Периферийное оборудование. Терминал. Интерфейс.

Перифери́йное устро́йство — аппаратура, которая позволяет использовать вычислительные возможности процессора.

1. Отдельно взятое устройство из класса периферийных устройств компьютера. Класс периферийных устройств появился в связи с разделением вычислительной машины на вычислительные (логические) блоки — процессор(ы) и память хранения выполняемой программы и внешние, по отношению к ним, устройства, вместе с подключающими их интерфейсами. Таким образом, периферийные устройства, расширяя возможности ЭВМ, не изменяют её архитектуру.

2. Периферийными устройствами также можно считать внешние по отношению к системному блоку компьютера устройства.

Компью́терный термина́л — электронное или электромеханическое устройство, используемое для взаимодействия пользователя с компьютером или компьютерной системой. Ранние компьютерные терминалы были относительно недорогими, но медлительными, по сравнению со вводом с перфокарт или перфоленты. Однако, по мере того как технология улучшалась, и особенно с появлением видео-дисплеев, терминалы вытеснили другие способы ввода-вывода. Связанным нововведением стала система разделения времени (англ. time sharing), благодаря которой несколько пользователей могли одновременно работать с одной системой, каждый со своего терминала.

Терминал — это устройство ввода-вывода, его основные функции заключаются в отображении и вводе данных. Устройство со значительным объёмом обработки данных называют smart terminal или «толстый клиент» (англ. fat client). Терминал, сильно зависящий от своей хост-машины, на которой выполняются основные вычисления, называют тонким клиентом (англ. thin client).

Интерфе́йс (от англ. interface — поверхность раздела, перегородка) — совокупность средств, методов и правил взаимодействия (управления, контроля и т. д.) между элементами системы.

Этот термин используется во многих областях науки и техники. Его значение относится к любому сопряжению взаимодействующих сущностей (как естественнонаучных, так аппаратных и человеко-машинных). Под интерфейсом понимают не только устройства, но и правила (протокол) взаимодействия этих устройств.

Примеры: -элементы электронного аппарата (автомагнитолы, часов и т. д.) — дисплей, набор кнопок и переключателей для настройки, плюс правила управления ими — интерфейс системы «человек—машина»;

-клавиатура и мышь — элементы интерфейса в системе «пользователь—ЭВМ» (в свою очередь, и сами клавиатура и мышь имеют собственные интерфейсы сопряжения с компьютером);

Интерфейсы являются основой взаимодействия всех современных информационных систем. Если интерфейс какого-либо объекта (персонального компьютера, программы, функции) не изменяется (стабилен, стандартизирован), это даёт возможность модифицировать сам объект, не перестраивая принципы его взаимодействия с другими объектами (например, научившись работать с одной программой под Windows, пользователь с легкостью освоит и другие — потому, что они имеют одинаковый интерфейс).
27. Хранение информации. Память ЭВМ.

Хранение информации (данных) не является самостоятельной фазой в информационном процессе, а входит в состав фазы обработки. Однако, в силу важности организации хранения, данный материал вынесен в отдельный раздел.

Различают структурированные данные, в которых отражаются отдельные факты предметной области (это основная форма представления данных в СУБД), и неструктурированные, произвольные по форме, включающие и тексты, и графику, и прочие данные. Эта форма представления данных широко используется, например, в Интернет-технологиях, а сами данные предоставляются пользователю в виде отклика поисковыми системами.

Организация того или иного вида хранения данных (структурированных или неструктурированных) связана с обеспечением доступа к самим данным. Под доступом понимается возможность выделения элемента данных (или множества элементов) среди других элементов по каким-либо признакам с целью выполнения некоторых действий над элементом. При этом под элементом понимается как запись файла (в случае структурированных данных), так и сам файл (в случае неструктурированных данных).

Для данных любого вида доступ осуществляется с помощью специальных данных, которые называются ключевыми (ключами). Для структурированных данных такие ключи входят в состав записей файлов в качестве отдельных полей записей. Для неструктурированных поисковые слова или выражения входят, как правило, в искомый текст. С помощью ключей выполняется идентификация требуемых элементов в информационном массиве (массиве хранения данных).

