Курс лекций информатика
.pdfСуществует несколько типоразмеров экранов мониторов, используемых для персональных компьютеров: 15, 16, 17, 19, 20, 21 дюйм и т.д. (по диагонали), при этом указывается диагональ передней панели монитора, а не диагональ видимого изображения. Область видимого изображения меньше: так для 17-дюймового монитора она может меняться от 15,5 до 16,4 дюймов у разных производителей. В последнее время производители мониторов стали указывать область видимого изображения.
Подключение дисплея к компьютеру осуществляется через видеоадаптер (видеоконтроллер, видеокарту). Видеоадаптер предназначен для хранения и отображения видеоинформации на экране монитора. Он непосредственно управляет монитором, а также процессом вывода информации на экран с помощью изменения сигналов строчной и кадровой развертки монитора, яркости элементов изображения и параметров смешения цветов. Важным элементом видеоподсистемы является видеопамять, которая может размещаться на видеоадаптере или же для этих целей используется часть оперативной памяти ПК.
Принтер (печатающее устройство, printer) предназначен для вывода информации на бумагу. Все принтеры могут выводить текстовую информацию, а некоторые и графическую.
Основными характеристиками этих устройств являются: разрешающая способность (качество печати), скорость печати, ресурс принтера и стоимость эксплуатации.
Существует три группы устройств, отличающихся тем, как они формируют изображение на бумаге: последовательно печатающие устройства, построчно-печатающие устройства, постранично-печатающие устройства. В свою очередь, в каждой группе можно выделить устройства
ударного действия и безударного действия. Последовательно-печатающие устройства (serial printer) печатают
символ за символом (или точку за точкой) в том порядке, в каком они расположены в строке. Построчно-печатающие принтеры - устройства вывода информации, которые одновременно печатают целую строку. Как
112
правило, эти принтеры позволяют печатать только текстовую информацию. Постранично-печатающие принтеры выводят одновременно целую страницу. Обычно это устройства безударного действия, которые накапливают информацию о выводимой странице в буфере (или готовят макет страницы на специальной ленте путем пропитывания ее краской), а затем распечатывают ее копию на бумаге. Качество и скорость печати очень высокие (до 100 копий в минуту), однако требуется время на подготовку страницы к печати.
Все принтеры подразделяются на шрифтовые и знакосинтезирующие. Шрифтовые печатающие устройства имеют полностью выгравированные или отлитые символы на шрифтоносителе. Шрифтоноситель может быть нескольких видов, в том числе шаровая головка, ромашка с литерами на лепестках, металлическая гравированная лента и т.д. Качество печати высокое, но отсутствует возможность вывода графического изображения. Знакосинтезирующие принтеры получили свое название от того, что печатаемые знаки создаются на бумаге (синтезируются) из отдельных точек изображения.
По используемой технологии создания изображения выделяют следующие виды принтеров:
Матричные принтеры относятся с последовательно печатающим, знакосинтезирующим устройствам ударного действия. Принцип печати таков: печатающая головка принтера содержит вертикальный ряд иголок (9, 24 или др.). Головка движется вдоль печатаемой строки, а иголки в нужный момент ударяют по бумаге через красящую ленту. Это и обеспечивает формирование на бумаге символов и изображений из отдельных точек. Качество печати удовлетворительное, скорость печати невысока, но имеется возможность выводить графические изображения. Качество печати можно повысить путем печати в несколько проходов (от двух до четырех). Ресурс таких принтеров значителен, а стоимость эксплуатации и, соответственно, стоимость страницы печати низкие.
113
Существуют модели принтеров как с широкой (формат А3), так и с узкой (формат А4) кареткой.
