Глава 5 аппаратура микроэвм

Несмотря на то, что большая часть современных микроЭВМ имеет одинаковую структуру — системная магистраль, объеди­няющая модули (схемы) процессора, памяти, контроллеров пери­ферии в единое работоспособное целое, их аппаратные решения достаточно разнообразны. Построение и комплектация машины за­висят в первую очередь от вида изделия. Схемы встраиваемых (одно­платных и/или многоплатннх) микроЭВМ ориентированы на рабо­ту в «жестких» условиях промышленного применения и должны обеспечить высокую гибкость и простоту реконфигурации системы, ее настройки на конкретную задачу. Аппаратура автономных мик­рокомпьютеров (персональных и многопользовательских) работает в «мягком» домашнем или конторском окружении, имеет завершен­ное построение и должна поддерживать работу непрофессиональ­ного пользователя с разнообразными внешними устройствами и программным обеспечением.

5.1. Периферия микроЭвм

Периферийные (внешние) устройства микроЭВМ разделяются

на три класса 11.251:

внешние запоминающие устройства (ВЗУ, external storage),

обеспечивающие долговременное хранение больших объемов ин­формации;

устройства ввода-вывода (УВВ, I/O device, I/O unit), поддержи­вающие обмен информацией между человеком и микроЭВМ;

устройства связи с другими микроЭВМ, локальными и глобаль­ными сетями, управляемым процессом или объектом.

Внешние запоминающие устройства. В классе внешних запоми­нающих устройств различают ВЗУ с прямым доступом, в кото­рых время поиска информации слабо связано с ее расположением на носителе (дисковые накопители), и ВЗУ с последовательным до­ступом, время поиска данных в которых существенно зависит от их положения на носителе (ленточные накопители). Работа устройств с прямым доступом основывается на принципах магнитной или оптической записи информации. Соответственно выпускают нако­пители на магнитных и оптических дисках (рис. 5.1), ленточные накопители — обычно магнитные.

Системные возможности ВЗУ определяются следующими основ­ными характеристиками:

емкость — количество кодированной информации, которое мо­жет хранить запоминающее устройство. Измеряется в байтах или производных единицах (Кбайт, Мбайт или Гбайт);

среднее время доступа — временной интервал, необходимый для поиска заданного элемента информации на носителе;

скорость обмена — количество элементов информации, которое устройство может принять (записагь) или выдать (прочитать) в единицу времени. Измеряется в байт/с или производных еди­ницах;

носитель — тип (лента, диск, барабан) и геометрические размеры запоминающей среды;

плотность записи — количество единиц информации, хранимой на единице поверхности носителя;

интерфейс — способ и техника ^сопряжения запоминающего устройства с вычислительной системой.

На рынке средств вычислительной техники ВЗУ предлагаются в двух видах, во-первых, механизмы с минимальным электронным обрамлением — дисководы (disk drive) или лентопротяжные меха­низмы (ЛПМ, tape drive) и, во-вторых, законченные устройства — накопители (subsystem). Механизмы ВЗУ непосредственно встра­иваются в вычислительные устройства, либо на их базе создаются накопители, включающие элекгронику сопряжения (контроллеры) с системной магистралью некоторой микроЭВМ.

Наиболее емкими и перспективными в настоящее время являются накопители на сменных оптических дисках (optical storage), кото­рые характеризуются 12.10] высокой плотностью записи (10⁸ бит/см²), большой скоростью передачи данных (до 10 Мбайт/с)» практиче­ски неограниченным временем эксплуатации (до 20 лет) и низкой удельной стоимостью (10~⁶—10~⁷ цента на бит). Такие превосходные показатели достигаются за счет хранения информации в виде мик­роскопических углублений на поверхности диска и бесконтактного способа считывания. Яркость отраженного лазерного луча, сфоку­сированного на поверхности, изменяется, когда он попадает в углуб­ления. Эти колебания яркости воспринимаются оптической считы­вающей головкой, которая преобразует их в двоичный последовательный сигнал. Выпускаются три типа накопителей на сменных

оптических дисках:

с постоянной записью (optical ROM, О ROM), информация зано­сится в производственных условиях и изменить ее каким-либо спо­собом невозможно;

с одинарной записью (архивные оптические ЗУ, write once —

read many, WORM), дающие возможность пользователю один раз записать данные, которые затем невозможно изменить никаким способом;

с многократной записью (write many — read always, WMRA),

полный аналог магнитных запоминающих устройств, допуска­ющих многократное стирание и запись информации.

Наибольшее распространение находят оптические ЗУ пер­вых двух типов, разработка устройств WMRA находится на стадии выпуска экспериментальных образцов. Основные характеристики оптических накопителей приведены в табл. 5.1. По данным [2.101

производством оптических накопителей занимаются около 20 фирм, которые предлагают 26 типов устройств. Постоянные накопители имеют емкость, порядка 0,5 Гбайта, и выполняются на дисках диа­метром 5,25 дюйма. Накопители с однократной записью строятся на дисках с большим диаметром (8—12 дюймов) и имеют, соответ­ственно, большую емкость (1—4 Гбайта). Чтобы правильно пред­ставил» емкость оптического накопителя, приведем несложный расчет. На странице печатного текста энциклопедического формата располагается около 120000 символов. Один том энциклопедии в 500—600 страниц содержит 7 Х 10^е символов, для хранения которых требуются 6 Мбайт памяти. Следовательно, на оптическом дис­ке емкостью 0,5 Гбаита, можно хранить содержание 85 томов эн­циклопедии. Существенным также является простота тиражирова­ния постоянных оптических дисков, которое выполняется методом штамповки и во многом подобно производству обычных звуковых грампластинок. Отмечается и ряд недостатков оптических накопи­телей. Во-первых, большое время доступа (десятые доли секунды), вызванное значительным весом оптической головки (лазер и опти­ка). Во-вторых, отсутствие стандартов на лазеры, оптические си­стемы и следящие приводы. В-третьих, трудности изготовления считывающих головок, их дороговизна.