Дальнейшее изложение фазы хранения информации относится к структурированным данным.

Модели структурированных данных и технологии их обработки основаны на одном из трех способов организации хранения данных: в виде линейного списка (или табличном), иерархическом (или древовидном), сетевом.

Устройства памяти ЭВМ

Памятью компьютера называется совокупность устройств для хранения программ, вводимой информации, промежуточных результатов и выходных данных. Классификация памяти представлен на рисунке:

Внутренняя память предназначена для хранения относительно небольших объемов информации при ее обработке микропроцессором.

Внешняя память предназначена для длительного хранения больших объемов информации независимо от того включен или выключен компьютер.

Энергозависимой называется память, которая стирается при выключении компьютера.

Энергонезависимой называется память, которая не стирается при выключении компьютера.

К энергонезависимой внутренней памяти относится постоянное запоминающее устройство (ПЗУ). Содержимое ПЗУ устанавливается на заводе-изготовителе и в дальнейшем не меняется. Эта память составлена из микросхем, как правило, небольшого объема. Обычно в ПЗУ записываются программы, обеспечивающие минимальный базовый набор функций управления устройствами компьютера. При включении компьютера первоначально управление передается программе из ПЗУ, которая тестирует компоненты компьютера и запускает программу-загрузчик операционной системы.

К энергозависимой внутренней памяти относятся оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), видеопамять и кэш-память. Воперативном запоминающем устройстве в двоичном виде запоминается обрабатываемая информация, программа ее обработки, промежуточные данные и результаты работы. ОЗУ обеспечивает режимы записи, считывания и хранения информации, причём в любой момент времени возможен доступ к любой произвольно выбранной ячейке памяти. Это отражено в англоязычном названии ОЗУ – RAM (Random Access Memory – память с произвольным доступом). Доступ к этой информации в ОЗУ осуществляется очень быстро. Эта память составлена из сложных электронных микросхем и расположена внутри корпуса компьютера. Часть оперативной памяти отводится для хранения изображений, получаемых на экране монитора, и называется видеопамять. Чем больше видеопамять, тем более сложные и качественные картинки может выводить компьютер. Высокоскоростная кэш-память служит для увеличения скорости выполнения операций компьютером и используется при обмене данными между микропроцессором и RAM. Кэш-память является промежуточным запоминающим устройством (буфером). Существует два вида кэш-памяти: внутренняя, размещаемая внутри процессора и внешняя, размещаемая на материнской плате.

Внешняя память может быть с произвольным доступом и последовательным доступом. Устройства памяти с произвольным доступомпозволяют получить доступ к произвольному блоку данных примерно за одно и то же время доступа.

Выделяют следующие основные типы устройств памяти с произвольным доступом:

1. Накопители на жёстких магнитных дисках (винчестеры, НЖМД) - несъемные жесткие магнитные диски. Ёмкость современных винчестеров от сотен мегабайт до нескольких сотен гигабайт. На современных компьютерах это основной вид внешней памяти. Первые жесткие диски состояли из 2 дисков по 30 Мбайт и обозначались 30/30, что совпадало с маркировкой модели охотничьего ружья “Винчестер” - отсюда пошло такое название этих накопителей.

2. Накопители на гибких магнитных дисках (флоппи-дисководы, НГМД) – устройства для записи и считывания информации с небольших съемных магнитных дисков (дискет), упакованные в пластиковый конверт (гибкий - у 5,25 дюймовых дискет и жесткий у 3,5 дюймовых). Максимальная ёмкость 5,25 дюймовой дискеты - 1,2Мбайт; 3,5 дюймовой дискеты - 1,44Мбайт. В настоящее время 5,25 дюймовые дискеты морально устарели и не используются.

