Периферийные устройства персонального компьютера

Периферийные устройства персонального компьютера подключаются к его интерфейсам и предназначены для выполнения вспомогательных операций. Благодаря им компьютерная система приобретает гибкость и универсальность.

По назначению периферийные устройства можно подразделить на:

• устройства ввода данных;

• устройства вывода данных;

• устройства хранения данных;

• устройства обмена данными.

Устройства ввода знаковых данных

Специальные клавиатуры. Клавиатура является основным устройством ввода данных. Специальные клавиатуры предназначены для повышения эффективности процесса ввода данных. Это достигается путем изменения формы клавиатуры, раскладки ее клавиш или метода подключения к системному блоку.

Клавиатуры, имеющие специальную форму, рассчитанную с учетом требований эргономики, называют эргономичными клавиатурами. Их целесообразно применять на рабочих местах, предназначенных для ввода большого количества знаковой информации. Эргономичные клавиатуры не только повышают производительность наборщика и снижают общее утомление в течение рабочего дня, но и снижают вероятность и степень развития ряда заболеваний, например туннельного синдрома кистей рук и остеохондроза верхних отделов позвоночника.

Раскладка клавиш стандартных клавиатур далека от оптимальной. Она сохранилась со времен ранних образцов механических пишущих машин. В настоящее время существует техническая возможность изготовления клавиатур с оптимизированной раскладкой и существуют образцы таких устройств (в частности, к ним относится клавиатура Дворака). Однако практическое внедрение клавиатур с нестандартной раскладкой находится под вопросом в связи с тем, что работе с ними надо учиться специально. На практике подобными клавиатурами оснащают только специализированные рабочие места.

По методу подключения к системному блоку различают проводные и беспроводные клавиатуры. Передача информации в беспроводных системах осуществляется инфракрасным лучом. Обычный радиус действия таких клавиатур составляет несколько метров. Источником сигнала является клавиатура.

Звуковая карта

 

Несмотря на все разнообразие моделей звуковых карт, их возможностей, качества звука и размеров все они имеют примерно одну структуру и основные блоки. Понимание устройства и принципов работы карты сильно облегчает разрешение возникающих при установке и работе проблем, а также позволяет более оптимально конфигурировать ее.

 

Для начала рассмотрим простейшую однокристальную карту типа Edison Gold 16 на микросхеме ESS1688 или 1868. Эта единственная микросхема на самом деле состоит из трех функционально независимых узлов, составляющих три основных устройства большинства звуковых карт:

узел цифрового тракта, ответственный за преобразование звука из аналоговой формы в цифровую и обратно, и обмен цифровым потоком с центральным процессором или памятью компьютера;

узел музыкального синтезатора, построенного по частотно-модуляционному (FM) принципу и выполненному в стандарте OPL3;

узел аналогового микшера, выполняющего смешивание сигналов с двух предыдущих узлов, а также с линейного и микрофонного входов карты.

Эти три устройства функционально полностью независимы и программируются отдельно друг от друга.

 

Цифровой тракт такой карты можно считать ее основным узлом, поскольку именно он выполняет преобразование и передачу звука из внешней среды в компьютер и обратно. Для этого тракт имеет АЦП и ЦАП - аналогово-цифровой и цифро-аналоговый преобразователи, между которыми размещена логика управления цифровым потоком. Поступающий на АЦП звук в аналоговой форме - в виде непрерывно меняющегося электрического сигнала - подвергается в нем дискретизации и квантованию. Дискретизация разбивает непрерывный сигнал на последовательность его мгновенных значений - отсчетов, следующих с более высокой частотой (не менее, чем удвоенный верхний предел частотного диапазона), а квантование кодирует уровень каждого отсчета целым числом в диапазоне 0..255 (8-разрядная оцифровка) или 0..65535 (16-разрядная оцифровка). В результате образуется поток чисел, величина которых описывает закон изменения исходного сигнала. Этот поток проходит через схему управления и может считываться оттуда непосредственно процессором через регистры карты, однако чаще всего применяется автоматическая передача напрямую в память (прямой доступ к памяти - DMA), при котором от процессора требуется только настроить начальный адрес и параметры передачи, а все остальное сделают системный контроллер DMA и система управления цифрового тракта карты.

 

Аналогичным образом работает и обратный процесс: последовательность цифровых отсчетов, забираемая системой управления цифрового тракта карты из памяти, подается на ЦАП, который преобразует числовые значения в уровни напряжения, а затем объединяет дискретную последовательность этих уровней в непрерывный звуковой сигнал, который и снимается с выхода карты.

 

Все современные карты поддерживают запись и воспроизведение звука на частотах дискретизации до 44.1 кГц с 16-разрядным квантованием; в подавляющем большинстве реализовано также 8-разрядное квантование для работы со звуком низкого качества (параметры телефонной линии). Ряд карт поддерживает частоты дискретизации 48 кГц и выше, а те, что предназначены для профессиональной работы - 18- и 20-разрядное квантование.

