1.2.4. Устройства ввода/вывода данных, их разновидности и основные характеристики

Ввод числовой и текстовой информации осуществляется с помощью клавиатуры. Клавиатура – это клавишное устройство управления персональным компьютером. Служит для ввода алфавитно-цифровых (знаковых) данных, а также команд управления. Сочетание монитора и клавиатуры обеспечивает простейший интерфейс пользователя. С помощью клавиатуры управляют компьютерной системой, а с помощью монитора получают отклик от нее.

Клавиатура относится к стандартным средствам персонального компьютера. Ее основные функции не нуждаются в поддержке специальными системными программами (драйверами). Необходимое программное обеспечение для начала работы с компьютером уже имеется в микросхеме ПЗУ в составе базовой системы ввода-вывода (BIOS), и потому компьютер реагирует на нажатия клавиш сразу после включения.

Принцип действия клавиатуры заключается в следующем:

1. При нажатии на клавишу (или комбинацию клавиш) специальная микросхема, встроенная в клавиатуру, выдает так называемый скан-код.

2. Скан-код поступает в микросхему, выполняющую функции порта клавиатуры. (Порты – специальные аппаратно-логические устройства, отвечающие за связь процессора с другими устройствами.) Данная микросхема находится на основной плате компьютера внутри системного блока.

3. Порт клавиатуры выдает процессору прерывание с фиксированным номером. Для клавиатуры номер прерывания – 9 (Interrupt 9, Int 9).

4. Получив прерывание, процессор откладывает текущую работу и по номеру прерывания обращается в специальную область оперативной памяти, где находится так называемый вектор прерываний. Вектор прерываний – это список адресных данных с фиксированной длиной записи. Каждая запись содержит адрес программы, которая должна обслужить прерывание с номером, совпадающим с номером записи.

5. Определив адрес начала программы, обрабатывающей возникшее прерывание, процессор переходит к ее исполнению. Простейшая программа обработки клавиатурного прерывания это «защита» в микросхеме ПЗУ, но программисты могут «подставить» вместо нее свою программу, если изменят данные в векторе прерываний.

6. Программа-обработчик прерывания направляет процессор к порту клавиатуры, где он находит скан-код, загружает его в свои регистры, а затем, под управлением обработчика определяет, какой код символа соответствует данному скан-коду.

7. Далее обработчик прерываний отправляет полученный код символа в небольшую область памяти, известную как буфер клавиатуры, и прекращает свою работу, известив об этом процессор.

8. Процессор прекращает обработку прерывания и возвращается к отложенной задаче.

9. Введенный символ хранится в буфере клавиатуры до тех пор, пока его не заберет оттуда та программа, для которой он и предназначался, например, текстовый редактор или текстовый процессор. Если символы поступают в буфер чаще, чем забираются оттуда, наступает эффект переполнения буфера. В этом случае ввод новых символов на некоторое время прекращается. На практике в этот момент при нажатии на клавишу мы слышим предупреждающий звуковой сигнал и не наблюдаем ввода данных.

Для ввода графической информации или работы с графическим интерфейсом программ применяют манипуляторы типа «мышь» (для настольных персональных компьютеров); трекбол или тачпад (для портативных компьютеров)

Для ввода звуковой информации предназначен микрофон, подключенный ко входу специальной звуковой платы, установленной в компьютере.

В настоящее время пользуются большой популярностью цифровые камеры: фотоаппараты и видеокамеры, которые формируют изображение уже в компьютерном формате.

Главное устройство вывода информации компьютера – это монитор, который не является единственно возможным, но, тем не менее, состоит главным устройством вывода.

По устройству мониторы делятся на:

• ЭЛТ мониторы (на основе электронно-лучевых трубок – CRT);

• ЖК мониторы (на основе жидко-кристаллических панелей – DSTN или TFT).