3. Оптические диски (СD-ROM - Compact Disk Read Only Memory) - компьютерные устройства для чтения с компакт-дисков. CD-ROM диски получили распространение вслед за аудио-компакт дисками. Это пластиковые диски с напылением тонкого слоя светоотражающего материала, на поверхности которых информация записана с помощью лазерного луча. Лазерные диски являются наиболее популярными съемными носителями информации. При размерах 12 см в диаметре их ёмкость достигает 700 Мб. В настоящее время все более популярным становится формат компакт-дисков DVD-ROM, позволяющий при тех же размерах носителя разместить информацию объемом 4,3 Гб. Кроме того, доступными массовому покупателю стали устройства записи на компакт диски. Данная технология получила название CD-RW и DVD-RW соответственно.

Устройства памяти с последовательным доступом позволяют осуществлять доступ к данным последовательно, т.е. для того, чтобы считать нужный блок памяти, необходимо считать все предшествующие блоки. Среди устройств памяти с последовательным доступом выделяют:

1. Накопители на магнитных лентах (НМЛ) – устройства считывания данных с магнитной ленты. Такие накопители достаточно медленные, хотя и большой ёмкости. Современные устройства для работы с магнитными лентами – стримеры – имеют увеличенную скорость записи 4 - 5Мбайт в сек. Существуют также, устройства позволяющие записывать цифровую информацию на видеокассеты, что позволяет хранить на 1 кассете 2 Гбайта информации. Магнитные ленты обычно используются для создания архивов данных для долговременного хранения информации.

2. Перфокарты – карточки из плотной бумаги и перфоленты – катушки с бумажной лентой, на которых информация кодируется путем пробивания (перфорирования) отверстий. Для считывания данных применяются устройства последовательного доступа. В настоящее время данные устройства морально устарели и не применяются.

Различные виды памяти имеют свои достоинства и недостатки. Так, внутренняя память имеет хорошее быстродействие, но ограниченный объем. Внешняя память, наоборот, имеет низкое быстродействие, но неограниченный объем. Производителям и пользователям компьютеров приходится искать компромисс между объемом памяти, скоростью доступа и ценой компьютера, так комбинируя разные виды памяти, чтобы компьютер работал оптимально. В любом случае, объем оперативной памяти является основной характеристикой ЭВМ и определяет производительность компьютера.

Кратко рассмотрим принцип работы оперативной памяти. Минимальный элемент памяти - бит или разряд способен хранить минимально возможный объем информации - одну двоичную цифру. Бит очень маленькая информационная единица, поэтому биты в памяти объединяются в байты - восьмерки битов, являющиеся ячейками памяти. Все ячейки памяти пронумерованы. Номер ячейки называют ее адресом. Зная адрес ячейки можно совершать две основные операции:

1) прочитать информацию из ячейки с определенным адресом;

2) записать информацию в байт с определенным адресом.

Чтобы выполнить одну из этих операций необходимо, чтобы от процессора к памяти поступил адрес ячейки, и чтобы байт информации был передан от процессора к памяти при записи, или от памяти к процессору при чтении. Все сигналы должны передаваться по проводникам, которые объединены в шины.

По шине адреса передается адрес ячейки памяти, по шине данных – передаваемая информация. Как правило, эти процессы проходят одновременно.

Для работы ОЗУ используются еще 3 сигнала и соответственно 3 проводника. Первый сигнал называется запрос чтения, его получение означает указание памяти прочесть байт. Второй сигнал называется запрос записи, его получение означает указание памяти записать байт. Передача сразу обоих сигналов запрещена. Третий сигнал – сигнал готовности, используемый для того, чтобы память могла сообщить процессору, что она выполнила запрос и готова к приему следующего запроса.

28. Устройства памяти на магнитных лентах, на магнитных дисках.