Линейно-матричные принтеры. Благодаря архитектуре страничной сегментации, позволяющей еще до начала печати организовать поток данных в страничный формат и печатать весь текст и графику за один проход, такие устройства поддерживают скорость от 500 до 1800 строк в минуту в круглосуточном режиме без остановок. Хотя их цены выше, чем у лазерных принтеров сходной производительности, однако из-за сверхнизкой стоимости отпечатка общая стоимость их обслуживания гораздо ниже. Кроме того, линейно-матричные принтеры в отличие от лазерных могут печатать на перфорированной бумаге невысокого качества. Другим важным преимуществом линейно-матричных принтеров является быстрая печать на многослойных бланках (обычно до 6 слоев), в том числе и на плотной бумаге.
Струйные чернильные принтеры (Ink Jet) относятся, как правило, к классу последовательных матричных безударных печатающих устройств, которые, в свою очередь, подразделяются на устройства непрерывного и дискретного действия. Последние в своей работе опять же могут использовать либо термическую «пузырьковую» технологию (bubble-jet), либо пьезоэффект (piezo ink-jet). В пьезоэлектрических печатных головках капля формируется и выстреливается на бумагу за счет пьезоэффекта (принтеры Epson), в пузырьковых головках капля выстреливается за счет давления пузырька пара, возникающего при нагревании чернил (принтеры
Canon, Hewlett-Packard и Lexmark).
Печатающая головка, имеющая вертикальный ряда сопел, перемещается вдоль печатаемой строки. Из каждого сопла на бумагу выпрыскивается капля красителя. Изображение формируется в виде матрицы капель. Этот способ печати обеспечивает высокое качество и скорость печати, однако, стоимость эксплуатации таких принтеров пока высокая.
114
Для получения цветного изображения используется стандартная цветовая схема CMYK, включающая четыре базовых цвета: Cyan-голубой, Magenta-пурпурный, Yellow-желтый и Key-ведущий (черный). Сложные цвета получаются смешением основных, получение оттенков достигается путем сгущения или разрежения точек соответствующего цвета в фрагменте изображения.
Термопринтеры формируют изображение путем сконцентрированного в нужном месте нагревания бумаги, имеющей термочувствительное покрытие. При нагревании цветоформирователь плавится и, смешиваясь с красителем, формирует изображение. Качество и скорость печати невысокие, в настоящее время применяются ограниченно.
Лазерные принтеры (Laser/LED Printer). Используют электрографическую технологию, в основу которой положено создание лазерным лучом точечных зарядов на поверхности селенового барабана. После формирования строки изображения специальный шаговый двигатель поворачивает барабан так, чтобы можно было формировать следующую строку.
Принцип печати лазерного принтера
Рис. 21
Это смещение равняется разрешающей способности принтера и обычно составляет 1/300 дюйма (по поверхности), то есть 0,1 мм.
115
Заряженные области барабана притягивают сухой тонер, который затем переносится на бумагу. После этого бумага с нанесенным на нее тонером проходит через нагреватель, частицы тонера спекаются, создавая монохромное изображение. В настоящее время вместо лазера используются точечные светодиоды (LED), что сделало систему проще, надежнее и дешевле. Качество изображения и скорость печати - наилучшие в настоящее время. Стоимость эксплуатации таких принтеров в настоящее время значительно ниже, чем струйных.
До недавнего времени основным интерфейсом для подключения принтеров был параллельный. С активным внедрением шины USB появляется все больше устройств с этим интерфейсом. Существуют модели, поддерживающие печать через инфракрасный порт.
Устройство, позволяющее представлять выводимые из компьютера данные в форме рисунка или графика на бумаге, называют обычно
графопостроителем, или плоттером (Plotter).
По способу формирования изображения плоттеры можно разделить на два класса:
векторного типа, в которых пишущий узел перемещается по двум или одной координате (в последнем случае по другой координате перемещается носитель информации). Типичные представители - перьевые плоттеры;
растрового типа, в которых используется принцип создания изображения заполнением поверхности носителя точками красителя. Типичные представители - струйные плоттеры.
Перьевые плоттеры являются электромеханическими устройствами векторного типа и создают изображение при помощи пишущих элементов (перьев). Перо крепится в держателе пишущего узла, который имеет одну или две степени свободы. Существуют два типа перьевых плоттеров: рулонные и планшетные.