Таблица 5.1. Характеристики оптических накопителей
Фирма изготовитель	Модель	Тип	Емкость,Гбайт	Поверхностей	Діаметр диска,дюйм	Скорость обмена	Интерфейс
Alcatel	CM 1001	WORM	2	2	12	1.5 Мбайт/с	SCSI
Thomson Gigadisk Hitachi Ame­rica Inc.	ОС 301—1 ОС 302—2 CDR-1502	W WWORM WORM WORM	1 ,1,3 1,3 0,552	1 1 2 1	12 12 5,25	400 Кбайт/с 400 Кбайт/с 176 Кбит/с	IEEE.488 IEEE.488
Sony Corp.	CDU-1 WDA-2000 WDA-3000	OROM WORM WORM	0,54 1 3,2	1 2 2	5,25 8 12	150 Кбит/с	SCSI SCSI SCSI
Toshiba America Inc. Nippon Co­lumbia Co.	DF.50 DF-0450 Denon CD	WORM WORM OROM	0,5 3,6 0,6	2 1	5,25 12 5,25	2,5 Мбит/с 25 Мбит/с 153Кбайт/с	SCSI IEEE-488 8разрядный параллель­ный

Самыми распространенными ВЗУ являются накопители с маг­нитной записью информации. Здесь двоичные переменные представ­ляются в виде зон различной (противоположной) намагниченности тонкого слоя ферромагнитного материала, нанесенного на носи­тель (диск или ленту). Зоны намагниченности создаются записы­вающей головкой при подаче в ее обмотку импульсов тока противо­положной полярности и перемещении носителя относительно го­ловки. При чтении носитель вместе с ферромагнитным материалом с той же скоростью перемещается относительно считывающей голов­ки и наводит в ее обмогке импульсы э.д.с. соответствующей поляр­ности и фазы. Как правило, в накопителях используется одна универсальная магнитная головка и для записи, и для чтения, так как эти операции разнесены во времени. Плотность записи зависит от скорости перемещения носителя относительно головки и рассто­яния между ними. При контактной записи, когда головка непо­средственно соприкасается с магнитным материалом, плотность наибольшая. Однако механический контакт не позволяет с высокой скоростью перемещать носитель и увеличивает износ головок. Кон­тактная запись обычно применяется в ленточных ВЗУ. В дисковых накопителях между головкой и носителем поддерживается зазор порядка 1—3 мкм с помощью воздушной подушки, которая возни­кает между быстро вращающимся диском и головкой специальной формы.

Для создания подсистем массовой памяти в микропроцессорных вычислительных системах широко используются накопители на сменных гибких магнитных дисках и накопители на жестких фик­сированных дисках.

В накопителях на гибких дисках (НГМД) в качестве носителя используется пластиковый диск с ферромагнитным покрытием, заключенный в специальный защитный конверт. Диск в конверте может свободно вращаться. Такая конструкция и называется гибким диском, или дискетой, или флоппи-диском (floppy-disk). Стандарт­ными стали три типоразмера дискет (рис. 5.2) со стороной конверта 8 дюймов, 5,25 дюйма, 3,5 дюйма. Иногда 5,25-дюймовые дискеты называют минифлоппи (minifloppy), а 3,5-дюймовые — микрофлоп­пи (microfloppy). Диаметр собственно диска всегда несколько мень­ше стороны конверта и существенной роли не играет. В конверте имеются центральное отверстие, прорези с двух сторон для под­

вода головок к поверхности носителя и маркерное (индексное) от­верстие. При работе дискета помещается в накопитель, специаль­ный захват центрирую диск и приводит его во вращение. Частота вращения в разных моделях НГМД составляет 300 об/мин, 360 или 600 об/мин. Головка может подводиться с одной стороны дискеты (односторонние НГМД, single-side, SS) или с двух сторон (двухсторонние НГМД, double-side, DS). Емкость последних в два раза выше. Информация на дискетах записывается на концентриче­ских дорожках (цилиндрах, tracks), которые нумеруются от внеш­ней (нулевой) до внутренней, имеющей максимальный номер. Вы­пускаются накопители с 35, 40, 77 и 80 цилиндрами. В двухсторон­них накопителях количество дорожек удвоено, однако их располо­жение на диске не стандартизовано.

С помощью фотооптического датчика в дисководе определяется момент прохождения маркерного 01верстия, что фиксирует начало дорожки. Информация на дорожке записывается по секторам, причем сектор, непосредственно следующий за появлением маркер­ного сигнала, считается первым. Разбиение дорожек диска на сек­тора выполняется аппаратно-программно, с помощью специальной подпрограммы. Процесс разбиения по секторам называется форма­тированием, а подпрограмма, выполняющая разбиение — формате­ром. Количество секторов и их длина ни стандартами, ни соглаше­ниями не регламентированы. Типичные значения длины сектора — 128, 256 или 512 байт, по 8—20 секторов в дорожке. В связи с этим необходимо учитывать два момента. Первый — дискеты, одина­кового размера и записанные на однотипном накопителе, но на раз­ных микроЭВМ, часто несовместимы, так как форматы записи мо­гут отличаться. Второй — емкость форматированной дискеты всегда меньше, чем неформатированной. В технических описаниях, как правило, указывается, для какого случая приведена емкость. Если это не оговорено, то обычно для дисководов указывается неформати­рованная емкость, а для законченных накопителей — формати­рованная.

