Косарев_Экомическая информатика

устройств: например, контроллер жестких дисков (IDE или SCSI), контроллер последовательных и параллельных портов для под­ ключения принтера, мыши, модема, видеоадаптер для подключе­ ния дисплея и др.

Последние новшества в области разработки интерфейсов пе­ риферийных устройств - это высокоскоростные шины USB и IEEE 1394. Универсальная последовательная шина USB (Universal Serial Bus) разработана группой компаний для реализации возможнос­ ти одновременного подключения к компьютеру большого числа периферийных устройств, а также для облегчения процесса уста­ новки новых устройств.

Шина USB обеспечивает высокую скорость передачи данных (12 Мбит/с), достаточную для самых скоростных устройств. С помощью шины USB значительно упрощается процедура установ­ ки новых внешних устройств. USB использует возможности ком­ пьютеров для того, чтобы отслеживать их подсоединение без вык­ лючения и перезагрузки ПК, что полностью соответствует прин­ ципу «Plug and Play" (включай и работай). Шина автоматически, без участия пользователя, определяет, какие системные ресурсы требуются для работы нового устройства, и активизирует их.

При работе с шиной USB используется один универсальный порт, или интерфейс, к которому при помощи универсального ка­ беля по цепочке подключаются все остальные внешние устрой­ ства. Всего можно подключить 127 внешних устройств.

Высокоскоростной последовательный интерфейс IEEE 1394, из­ вестный как Fire Wire, также упрощает подключение внешних уст­ ройств. Скорость передачи данных в IEEE 1394-100-400 Мбит/с. Интерфейс IEEE 1394 используется для соединения с внешними проигрывателями дисков DVD и CD-ROM, с цифровыми видео-

ифотокамерами, с жесткими дисками.

2.2.ВНЕШНИЕ УСТРОЙСТВА ПК

2 . 2 . 1 . УСТРОЙСТВА УПРАВЛЕНИЯ ВНЕШНИМИ УСТРОЙСТВАМИ

Внешними называются устройства, обеспечивающие ввод, вы­ вод и накопление информации в ПК и взаимодействующие с про­ цессором и оперативной памятью через системную или локаль­ ную шину, а также через порты ввода-вывода.

В соответствии с этим определением к внешним относятся как устройства, находящиеся вне системного блока (клавиатура, мышь, монитор, принтер, внешний модем, сканер и т.д.), так и устройства, размещаемые внутри него (накопители на дисках, контроллеры устройств, внутренние факс-модемы и др.).

Нередко внешние устройства называются периферийными. Однако термин «периферийные» иногда используется в узком смысле: им обозначают часть устройств, обеспечивающих ввод и вывод информации (клавиатуру, координатные манипуляторы, сканеры, дигитайзеры, принтеры, графопостроители и т.д.). Поэтому здесь и далее нами используется термин «внешние устройства».

Для IBM-совместимых ПК большинство внешних устройств управляется контроллерами, установленными в разъемы расши­ рения материнской платы.

Контроллер - это плата, управляющая работой конкретного типа (конкретных типов) внешних устройств и обеспечивающая их связь с системной (материнской) платой.

Большинство контроллеров являются платами расширения системы. Исключение могут составлять контроллеры портов и накопителей на гибких и жестких магнитных дисках, которые встраиваются непосредственно в материнскую плату. В младших моделях IBM-совместимых ПК указанные контроллеры обычно размещались на отдельной плате, называемой мультиплатой (мультикартой).

Иногда (особенно в портативных компьютерах) непосред­ ственно в материнскую плату встраиваются и другие контролле­ ры, в том числе видеоадаптеры и звуковые платы.

Платы расширения. Платы расширения (дочерние платы) ус­ танавливаются на материнскую плату. Они предназначены для подключения к шине ПК дополнительных устройств. Как прави­ ло, материнская плата имеет от 4 до 8 разъемов (слотов) расшире­ ния. Они бывают 8-, 16- и 32-разрядные в соответствии с разряд­ ностью процессора и параметрами внешней шины данных мате­ ринской платы.

Дочерние платы бывают полноразмерные, т. е. такой же дли­ ны, как и материнская плата, и полуразмерные, т. е. в два раза короче. В слоты расширения могут быть установлены любые до­ черние платы, если они согласованы с шиной по управлению, раз­ рядности и питанию.

