4.5. Внешние устройства. Программное обеспечение

4.5.1. Внешние устройства (ВУ) - важнейшая составляющая часть любого вычислительного комплекса. Достаточно сказать, что по стоимости ВУ составляют 5(Н80% всего вычислительного комплекса. От состава и характеристик ВУ во многом зависят возможности и эффективность в системах управления.

ВУ компьютеров обеспечивают взаимодействие машины с окружающей средой: пользователями, объектами управления и другими ЭВМ. ВУ весьма разнообразны и классифицируются по ряду признаков. Так, по назначению можно выделить следующие виды ВУ:

• внешние запоминающие устройства (ВЗУ) или внешняя память компьютера;

• диалоговые средства пользователя;

• устройства ввода информации;

• устройства вывода информации;

• средства связи и телекоммуникации;

• системы и средства мультимедиа.

Устройства внешней памяти или, иначе, внешние запоминающие устройства (ВЗУ), рассматриваемые ранее, весьма разнообразны. Их можно классифицировать по целому ряду признаков: по виду носителя, типу конструкций, по принципу считывания и записи информации, методу доступа и т.д.

Носитель - материальный объект, способный хранить информацию.

Один из возможных вариантов классификации ВЗУ приведен на рис. 23.

Диалоговые средства пользователя относятся к системе визуального отображения информации (видеосистемы) и состоят обычно из двух частей: видеомонитора (дисплея) и адаптера.

Монитор служит для визуального изображения информации, а адаптер - для связи монитора с микропроцессорным комплектом.

По принципу формирования изображения мониторы делятся на плазменные, электролюминесцентные, жидкокристаллические и электронно-лучевые (ЭЛТ).

В зависимости от формы напряжения, подаваемого на отклоняющие пластины ЭЛТ, и способа его получения различаются растровая, матричная и векторная развертки.

По длительности хранения информации на экране мониторы делятся на регенерируемые и запоминающие.

По способу управления яркостью луча ЭЛТ мониторы делятся на цифровые аналоговые.

По цветности изображения мониторы делятся на монохромные и цветные.

По эргономическим характеристикам мониторы делятся на: обычные; с пониженным рентгеновским излучением (LR - Low Radiation) - соответствующие стандарту на ограничение электромагнитных излучений; с антистатическим экраном (AS); работающие в энергосберегающем режиме - снижающие потребление энергии в режиме ожидания (Green).

Связь ЭВМ с монитором осуществляется с помощью адаптера - устройства, которое должно обеспечивать совместимость различных мониторов с микропроцессорным комплектом ЭВМ.

Существует пять стандартных видеоадаптеров, в полной мере обеспечивающих совместимость различных по конструкции мониторов с ЭВМ:

• MDA - монохромный дисплейный адаптер;

• CGA - цветной графический адаптер;

• MGA - монохромный графический адаптер;

• EGA - улучшенный графический адаптер;

• VGA - видеографическая матрица.

Дисплеи могут работать в одном из двух режимов: символьном или графическом.

В символьном режиме на экран может выводится ограниченный состав символов, имеющих четко определенный графический образ: буквы, цифры, знаки пунктуации, математические знаки и знаки псевдографики. Состав этих символов определен системой кодирования, применяемой в данной ЭВМ (например, в IBM PC - кодом ASCII - American Standard Code for Information Interchange - американский стандартный код для информационного обмена).

К устройствам ввода информации относятся:

• клавиатура;

• графические планшеты (диджитайзеры);

• сканеры;

• манипуляторы;

• сенсорные экраны.

Клавиатура - это одно из основных устройств ввода информации в ЭВМ (числовой, текстовой и управляющей). В последнее время наблюдается тенденция отказа от клавиатуры в пользу альтернативных устройств: мыши, речевого ввода, сканеров. Но полностью эти устройства клавиатуру не заменяют.

Сигналы, поступающие от клавиатуры, проходят трехуровневую обработку: на физическом, логическом и функциональном уровнях.

Физический уровень имеет дело с сигналами, поступающими в вычислительную машину при нажатии и отпускании клавиш.

На логическом уровне, реализуемом BIOS (базовая система ввода-вывода - Base Input - Output System) через прерывание, скан-код транслируется в специальный 2-байтовый код. Младший байт для клавиш группы 1 (алфавитно-цифровые и знаковые клавиши) содержит ASCII - код, соответствующий изображенному на клавише знаку. Этот байт называют главным. Старший байт (вспомогательный) содержит исходный скан-код нажатой клавиши.