Емкость дисковода зависит и от принятого способа записи. В НГМД чаще используются два метода с самосинхронизацией: частотная модуляция (FM, frequency modulation) и модифицирован­ная частотная модуляция (MFM, modify frequency modulation). Последний метод имеет удвоенную плотность записи, и на дискете размещается вдвое больше информации. Дисководы (и дискеты) с одинарной плотностью обозначаются SD (single density), а с двой­ной — DD (double density). В табл. 5.2 приведены типичные ха­рактеристики дисководов и накопителей на гибких магнитных дис­ках (но материалам [2.101). Емкость НГМД лежит в пределах от 0,5—1 Мбайта для 3,5 дюймовых дискет и до 10—15 Мбайт для 8 дюймовых при практически одинаковых времени доступа (около сотни миллисекунд) и скоростях обмена (256, 512 Кбайт/с). Считает­ся, что 3,5 дюймовые НГМД, емкостью 1,0—1,2 Мбайта, станут стан­дартными для построения микросистем и постепенно вытеснят 8 и 5,25 дюймовые дискеты. Как основной недостаток НГМД следует отметить достаточно большой износ рабочей поверхности, что существенно ограничивает срок службы носителей.

Накопители на жестких фиксированных магнитных дисках (НМД) имеют значительно большую емкость (10—100 Мбайт), чем НГМД при тех же геометрических размерах. Рост емкости обес­печивается повышенной плотностью записи, увеличенным коли­чеством дорожек и дисков. В НМД несколько жестких алюминиевых дисков с ферромагнитным покрытием (пакет) закреплены на шпин­деле двигателя, который приводит их во вращение. Головки в ра­бочем положении «плавают» над дисками на воздушной подушке, механический контакт с поверхностью исключен. Это позволяет на порядок увеличить скорость вращения и, следовательно, продоль­ную плотность записи. Размеры жесткого диска менее подвержены влиянию температуры и влажности. При использовании высоко­точных систем позиционирования головок поперечная плотность возрастает до 20—40 дорожек/мм, суммарное количество дорожек на поверхности достигает 1000.

В середине 70-х гг. был создан новый тип НМД — винчестер­ский накопитель (Winchester), который стал стандартным для ком­плектации микропроцессорных вычислительных систем. Винчестер­ские накопители имеют следующие конструктивные особенности 12.1]:

двигатель встроен в шпиндель, на котором закреплен пакет дисков, что уменьшает геометрические размеры накопителя;

диски, двигатель, головки, система позиционирования заключе­ны в герметизированный корпус, в котором постоянно, под избыточ­ным давлением циркулирует тщательно отфильтрованный воздух. Это препятствует проникновению внутрь частиц пыли и влаги и обеспечивает вынос из накопителя посторонних частиц, возникающих при его работе;

значительно уменьшен зазор между головками и поверхно­стью дисков (до 0,2—0,35 мкм), отклонение от плоскости поверхно­сти порядка 10—20 нм, ферромагнитное покрытие значительно тоньше, чем у других НМД.

Все эти конструкторско-технологические решения при сниже­нии габаритных размеров накопителей позволили сохранить и даже увеличить емкость до сотен Мбайт, повысить наработку на отказ до 10-20 тыс.ч.

Таблица 5.2. Тапичные характеристики дисководов и накопителей ГМД
Фирма-изготовитель	Модель (Д-дисковод, Н—накопитель)	Емкость, Кбайт (Ф — форма-тированный)	ООдно-двух-сторо-нний	ССред­нее время досту­па, мc	ССко­рость обмена, Кбит/с	ЧЧисло доро­жек на повер-хность	ЧЧисло доро-жек на дюйм
3,5 дюйма
Canon USA	MD350 (Д)	1000	2	100	250	80	135
	MD351 (Д)	500	1	100	250	80	135
	MD352 (Д)	500	2	100	250	40	67,5
	MD353 (Д)	250	1	100	250	40	67,5
Hewlett-Packard	9114А (Н)	788 (Ф)	2	428	500	80	135
Mitsubishi	MF351 (Д)	500	1	94	250	80	135
	MF353 (Д)	1000	2	173	250	80	135
	MF354 (Д)	1600	2	91	500	27	135,5
	MF355 (Д)	2000	2	94	500	80	135,5
5,25 дюйма
Apple Computer BASF AG	Unidisk (H) 6228 (Д) 6238 (Д)	143 (Ф) 1000 2000	1	30 78 78	125 250 250	35	48 48 96
	6129 (Н)	500 (Ф)		78	250	40	48
	6139 (Н)	1000 (Ф)		78	250	80	96
Greco Systems	DU-58 (Н)	800 (Ф) 1600 (Ф)	2 2	200 200	9,6	40 80	48 96
		5400 (Ф)	2	200		160	192
Hewle tt-Packard	9125 (Н)	512 (Ф)	2	95	500	40	80
Teac Corp. of America	FD-55V (Н) FD-55V (Н)	655,36 (Ф) 1183 (Ф)	2 2	94 94	250 500	80 80	96 96
	FD-55V (Н)	1183 (Ф)	2	91	250	77	96
8 дюймов
BASF АО	6102 (Д)	800	1	152	500	77	48
	6104 (Д)	1600	2	96	500	77	48
Hitachi America	FDD-413A (Д)	1600	2		62,5	77	48
Ltd.	FDD-441 (Д)	9600	2	140	187,5	154	96
Iomega Corp.	Alpha-10 (Д) PC-10 (Н)	14, 1М 14, 1М	1 1	35 35	1.13М 1.13М	306 306	300 300
	PC-20 (Н)	28,2 М	2	35	1.13М	306	300
Qualogy Inc.	430 440	1М (Ф) 1М (Ф)	1 1	296 296		77 77
	450	2М (Ф)	2	174		77

Типичные характеристики винчестерных дисководов и накопителей приведены в табл.5.3.(по материалам [2.5, 2.10]).