 

В микросхемах ESS1868, Yamaha YM718/719, а также почти во всех остальных современных наборах микросхем для звуковых карт, реализован режим дуплекса (Full Duplex), позволяющий ЦАП и АЦП работать одновременно, параллельно записывая звук со входа в одни области памяти и воспроизводя его из других областей памяти на выход. Благодаря этому режиму можно реализовать весьма интересные возможности - голосовую связь по сети, обработку поступающего звука каким-либо алгоритмом с одновременным (точнее - с небольшой задержкой на обработку) выводом результата, и т.п.

 

Музыкальный синтезатор OPL3, имеющийся в простых картах, сейчас включается в их состав скорее по традиции и ради совместимости с ранними моделями, нежели для проигрывания музыки. Сам по себе частотно-модуляционный способ синтеза звука является чрезвычайно мощным и плодотворным, что ярко доказала серия профессиональных синтезаторов Yamaha DX, однако в OPL3 реализована лишь бледная тень этих инструментов. Принцип этого метода синтеза заключается во взаимной модуляции нескольких генераторов синусоидального сигнала; каждый управляемый генератор называется оператором. Вместо 6-операторной конфигурации, реализованной в инструментах Yamaha DX7 и DX100, в OPL3 есть только двух- и четырехоператорная, причем последняя допускает только самые примитивные способы соединения операторов. Кроме этого, набор управляющих параметров операторов в OPL3 крайне беден. Все это в совокупности приводит к тому, что OPL3 в состоянии издавать лишь очень малую часть звуков, традиционных для FM, да еще и с довольно низким качеством. Поэтому чаще всего карты, оборудованные только этим синтезатором, считают чисто звуковыми и неспособными исполнять музыку по нотам. На профессиональных звуковых картах OPL3 не ставиться ввиду его явной бесполезности в этих применениях.

 

Наконец, микшер представляет собой многовходовой аналоговый сумматор с управляемыми коэффициентами усиления по каждому входу, за счет чего он может объединять звук с разных источников карты в одну выходную линию с независимой регулировкой как всех входных, так и выходного уровня и стереобаланса. Помимо цифрового тракта и OPL3, микшер получает сигналы с микрофонного и линейного входов, входа проигрывателя CD, а в ряде моделей - с дополнительной дочерней платы-синтезатора, с добавочного внутреннего входа и входа для подключения сигнала PC Speaker. К последнему разъему при помощи специального провода подключается выход громкоговорителя с системной платы, чтобы издаваемые им звуки можно было слышать в наушниках или колонках.

 

Кроме смешивания сигналов для подачи на звуковой выход, микшер обеспечивает также смешивание сигналов для подачи на АЦП цифрового тракта - проще говоря, для записи звука. При этом, в зависимости от модели микшера, регулировки уровней записи и контроля могут быть раздельными или совмещенными, выбор источников для записи может быть независимым, с возможностью любой их комбинации, или же с возможностью выбора для записи только одного источника.

 

Теперь о дополнительных устройствах звуковых карт. Чаще всего таким устройством является та или иная модель музыкального синтезатора; если цифровой тракт способен лишь просто воспроизвести звуковой поток, то синтезатор способен создавать звучания прямо внутри себя, и играть этими звуками под управлением компьютера. Наиболее распространенные синтезаторы - GF1 и Interwave (Gravis Ultrasound), EMU8000 (Sound Blaster AWE), ICS WaveFront (семейство карт Turtle Beach). Все они построены по таблично-волновому (Wave Table) принципу, когда в памяти синтезатора хранятся таблицы с образцами звучаний, записанными в цифровой форме, которые в нужные моменты проигрываются на определенной высоте и в нужных сочетаниях. В отличие от FM–синтеза, создающего звуки "из ничего", этот метод нельзя назвать "честным" синтезом, однако современные WT–синтезаторы способны до неузнаваемости менять высоту, амплитуду и спектр исходных звуков, создавая из них совершенно новые.

 

Для того, чтобы воспроизводить звуки, WT–синтезатор нуждается в памяти, куда они записываются. Обычно это ПЗУ, в котором записан базовый набор звуков - General MIDI (GM); в ряде карт имеется еще и ОЗУ, куда можно загружать дополнительные звуки и их наборы, расширяя тембровую палитру синтезатора. Некоторые карты не имеют ПЗУ, сразу загружая звуки во внутреннее ОЗУ (GUS, EWS64XL) или в системное ОЗУ компьютера (карты на S3 SonicVibes). Последняя технология носит названия UMA (Unified Memory Architecture).