Важнейшими типами плат расширения являются:

1)видеоадаптеры (графические ускорители);

2)внутренние модемы;

3)звуковые платы;

4)адаптеры локальной сети.

Первый тип плат расширения необходим для нормального функционирования ПК. Второй тип плат необходим для исполь­ зования внутренних модемов. Внешние устройства данного типа не нуждаются в установке дополнительных плат расширения. Тре­ тий тип плат расширения предназначен для систем мультимедиа. Четвертый тип плат расширения необходим при использовании компьютера в среде локальной вычислительной сети.

Помимо перечисленных иногда используются и другие типы плат расширения:

•управления сканером;

•управления стриммером;

•интерфейс SCSI;

•контроллеры устройств виртуальной реальности;

•аналого-цифровые преобразователи;

•устройства считывания штрихового кода;

•управление световым пером;

•связи с большими ЭВМ;

•платы акселераторов (транспьютеры, нейроускорители и т.д.). При организации операций ввода-вывода в ПК необходимо

согласование одинакового кода передаваемых данных, согласо­ вание скоростей передачи и приема данных, обеспечение единства формата обмена данными и наличия стандартного протокола управляющих сигналов.

Для выполнения перечисленных требований в ПК предусмот­ рены специальные контроллеры ввода-вывода. Ввод-вывод реа­ лизуется через порты ввода-вывода (рис. 2.3).

Последовательный порт передает информацию по одному биту. В ПК можно использовать до четырех последовательных портов - СОМ1, COM2, COM3, COM4. Через последовательные порты подключаются такие устройства, как «мышь», внешний модем и плоттер.

Параллельный порт передает информацию побайтно. Здесь используется 9 каналов связи - один для приема информации от ПК, другой - для передачи и еще 7 - для управления процессом

Рис. 2.3. Порты подключения устройств ввода-вывода ПК

обмена. Максимально ПК может использовать 3 параллельных порта: LPT1, LPT2, LPT3. Обычно параллельные порты исполь­ зуются для подключения принтеров. Однако через параллельный порт могут подключаться и другие устройства: внешние накопи­ тели, сканеры, ключи аппаратной защиты программ от несанк­ ционированного копирования. Необходимо помнить, что при включенном ПК нельзя присоединять кабели к разъемам после­ довательных и параллельных портов - это может вывести из строя платы контроллеров ввода-вывода и присоединенные устройства.

Для связи портативного и настольного ПК, а также настоль­ ного ПК с некоторыми моделями лазерных принтеров в после­ днее время часто используются инфракрасные порты, обеспечива­ ющие беспроводное взаимодействие устройств.

Ожидается, что в ближайшем будущем порты будут вытесне­ ны шиной USB (Universal Serial Bus - универсальная последова­ тельная шина), обеспечивающей значительно большую скорость обмена, чем обычные порты. USB будет использоваться для со­ единения с внешними проигрывателями дисков DVD и CD-ROM, с цифровыми видео- и фотокамерами, а в последующем и с жест­ кими дисками.

2.2.2. НАКОПИТЕЛИ ИНФОРМАЦИИ

Накопитель - устройство для долговременного хранения боль­ ших объемов информации.

Помимо термина "накопители" в литературе применяют сле­ дующие его аналоги: "внешние запоминающие устройства" (ВЗУ) и "устройства массовой памяти" (Mass Storage Device).

По способу размещения в ПК накопители бывают:

внешние - располагаются вне системного блока, имеют соб­ ственный наружный корпус, источник питания с собственным выключателем и кабелем;

внутренние - располагаются на монтажной стойке системно­ го блока ПК. Они не имеют собственного корпуса, подключают­ ся непосредственно к контроллеру накопителей и источнику пи­ тания ПК.

По способу записи накопители разделяются:

•устройства произвольного доступа (накопители на магнит­ ных дисках - НМД);

•устройства последовательного доступа (накопители на маг­ нитных лентах - НМЛ).

Основными типами накопителей на дисках являются:

•накопители на гибких магнитных дисках - НГМД (floppy disk drives (FDD));

•накопители на жестких магнитных дисках - НЖМД (hard disk drives (HDD)), винчестер (Winchester disk);

•накопители на сменных компакт-дисках (CD-ROM drives); Помимо указанных типов накопителей, в последнее время

широко используются накопители на перезаписываемых оптичес­ ких дисках, накопители на сменных магнитных дисках большой емкости, а также накопители на магнитооптических дисках.