Магнитный диск

Запоминающее устройство ЦВМ, в котором носителем информации является тонкий алюминиевый или пластмассовый диск, покрытый слоем магнитного материала. Применяются М. д. диаметром от 180 до 1200 мм при толщине 2,5—5 мм, в качестве магнитного покрытия используют сплавы Ni — Со — Р, Со — W и другие. На М. д. информация наносится посредством магнитной записи (См. Магнитная запись). На рабочих поверхностях М. д. информация располагается на концентрических дорожках и кодируется адресом, который указывает номер диска и номер дорожки на нём. Каждой дорожке может соответствовать своя неподвижная Магнитная головка записи (считывания) или одна подвижная — общая для нескольких дорожек, а иногда и для нескольких дисков. Рычаг съёма механизма выборки (см. рис.) с установленными на нём магнитными головками перемещается электрическим или пневматическим приводным механизмом, обеспечивая подвод головок как к любому из дисков, так и к любой дорожке диска. Наиболее распространена конструкция устройства с «плавающими» головками. Обычно запоминающее устройство на М. д. содержит несколько десятков дисков, насаженных на общую ось, вращаемую электродвигателем. Возможна смена одного или нескольких (пакета) дисков, что позволяет создавать дисковые картотеки. Число М. д. в одном запоминающем устройстве может достигать 100; на каждой рабочей поверхности диска размещается от 64 до 5000 информационных дорожек; плотность записи 20—130 импульсов на 1 мм. Информационная ёмкость запоминающих устройств на М. д. от нескольких десятков тысяч до нескольких млрд. бит, среднее время доступа от 10 до 100 мсек.

М. д. появились в середине 50-х годов 20 века и сразу же нашли широкое применение ввиду их весьма высоких технических характеристик. Занимая по быстродействию промежуточное положение между оперативными и внешними запоминающими устройствами, М. д. обладают достаточно большим объёмом хранимых данных, низкой стоимостью на единицу запоминаемой информации (бит) при высокой эксплуатационной надёжности.

 

Магнитные ленты - пластмассовая лента, покрытая окисью железа для магнитной регистрации. Магнитные ленты состоят из информационного носителя данных на пластмассовой полосе. Магнитные ленты используются для видео, звуковой памяти и других форматов или используются в общей памяти данных цели в компьютере. Понятие Магнитной ленты было сначала введено Неисправностью Pfleumer Германии в 1928. Тогда это не использовалось, чтобы сделать запись данных, но в начале 1951. Носитель записи был только 1/2 дюймом широкая тонкая полоса никелированной бронзы. Это имеет очень низкую плотность регистрации, которая была приблизительно 128 символов и норма данных 12 800 символов в секунду.

В раннем, магнитные ленты механически использовались, чтобы создать vaccum столбцы. Магнитная память аудио ленты последовательный носитель данных использовалась для сбора данных и для резервирования. Много других типов оборудования, типа видеозаписи, компьютерная лента была составлена из гибкой пластмассы с одной стороной, покрытой ферромагнитным материалом.

Магнитная Лента более экономична, чем диски, но изменение объемов диска увеличились чрезвычайно. Магнитные Ленты могут использоваться, чтобы хранить продолжительность, они должны периодически перекопироваться, или сильно намотанные магнитные поверхности могут загрязнить друг друга.

Главный недостаток Магнитной Ленты - ее последовательный формат, который помогает в расположении определенного отчета или поиска маркеров, который идентифицирует разделение. Большинство Магнитной Ленты использовало для архивирования, а не обычного обновления, которое позволяет некоторые диски для того, чтобы перезаписать в месте, если счет байта не изменяется. Магнитная Лента может использоваться для того, чтобы обновить файлы, копируя файлы от оригинальной ленты до пустой ленты и добавляя новые данные между диском. Дорожки Форматов Дорожки идут параллельно краю ленты, или это могло выполниться по диагонали.

Магнитная Лента открывает ленты шатания, которые используются для девяти линейных дорожек, в то время как современные картриджи могут использоваться для 128 или больше дорожек. Данные зарегистрированы в в свободном пространстве, названном межрекордным промежутком, и Магнитная скорость диска Ленты измерена в дюймах в секунду. Плотность памяти Магнитной Ленты может быть увеличена с 200 до 38 000 битов на дюйм и компактной ленты.

Данные написаны, чтобы записать на пленку в блоках с, предают промежутки между блоками земле между ними, и справками в письме блока в единственной операции с лентой, выполняющейся непрерывно в течение писания. Норма, по которой данные написаны или читались на диск ленты, не детерминирована, Магнитная Лента обычно имеет трудность справиться с нормой, по которой данные продолжаются и от ленты и нормы, по которой поставляются данные.