На функциональном уровне отдельным клавишам программным путем приписываются определенные функции. Такое «программирование» клавиш осуществляется с помощью драйвера-программы, обслуживающей клавиатуру в операционной системе.

Драйвер - driver - компонент операционной системы, взаимодействующий с устройством либо управляющий выполнением программ.

Сканер - это внешнее устройство ЭВМ, позволяющее автоматически считывать двухмерное (то есть плоское) изображение (тексты, чертежи, таблицы, рисунки, графики и т.д.) и вводить его в компьютер.

Конструкция сканеров в значительной степени определяется типом вводимого изображения: штриховое или полутоновое, монохромное или цветное. В зависимости от того, каким образом осуществляется последовательное освещение элементов изображения, различают:

• оптические читающие устройства (со считыванием изображений линейной и матрицей фотоэлементов);

• со спиральной барабанной разверткой;

• со считыванием методом «бегущего луча»;

• слежением за контуром.

Файл, создаваемый сканером в памяти машины, называется битовой картой.

Конструктивно сканеры выпускаются в двух вариантах корпоративные и настольные.

Манипуляторы (устройства указания) джойстик – рычаг, трекбол - шар в оправе, световое перо и др. - для ввода информации на экран монитора (дисплея) путем управления движением курсора по экрану с последующим кодированием координат курсора и вводом их в компьютер.

Мышь - mouse - устройство позиционирования, предназначенное для указания координат на экране дисплея.

Наиболее распространены следующие манипуляции мышью:

• фиксация объекта кратковременным нажатием одной из кнопок;

• двойная фиксация объекта двукратным нажатием кнопки с малым интервалом времени;

• буксировка объекта - перемещение курсора по экрану при нажатой кнопке.

Сенсорные экраны - для ввода отдельных элементов изображения, программ или команд с полиэкрана дисплея в компьютер. Это устройство, воспринимающее факт касания пальца человека в заданном месте и которое передает информационный сигнал об этом.

При помощи сенсорной клавиатуры пользователь может вводить в систему данные.

Наиболее популярным является инфракрасный сенсорный экран. В нем на одних гранях (концах) экрана устанавливаются источники, а на других - приемники инфракрасного излучения. При прикасании к экрану прерываются определенные продольные и поперечные полосы излучения, что сообщает о месте расположения выбранной точки экрана. -

К устройствам вывода информации относятся:

• принтеры (печатающие устройства - ПУ);

• графопостроители (плоттеры).

Принтер - это внешнее устройство ЭВМ, предназначенное для вывода информации на твердый носитель в символьном или графическом виде.

Классификация принтеров может бать проведена по следующим критериям: способу вывода изображения; принципу формирования изображения; способу регистрации и принципу управления процессом печати.

По способу вывода изображения принтеры делятся на две группы: символьные и графические.

По принципу формирования выводимого изображения ПУ делятся на три вида: литерные; матричные; координатные (векторные).

Литерные устройства выводят информацию в виде символов, каждый из которых является графическим примитивом данного устройства.

Матричные ПУ выводят информацию в виде символов, сформированных из отдельных точек (пикселей), объединенных в символьную матрицу.

Координатные ПУ - плоттеры - графопостроители - выводят информацию как текстовую, так и графическую, либо в виде отдельно адресуемых точек, либо сформированную из различных линий (так называемое «штриховое» изображение).

По способу регистрации изображения ПУ делятся на ударные и безударные.

ПУ ударного действия формируют изображение на бумаге, сжимая с помощью удара на короткий промежуток времени рельефное изображение символа или его части, красящую ленту и бумагу.

ПУ безударного действия характеризуются тем, что изображение на бумагу наносится через промежуточный носитель, чувствительный к электрическому воздействию, электростатическому и магнитном полям и др. К ним относятся термические принтеры, использующие термочувствительную бумагу, которая изменяет свой цвет под действием тепловых лучей, струйные принтеры, у которых жидкий краситель (чернила) находится в печатающей головке и лазерные принтеры, в которых применяется электрографический способ формирование изображений.

Устройства связи и телекоммуникации используются для связи с приборами и другими средствами автоматизации (согласователи интерфейсов, адаптеры, цифро-аналоговые и аналого-цифровые преобразователи и т.п.) и для подключения компьютера к каналам связи, к другим ЭВМ и вычислительным сетям (сетевые интерфейсные платы, «стыки», мультиплексоры передачи данных, модемы).

