Kandaurova_N_Vychislitelnye_sistemy_seti_i_telekommunikatsii

дополнительные функции: автоматическую конфигурацию периферийных устройств (которая позволяет пользователю устанавливать дополнительные платы, не задумываясь над распределением прерываний, каналов ПДП и адресного пространства); работу при пониженном напряжении питания, возможность работы с 64-разрядным интерфейсом. «Слоевая» структура интерфейса PCI снижает электрическую нагрузку на МП и позволяет одновременно управлять шестью периферийными устройствами, подключенными к СМ. Стандарт PCI позволяет использовать «мосты» (Bridges) для организации связи с другими стандартами (например, PCI to ISA Bridge).

Стандарт USB (Universal Serial Bus) – универсальный последовательный интерфейс, обеспечивающий обмен со скоростью 12 Мбайт/с и подключение до 127 устройств.

Стандарт PCMCIA (Personal Computer Memory Card International Association) – интерфейс блокнотных ПК для подключения расширителей памяти, модемов, контроллеров дисков и стриммеров, сетевых адаптеров и др. Системная магистраль, выполненная по этому стандарту, имеет минимальное энергопотребление, ШД – на 16 линий, ША – на 24 линии.

6.4. Интерфейсы внешних запоминающих устройств IBM PC

Для подключения жестких магнитных дисков к микропроцессор ному комплекту используется один из 5 типов интерфейсов [1, 6, 10, 23]:

ST506/412;

ESDI (Enhanced Small Device Interface);

SCSI (Small Computer System Interface);

IDE (Integrated Drive Electronics), известный так же как ATA (AT Attachement);

EIDE (Enhanced-IDE).

Интерфейс SCSI является промышленным стандартом для подключения таких устройств, как винчестеры, стриммеры, сменные и оптические диски и др.

Он осуществляет параллельную пересылку данных (побайтно) с контролем по четности, что значительно повышает скорость его работы. Применяется не только в IBM-совместимых копмпьютерах, но и в VAX, Macintosh, SPARCstation и др. Он обслуживает одновременно до 8 устройств (одним из которых является основной (хост) адаптер SCSI). Хост-адаптер SCSI имеет собственную BIOS, которая занимает 16 Кбайт в верхней области памяти (UMB). Интерфейс обеспечивает удаление внешних ЗУ до 6 м при синфазном способе работы и до 25 м – при дифференциальном соединении (токовая петля).

Обмен между устройствами на магистрали SCSI происходит в соответствии с протоколом высокого уровня. Программы управления обменом составляются на CCS (Common Command Set) – это универсальный

90

набор команд, обеспечивающий доступ к данным на логическом уровне (в отличие от ESDI). Программное обеспечение SCSI не оперирует физическими характеристиками жестких дисков (числом цилиндров, головок и т.д.), а имеет дело только с логическими блоками.

Для 32-разрядных микропроцессоров появился интерфейс SCSI-2, в спецификацию которого был введен так называемый «широкий» (wide) вариант шины данных – дополнительные 24 линии. Кроме «широкого», был разработан «быстрый» (fast) SCSI-2 с производительностью 10 Мбит/с. Совместное их использование позволяет повысить производительность магистрали до 40 Мбит/с. Интерфейс может организовывать очередь команд, в нем расширен состав команд. Планируется выпуск SCSI-3, позволяющего подключать большее количество устройств и обеспечивающего работу с более длинным кабелем.

Интерфейс IDE (он же ATA, AT-bus, PC/AT, Task File) был предложен пользователям AT и XT в 1988 г. в качестве недорогой альтернативы интерфейсам ESDI и SCSI. Его отличительная особенность – реализация функций контроллера в самом накопителе. Такое решение позволяет сократить количество сигналов, передаваемых между системной платой и накопителем (остался один 40-жильный кабель), повысить производительность жесткого диска с 5 до 10 Мбит/с. В контроллере используются такие аппаратные средства, как кэш-память, трансляторы физических параметров диска в логические, что позволяет применять нестандартные параметры накопителя.