При несомненных достоинствах винчестерские накопители имеют и существенный недостаток – неремонтопригодность. Практически любая поломка механики дисковода приводит к полной потере всей записанной информации. Поэтому накопители, как правило, используются совместно некоторым поддерживающим устройством (backup unit), на которое периодически переписываются (сбрасывается) все содержимое винчестера.

Накопители на магнитной ленте (НМЛ) отличаются от дисковых устройств последовательным способом доступа, что вызывает большие временные затраты на поиск информации. Ленточные накопители в микропроцессорных системах используются либо как архивные ЗУ для хранения программ и/или данных, либо для поддержки НМД.

В дешевых персональных ЭВМ (домашних, малых конторских) предусмотрена возможность подключения бытовых магнитофонов, обычно кассетных. Для записи применяется синусоидальная частотная модуляция, логическая единица кодируется 8 периодами синусоидального сигнала частотой 2400 Гц, а логический ноль – 4 периодами сигнала частотой 1200 Гц. При этом скорость передачи составляет 300 бит/с (бод, Вoud), что возможность на стандартной кассете с длительностью звучания 90 мин записать около 150 Кбайт информации. Такой метод записи называется CUTS форматом (Computer Users Tape System) или стандартом Канзас Сити (Kansas City Standard). Дешевизна и широкое распространение бытовых магнитофонов сделали их весьма популярными как НМЛ, однако невозможность автоматического управления от компьютера подводом ленты существенно затрудняет поиск информации, а низкая скорость передачи значительно увеличивает время обмена.

В конторских и профессиональных микроЭВМ для поддержки накопителей на фиксированных дисках и/или создания архивов применяются специально разработанные НМЛ. Следует отметить, что стандартизация лентоноситеплей, лентопртяжных механизмов и НМЛ в целом отсутствует, на рынке средств ВТ предлагается самым разнообразным и несовместимым между собой модели. Распространены магнитные ленты шириной 0,5 дюйма (12,7 мм), 0,25 дюйма (6,35 мм), 0,15 дюйма (3,81 мм) и 0,125 дюйма (3,175 мм). В качестве лентоносителей используются открытые катушки (бобины, open reel), специальные кассеты самой разнообразной конструкции (cassette, cartridge) с одной или двумя катушками, автономные ленточные блоки и даже кассеты с лентой в виде бесконечной петли. Для записи данных обычно используется один из трех методов: без возврата к нулю (NRZ, non – return to zero), фазовая модуляция, групповое кодирование. Плотность записи определяется и методом записи, и скоростью движения ленты, которая в различных моделях колеблется от 0,1 м/с до 2 м/с. Количество дорожек составляет от 1-2 на узких лентах до 7-9 на широких. Архивные НМЛ работают в старт-стопном режиме, в котором каждый

Таблица 5.3. Типичные характеристики дисководов и накопителей на жестких
фиксированных дисках
Фирма-изготовитель	Модель (Д—дисковод, H — накопитель)	Емкость Мбайт (Ф-форматирование		Коли­чество поверх­ностей/головок			Среднее время доступа, мс			Интерфейс
3,5 дюйма
Hewlett-Packard	НР97501А (Д)	4,09	2		75			IEEE—488
Со.
Hitachi America	DK 301-1 (Д)	12,7			85			ST 506/412
Ltd.	DK 301-2 (Д)	19,1			85			ST 506/412
Microcomputer	М-11 (Д)	2,75	4		75			ST412
Memories Inc.	М-125 (Д)	25,5			75			ST412
	М-312 (Д)	12,75	4		75			ST412
	М-325 (Д)	25,5			75			ST412
Newbury Data	NDR-320 (Д)	25,5	4		40			фирменный
Recording Ltd.	NDR-340 (Д)	52	8		40			фирменный
Computer Dynamics	IN-3HDD10(H)	10 (Ф)	не сооб­		не сооб­			STD
			щается		щается
Inc.	WIN-3HDD20(H)	20 (Ф)	То же		То же			STD
Sysgen Inc.	XT-EXTRA (H)	10 (Ф)	»		»			IBM PC
5,25 дюйма
BASF AG	6192 (H)	52	5			30			ST506/412
	6193 (H)	73				30			ST506/412
	6194 (H)	94				30			ST506/412
Hewlett-Packard	HP7941A (Д)	30	3			30			HP-1B
Co.	HP7942A (Д)	30	3			30			HP-IB
	НР7945А (Д)	72	2			30			HP-IB
Quantum Corp.	Q520 (Д)	21,33	4			45			ST506/412
	Q530 (Д)	31,99	6			45			ST506/412
	Q540 (Д)	42,66	8			45			ST506/412
Siemens	1100 (Д)	102	4			25			ESDI
	1200 (Д)	204	8			25			ESDI
	1300 (Д)	306	12			25			ESDI
NEC Disk Tech	Plato 512 (H)	10	не сооб­			не сооб­			IBM PC
One Inc.			щается			Щается
	Plato 5019 (H)	15	То же			То же			IBM PC
	Plato 5026 (H	20	»			»			IBM PC
NEC Corp.	6097-754 (H)	72,2	»			»			IBM PC
	6097-7242 (H)	30,3	»			»			IBM PC
System Periphe­	Ultrastore60(H)	60	»			»			IBM PC,
rals									S-100
	Ultrastore70(H)	70	*			»			IBM PC,
									S-100
	Ultrastore 120 (H)	120	»			»			IBM PC.
									S-100
Qua logy Inc.	D 934 ОТ (Н)	120	»			»			Q.bus
	D 964 GT (H)	240	>			X			Q-bus
	D 994 GT (H)	480	*			»			Q-bus