116
Внешний вид планшетного и рулонного плоттеров
Рис. 22
У первых перо перемещается вдоль одной оси координат, а бумага - вдоль другой за счет захвата транспортным валом. В плоттерах второго типа бумага неподвижна, а перо перемещается по всей плоскости изображения. Перьевые плоттеры обеспечивают высокое качество изображения, но имеют невысокую скорость вывода информации.
Струйные плоттеры формируют изображение аналогично принтерам, со всеми присущими им достоинствами и недостатками.
Связь с компьютером плоттеры, как правило, осуществляют через последовательный, параллельный или SCSI-интерфейс.
Звуковые карты используются для воспроизведения различных звуковых сигналов: речи, музыки, шумовых эффектов. Любая современная звуковая карта может использовать несколько способов воспроизведения звука.
Одним из простейших является преобразование ранее оцифрованного сигнала снова в аналоговый. Глубина оцифровки сигнала (например, 8 или 16 бит) определяет качество записи и, соответственно, воспроизведения. Так, 8-разрядное преобразование обеспечивает качество звучания кассетного магнитофона, а 16-разрядное - качество компактдиска.
Другой способ воспроизведения звука заключается в его синтезе. При поступлении на синтезатор некоторой управляющей информации
117
(упрощенно говоря - нотной последовательности) по ней формируется соответствующий выходной сигнал. В настоящее время применяются две основные формы для синтеза звукового сигнала: синтез на основе использования частотной модуляции (FM-синтез), синтез с применением таблицы волн - так называемый табличный, или WaveTable-синтез.
Акустические системы (динамики, или колонки) являются неотъемлемым дополнением звуковой карты. В настоящее время существуют две основные разновидности акустических систем: со встроенным выходным усилителем (так называемые активные системы) и без него (пассивные системы). Пассивные системы подключатся только к соответствующему выходу звуковой карты, в то время как для активных необходим дополнительный источник энергии. В качестве такого источника может выступать либо батарея гальванических элементов, либо блок питания.
4.8.Внешние запоминающие устройства
Подсистема хранения данных представлена внешними запоминающими устройствами, предназначенными для долговременного хранения программ и данных. Эти устройства выполняются в виде накопителей, носителями информации в которых могут выступать диски и ленты. Накопители могут быть со сменными носителями информации и со
стационарными носителями информации.
По способу доступа к информации ВЗУ выделяют:
устройства прямого (произвольного) доступа;
устройства последовательного доступа.
Накопители на дисках (disk drive) являются устройствами прямого доступа, поскольку позволяют непосредственно обратиться к любому месту дискового пространства. Накопители на магнитных лентах (НМЛ, tape drive) являются устройствами последовательного доступа, потому что доступ к нужной информации требует предварительного просмотра всей предыдущей.
118
Основными характеристиками ВЗУ являются:
-информационная емкость (Мбайт, Гбайт и т.д.);
-время доступа (в секундах или долях секунды). Последний показатель определил накопители на дисках как основное
устройство внешней памяти на ПК, так как время доступа к информации в НМЛ зависит от ее местоположения на носителе и является основным недостатком этих устройств.
По используемой технологии записи информации ВЗУ подразделяются на:
магнитные;
оптические;
магнитооптические.
Внастоящее время существует достаточно большое количество типов ВЗУ прямого доступа, среди которых можно выделить накопители на гибких магнитных дисках (НГМД).
Вдисководе имеются два двигателя - маршевый, обеспечивающий стабильно вращение дискеты, и шаговый двигатель – для перемещения головок чтения-записи. Головки чтения-записи перемещаются по радиусу от края диска к его центру дискретными интервалами.
