Глава 20. Внешние устройства микроЭвм

1. КЛАССИФИКАЦИЯ ВНЕШНИХ УСТРОЙСТВ

По своему назначению внешние устройства подразде­ляются на устройства подготовки машиночитаемых носителей ин­формации, устройства ввода-вывода информации, а также носи­тели больших объемов данных (внешние накопители). Все пере­численные устройства могут использовать различные носители информации: перфокарты, перфоленты, бумажные рулоны, маг­нитные ленты и т. д.

К устройствам подготовки данных относятся перфоратор (карточный), ленточный перфоратор, а также различные виды счет­но-перфорационных машин.

Устройства ввода-вывода информации могут быть однофунк­циональными и многофункциональными. Однофункциональные устройства используют либо на ввод информации, либо только на вывод. В многофункциональных устройствах функции ввода и вывода информации совмещены, т. е. они используются как для ввода информации, так и для ее вывода.

К внешним накопителям относятся накопитель на магнитной ленте, накопитель на магнитном диске, накопитель на магнитных картах.

В зависимости от способа обмена информации с ЭВМ внешние устройства различаются на дискретные и непрерывные.

Дискретные, или стартстопные, устройства после каждого запроса ввода-вывода передают определенную часть информации и возвращаются в исходное состояние. Так, например, работает телетайп.

Непрерывные устройства по одному запросу на ввод-вывод передает или принимает большой массив информации. Типичными представителями непрерывных устройств являются накопители на магнитных лентах или дисках.

2. ВНЕШНИЕ ЗАПОМИНАЮЩИЕ УСТРОЙСТВА

Для запоминания и хранения больших массивов дан­ных в ЭВМ используются запоминающие устройства, основанные на принципе записи на движущийся магнитный носитель. Среди них наибольшее распространение получили накопители на маг­нитных лентах, дисках и картах.

Накопитель на магнитной ленте представляет собой устрой­ство с последовательным доступом. Информация записывается при движении магнитной ленты под головкой, в обмотку которой по­ступает ток, сила которого достаточна для насыщения магнит­ного материала в том или ином направлении. Во время считыва­ния изменение магнитного потока индуцирует в обмотке воспроиз­водящей головки электрический ток, соответствующий записанной информации.

Согласно международному стандарту в накопителях исполь­зуют девятидорожечные магнитные ленты шириной 12,7 мм и длиной 750 м.

Накопители на магнитной ленте при наличии сменных каСсет обладают практически неограниченной емкостью памяти, обеспе­чивают возможность обмена носителей между вычислительными центрами и высокую скорость обмена информации, имеют наиболее низкое отношение стоимости к информационному объему. Не­достатками накопителей на магнитной ленте является малая на­дежность из-за возможности нарушений покрытий ленты и из­носа головок.

Устройства на магнитных дисках предназначены для хранения больших массивов информации. На дисках записывается опера­ционная система вычислительной машины, библиотека программ, программы и т. п.

Носители информации — магнитные диски — обычно изготов­ляются из алюминия и имеют ферролаковое или кобальтвольфра- мовое покрытие толщиной 2 мкм. Сам диск имеет толщину 1,27 мм. На обеих сторонах диска информация записывается по концентри­ческим магнитным дорожкам. Из дисков набираются пакеты.

В отличие от накопителей на магнитной ленте запись на диске осуществляется бесконтактным способом. Магнитные головки как бы «плавают» на воздушной подушке на расстоянии 2,5 ... 3 мкм от поверхности диска. Воздушная подушка создается пото­ком воздуха, увлекаемого поверхностью диска.

В мини- и микроЭВМ используются как стационарные диско­вые пакеты, так и накопители на съемных и гибких дисках. В на­стоящее время разработан большой набор дисковых устройств с емкостью до 100 Мбайт для съемных и до 500 Мбайт — для ста­ционарных дисковых накопителей. Различают гибкие магнитные диски размером 5 дюймов (диаметр диска 130 мм) и 8 дюймов (диаметр диска 200 мм).

В последние годы был разработан новый тип внешних запоми­нающих устройств большой емкостью с высокой экономичностью, т. е. накопитель на магнитной карте.

