. Скорость печати матричных принтеров лежит в очень широких пределах – 200–1400 сим/мин. Однако на сегодняшний день она недостаточна. Кроме того, матричный принтер имеет высокий уровень шума. Это, а также относительно высокая цена, переводит описанный способ печати в разряд устаревших.
К особенностям струйного принтера относят низкий уровень шума, зависимость скорости от качества печати, невозможность использования бумаги в рулоне. Головки для струйной печати заканчиваются микроскопическими отверстиями, или дюзами (форсунками, соплами), через которые чернила наносятся на бумагу. Количество дюз может колебаться от десятков до нескольких сотен. Ионизированные капельки чернил через сопла распыляются на бумагу. Распыление происходит в тех местах, где необходимо сформировать изображение или буквы. Скорость печати струйных принтеров лежит в пределах 2–4,5 ppm (ppm – страниц в минуту) для текста (около 200 знаков в секунду) и 0,3–1,5 ppm для графики. Максимальное значение печатных страниц в минуту – до семи.
Лазерные принтеры характеризуются наиболее высоким качеством и скоростью печати. Средний лазерный принтер печатает 10 страниц в минуту. Высокоскоростные принтеры, которые, как правило, используются в компьютерных сетях, могут печатать до 20 и более страниц в минуту. Принцип печати лазерного принтера сходен с применяемым в ксероксах и заключается в следующем: на фоточувствительном барабане с помощью луча лазера создаётся электростатическое изображение страницы. На барабан помещается специально окрашенный порошок, который называется тонером. Тонер «прилипает» только к той области, которая представляет собой буквы или изображение на странице. Барабан поворачивается и прижимается к бумаге, перенося на неё тонер. Полученное на бумаге изображение фиксируется путём термического закрепления («запекания») тонера.
Для получения цветного изображения с качеством, близким к фотографии, или изготовления допечатных цветных проб используются термические принтеры или, как их ещё называют, цветные принтеры высокого класса. В настоящее время распространение получили три технологии цветной термопечати: струйный перенос расплавленного красителя (термопластиковая печать); контактный перенос расплавленного красителя (термовосковая печать); термоперенос красителя (сублимационная печать). Кроме того, принцип термопечати на специальной термобумаге используется во многих кассовых и факсимильных аппаратах.
Плоттеры (от англ. plot – график, диаграмма) используются для вывода графической информации (схем, чертежей, рисунков) из ПК на бумажный носитель широкого формата. Все современные плоттеры по конструкции можно разделить на два больших класса: планшетные для формата А3–А2 (реже А1–А0); барабанные (рулонные) плоттеры с шириной бумаги формата А1 или А0, которые используют рулоны бумаги длиной до нескольких десятков метров и позволяют создавать длинные рисунки и чертежи.
Плоттеры бывают векторные с вычерчиванием изображения с помощью пера и растровые: термографические, электростатические, струйные и лазерные. Большинство плоттеров имеют пишущий узел перьевого типа. Используются специальные фломастеры с возможностью их автоматической замены (по сигналу программы) из доступного набора. Кроме фломастеров, применяются чернильные, шариковые пишущие узлы, рапидографы и многие другие устройства, обеспечивающие различную ширину линий, насыщенность, цветовую палитру и т.д. На базе перьевых плоттеров были созданы режущие плоттеры. Пишущий узел в таких плоттерах заменяется на резак. Изображение переносится на бумагу, например, на самоклеящуюся плёнку или аналогичный носитель. Буквы или знаки, полученные с помощью режущего плоттера, можно увидеть на витринах, вывесках, указателях и т.п.
Сканеры подобны устройствам копирования, только вместо печати копии сканер передаёт оцифрованные данные в компьютер. Поток данных со сканера с помощью программного обеспечения преобразуется в цифровое изображение. В основу работы сканеров положен процесс регистрации отражённого света от поверхности сканируемого документа. Сканеры могут отличаться типом интерфейса, способом сканирования документов.
Ручной сканер – самый старый тип сканера, разработанный в конце 80-х гг. Пользователь вручную медленно перемещает сканер по поверхности документа, а отражённый луч принимается с помощью линз и преобразуется в цифровую форму. Современные ручные сканеры могут иметь размеры большой авторучки и внутреннюю память, что позволяет использовать их автономно.