Многие из перечисленных выше устройств относятся к условно выделенной группе -средством мультимедиа.

Мультимедиа - это компьютерная информационная технология, позволяющая объединять в компьютерной системе текст, звук, видео, графическое изображение и анимацию.

Появление возможности работы с новыми видами информации привело к тому, что компьютер в мультимедийном исполнении стал универсальным устройством, перерабатывающим различные виды информации: числовая информация, логическая информация, символьная информация, аудиоинформация, видеоинформация, штриховое изображение, полутоновое изображение.

Системы мультимедиа работают в реальном режиме времени, что связано с использованием в них аудио- и видеоинформации. Поскольку аудио- и видеоинформация имеют аналоговую природу, ввод этих видов информации в ЭВМ и их вывод требуют применения специальных устройств, типы которых приведены на рис 24.

4.5.2. Программное обеспечение ЭВМ - совокупность программ обработки данных и необходимых для их эксплуатации документов.

Программное обеспечение (ПО) ЭВМ разделяют на общее, или системное (general Software) и специальное, или прикладное (application or spesial Software) (рис. 25).Общее ПО объединяет программные компоненты, обеспечивающие многоцелевое применение ЭВМ и мало зависящие от специфики вычислительных работ пользователей. Сюда входят программы, организующие вычислительный процесс в различных режимах работы машин, программы контроля работоспособности ЭВМ, диагностики и локализации неисправностей, программы контроля заданий пользователей, их проверки, отладки и т.п.

Общее ПО обычно поставляется потребителям комплектно с ЭВМ. Часть этого ПО может быть реализована в составе самого компьютера,

Специальное ПО (СПО) содержит пакеты прикладных программ (ППП), обеспечивающие специфическое применение ЭВС и ВС.

Прикладной программой называется программный продукт, предназначенный для решения конкретной задачи пользователя. Обычно прикладные программы объединяются в пакеты, что является необходимым атрибутом автоматизации труда каждого специалиста-прикладника. Специализация пакета определяется характером решаемых задач (пакеты) для разработки экономических документов, бухгалтерских отчетов, статистических данных, планирования и т.д. ) или необходимостью управления специальной техникой (управление технологическими процессами, управление различными бортовыми системами и т.д.). Общее ПО включает в свой состав:

• операционную систему (ОС);

• систему автоматизации программирование (САП);

• комплекс программ технического обслуживания (КПТО);

• пакеты программ, дополняющие возможности ОС (ППос);

• систему документации (СД).

Операционная система служит для управления вычислительным процессом путем обеспечения его необходимыми ресурсами.

Средства автоматизации программирования объединяют программные модули, обеспечивающие этапы подготовки задач к решению.

Модули КПТО предназначены для проверки работоспособности вычислительного i комплекса; В иерархии программных средств отсутствуют программы КПТО. Эти компоненты непосредственного участия в вычислениях не принимают, они только обеспечивают их. Перед началом вычислений их задачей является проверка работоспособности аппаратуры и параметров сопряжения перечисленных уровней ПО. ПО современных ЭВМ и ВС строится по иерархическому модульному принципу. Это дает возможность адаптации ЭВМ и ВС к конкретным условиям применения, открытость системы для расширения состава предоставляемых услуг, способность систем к совершенствованию, наращиванию мощности и т.д.

Программные модули ПО, относящиеся к различным подсистемам, представляют для пользователя своеобразную иерархию программных компонентов, используемую им при решении своих задач (рис. 26).

Нижний уровень образуют программы ОС, которые играют роль посредника между техническими средствами системы и пользователем. Однако прямое использование команд ОС требует от пользователя определенных знаний и специальной компьютерной подготовки, сосредоточенности, точности и внимания.

Этот вид работы отличается трудоемкостью и чреват появлением ошибок в работе оператора. Поэтому на практике пользователи, как правило, работают не напрямую с ОС, через командные системы - пакеты программ, дополняющие возможности ОС (ППос).

Важной частью ПО является система документации, хотя она и не является программным продуктом. СД предназначается для изучения программных средств подсистем ПО, она определяет порядок их использования, устанавливает требования и правила разработки новых программных компонентов и особенности: их включения в состав ОПМО или СПО (общее или специальное программное обеспечение).

В настоящее время на любой вид деятельности существуют, совершенствуются и разрабатываются 111111, позволяющие пользователям, даже не имеющим хорошей компьютерной подготовки, эффективно решать специфические задачи обработки информации (подготовка справок, отчетов, разработка документов, графическое представление данных и т.д.).