записываемый файл оформляется специальным образом, «гго позволяв! быстро найти его на ленте и считать в компьютер. НАШ, поддержи­вающие дисковые накопители, функционируют в потоковом режиме, все файлы записываются подряд, без оформления заголовков и концевых записей. Выбрать отдельный файл на такой ленте невоз­можно. Ее можно воспроизвести только целиком, при полном восстановлении информации на диске. В табл. 5.4 приведены ха­рактеристики ряда типичных накопителей на магнитной ленте (по материалам [2.101).

Устройства ввода-вывода. Ввести некоторую информацию в вы­числительную машину и получить от нее ответ возможно только с помощью специальных приборов — устройств ввода-вывода. В сов­ременных микроЭВМ УВВ играют важнейшую роль, обеспечивая до­ступ к вычислительным ресурсам пользователей самой различной квалификации от высокообразованных профессионалов до на­чинающих любителей.

Устройства ввода поддерживают передачу информации от че­ловека в микроЭВМ. Чаще всего для ручного ввода используется алфавитно-цифровая клавиатура (Keyboard), во многом напомина­ющая клавиатуру пишущей машинки или телетайпа. Каждой клавише соответствует некоторый символ (или набор символов), код которого при нажатии передается в микроЭВМ. Дешифрируя принятую кодовую комбинацию, процессор «узнает», какой символ ввел пользователь. Для увеличения количества вводимых символов применяются специальные клавиши, нажатие которых изменяет смысл и кодировку остальных клавиш клавиатуры, аналогично пере­воду регистров в пишущих машинках. Например, при нажатии кла­виши Caps Shift большие (прописные) буквы заменяются маленьки­ми (строчными), а цифры — специальными символами. Нажатие клавиши Ctrl (Control) придает основным клавишам специальные управляющие функции (прерывание программы, сброс системы в исходное состояние, прерывание печати и т. п.). В некоторых моде­лях клавиатуры каждая клавиша имеет до 5—6 функций. В совре­менных клавиатурах предусматриваются также функциональные клавиши, назначение которых пользователь может задать само­стоятельно с помощью специальной программы. Клавиатура как системное изделие характеризуется назначением клавиш (буквы, цифры, спецсимволы, графические символы, клавиши управления), их количеством и кодировкой, наличием дополнительной цифровой упрощенной клавиатуры (keypad), наличием и количеством фун­кциональных клавиш. Размещение алфавитно-цифровых символов обычно соответствует их положению на телетайпах (QWERTY — клавиатура). Это стало фактическим стандартом, размещение ос­тальных клавиш произвольное. Для кодировки символов исполь­зуются стандарты ASCII или EBCDIC.

Совместно с графическими дисплеями для задания положения курсора (специальной метки) на экране используются устройства ввода типа джойстик (joystick, координатная ручка, рычаг), «мышь» (mouse) и световое перо. Наклоняя джойстик в некотором направлении или перемещая «мышь» по поверхности стола, пользователь вызывает смещение курсора в соответствующем направлении.

Та­ким образом курсор можно перевести в любую точку экрана. При этом на экране могут изображаться функциональные клавиши, совмещение курсора с которыми вызывает заранее оговоренные дей­ствия. Первоначально джойстик и «мышь» преимущественно приме­нялись в электронных играх для управления «действующими ли­цами». Сейчас они находят все большее распространение в системах машинной графики и в системах, ориентированных на непрофесси­онального пользователя. На рынке средств МнВТ предлагаются и более экзотические устройства ввода, например, речевого. Однако они мало популярны в силу ограниченных возможностей и довольно высокой стоимости.

Устройства вывода выдают человеку результаты работы ком­пьютера в виде мягкой копии (soft copy) — изображений на экране символьного и/или графического дисплея или в виде твердой копии (hard copy) — печатного текста или рисованного графического изо­бражения. Практически каждая законченная микроЭВМ комплек­туется дисплеем. Самые простые символьные (алфавитно-цифровые) дисплеи позволяют выводить только буквенно-цифровой текст, существуют алфавитно-цифровые дисплеи с простейшей графикой — псевдографические. Графические дисплеи обеспечивают отображе­ния текста и рисунков произвольной сложности и в любых комбина­циях. Слово дисплей переводится на русский язык как «индикатор». Первоначально под дисплеем и понимался технический элемент индикации, например, индикатор на электронно-лучевой трубке (ЭЛТ, cathode-ray tube, CRT), индикатор на жидких кристаллах (ЖКИ, liquid-cristal display, LCD), индикатор на светодиодах (СДИ, light-emitting diode, LED display). Сейчас слово дисплей трактуется расширительно. Оно обозначает значительно более слож­ное устройство отображения информации, включающее наряду с индикатором того или иного типа электронные схемы поддержки и схемы связи со стандартным интерфейсом. Применяется также термин «интеллектуальный дисплей» (intelligent display). Эти дисплеи, обеспечивающие дополнительные возможности по обра­ботке изображений, например, текстовое или графическое редакти­рование, снабжаются собственным микропроцессором и/или графи­ческим процессором и представляют собой объединение дисплея и встроенной специализированной микроЭВМ.