Накопители на гибких магнитных дисках (дискетах). Инфор­ мация на дискету записывается по концентрическим окружнос­ тям, называемым дорожками. Дорожки, в свою очередь, делятся на отдельные секторы, между которыми имеются так называемые межсекторные промежутки. Количество дорожек и секторов, а также размер сектора зависят от типов устройства и носителя, а также способа разметки (форматирования) последнего.

Принцип работы НГМД состоит в том, что гибкий диск (дис­ кета), установленный в Накопитель, вращается со скоростью 300360 об/мин. За счет вращения дискеты обеспечивается доступ к

нужному сектору. Для перемещения к нужной дорожке головка чтения/записи движется вдоль поверхности дискеты. Для каждой поверхности дискеты используется своя головка (рис. 2.4).

Существуют НГМД для дискет размером 3,5 и 5,25 дюйма. Следует иметь в виду, что накопители для дискет емкостью 5,25 дюйма практически вышли из употребления.

Рис. 2.4. Устройство накопителя на гибком магнитном диске: 1 — головка чтения записи; 2 — вал; 3 — вращающийся диск .

В зависимости от качества магнитного слоя дискеты инфор­ мация на них может записываться более или менее плотно. Стро­ го говоря, прямой однозначной связи между типом дискеты и ее емкостью не существует. Емкость дискеты зависит от того, каким образом она отформатирована.

Форматирование - это процесс записи на диск специальной управляющей информации, определяющей точки начала и конца отдельных секторов дискеты. Оно выполняется специальными программами. Стандартное форматирование дискет размером 3,5 дюйма позволяет размещать на них до 1,44 Мбайта информации.

Накопители на жестких магнитных дисках. НЖМД представ­ ляют собой несколько металлических дисков, размещенных на одной оси и заключенных в герметизированный металлический корпус (рис. 2.5). Поверхности дисков покрыты специальным магниточувствительным веществом. Каждая поверхность имеет свою головку чтения-записи. Все головки размещены на общем приво-

де и перемещаются вдоль диска одновременно. Скорость враще­ ния современных НЖМД - 5400 - 7200 об/мин. Жесткие диски несменяемы. Они требуют очень бережного обращения, посколь­ ку даже при незначительной тряске или ударах головки легко могут быть повреждены.

Так же как в случае с дискетами, жесткие диски перед исполь­ зованием должны быть отформатированы.

Рис. 2.5. Устройство накопителя на жестком магнитном диске: 1 — диск с магнитным слоем; 2 — механизм позиционирования; 3 — головки чтения-записи

Информация на жестких дисках размещается на дорожках, а внутри дорожек - по секторам. Поскольку НЖМД состоит из нескольких пластин, часто используется понятие цилиндра. Ци­ линдр - это совокупность дорожек на пакете магнитных дисков с одинаковыми номерами.

Основными характеристиками НЖМД являются:

•информационная емкость;

•плотность записи;

•число дорожек;

•время доступа (в миллисекундах);

•наружные габариты.

В современных ПК информационная емкость НЖМД колеб­ лется в пределах от 1 Гбайта до 27 Гбайт и более. В ПК массового применения время доступа к НЖМД обычно находится в интер­ вале от 8 до 18 мс. В настольных ПК обычно используются НЖМД с габаритами 3,5 дюйма, в портативных - 2,5 дюйма.

НЖМД подключаются к системной шине через различные типы интерфейса. Под интерфейсом в данном случае понимают­ ся элементы соединения и вспомогательные схемы управления, необходимые для соединения устройств.

При подключении НЖМД используются интерфейсы IDE (Integrated Drive Electronics) или SCSI (Small Computer System Interface).

Наиболее часто употребляется интерфейс IDE или его более современные разновидности Enhanced (расширенный) IDE (EIDE), Fast ATA, Fast ATA-2, имеющие расширенные возможности и обеспечивающие более высокую производительность. Интерфейс EIDE обеспечивает возможность подключения до четырех нако­ пителей.