IDE-интерфейсы имеют ограничение сверху на емкость подключаемых к ним жестких дисков – два накопителя по 528 Мбайт каждый. Этого недостатка лишен интерфейс EIDE, который позволяет подключать к одному контроллеру до 4 устройств, в том числе таких, как CD-ROM.

Литература

Список основной литературы

1.Аппаратные средства IBM PC: энциклопедия / М. Гук. – СПб.: Питер, 2003.

2.Бройдо В.Л., Ильина О.П. Вычислительные системы, сети и телекоммуникации. – 3-е изд. – СПб.: Питер, 2008.

3.Истомин Е.П., Неклюдов С.В., Чертков А.А. Вычислительные системы, сети и телекоммуникации: учебник. – СПб.: Андреевский издательский дом, 2007.

4.Поветкин С.Н. Вычислительные системы, сети и телекоммуникации (краткий курс): учеб. пособие. – СПб.: Андреевский издательский дом, 2005.

5.Пятибратов А.П. Вычислительные системы, сети и телекоммуникации: учебник / А.П. Пятибратов, Л.П. Гудыно, А.А. Кириченко; под ред. А.П. Пятибратова. – 4-е изд., перераб. и доп. – М.: Финансы и статистика; ИНФРА-М, 2008.

91

Список дополнительной литературы

1.Аппаратные средства и организация персонального компьютера: учеб. пособие / Г.А. Дудкин, Д.Д. Кондратьев, С.Ю. Неклюдов; под ред. С.Ю. Неклюдова. – СПб.: СПбГУВК, 2004.

2.Архитектура IBM-совместимых персональных компьютеров: учеб. пособие / Г.А. Дудкин, Д.Д. Кондратьев, С.Ю. Неклюдов; под ред. С.Ю. Неклюдова. – СПб.: СПбГУВК, 2001.

3.Бройдо В.Л. Вычислительные системы, сети и телекоммуникации: учебник. – 2-е изд. – СПб.: Питер, 2005.

4.Информатика: учебник / под ред. Н.В. Макаровой. – М.: Финансы и статистика, 2004.

5.Основы современных компьютерных технологий: учебник / под ред. проф. А.Д. Хомоненко. – СПб.: КОРОНА принт, 2005.

6.Пятибратов А.П. Вычислительные системы, сети и телекоммуникации: учебник / А.П. Пятибратов, Л.П. Гудыно, А.А. Кириченко; под ред. А.П. Пятибратова. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Финансы и статистика,

2005.

7.Пятибратов А.П. и др. Вычислительные системы, сети и телекоммуникации: учебник / А.П. Пятибратов, Л.П. Гудыно, А.А. Кириченко; под ред. А.П. Пятибратова. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Финансы и статистика, 2002.

Лекция № 7. ВНЕШНИЕ УСТРОЙСТВА ПЕРСОНАЛЬНЫХ КОМПЬЮТЕРОВ

7.1. Видеотерминальные устройства

Видеотерминальные устройства предназначены для оперативного отображения на экране текстовой и графической информации. Видеотерминал состоит из видеомонитора (дисплея) и видеоконтроллера (видеоадаптера). В стационарных ПК еще встречается индикация информации на экране электронно-лучевой трубки (ЭЛТ), в портативных ПК

– только на плоских индикаторах.

Видеомониторы на базе ЭЛТ. В основной состав монитора входят [6, 9, 10, 21, 23]:

электронно-лучевая трубка;

блок разверток;

видеоусилитель;

блок питания.

ЭЛТ представляет собой запаянную вакуумную стеклянную колбу, экран которой покрыт слоем люминофора, а в горловине установлена электронная пушка, испускающая поток электронов. С помощью формирующей и отклоняющей систем поток электронов модулируется для отображения нужного символа и направляется на нужное место экрана. Энергия, выделяемая попадающими на люминофор электронами, заставляет его светиться. Светящиеся точки люминофора формируют изображение, воспринимаемое визуально.