Конструктивное оформление микрокомпьютера определяет тип дисплея, которым он комплектуется. Настольные и транспорта­бельные машины обычно работают с дисплеями на ЭЛТ. Портатив­ные компьютеры имеют встроенные дисплеи на жидких кристаллах. В любом случае дисплей микроЭВМ характеризуется:

форматом экрана, выражается как количество символов в стро­ке, умноженное на количество отображаемых строк;

линейными размерами экрана, для дисплеев на ЭЛТ указывает­ся размер трубки по диагонали, для ЖКИ— размеры индикатора по вертикали и горизонтали или размеры одного символа;

цветом и/или количеством цветов изображения. Различают монохромные (одноцветные) и многоцветные дисплеи. Свечение монохромных дисплеев зеленое или янтарно-желтое, черно-белые ЭЛТ, как менее эргономичные, используются реже. Для цветных дисплеев указывается количество цветов и палитра (таблица цветности). Палитра задает возможное количество цвето­вых оттенков, из которого пользователь может выбрать для по­строения изображения некоторое ограниченное количество цветов. Зачастую фирмы в рекламных целях сообщают только размер палитры, как правило, очень большой, не указывая количество одновременно допустимых цветов.

Графические возможности дисплеев микроЭВМ определяются принятым способом хранения и формирования изображения на экране. Используются два основных способа [1.32]. В дисплеях с произвольным сканированием (векторные дисплеи, линейная гра­фика) изображение формируется перемещением луча от одной точки экрана к другой. Задавая последовательность начальных и конеч­ных точек и управляя яркостью луча, можно сформировать изобра­жение, практически, любой сложности. Графические возможности таких дисплеев весьма высоки, однако по ряду причин (одноцвет­ность, мерцание изображения при большом количестве деталей, необходимость тщательной настройки) для комплектации микроЭВМ

они применяются редко.

В растровых дисплеях луч перемещается по экрану в строго определенном порядке в соответствии с принятым способом раз­вертки. Засветка экрана происходит только в тех местах, где это требуется для создания изображения, и только в те моменты, когда луч проходит точки растра. В простейших символьных (псевдо­графических) дисплеях растрового типа весь экран разбивается на знакоместа в соответствии с принятым форматом. В каждом знако­месте может отображайся только один символ из заданного набо­ра. Это может быть буква, цифра, специальный символ или графи­ческий символ. Важно, что набор символов определяется заранее либо аппаратно (в ПЗУ знакогенератора), либо программно и в про­цессе отображения изменить его невозможно. Такие дисплеи обла­дают средними графическими возможностями (мозаичная графика, псевдографика) и в силу своей простоты и дешевизны получили широкое распространение. В высококачественных графических дисплеях растрового типа (полнорастровые дисплеи, растровая графика) изображение хранится в виде набора кодов цвета (или яркости для монохромных устройств) в ячейках специальной па­мяти, называемой памятью кадра или видеопамятью. Каждой точ­ке растра соответствует одна ячейка Когда луч перемещается по экрану, из буфера кадра извлекаются коды счета, которые после некоторого преобразования определяют цвет гички растра. У дис­плеев такого типа широкие возможности, однако из-за высокой стоимости ими обычно комплектуются профессиональные ПЭВМ или многопользовательские микроЭВМ. Технические характери­стики ряда дисплеев приведены в табл. 5.5 (по материалам 12.101).

В дешевых домашних ПЭВМ в качестве индикатора используется бытовой телевизор, который совместно со схемами, встроенными в компьютер, образует дисплей растрового типа с ограниченной графикой.

Печатающие устройства (принтеры, printers) обеспечивают вы­вод из ЭВМ информации в виде твердой копии — печатного текста. С системных позиций принтеры в первую очередь характеризуются:

скоростью печати (производительностью) — количеством «пе­чатной продукции» (символов, строк, страниц), которое может отпе­чатать принтер в единицу времени;

шириной печати и/или форматом — количеством символов в пе­чатной строке или допустимыми размерами листа бумаги, на кото­ром печатается текст;

набором печатаемых символов и их изображением — шрифтом.

Доступные на рынке средств ВТ печатающие устройства отли­чаются большим разнообразием принципов работы, широким диапа­зоном скоростей и различным качеством отпечатанного текста. Классификация принтеров приведена на рис. 5.3. Знакоформирующие (shaped character) печатающие устройства воспроизводят символы (знаки) как единое целое, подобно пишущей машинке или типографскому станку. Знакосинтезирующие (матричные, dot-matrix) принтеры формируют изображение символа из более мел­ких элементов — точек. В них используется растровый принцип формирования изображений, учитывающий, что в силу ограничен­ной разрешающей способности зрения, человек воспринимает набор точек как единый символ. Изображение символа может на­носиться на бумагу контактным способом — ударные принтеры (im-pack printers) или бесконтактным — безударные принтеры (поп-impack printers). В ударных знакоформирующих устройствах зер­кальные изображения символов гравируются на шрифтоносителе, который после удара специального молоточка либо сам прижимает красящую ленту к бумаге, либо к которому прижимается красящая лента и бумага. После контакта на бумаге остается оттиск символа. В ударных знакосинтезирующих принтерах изображение символа наносится на бумагу поточечно, с помощью специальных игл, которые ударяют по красящей ленте, прижимая ее к листу. В без­ударных устройствах красящее вещество переносится на бумагу без механического контакта, например, под действием электриче­ского или магнитного поля (электростатические, ксерографические, магнитографические), посредством разбрызгивания капелек чернил (струйные) или разогревом специальной термочувствитель­ной бумаги (термические). Печатающие устройства, в которых пи­шущий узел перемещается вдоль строки, символ за символом выпе-чатывая требуемый текст, получили название символьных (после­довательных, serial). В строчных (line) устройствах все символы строки текста печатаются практически одновременно. В наиболее скоростных и дорогостоящих страничных (page) принтерах целиком печатается вся страница. Подробнее с принципами работы печата­ющих устройств можно ознакомиться в [1.15, 2.10]. Типичные технические характеристики принтеров приведены в табл.5.6 (по материалам [2.10]).