При использовании интерфейса SCSI или его более современ­ ных разновидностей (Fast SCSI-2, FastWide SCSI-2 и т.д.) в каче­ стве одной из плат расширения в ПК должен быть установлен спе­ циальный SCSI-адаптер, обеспечивающий подключение SCSIустройств. Интерфейс SCSI обеспечивает более высокую произ­ водительность при обмене данными, чем EIDE. Обычно его ис­ пользуют в сетевых серверах - компьютерах, управляющих рабо­ той локальной вычислительной сети (не обязательно ПК). Его применение в ПК, выполняющих роль рабочей станции, целесо­ образно главным образом тогда, когда он используется для ин­ тенсивной работы с большими объемами информации, например при компьютерной обработке фильмов. В иных случаях достаточ­ но дисков с интерфейсом EIDE, которые существенно дешевле.

Накопители на сменных компакт-дисках. Накопители на смен­ ных компакт-дисках (CD-ROM drives) являются популярным ви­ дом накопителей, необходимых для использования систем муль­ тимедиа (рис. 2.6). Они позволяют считывать информацию с ком­ пакт-дисков, вмещающих до 650 Мбайт. Запись информации на обычные компакт-диски не обеспечивается. Она записывается еди­ ножды с помощью специального оборудования.

Накопители на сменных компакт-дисках обеспечивают отно­ сительно медленный доступ к данным. Базовая скорость переда­ чи данных 150 Кбайт/с. соответствует односкоростным накопи­ телям. В современных ПК, как правило, устанавливаются 24-, 32-, 40- и более скоростные накопители, обеспечивающие ускоре­ ние передачи информации, пропорциональное соответствующе-

му множителю. Однако для большинства приложений оказыва­ ется достаточным применение 4- 16-скоростных устройств данно­ го типа.

Накопители на компакт-дисках обычно подключаются через интерфейсы ATAPI (EIDE) и SCSI. В большинстве случаев следу­ ет ориентироваться на накопители с интерфейсом ATAPI. С пере­ носными компьютерами часто используются внешние накопите­ ли на компакт-дисках, подключаемые через параллельный порт.

Рис. 2.6. Накопитель на сменных компакт-дисках

Наиболее качественными считаются накопители фирм Sony, Panasonic, Creative, Mitsumi.

Все шире начинают использоваться накопители на DVD-ROM- дисках, которые способны вмещать до 17 Гбайт информации. Накопители DVD могут использоваться и для считывания инфор­ мации с обычных CD-ROM-дисков.

Накопители на перезаписываемых компакт-дисках. В последнее время получили широкое распространение перезаписываемые компакт-диски: CD-R и CD-RW.

Накопители на CD-R-дисках допускают однократную запись информации на компакт-диск,, а накопители CD-RW позволяют многократно перезаписывать компакт-диски. В них используют­ ся специальные диски, допускающие запись с помощью этих уст­ ройств. Диски для накопителей CD-R могут использоваться и для однократной записи на устройствах CD-RW.

Чтение информации с CD-R- и CD-RW-дисков может осуще­ ствляться с обычных накопителей на компакт-дисках.

Начинают использоваться также и накопители DVD-RAM, DVD-RW и др., обеспечивающие запись и перезапись DVD-дис-

ков. Однако соответствующие стандарты для них еще окончатель­ но не выработаны.

Накопители на сменных магнитных дисках большой емкости.

На смену старым моделям НГМД приходят их усовершенствован­ ные разновидности, позволяющие записывать на специальные дискеты большие объемы информации.

Одним из наиболее популярных устройств этого типа являет­ ся Iomega Zip Drive (рис. 2.7). Оно позволяет записывать на смен­ ный диск до 100 Мбайт информации, что эквивалентно 70 диске­ там емкостью 1,44 Мбайта. Существуют устройства, позволяю­ щие записывать на специальные дискеты еще большие объемы информации - 200 Мбайт и выше.

Рис. 2.7. Внешний накопитель и дискета

Выпускаются внешние и внутренние устройства данного типа. Внешние подключаются к компьютеру либо через параллельный порт, либо через плату интерфейса SCSI. Внутренние устройства могут подключаться через интерфейсы ATAPI или SCSI. Быстро­ действие устройств Iomega Zip Drive во внутреннем исполнении приближается к быстродействию НЖМД.

Еще более емкими являются накопители Iomega Jaz. Они по­ зволяют записывать на сменные диски до 1-2 Гбайт информации.

В то же время следует отметить, что для хранения больших объемов архивной информации экономически выгоднее исполь­ зовать диски CD-R и CD-RW.

Накопители на магнитооптических дисках. Накопители на стираемых магнитооптических дисках основаны на оригинальной