В компьютерах применяются монохромные и цветные мониторы. Монохромные мониторы существенно дешевле цветных, имеют более

четкое изображение и большую разрешающую способность, позволяют отобразить десятки оттенков серого цвета, менее вредны для здоровья человека. Поэтому многие профессиональные программисты предпочитают именно их. Монохромные мониторы используют одну электронную пушку.

В цветном мониторе используются три электронных пушки. Каждая пушка отвечает за один из трех основных цветов: красный (Red), зеленый (Green) и синий (Blue), путем смешивания которых создаются все остальные цвета и цветовые оттенки, свыше 16 млн. разных оттенков, предусмотренных стандартом True Color. Люминофор цветной трубки содержит мелкие группы точек, в каждой из которых имеются три вида элементов (триады), светящихся основными цветами. Поток электронов от каждой электронной пушки направляется на соответствующие группы точек. Такие мониторы иногда называют RGB-мониторами, по первым буквам названия основных цветов, формирующих спектр.

RGB-мониторы являются более качественными, обладают высокой разрешающей способностью графики и цвета. Они работают совместно с цветным графическим контроллером.

93

Блок разверток может подавать в отклоняющую систему монитора напряжения разной формы, от которой зависит вид развертки изображения. Различают три типа разверток: растровую, матричную и векторную.

Растровая развертка обеспечивает сканирование всего экрана последовательно строка за строкой. Такая развертка выполняется при подаче на горизонтальные (для строк) и вертикальные (для кадров) отклоняющие пластины отклоняющей системы напряжений пилообразной формы.

Матричная развертка отличается от растровой тем, что сканирующий электронный луч перемещается по строкам экрана скачками от одного пиксела к другому. Обычно в составе такой системы имеются счетчики, что позволяет перемещать отклоняющий луч сразу в любую заданную точку экрана путем установки кодов в счетчиках строчной и кадровой развертки, соответствующих координатам нужной точки.

Векторная развертка используется для изображения на экране сложных фигур с помощью сплошных линий. Управление вертикальным и горизонтальным отклонением луча осуществляется с помощью набора функциональных генераторов, каждый из которых настроен на формирование определенного простого графического контура (примитива).

В зависимости от вида управляющего лучом сигнала мониторы бывают аналоговые и цифровые.

В цифровых мониторах удобно строится многоуровневое экранное меню, используются заранее установленные графические режимы. Но аналоговые мониторы позволяют более качественно формировать изображение на экране.

Размер экрана монитора задается обычно величиной его диагонали в дюймах: для ПК приняты размеры экранов 12, 14, 15, 17, 21 и 22 дюйма. По эргономике наиболее комфортное значение размера экрана для работы – 17". Такие мониторы имеют хорошую разрешающую способность, существенно удобнее в работе и менее вредны для здоровья.

Важной характеристикой монитора является частота его кадровой развертки. Смена изображений (кадров) на экране с частотой 25 Гц воспринимается глазом как непрерывное движение, но глаз при этом из-за мерцания экрана быстро устает. Для большей устойчивости изображения и снижения усталости глаза у современных качественных мониторов поддерживается частота смены кадров не ниже 70-75 Гц. При этом частота строчной развертки достигает величины 40-50 КГц.

Строчная развертка может быть построчной и чересстрочной, последняя позволяет получить большую разрешающую способность, но снижает вдвое фактическую кадровую частоту и увеличивает мерцание экрана. Есть мониторы, работающие и в том и в другом режимах – при необходимости получения большего разрешения включается чересстрочная развертка.

Видеомониторы могут работать в двух режимах: текстовом и графическом.

94

В текстовом режиме изображение на экране монитора состоит из символов расширенного набора ASCII, формируемых знакогенератором кодов формы всех отображаемых символов. В текстовом режиме возможно изображение примитивных рисунков, гистограмм, рамок, составленных с использованием символов псевдографики.

При выводе символа на экран сначала определяются его координаты (номер строки и номер столбца), а затем по коду символа соответствующий знакогенератор генерирует его форму, которая и высвечивается на экране.