Наиболее популярными среди пользователей микроЭВМ явля­ются матричные печатающие устройства, обладающие достаточно высокой скоростью (до 100—300 символов в секунду) и хорошим качеством печати, которое при увеличенном количестве печата­ющих игл и сниженной скорости до 25—50 символов в секунду до­стигает качества типографской продукции. Существенным преиму­ществом матричных принтеров является возможность графического вывода, полностью отсутствующая в знакоформирующих ударных принтерах. Падение спроса на знакоформирующие ударные печа­тающие устройства привело к тому, что ряд фирм. специализиро­вавшихся на их выпуске (Diablo Systems Inc., IBM), приступили к производству матричных устройств. Отмечается также быстрый прогресс в развитии лазерных ксерографических устройств, харак­теризующихся высокой скоростью (десятки стандартных страниц в минуту), превосходной разрешающей способностью (до 10—12 то­чек на мм), хорошими графическими возможностями. Высокая сто­имость и требование квалифицированного обслуживания пока еще ограничивают область их применения многопользовательскими мини- и микросистемами. Однако при ожидаемом в ближайшие годы падении стоимости они могут составить серьезную конкуренцию матричным устройствам при комплектации персональных микро­ЭВМ.

Графопостроители (плоттеры, plotters) — это еще одна группа устройств вывода, обеспечивающая получение твердой копии в виде отрисованного изображения. Графопостроитель формирует выход­ной документ, вычерчивая изображение на бумаге либо с помощью специальных перьев (чернильных, шариковых, фломастеров), либо перенося капельки чернил воздействием электростатического поля. Подробная классификация и принципы работы графопостроителей приведены в [1.151. Многие современные графопостроители допус­кают эффективное отрисовывание алфавитно-цифровых символов, причем реализуют «печать» нескольких наборов символов и/или шрифтов. Такие устройства получили название принтеры/плоттеры (печатающие графопостроители). Типичный графопостроитель по­зволяет формировать 4- и 6-цветное изображение со скоростью отрисовки 200—300 мм/с и разрешающей способностью 0,1 мм. Размеры рисунка в принтерах, ориентированных на микроЭВМ, соответствуют формату А4 (210 Х 297 мм). Практически все гра­фопостроители имеют выход на сопряжение RS232C и поставляются вместе с пакетами поддерживающих программ для наиболее рас­пространенных ПЭВМ.

Устройства связи применяются, во-первых, для организации обмена информацией между микроЭВМ и другими ЭВМ и/или се­тями ЭВМ (устройства телекоммуникационного, удаленного досту­па) и, во-вторых, для обмена информацией с объектами управления (устройства связи с объектом).

К устройствам телекоммуникационного доступа, в первую оче­редь, относятся модемы. Модем (модулятор-демодулятор, modula­tor-demodulator) обеспечивает прямое и обратное преобразование цифровых сигналов в синусоидальные сигналы звуковой частоты, которые можно передавать по телефонным линиям. Обмен данными между микроЭВМ и некоторой другой ЭВМ, например, центральной ЭВМ информационной сети, с помощью модемов иллюстрируется на рис. 5.4. Любой модем обязательно содержит передатчик, кото­рый преобразует по определенным правилам последовательный цифровой сигнал в звуковой, приемник, выполняющий обратное преобразование, и схемы управления.