Магнитная Лента имеет большой буфер памяти, который может использоваться, чтобы стоять в очереди данные. Диск ленты может быть остановлен, поддержан, и перезапущен. Есть сложная трудность между размером блока и размером буфера данных в отчете, процент от ленты, потерянной на межпромежутках между блоками, и для чтения - записи пропускной способности. Магнитная Лента - весьма и может использоваться, чтобы проветрить среднее число 1/3 длина ленты, чтобы двигаться от одного произвольного блока данных до другого. Большинство Магнитной Ленты имеет свойственное долгое время ожидания, которое может использоваться для индексации, или поддержания отдельной таблицы поиска. Больше всего Магнитные диски Ленты могут теперь выполнить сжатие данных.

Магнитная Лента остается лучшей альтернативой из-за ее более высокой плотности записи и ниже стоивший в бит. Магнитная Лента может предложить дисковую память, чтобы сделать это разумным хорошим продуктом.

29. Устройства памяти на оптических дисках.

Память на оптических дисках. Для записи на такие диски использу­ется гармоническое лазерное излучение в оптическом диапазоне волн, имеющее нерасходящийся пучок с очень малым сечением и достаточно большой мощностью. Поверхность диска покрывается тонким слоем от­ражающего металла - теллура. Луч записывающего лазера при модуля­ции «единицей» прожигает в пленке теллура микроскопическое отвер­стие, Если «единицы» следуют одна за другой, отверстие оказывается вытянутым за счет вращения диска. Такая запись делается навсегда, в дальнейшем ее можно только считывать, но не изменять. Поэтому дис­ки такого типа называют СD-ROM(Compact Disc – Read Only Memory), т. е. компакт-дисками только для считывания данных. Для многократной записи поверхность диска покрывается пигментом, меняющим свою от­ражающую способность при воздействии лазерного луча. Диски, допус­кающие многократную запись, определяют как СD-RW(ReWritable, т. е, перезаписываемый компакт-диск).

Запись информации происходит по концентрическим дорожкам. Для удобства поиска информационных блоков диск разбит на 128 секторов, каждому из которых присвоен адрес. Луч считывающего лазера отража­ется от поверхности диска, кроме мест, помеченных записывающим лу­чом, и попадает в фотодетектор, где преобразуется в импульсно-коди-рованный сигнал, несущий считанную информацию.

Скорость записи определяется мощностью луча записывающего лазе­ра, скоростью вращения лиска и скоростью перемещения лазерного луча. Чем мощнее луч, тем меньшая экспозиция требуется для прожигания от­верстия. Более короткое время экспозиции увеличивает скорость записи, а следовательно, и считывания. Элемент записи на оптическом диске опре­делен размерами дифракции луча и составляет максимум 0,4 мкм. На стан­дартном 5,25-дюймовом диске помещается 680 Мб информации.

Результатом развития технологии хранения информации на лазерных дисках являются диски DVD (Digital Versatile Disc - универсальный циф­ровой диск). Особенностью данных дисков является то, что при таких же внешних размерах, как и у СD, на DVD можно записать в десятки раз больше информации. Такая высокая плотность записи обеспечивается стандартом цифровой записи видеоинформации DV (Digital Video - циф­ровое видео). В этом стандарте реализованы форматы:

- DVD-ROM- для хранения компьютерных данных;

- DVD-R- для однократной записи (не поддерживает перезапись);

- DVD-RAM- для использования в компьютерных системах хране­ния данных- Диски этого формата можно перезаписывать до ста тысяч раз. В них имеются специальные средства коррекции ошибок записи. На односторонний диск можно записать до 4.7 Гб информации, а на двусто­ронний - 9,4 Гб. Двусторонние диски выпускаются в специальных кар­триджах, поэтому их нельзя использовать в бытовых DVD - проигры-вателях.

- DVD+R и DVD-R - перезаписываемые диски, совместимые с бытовыми проигрывателями DVD и дисководами DVD-ROM.