ЭЛТ мониторы – это мониторы с электронно-лучевой трубкой (ЭЛТ), по-английски CRT (Cathode Ray Tube). Из-за того, что в трубке есть так называемая электронно-лучевая пушка, расположенная перпендикулярно плоскости экрана, весь монитор имеет довольно значительный объем и занимает много места на рабочем столе.

ЖК мониторы – это мониторы, созданные на основе жидко-кристаллических панелей (LCD – Liquid Crystal Display).

В ЖК мониторах не используется электронно-лучевая трубка, которая дает объемный корпус и создает проблемы необходимости защиты от излучения, поэтому они безопасные, занимают небольшой объем на рабочем столе и потребляют меньше энергии.

В ЖК мониторах используется свойство жидких кристаллов упорядочиваться под действием электрического поля и изменять при этом угол поляризации проходящего через кристаллы света. Угол поляризации света изменяется в зависимости от величины электрического поля.

Панель монитора состоит из двух прозрачных пластин, между которыми находятся жидкие кристаллы. Снаружи на эти пластины нанесены тонкие параллельные прозрачные электроды. На одной пластине – вертикальные, на другой – горизонтальные. Получается некая объемная координатная сетка. Если пропустить ток по одному вертикальному проводнику и одному горизонтальному, то в ячейке, находящиеся между этими проводниками возникает электрическое поле, воздействующее на кристаллы.

Панель с жидкими кристаллами подсвечивается снизу. Прежде, чем свет попадет на кристаллы, он проходит через внутренний поляризационный фильтр и на кристаллы попадает уже поляризованный свет. После прохождения через слой жидких кристаллов свет меняет угол поляризации, затем проходит через внешний поляризационный фильтр, угол поляризации которого отличается от угла поляризации внутреннего фильтра. Если вышедший свет будет иметь угол поляризации, совпадающий с углом внешнего фильтра, то его яркость не изменится, если же угол между ними будет 90°, то свет не пройдет через фильтр. На промежуточных значениях разности углов поляризации света и внешнего фильтра яркость света будет ниже.

Таким образом, регулируя электрическое поле, проходящее через слой жидких кристаллов можно частично или полностью перекрывать свет.

Панель ЖК монитора разделена на ячейки в которых располагаются жидкие кристаллы. Для формирования одного пиксела экрана используются три ячейки, свет из которых проходит через красный, синий и зеленый светофильтры. В зависимости от интенсивности света, проходящего через каждую из трех ячеек, пиксел экрана окрашивается в определенный цвет. Так устроены ЖК панели на пассивной матрице. Панели с пассивной матрицей называются DSTN (Dual-Scan Twisted Nematic – кристаллические экраны с двойным сканированием). Такие панели применялись до конца 90-х годов. Широко же используются сейчас ЖК мониторы с активной матрицей TFT (Thin Film Transistor – на тонкопленочных транзисторах).

Они устроены почти так же, как и панели с пассивной матрицей, но для более точного управления током, создающим электрическое поле в ячейках, для каждой ячейки используется свой транзистор. Транзисторы наносятся по тонкопленочной технологии, отсюда и название панелей.

Размер монитора измеряется между противоположными углами трубки кинескопа по диагонали. Единица измерения – дюймы. Стандартные размеры: 17; 19; 20; 21 дюйм и более.

Частота регенерации (обновления) изображения показывает, сколько раз в течение секунды монитор может полностью сменить изображение (поэтому ее называют также частотой кадров). Этот параметр зависит не только от монитора, но и от свойств и настроек видеоадаптера, хотя предельные возможности определяет все-таки монитор.

Частоту регенерации изображения измеряют в герцах (Гц). Чем она выше, тем четче и устойчивее изображение, меньше утомляются глаза, и увеличивается время непрерывной работы за компьютером. При частоте регенерации порядка 60 Гц мелкое мерцание изображения заметно невооруженным глазом. Сегодня такое значение считается недопустимым. Минимальным считают значение 75 Гц, нормативным – 85 Гц и комфортным – 100 Гц и более.