Магнитная карта представляет собой пластину из трехслойной композиции на основе пластмассы. Карта размером 356x83 мм изготовляется из полиэфирной смолы и имеет толщину 120 мкм. На пластину в виде узких полосок наносится магнитный слой толщиной 12 мкм. Затем пластина покрывается защитной поли­эфирной пленкой, наличие которой предохраняет магнитную карту от механического изнашивания и позволяет использовать ее до 20 тыс. раз. Запись и считывание информации осуществляются магнитными головками. Информация на карте записывается на 56 дорожках, расположенных по ширине карты.

3. УСТРОЙСТВА ДЛЯ СВЯЗИ ЭВМ —ОПЕРАТОР

Для организации оперативного взаимодействия опера­тор — машина используются дисплеи, устройства посимвольной и построчной печати, телетайпы, устройства считывания с пер­фолент и перфокарт, графопостроители и т. п.

Дисплей — устройство отображения информации на экране электронно-лучевой трубки. По способу представления информа­ции на экране дисплеи подразделяются на алфавитно-цифровые и графические. Алфавитно-цифровые дисплеи используют для вы­вода текстовой и цифровой информации, а графические — для представления на экране сложных графических форм.

Устройство отображения, т. е. терминалы, построенные на основе дисплеев, позволяют оперативно выводить алфавитно- цифровую и графическую информацию в ЭВМ с помощью клавиа­туры или светового пера. Его работой управляет микропроцессор.

Устройства построчной и посимвольной печати используются для вывода информации. Непосредственное нанесение символьной и числовой информации на бумажный носитель позволяет опера­тору легко воспринимать результаты работы ЭВМ без каких-либо преобразователей.

По методу нанесения печатных знаков на носитель информации печатающие устройства делятся на устройства ударного действия и регистрирующие устройства безударного действия.

В печатающих устройствах ударного действия изображение символа цифровой или символьной информации формируется в ре­зультате механического удара печатающего молоточка по шрифтоно­сителю с одновременным нанесением красящего вещества, например ударом через красящую ленту. В безударных печатающих уст­ройствах для нанесения символьной и цифровой информации используют фотографические, фототермические, электрохимиче­ские и другие методы регистрации.

По принципу работы печатающие устройства подразделяются на два типа: построчные печатающие устройства и печатающие устройства с последовательной печатью каждого символу.

Принцип построения построчного печатающего устройства с не­прерывно вращающимся шрифтоносителем в виде совокупности печатающих колес 4 показан на рис. 154, а. По окружности колеса нанесены все символы, выполненные в виде выпуклых фигур. Отпечатки символов остаются на носителе информации 2 при ударе печатающего молоточка 1 через бумагу и красящую ленту 3 по какой-либо фигуре (символу) на печатающем колесе. За один

В

<k

/

ППГТ ППП

I

--ЛПП ГПП

В)

Рис. 154. Принцип построения построчного печатающего устройства:

о — о вращающимся шрифтоносителем; б — кепочного типа

оборот печатающего колеса можно напечатать всю строку. Бу­мажный носитель останавливается во время нанесения символов строки.

В печатающем устройстве цепочного типа (рис. 154, б) цепь 5, на которую нанесены символы, движется в горизонтальном нап­равлении. Отпечаток на бумажном носителе 2 образуется при ударе одного из молоточков 1, возбуждаемого механизмом привода, через бумагу 2 и красящую ленту 3 по какой-либо фигуре (символу).

Основу печатающих устройств с последовательной печатью символов составляют электрифицированные пишущие машинки и телетайпы.

Телетайпы применяют в системах ввода-вывода информации ЭВМ из-за их простоты и возможности работы с каналами связи при передаче информации на большие расстояния. Они обладают такими же характеристиками, как и электрифицированные ма­шинки.

Перфокарты и перфоленты являются носителями информации, которые обладают достаточной емкостью, долговечностью и воз­можностью многоразового использования. Устройства, работаю­щие с перфокартой и перфолентой, осуществляют подготовку исходных данных и программ для ввода в ЭВМ, ввод данных в ЭВМ, а также вывод из нее результатов выполнения программ и другой информации.

Для ввода-вывода графических данных в ЭВМ в настоящее время применяют графические дисплеи и графопостроители.

/ г

а — планшетный; 6 — рулонный

В планшетных графопостроителях (рис. 155, а) бумага на планшете фиксируется с помощью механических прижимов или вакуумных присосов. Пишущий элемент 1 укреплен на траверсе 2, которая может перемещаться как вдоль, так и поперек планшета. Источниками движения являются два реверсивных шаговых дви­гателя (на схеме не показаны). В рулонных графопостроителях (рис. 155, б) пишущий элемент 1 имеет только возвратно­поступательное движение, а барабан 3 непрерывно вращается. Наличие рулона обеспечивает большую протяженность выполняемого графика.

