С. Л. Гольдштейн А. В. Кибардин информатика для физиков часть Введение Учебное пособие

Внешние устройства ПЭВМ

Эффективность использования ПЭВМ в большой степени определяется количеством и типами внешних устройств, которые могут применяться в ее составе. Внешние устройства обеспечивают хранение больших объемов данных и взаимодействие пользователя с ПЭВМ.
Конструктивно каждая модель ПЭВМ имеет так называемый базовый набор внешних устройств – клавиатуру, ручной манипулятор (мышь или другие), дисплей, накопитель на жестком магнитном диске (НЖМД) и накопитель на гибком диске (НГМД), составляющий вместе с системным блоком “базовую конфигурацию” этой модели. При необходимости к ПЭВМ могут подключаться также дополнительные внешние устройства: принтер, сканер и пр.
Клавиатура. Клавиатура реализует диалоговое общение пользователя с ПЭВМ: ввод команд и данных.
Клавиатура представляет отдельный конструктивный блок. На общей плате располагаются кнопки. По технологии изготовления клавиатуры делятся на механические и мембранные (пленочные). Нажатие кнопки вырабатывает электрический сигнал. Внутренняя схема обрабатывает сигналы, поступающие на нее после нажатия кнопки и преобразует их в последовательности кодов, которые по разъему передаются компьютеру на обработку. Каждая клавиша генерирует свой уникальный код. Центральный процессор преобразует поступающие коды согласно таблице кодировки, расположенной в памяти компьютера и выводит на монитор соответствующие символы.
Мышь. Общение пользователя с ПЭВМ облегчается с помощью различных манипуляторов. Наиболее распространенным из них является мышь. Мышь представляет собой небольшую коробочку с двумя или тремя клавишами. Существует две разновидности мышей: оптико-механические и оптические. В первой в днище находится свободно вращающийся шарик, движение которого передается двум расположенным под углом 90 градусов роликам. Ролики в свою очередь вращают жестко закрепленные диски с прорезями. С помощью оптических излучателей и приемников и специальной электрической схемы это вращение преобразуется в электрический сигнал. Импульсы передаются в системный блок и управляют движением курсора (маленькой стрелки) на экране монитора. В оптических мышах отсутствуют механические части: движение мыши преобразуется в движение курсора посредством оптической системы, расположенной в корпусе мыши.
Накопители на гибких дисках (НГМД). НГМД служат для хранения программ и данных небольшого объема и удобны для переноса информации с одной ЭВМ на другую. Носитель информации – гибкий диск – состоит из двух частей: собственно носителя информации и конверта (корпуса), в котором располагается этот носитель. Носитель информации изготавливается из прочного пластика, на поверхность которого наносится тонкий слой магнитного материала. Конверт изготовлен из пластмассы. Запись и чтение информации с диска выполняется в дисководе гибкого диска с помощью магнитных головок дисковода. Магнитная головка представляет собой ферритовое ядро с головкой чтения/записи в центре и по стирающей головке с каждой стороны. Головки чтения/записи читают (записывают) информацию в виде намагниченных участков магнитного слоя; стирающие головки “очищают” магнитный слой по обеим сторонам от записываемой дорожки данных для предотвращения помех от записанных данных на соседних дорожках. Данные сохраняются на диске в виде последовательности участков с противоположным направлением магнитной индукции, что соответствует двоичным нулям или единицам. Информация пишется на рабочую поверхность диска по концентрическим окружностям (дорожкам). Каждая дорожка разбита на части, называемый секторами. Секторы представляют собой основную единицу хранения информации на дискете.
Основными характеристиками гибкого диска является емкость и плотность записи. Сегодня наиболее широко используется формат дискеты HD (высокая плотность) – 80 дорожек на каждой из сторон, 18 секторов по 512 байт при емкости диска 1,44 Мб размером 3,5 дюйма.
Накопители на жестких магнитных дисках. НЖМД (винчестер) содержит несколько дисков, объединенных в пакет. Чаще всего такой пакет включает 4-6 дисков размером 5,25 дюймов. НЖМД является несменяемым, располагается внутри системного блока. В НЖМД магнитные головки, объединенные в блок, перемещаются одновременно в радиальном направлении по отношению к дискам. Дорожки с одинаковыми номерами на разных поверхностях дисков образуют цилиндр.
В настоящее время широкое распространение получили НЖМД с емкостью в десятки ГБ.
Расширением внешней памяти достигается подключением к системному блоку стримера. Стример – это устройство для высокоскоростной записи/чтения данных на магнитную ленту. Обычно стримеры используются в вычислительных системах в качестве устройств резервного копирования информации, так как позволяют хранить информацию практически неограниченное время.
В последние годы широко используются устройства для хранения информации на оптических и магнитооптических (лазерных) дисках. Их емкость измеряется гигабайтами. Оптические диски являются носителями для однократной записи. Магнитооптические диски позволяют многократно перезаписывать хранимую на них информацию.
Печатающие устройства. Существуют различные печатающие устройства, различающиеся принципом работы. Рассмотрим лазерные и струйные принтеры. В основе работы лазерного принтера лежит процесс электростатической фотографии. Образ будущего изображения рисуется статическим электричеством на поверхности фотопроводящего барабана с помощью луча лазера (таким образом создается скрытое изображение). К заряженным участкам барабана притягиваются частички краски (тонера), которые затем с помощью системы валиков переносятся на бумагу. После переноса изображения на бумагу оно закрепляется с помощью какого-либо процесса – как правило, это достигается вплавлением частичек краски в бумагу посредством нагрева. Лазерные принтеры отличаются высокой производительностью и качеством печати.
Струйные принтеры в последние годы получают все большее распространение. Причина в том, что будучи более дешевыми устройствами по сравнению с лазерными принтерами, они обладают весьма близкими к ним характеристиками. В струйных принтерах изображение формируется путем нанесения на бумагу жидкой краски (чернил) с помощью сопел. При попадании на бумагу чернила очень быстро впитываются и высыхают. Существует два способа струйной печати. Первый – термоструйная печать. Каждое сопло печатающей головки снабжается терморезистором. Для того, чтобы напечатать точку, на один из резисторов подается напряжение, в результате нагрева которого образуется паровой пузырь, выталкивающий капельку чернил из сопла. В пьезоэлектрических устройствах в каждом сопле печатающей головки на пути подачи чернил располагается пьезоэлемент, имеющий свойство изменять свою форму под воздействием электрического напряжения. Чернила практически не сжимаются, поэтому при изменении формы пьезоэлемента и, как следствие, изменения объема камеры сопла, часть чернил выбрасывается наружу.
Графопостроители (плоттеры) применяются для вывода графической информации. Конструктивно современные плоттеры напоминают лазерные и струйные принтеры, однако отличаются большими размерами кареток, что позволяет выводить чертежи очень больших размеров.