1.3. Программные средства реализации информационных

процессов. Базы данных

1.3.1. Понятие системного и служебного (сервисного)

программного обеспечения: назначение, возможности,

структура. Операционные системы

Операционная система (ОС) представляет собой совокупность программ, выполняющих две основные функции: предоставление пользователю удобств виртуальной машины и повышение эффектив-ности использования компьютера при рациональном управлении его ресурсами.

К современным операционным системам предъявляются следую-щие требования:

• совместимость — необходимость ОС включать средства для выполнения приложений, подготовленных для других ОС;

• переносимость — обеспечение возможности переноса ОС с одной аппаратной платформы на другую;

• надежность и отказоустойчивость — возможность защиты ОС от внутренних и внешних ошибок, сбоев и отказов;

• безопасность — содержание ОС средств защиты ресурсов одних пользователей от других;

• расширяемость — обеспечение ОС удобства внесения последующих изменений и дополнений;

• производительность — обладание достаточным быстродействием системы.

По числу одновременно выполняемых задач выделяют ОС однозадачные (MS DOS, ранние версии PC DOS) и многозадачные (OS/2, UNIX, Windows, Linux).

Однозадачные ОС предоставляют пользователю виртуальную машину и включают средства управления файлами, периферийными устройствами и средства общения с пользователем. Многозадачные ОС дополнительно управляют разделением между задачами совместно используемых ресурсов. Многозадачность бывает невытесняющая (NetWare, Windows3/95/98) и вытесняющая (Windows NT, OS/2, UNIX). В первом случае активный процесс по окончании сам передает управление ОС для выбора очередного процесса. Во втором — решение о переключении процессора с одного процесса на другой принимает ОС.

По числу одновременно работающих пользователей ОС делятся на однопользовательские (MS DOS, Windows Зх, ранние версии OS/2) и многопользовательские (UNIX, WINDOWS NT). В многопользова-тельских системах присутствуют средства защиты информации пользователей от несанкционированного доступа.

В сетевой ОС присутствуют средства передачи данных между компьютерами по линиям связи и реализация протоколов передачи данных.

Кроме ОС, ориентированных на определенный тип аппаратной платформы, существуют мобильные ОС, легко переносимые на различные типы компьютеров. В таких ОС аппаратно-зависимые места локализованы и при переносе системы переписываются. Аппаратно-независимая часть реализуется на языке программи-рования высокого уровня, как правило, на языке Си и перекомпилируется при переходе на другую платформу.

В настоящий момент около 90 % компьютеров используют ОС Windows. Более широкий класс ОС ориентирован для исполь-зования на серверах. К этому классу ОС относятся семейство UNIX, разработки фирмы Microsoft (MS DOS и Windows), сетевые продукты Novell и корпорации IBM.

UNIX — многопользовательская, многозадачная ОС, включающая достаточно мощные средства защиты программ и файлов различных пользователей. Она является машинонезависимой, что обеспечивает высокую мобильность ОС и легкую переносимость прикладных программ на компьютеры различной архитектуры. Важной особенностью ОС семейства UNIX являются ее модульность и обширный набор сервисных программ, которые позволяют создать благоприятную операционную обстановку для пользователей-программистов (т. е. система особенно эффективна для специалистов — прикладных программистов).

Независимо от версии, общими для UNIX чертами являются: многопользовательский режим со средствами защиты данных от несанкционированного доступа, реализация многозадачной обработки в режиме разделения времени, переносимость системы путем написания основной части на языке Си.

Недостаток UNIX — большая ресурсоемкость, и для небольших однопользовательских систем на базе персональных компьютеров она чаще всего является избыточной.

В целом ОС семейства UNIX ориентированы, прежде всего, на большие локальные (корпоративные) и глобальные сети, объединяющие работу тысяч пользователей. Большое распространение UNIX получили в сети Интернет, где важнейшее значение имеет машинонезависимость ОС.

ОС MS DOS широко использовалась для персональных компьютеров, построенных на базе процессоров Intel 8088-80486.