Максимальное число символов, которое может быть отображено на экране, называется информационной емкостью экрана. В обычном режиме на экране размещается 25 строк по 80 символов в каждой из них, т.е. информационная емкость составляет 80∙25=2000 символов. В других режимах может отображаться 50, 60 строк и 40, 132 символа в строке.

В графическом режиме на экран выводятся видеоизображения, сложные схемы и чертежи, надписи с различными шрифтами и размерами букв, формируемых из отдельных мозаичных элементов – пикселов (pixel – picture element).

Измеряется разрешающая способность максимальным количеством пикселов, размещающимся по горизонтали и вертикали на экране монитора. Разрешающая способность зависит от характеристик монитора и видеоконтроллера. В общем случае каждому пикселу экрана соответствует несколько бит видеопамяти: для отображения 16,7 млн. цветовых оттенков пиксела, например, требуется 24 бита.

Стандартные значения разрешающей способности современных мониторов: 640×480, 800×600, 1024×768, 1280×1024, 1600×1200, 1800×1440, 1920×1440, 2048×1536, но реально могут быть и иные значения. Следует заметить, что чем больше разрешающая способность, тем меньше рабочая частота кадровой развертки у мульти-частотных мониторов, но в любом случае она не должна быть меньше 65 Гц.

Из характеристик видеоконтроллера наиболее влияет на разрешающую способность и качество изображения на экране монитора объем его видеопамяти.

Наиболее важной характеристикой самого монитора, определяющей разрешающую способность и четкость изображения на экране, является размер зерна (точки) люминофора экрана монитора: чем меньше зерно, тем, естественно, выше четкость и тем меньше устает глаз. Величина зерна современных мониторов имеет значения 0,25-0,28 мм. Строго говоря, определяется не диаметр зерна, а расстояние между центрами зерен.

Эргономичность ЭЛТ-монитора определяется его характеристиками (качество картинки, габариты, вес, дизайн) и безвредностью для здоровья человека.

Для профессиональных мониторов существует жесткий международный стандарт ТСО-99, определяющий допустимые величины различных излучений (полей), качество картинки на экране и режимы управления электропитанием мониторов.

95

Видеомониторы на плоских панелях весьма разнообразны [6, 9, 10, 21, 23]:

мониторы на жидкокристаллических индикаторах (ЖКИ);

плазменные мониторы;

электролюминесцентные мониторы;

самоизлучающие мониторы.

Мониторы на жидкокристаллических индикаторах (ЖКИ, LCD – Liquid Cristal Display) – это цифровые плоские мониторы. Они используют специальную прозрачную жидкость, которая при определенных напряженностях электростатического поля кристаллизуется, изменяя свою прозрачность, коэффициенты поляризации и преломления световых лучей. Эти эффекты используются для формирования изображения. Конструктивно такой дисплей выполнен в виде двух электропроводящих стеклянных пластин, между которыми помещается тончайший слой такой кристаллизующейся жидкости. В качестве источника света для задней или боковой подсветки экранов используются флуоресцентные лампы с холодным катодом или электролюминесцентные панели.

LCD бывают с активной и пассивной матрицами.

В пассивной матрице каждый элемент экрана (пиксел) выбирается на перекрестии координатных управляющих прозрачных проводов. В активной матрице для каждого элемента экрана есть свой управляющий транзистор.

Наряду с монохромными широко используются и цветные дисплеи. У цветных дисплеев каждый пиксел состоит из трех отдельных подпикселов (R, G и В), покрытых тонкими светофильтрами соответствующих цветов. Современные дисплеи с активной матрицей поддерживают стандарт True Color, что позволяет отображать до 16,7 цветовых оттенков.

Дисплеи с активной матрицей имеют лучшую яркость и предоставляют возможность смотреть на экран даже с отклонением до 45° и более без ущерба качеству изображения. На панели с активной матрицей можно отображать движущиеся изображения без видимого искажения, т.к. время реакции у них около 50 мс против 300 мс для пассивной матрицы, а контрастность изображения даже лучше, чем у ЭЛТ-мониторов. Для LCDмониторов достаточной является частота регенерации 60 Гц. Потребляемая и рассеиваемая мощность у LCD-мониторов существенно ниже, чем у ЭЛТмониторов.