Применение шаговых двигателей 2 обусловлено простотой управления с помощью цифровой информации.

Кроме перечисленных устройств для связи человека с ЭВМ также используются различные вспомогательные средства: функ­циональные кнопки, ручки управления, программируемая клавиа­тура и др.

3. ВНЕШНИЕ УСТРОЙСТВА СВЯЗИ ЭВМ

С ОБЪЕКТОМ

Устройства связи ЭВМ с объектом управления служат для ввода в машину информации, поступающей от первичных преобразователей, установленных на контролируемом объекте, и выводе из машины информации, предназначенной для автомати­ческого управления объектом. В соответствии с назначением уст­ройства связи с объектом подразделяются на две группы: устрой­ства ввода информации от объекта управления, осуществляющие сбор информации от первичных преобразователей, и устройства воздействия на регуляторы и исполнительные механизмы.

Как правило, контролируемые параметры управляемых объек­тов являются непрерывными величинами, а ЭВМ имеет дело с чис­лами и может воспринимать изменение параметров в виде их дис­кретных значений. Следовательно, на входе и выходе ЭВМ должны использоваться устройства, преобразующие в первом случае не­прерывные данные в цифровые величины, а во втором — цифровые величины в непрерывные управляющие сигналы.

Наибольшее распространение получили преобразующие уст­ройства перехода от напряжения к эквивалентным двоичным чис­лам И устройства, осуществляющие обратные преобразования, называемые аналого-цифровыми и цифроаналоговыми преобразо­вателями соответственно.

Рис. 156. Структурная схема аналого-циф­рового преобразователя

Стандартный аналого-цифровой преобразователь (рис. 156) преобразует аналоговые сигналы (0 ... 5 В или 0 ... 10 В) в цифро­вой восьми- или десятиразрядный код. В исходном состоянии

генератор 1 пилообразного напряжения и генератор 3 импульсов не работают, а счетчик 4 импульсов «очи­щен». При подаче пускового сигнала на вход генератор 1 вырабатывает напряжение пилообразной формы (пря­молинейное возрастание на­пряжения от нуля до опре­деленного уровня и затем мгновенный сброс до нуля) и подает его на схему сравнения 2. До тех пор пока напряжение «пилы» не сравнится с напряжением импульсов от генератора 3, импульсы поступают в счетчик 4, который считывает их и преобра­зует в двоичный код. Как только разность напряжения «пилы» и измеряемого напряжения станет равной нулю, схема сравнения вырабатывает импульс, выключающий генератор импульсов 3. Число импульсов, выработанных генератором импульсов до от­ключения, пропорционально измеряемому входному сигналу.

Входным сигналом могут служить усиленные сигналы термо­электрических преобразователей, с помощью которых измеряются технологические параметры (температура, давление) и т. д.

Преобразование кода в аналоговую величину выполняется суммированием аналоговых величин. Эти устройства подразде­ляются на два типа. В первом случае исходное число сначала пре­образуют в число-импульсный код, т. е. в соответствующее число импульсов. Каждому из этих импульсов соответствует постоянное единичное приращение аналоговой величины. Все приращения суммируются, в результате чего на выходе получается аналоговая величина — эквивалент исходного кода.

Во втором случае для каждого разряда преобразуемого кода подбираются эталонные значения аналоговой величины, соответ­ствующие «весу» данного разряда. В процессе преобразования сум­мируются эталоны для таких разрядов кода, в которых стоит еди­ница. Те же разряды, которые соответствуют разрядам кода с ну­левым значением, в суммировании не участвуют.

Контрольные вопросы и задания

1. Назовите основные типы внешних устройств ЭВМ и дайте им общую хар актер истику.

2. Назовите магнитные носители информации, используемые во внешних запоминающих устройствах.

3. Каковы особенности конструкции накопителя на магнитных лентах?

4. Каковы особенности конструкции накопителя на магнитных дисках?

5. Каковы особенности конструкции накопителей на магнитных картах?

6. Каковы особенности конструкции печатающих устройств ударного типа?

7. Опишите принцип действия построчных печатающих устройств.

8. Укажите основные типы графопостроителей.

9. Какие преобразователи применяют для связи ЭВМ — объект?

10. Каков принцип преобразования напряжения в машинный код?