Таблица 5.6. Технические характеристики принтеров
Фирма изготовитель	Модель	Шрифтоноситель, способ печати	Скорость	Количество символов в строке	ИятерМе
Ударные устройства
Data General Corp.	4467	лепестковая головка	20 симв/с	120	Фирменный
IBM Corp.	6321 5216	лепесткавая головка лепестковая головка	40 симв/с 23—25 симв/с	132 132—198	RS 232C, RS 422 IBM PC
Primages Inc.	Primage 90	лепестковая головка	90 симв/с	135; 162; 202	RS 232C, Centronics
NEC Information Systems	Primage 100 3500	лепестковая головка цилиндрическая головка	100 симв/с 35 симв/с	135; 162; 202 136; 163; 203	RS 232C, Centronics RS 232C, IBM PC
	8830	цилиндрическая	55 симв/с	136; 163; 203	Centronics
		головка
Apple Computer Inc.	Imagewriter	матричный (7х8)	120, 180 симв/с	38—136	RS 232C
AT&T	5310	матричный	200 симв/с	до 132	RS 232C, токовая
					петля
	5320 '	матричный	200 симв/с	до 132	RS 232C, токовая
	AP200	матричный	340 симв/с	132	петля RS 232C, токовая
Centronics Data Computer Corp.	240	матричный	80; 160 симв/с	132	петля RS 232C, Centronics
	351	матричный	65; 200 симв/с	132; 217	RS 232C, Centronics
	GLP Horizon Series	матричный матричный (11Х9; 23Х16)	12; 50 симв/с 27; 160 симв/с	80; 136 80; 156	RS 232C, Centronics RS 232C, Centronics
	ES Model-1	ленточный	900 строк/мин	132	Dataproducts
	ES Model-11	ленточный	1200 строк/мин	132	Dataproducts
Gener?! Business Technology Inc. Harris Corp. American Computer Hardware Corp.	ES Model-Ill 5201 FA 5202LP 4240 4260 2230 2290 BP2000	ленточный цепочный цепочный цепочный цепочный барабанный барабанный барабанный	1800 строк/мин 400 строк/мин 400 строк/мин 1000 строк/мин 1200 строк/мин 300 строк/мин 900 строк/мин 1650 строк/мин	132 80 132 64 64 132—136 132—136 132—136	Dataproducts IBM S/34, S/36, S/38 IBM S/34, S/36, S/38 RS 232C RS 232C RS 232C, Centronics RS 232C, Centronics RS 232C, Centronics
Безударные устройства
ЗМ Со. Epson America Inc. Ergo Systems Inc. Advanced Coloure	1902 P-80 Hush 80 ACT-11	термический термический (9х9) термический (6х7) струйный (125 цветов)	40 симв/с 45 симв/с 80 симв/с 80 симв/с	1 40; 80 80 80 132	RS 232C RS 232C RS 232C, RS 232C.
Technology IBM Corp.	3852 Color Jet	струйный (7 цветов)	до 50 симв/с	132	Токовая петля Centronics
Quadram Corp. Siemens Communica­	Quadjet PT88 ОТЙЙ г 1 00	струйный (7 цветов) струйный	40 симв/с 150 симв/с	80 программируется	Centronics RS 232C, Centronics
tion Systems	РТ89	струйный	150 симв/с	программируется	RS 232C, Centronics
Diablo Systems Epson America Inc. Hewlett-Packard Co.	EPM/API LCS/60-3000 HP2686A	термический/строчный электрографический лазерный	300 строк/мин 7 страниц/мин 8 страниц/мин	120 80; 96; 132; 226	RS 232C, Centronics RS 2.)СГ, Centronics RS 2B^C, RS 422
	MD9fi87A JlrAUO* Л	лазерный	12 страниц/мин	66; 132	RS 232C, RS 422
	HP2680A	лазерный	45 страниц/мин	66; 132; 255	HP-1B

Модем соединяется с микро-ЭВМ через стандартный после­довательный интерфейс, обычно RS232C. К телефонной сети мо­дем подключается электрически, как показано на рис. 5.4, или акустически, через микротеле­фонную трубку. В информаци­онных центрах модемы всегда подключены к телефонной сети и ожидают вызова. Пользова­тель, желая провести сеанс свя­зи, набирает обычным образом телефонный номер цен граи пос­ле установления соединения ожидает ответ. Получив вызов, центральная ЭВМ генерирует специальный сигнал в виде длин­ной последовательности единиц, которая в модеме преобразуется в звуковой тон определенной частоты и посылается в линию. Услышав этот сигнал, пользова­тель вручную или посредством микроЭВМ переключает телефон­ную линию на работу с модемом. Теперь ответный звуковой тон центральной ЭВМ воспринимает­ся приемником модема, который преобразует его в последователь­ность единиц и передает в мик­роЭВМ. МикроЭВМ «понимает» эту последовательность как от­вет сют и подтверждает установление связи генерацией ответного сигнала (такая же длинная серия единиц), который через пере­датчик первого модема, телефонную линию и приемник второго модема попадает в ЭВМ. Связь обеими ЭВМ считается установлен­ной и далее уже происходит обмен необходимой информацией. Об­мен данными, в первую очередь, характеризуется скоростью, кото­рая зависит от принятого способа модуляции. Используются три основных метода модуляции. Частотная модуляция (frequency shift keying, FSK) обеспечивает низкую скорость передачи (до 300 бит/с). Здесь ноль кодируется частотой 1180 Гц (или 1850 Гц),а единица— 980 Гц (или 1650 Гц). Дифференциальная фазовая модуляция (dif­ferential phase shift keying, DPSK) применяется при средней скоро­сти обмена (1200—2400 бит/с). Высокоскоростные модемы (4800 бит/с и выше) используют квадратурную модуляцию (quadrature amplitude modulation, QAM). Модемы работают в одном из двух режимов: дуплескном или полудуплексном. Дуплексный режим допускает одновременный обмен данными в двух направлениях. При полуду­плексном режиме в каждый, определенный момент времени передача может выполняться только в одном направлении. Для изменения направления необходимо выполнить переключения в схеме модема.

Конструктивно модемы оформляются либо в виде законченного блока, либо в виде модуля, вставляемого в микроЭВМ. Например, фирма Hayes Microcomputer выпускает «интеллектуальный» модем (Smart modem 1200) в двух вариантах: законченный блок с интер­фейсом RS232C или модуль расширения для ПЭВМ IBM PC. Модем обеспечивает скорости обмена 300 или 1200 бит/с. Его «интеллек­туальность» заключается в способности автоматически набирать необходимый телефонный номер и выполнять действия по установ­лению связи. Модем работает под управлением специальной про­граммы (Smartcon II), которая выводит сообщения об операциях модема и их результатах на экран дисплея. При желании подробно ознакомиться с принципами функционирования модемов (способы модуляции, режимы работы, управление) и их техническими и эксплуатационными характеристиками следует обратиться к [1.11, 2.5].

Устройства связи с объектом обычно поставляются в виде от­дельных модулей расширения (аналого-цифровые преобразователи, цифро-аналоговые преобразователи, мультиплексоры аналоговых сигналов, дискретный ввод-вывод, управление электромеханически­ми исполнительными органами), которые позволяют комплектовать систему связи с объектом в соответствии с требованиями пользова­теля. Обсуждение принципов построения таких модулей и их тех­нических характеристик выходит за рамки настоящей книги. В случае необходимости эти вопросы можно изучить по [1.6].