Вывод. Дисплей с активной матрицей обеспечивает лучшее качество: хорошую динамичность, разрешающую способность, контрастность и яркость изображения, но он более сложный и дорогой.

В плазменных мониторах (PDP – Plasma Display Panels) изображение формируется излучением света газовыми разрядами в пикселах панели. Конструктивно панель состоит из трех стеклянных пластин, на две из которых нанесены тонкие прозрачные проводники: на одну пластину – горизонтально, на другую – вертикально. Между ними находится третья

96

пластина, в которой в местах пересечения проводников двух первых пластин имеются сквозные отверстия, это и есть пикселы. Эти отверстия при сборке панели заполняются инертным газом: неоном или аргоном. При подаче высокочастотного напряжения на один из вертикально и один из горизонтально расположенных проводников в отверстии, находящемся на их пересечении, возникает газовый разряд.

Плазма газового разряда излучает свет в ультрафиолетовом диапазоне, который вызывает свечение частиц люминофора в диапазоне, видимом человеком. Фактически каждый пиксел на экране работает, как обычная флуоресцентная лампа дневного света.

Высокая яркость и контрастность наряду с отсутствием дрожания являются большими преимуществами таких мониторов. Кроме того, угол по отношению к нормали, под которым можно увидеть нормальное изображение на плазменных мониторах, существенно больше, чем 45°. Главными недостатками такого типа мониторов является довольно высокая потребляемая, мощность, возрастающая при увеличении диагонали монитора, и низкая разрешающая способность, обусловленная большим размером элемента изображения. Кроме этого, свойства люминофорных элементов быстро ухудшаются, и экран становится менее ярким, поэтому срок службы плазменных мониторов ограничен 10 000 часами (это около 5 лет при офисном использовании). Из-за этих ограничений такие мониторы используются там, где требуются большие размеры экранов для отображения информации.

Электролюминесцентные мониторы (FED – Field Emission Display) в качестве панели используют две тонкие стеклянные пластины с нанесенными на них прозрачными проводами. На одну из этих пластин нанесен слой люминофора. Пластины складываются так, что провода пластин пересекаются, образуя сетку. Между пересекающимися проводами образуются пикселы. На пару пересекающихся проводов подается напряжение, создающее электрическое поле, достаточное для возбуждения свечения люминофора в пикселе, находящемся в месте пересечения.

Самоизлучающие мониторы (LEP – Light Emission Plastics) используют в качестве панели полупроводниковую пластину, элементы которой под действием электрического тока начинают светиться. Конструкция панели примерно такая же, как панели FED.

Видеоконтроллеры (видеоадаптеры) являются внутрисистемными устройствами, преобразующими данные в сигнал, отображаемый монитором. Они непосредственно управляют мониторами и выводом информации на экран. Видеоконтроллер содержит: графический контроллер; растровую оперативную память, хранящую воспроизводимую на экране информацию; микросхемы ПЗУ; цифроаналоговый преобразователь.

Контроллер (спецпроцессор) формирует управляющие сигналы для монитора и управляет выводом закодированного изображения из видеопамяти, управляет регенерацией ее содержимого и взаимодействием с центральным процессором. Контроллер с аппаратной поддержкой некоторых

97

функций, позволяющей освободить центральный процессор от выполнения части типовых операций, называется акселератором (ускорителем). Акселераторы эффективны при работе со сложной графикой: многооконным интерфейсом, трехмерной (3D) графикой и т.п.

Важная характеристика – емкость видеопамяти, она определяет количество хранимых в памяти пикселов и их атрибутов. Видеоконтроллер должен обеспечить естественное изображение на экране монитора, что возможно при большом числе воспроизводимых цветовых оттенков, высокой разрешающей способности и высокой скорости вывода изображения на экран.

Общепринятый стандарт формирует много типов графических видеоконтроллеров. Однако в настоящее время практически используется только тип SVGA (Super Video Graphics Adapter) улучшенный видеографический адаптер.