В настоящее время MS DOS для управления персональными компьютерами практически не применяется. Однако ее не следует считать полностью исчерпавшей свои возможности и потерявшей актуальность. Низкие требования к аппаратным ресурсам оставляют DOS перспективной для практического использования. Так, в 1997 г., начались работы по адаптации DR DOS (аналог MS DOS) к рынку встроенных ОС мелких высокоточных устройств, присоединяемых к Интернету и интранет-сетям. К этим устройствам относятся: кассовые аппараты, факсы, персональные цифровые ассистенты, электронные записные книжки и др.

Операционные системы Windows — это семейство операционных систем, включающее: Windows 3.1, Windows for Workgroups 3.11, Windows 9X, Windows NT, Windows 2000, Windows ME, Windows XP, Windows Vista (первые две обычно называют операционными оболочками, поскольку ОС DOS для них устанавливалась отдельно).

Наиболее популярной ОС на сегодняшний момент является Microsoft Windows XP. От предыдущих версий ее отличают следующие возможности:

– поддержка беспроводных сетей – автоматическое подключение к беспроводной сети как дома, так и на работе, либо в общедоступных точках с помощью простой в использовании функции, не требующей настройки;

– более высокая производительность и совершенная многозадач-ность: одновременное выполнение нескольких программ — даже очень требовательных к вычислительным ресурсам;

– наличие Windows Messenger: обмен мгновенными сообщениями с другими компьютерами. Возможность выбора типа сообщений — текстового, речевого или видео;

– удаленный рабочий стол: простой доступ к настольному компьютеру с другого компьютера;

– удаленная поддержка;

– улучшенный графический интерфейс;

– повышенная надежность.

Самой современной ОС компании Microsoft на сегодняшний момент является Windows Vista – последняя версия операционной системы Windows, которая предлагает новые возможности, в том числе средства обеспечения безопасности, усовершенствованные функции архивации, более полный набор функций для работы в сети, а также ресурсы для обеспечения бесперебойной и эффективной работы компьютеров.

Операционная система OS/2 (Operating system/2) является однопользовательской многозадачной ОС, односторонне (MS DOS —> OS/2) программно совместимой с MS DOS и предназначенной для работы с МП 80386 и выше (ПК IBM PC и PS/2). OS/2 может одновременно выполнять до 16 программ (каждая из них – в своем сегменте памяти), но среди них только одну, подготовленную для MS DOS.

Важными особенностями OS/2 являются наличия: многооконного интерфейса пользователя, программных интерфейсов для работы с системой баз данных, эффективных программных интерфейсов для работы в локальных вычислительных сетях. К недостаткам OS/2 относится, в первую очередь, сравнительно небольшой объем программных приложений, наработанных к настоящему времени.

В последнее время все большее распространение получает ОС Linux – свободно распространяемое ядро Unix-подобной системы, написанное Linus Torvalds при помощи большого числа добровольцев по всей Сети. Linux обладает всеми свойствами современной Unix-системы, включая настоящую многозадачность, развитую подсистему управления памятью и сетевую подсистему. Ядро Linux, поставляемое вместе с свободно распространяемыми прикладными и системными программами образует полнофункциональную универсальную операционную систему. Большую часть базовых системных компонент Linux унаследовал от проекта GNU, целью которого является создание свободной микроядерной операционной системы с лицом Unix. На сегодняшний день существует множество различных поставок Linux, «дистрибутивов», которые можно разделить на дистрибутивы общего назначения и специализи-рованные. К специализированным относятся такие, как LinuxRouter – урезанная поставка Linux для создания дешевого маршрутизатора на базе старого PC и др. Несмотря на различия в дистрибутивах общего назначения, все они образуют лицо ОС Linux такой, какой ее знают большинство пользователей ОС. В отличие от ядра, дистрибутивы могут содержать коммерческие компоненты, и потому их свободное распространение может быть ограниченно. В таком случае авторы дистрибутива делают доступными все свободные компоненты. Обычно под словосочетанием «ОС Linux» понимают дистрибутивы Linux общего назначения.