Носителем информации в НГМД являются гибкие магнитные диски (гибкие диски, floppy disk). Гибкий магнитный диск представляет собой круглый диск из полиэфирной подложки с нанесенным на нее магнитным покрытием, помещенный в плотный конверт, на внутреннюю поверхность которого нанесено очищающее покрытие. В конверте сделана радиальная прорезь, через которую головки записи/считывания накопителя получают доступ к диску. В настоящее время распространение получили диски диаметром 3,5 дюйма (89 мм).
Информация записывается на магнитном слое диска с двух сторон по концентрическим дорожкам, которые радиальным разбиением делятся на сектора. Емкость сектора фиксирована и составляет 512 байт. Количество секторов на дорожке составляет для 89 мм дисков 18. Количество дорожек
119
на гибких дисках может быть 80. Эти показатели определяют информационную емкость гибкого диска (1,44 Мбайта), которая рассчитывается как: число секторов * число дорожек * число сторон * 512.
Скорость вращения двигателя зависит от типа дискеты и составляет от 300 до 360 об/мин, Скорость чтения/записи составляет около 60-65 Кбайт/сек, а время доступа около 80 мсек.
Приводы LS-120 (другие названия A-Drive, SuperDisk) основаны на технологии floptical — комбинации оптической и магнитной технологии записи данных. На поверхности диска LS-120 лучом лазера нанесены тонкие отражающие дорожки, не несущие никакой полезной информации, но за которыми следит лазерная головка LS (Laser Servo) для более точного позиционирования магнитной головки на магнитных дорожках. Это позволяет повысить плотность записи со 135 дорожек на дюйм у стандартных флоппи-дисков до 2490 у LS-120. Внешне дискеты LS-120 очень похожи на обычные.
Привод LS-120 способен работать и со стандартными флоппидискетами емкостью 1,44 Мбайт. Скорость чтения/записи на практике редко превышает 300 Кбайт/с. Скорость вращения диска составляет 720 об/мин (всего в 2,4 раза быстрее, чем у стандартного флоппи-диска), среднее время поиска 65 мс, время перехода с дорожки на дорожку 6 мс. В настоящее время приводы LS-120 выпускаются с интерфейсами ATAPI, LPT и PCMCIA.
В 1995 одним из первых на рынке суперфлоппи (устройств для записи на гибкий магнитный носитель большой емкости) появился накопитель Zip производства компании Iomega. Дисководы Zip используют 3,5-дюймовые гибкие диски емкостью 25 и 100 Мбайт, несовместимые со стандартными флоппи-дисками. Скорость вращения составляет 2941 об/мин, среднее время поиска равно 29 мс. Скорость передачи данных лежит в пределах от 1,4 до 0,79 Мбайт/с. Выпускаются модели с интерфейсами ATAPI, SCSI, LPT и PCMCIA. К недостаткам Zip можно отнести несовместимость с флоппи и техническую политику
120
компании Iomega, препятствующую выходу технологии Zip на массовый рынок.
Накопители на жестких магнитных дисках (НЖМД, винчестеры).
Используемые в настоящее время накопители относятся к устройствам с несъемными носителями информации. Жесткие диски смонтированы на оси-шпинделе, который приводится в движение специальным двигателем. Он содержит от одного до десяти дисков. Скорость вращения двигателя может составлять 3600, 4500, 5400, 7200, 10000, 12000 об/мин. Сами диски представляют собой обработанные с высокой точностью керамические или алюминиевые пластины с магнитным покрытием - тонким слоем окиси железа (в более ранних моделях) или окиси хрома (в более поздних моделях). Каждый диск разбит на последовательно расположенные дорожки-секторы.
Головки считывания-записи вместе с их несущей конструкцией (механизмом позиционирования) и дисками постоянно крепятся внутри дисковода, система не герметична, а принудительная вентиляция отсутствует. В таких накопителях используется бесконтактный способ записи-считывания данных за счет использования «плавающих» головок. Между головкой и поверхностью диска создается воздушная подушка, за счет вращающегося диска и аэродинамической формы головки.
Достоинствами жесткого диска является большая информационная емкость и малое время доступа для получения информации.
Устройство накопителя на жестких магнитных дисках
121