Видеоконтроллер имеет микросхемы ПЗУ, содержащие видеоBIOS и сменные матрицы знаков. Он устанавливается на материнской плате как видеокарта в свободный разъем AGP или PCI.

7.2. Клавиатура

Клавиатура – важнейшее для пользователя устройство, с помощью которого осуществляется ввод данных, команд и управляющих воздействий в ПК. На клавишах нанесены буквы латинского и русского алфавитов, десятичные цифры, математические и специальные служебные знаки, знаки препинания, наименования некоторых команд, функций и т.д. Появились новые, удобные для использования в системе Windows, клавиатуры со 104 клавишами.

Все клавиши можно разбить на следующие группы [6, 9, 21, 23]:

буквенно-цифровые клавиши, предназначенные для ввода текстов и чисел;

клавиши управления курсором: эта группа клавиш может быть использована также для ввода числовых данных, просмотра и редактирования текста на экране;

специальные управляющие клавиши: переключение регистров, прерывание работы программы, вывод содержимого экрана на печать, перезагрузка ОС ПК и т.д.;

функциональные клавиши, широко используемые в сервисных

программах в качестве управляющих клавиш.

Буквенно-цифровые клавиши занимают центральную часть клавиатуры. Латинские и русские буквы на клавиатуре расположены соответственно по стандартам QWERTY и ЙЦУКЕН (первые шесть букв в верхнем ряду буквенной клавиатуры).

Для буквенно-цифровых клавиш существует понятие регистра: верхний/нижний и латинский/русский. В верхнем регистре вводятся

98

прописные (заглавные) буквы, а в нижнем – строчные (маленькие). В русском регистре вводятся символы кириллицы, а в латинском – латиницы.

Клавиши управления курсором расположены в правой части панели клавиатуры. Для удобства работы они продублированы и состоят из трех групп:

малая цифровая клавиатура;

клавиши просмотра текста на экране и его редактирования;

клавиши управления курсором.

Функциональные клавиши F1-F12 размещены в верхней части клавиатуры. Эти клавиши предназначены для различных специальных действий; они программируются и для каждого программного продукта имеют свое назначение.

Блок клавиатуры кроме клавиатуры содержит контроллер клавиатуры, состоящий из буферной памяти и схемы управления. Он подключается к основной плате с помощью нескольких вариантов интерфейсов, но самым перспективным является интерфейс USB.

Контроллер клавиатуры осуществляет:

сканирование состояния клавиш;

буферизацию до 20 отдельных кодов клавиш на время между двумя соседними опросами клавиатуры со стороны МП;

преобразование с помощью драйвера SCAN-кодов в коды ASCII;

тестирование клавиатуры при включении ПК.

Контроллер клавиатуры организует и автоматическое повторение клавишной операции: если клавиша нажата более 0,5 с, то генерируются повторные коды нажатия клавиши через регулярные интервалы так, как если бы вы клавишу нажимали повторно.

7.3.Графический манипулятор «мышь»

Вкачестве устройств ручного ввода используются: джойстики, световые перья, карандаши и др., но чаще всего – мыши [6, 9, 23].

Мышь (mouse) представляет собой электронно-механическое

устройство, с помощью которого осуществляется дистанционное управление указателем мыши на экране монитора. При перемещении манипулятора типа «мышь» по поверхности стола на экране монитора соответствующим образом передвигается и указатель мыши. Принцип работы мыши основан на преобразовании движения лазерного луча по двум осям в серию цифровых сигналов (импульсов), пропорциональных скорости передвижения.

Мыши бывают двухкнопочные (2 button) и трехкнопочные (3 button). Чаще всего используются мыши с дополнительной третьей кнопкой (колесиком), применяемой для скроллинга (вертикальной прокрутки) вверхвниз страницы в окне дисплея.

В настоящее время выпускаются мыши с интерфейсами СОМ, PS/2, USB (самый распространѐнный) и IrDA. Мыши с интерфейсом IrDA

99