Настольные сканеры бывают планшетные, роликовые, барабанные и проекционные. Основной отличительный признак планшетного сканера – подвижная сканирующая головка. Она перемещается под стеклом, на которое помещается сканируемый оригинал документа. Такой сканер прост и удобен в эксплуатации, особенно для книг, но имеет большие габариты по сравнению с ручными.
В листопротяжном (или его ещё называют роликовым) сканере оригинал пропускается через ролики механизма подачи бумаги и попадает в поле зрения линейки датчиков. Он компактен, может функционировать автоматически, имеет низкую стоимость. К недостаткам относятся сложность выравнивания оригиналов, ограниченный диапазон типов оригинала, неудобство работы с листами разного размера, возможность повреждения оригинала.
Барабанные сканеры, как правило, имеют барабан в виде прозрачного цилиндра из органического стекла, на поверхности которого закрепляется оригинал. Находящиеся рядом сканирующие датчики считывают изображение. Сканирование выполняется с наиболее высоким разрешением с оригинала практически любого типа, однако барабанные сканеры имеют большой размер, высокую стоимость. Кроме того, на них невозможно непосредственное сканирование книг и журналов.
Проекционные сканеры внешне напоминают фотоувеличитель или проекционный аппарат, а по сути – цифровой фотоаппарат. К преимуществам такого сканера относятся: удобство выравнивания оригинала; небольшая занимаемая площадь; разнообразие сканируемых оригиналов; возможность комбинирования плоских и трёхмерных оригиналов. Недостатками являются зависимость от источника внешнего освещения; ограничения на размер оригинала; трудность расположения нестандартных оригиналов (например, книги в развёрнутом виде).
Вопросы и тестовые задания для самоконтроля
1. Кого называют первым программистом, кто при создании аналитической машины Беббиджа предложил использовать перфокарты для программирования вычислительных операций:
1) Блез Паскаль;
2) Готфрид Лейбниц;
3) Чарльз Бэббидж;
4) Ада Лавлейс?
2. Французский учёный, построивший первую счётную машину в 1642 г. Она была механической с ручным приводом и могла выполнять операции сложения и вычитания:
1) Блез Паскаль;
2) Готфрид Лейбниц;
3) Чарльз Бэббидж;
1) Ада Лавлейс.
3. Немецкий математик, построивший в 1672 г. механический калькулятор, который мог выполнять операции сложения, вычитания, умножения и деления:
1) Блез Паскаль;
2) Готфрид Лейбниц;
3) Чарльз Бэббидж;
4) Ада Лавлейс.
4. Кем и в каком году были разработаны принципы работы электронной вычислительной машины?
5. Какие блоки входят в архитектуру фон-неймановской ЭВМ и каково назначение каждого из блоков?
6. Каковы общие принципы функционирования универсальных вычислительных устройств, т.е. компьютеров, сформулированные Джоном фон Нейманом
7. Какова структура машинной команды?
8. Основу элементной базы ЭВМ первого, второго, третьего поколения составляют (для каждого поколения выберите нужный ответ):
1) электронные лампы;
2) полупроводниковые транзисторы;
3) интегральные схемы;
4) интегральные схемы большой и сверхбольшой степени интеграции.
9. В качестве небольшой буферной сверхбыстродействующей памяти используется:
1) оперативная память (ОЗУ);
2) постоянная память (ПЗУ);
3) микропроцессорная память (регистры общего и специального назначения);
4) кэш-память.
10. Для временного хранения информации в персональном компьютере используется:
1) оперативная память (ОЗУ);
2) ПЗУ;
3) операционная система;
4) BIOS.
11. Для хранения исполняемых программ во время их работы и чтения/записи соответствующих данных предназначена:
1) оперативная память (ОЗУ);
2) постоянная память (ПЗУ);
3) микропроцессорная память (регистры);
4) кэш-память.
12. Для хранения программ, необходимых для начальной загрузки компьютера после включения питания, предназначена:
1) оперативная память (ОЗУ);
2) постоянная память (ПЗУ);
3) микропроцессорная память (регистры);
4) кэш-память.
13. Для вычисления адреса следующей исполняемой команды, хранения признаков состояния (переполнения, знака), и различных данных предназначена:
2) оперативная память (ОЗУ);
3) постоянная память (ПЗУ);
4) микропроцессорная память (регистры);
5) кэш-память.
14. Что собой представляет принцип открытой архитектуры?
15. Что включает в себя минимальный набор необходимых для работы устройств (минимальная конфигурация компьютера)?
16. Назовите внешние устройства компьютера, известные Вам и их назначение.
вернуться к содержанию