 

Синтезаторы звуковых карт - как FM, так и WT - управляются из прикладных программ при помощи MIDI - цифрового интерфейса музыкальных инструментов, включающего команды исполнения нот, смены тембров, управления громкостью, высотой, панорамой и другими параметрами звука. Однако MIDI содержит только команды исполнителю - это очень похоже на нотную партитуру. Несмотря на то, что стандартные тембры разных синтезаторов похожи друг на друга, они все же имеют различные оттенки и динамику звучания, поэтому MIDI–музыка, отлично звучащая на одном типе синтезатора, может совершенно "неправильно" звучать на другом, и наоборот; об этом не следует забывать, оценивая звучание MIDI–файлов, сделанных на других картах и инструментах.

 

Многие звуковые карты снабжены разъемом для дополнительной дочерней платы (Daughterboard). Дочерняя плата фактически является внутренним MIDI–синтезатором, получая через MIDI–интерфейс основной карты команды, отыгрывая их и возвращая звук в аналоговом виде обратно на основную карту. Идея дочерней платы была впервые реализована в плате Creative Wave Blaster, поэтому и другие дочерние платы часто ошибочно называют Wave Blaster'ами - так же, как и обычные звуковые - Sound Blaster'ами. Установка дочерней платы позволяет получить на простой карте таблично-волновой синтез, а при его наличии - расширить возможности и палитру базового синтезатора.

 

Там, где есть дополнительный синтезатор и разъем для дочерней платы, в микшере могут быть либо предусмотрены отдельные каналы для этих двух источников, либо оба они сводятся с выходом OPL3, образуя единый звуковой источник "MIDI".

 

Cовременные звуковые карты способны работать с самыми "продвинутыми" звуковыми форматами, включая DVD-Audio, который предусматривает запись многоканального звука 24 бит /96 кГц и двухканального (стереофонического) звука 24 бит /192 кГц. Кроме того, оригинальные DSP обеспечивают возможность создания в реальном времени разнообразных звуковых эффектов как в компьютерных играх, так и при воспроизведении или записи звука.

 

Вряд ли кто-то будет спорить, что лидирующее место на рынке мультимедийных (подчеркиваю, мультимедийных, а не профессиональных или полупрофессиональных) звуковых карт занимает все та же сингапурская Creative Labs. Более того, этой компании можно поставить в заслугу продвижение качественных внешних "звуковушек", которые уже оценили по достоинству владельцы ноутбуков. Принимая все это во внимание, мы опишем последние достижения инженеров и маркетологов именно Creative Labs.

 

Переломной вехой на рынке мультимедийных звуковых карт стало появление семейства Audigy 2, которое де-факто установило новые стандарты компьютерного звука. Принципиальные отличия Audigy 2 от карт предыдущего поколения - реальная возможность записи звука 24 бит/96 кГц и поддержка формата DVD-Audio. Как и положено, в многоканальном режиме с DVD-Audio может воспроизводиться звук 24 бит/96 кГц, а в стереорежиме - до 24 бит/192 кГц. Помимо всего прочего, карты семейства Audigy 2 имеют выход на семиканальную (6.1) акустическую систему, поддерживает технологии EAX 3.0 и EAX Advanced HD, а также формат DolbyDigital EX, способный корректно "раскладывать" шестиканальный звук 5.1 на большее число каналов. Музыкантам адресованы драйверы ASIO, позволяющие работать с минимальной задержкой в таких популярных программных пакетах, как Cubase или Reason. Это семейство карт построено на основе DSP Audigy 2, что не преминуло сказаться на звучании: качество звука заметно выше, чем у карт Audigy, причем разница очевидна практически на любом музыкальном материале. Во многом это заслуга высококачественного ЦАП Crystal CS4382, способного выдавать аналоговый сигнал с частотным диапазоном от 10 до 46000 Гц (в режиме 24 бит/96 кГц). И, наконец, Audigy 2 достался в наследство и контроллер FireWire, полезность которого уже трудно оспорить.

 

Creative Sound Blaster Audigy 2 ZS.

 

Постоянно растущая армия владельцев ноутбуков просто обязана поставить Creative памятник за продвижение на рынке внешних звуковых карт. Не секрет, что в большинстве случаев встроенный в портативные компьютеры звук оставляет желать лучшего. Как правило, в ноутбуках весьма посредственные звуковые кодеки, это прекрасно слышно при подключении внешних колонок и, в особенности, наушников. Особняком стоят дорогие модели японской Toshiba, в которых даже встроенная акустика от известной в аудиофильских кругах harman-kardon выдает вполне приличный звук. Владельцам же других ноутбуков, даже не менее дорогих, до последнего времени приходилось мириться с низким качеством звука. До того, как в Creative Labs взялись за внешние "звуковушки".

 

Вопреки распространенному мнению, внешние звуковые карты придумали вовсе не маркетологи Creative, а производители профессионального звукового оборудования: это как раз те самые внешние аудио- и MIDI-интерфейсы, позволяющие превратить даже не слишком талантливые в вопросах музыки ноутбуки в портативную студию звукозаписи. Creative лишь вывела этот специфический вид периферии на массовый компьютерный рынок и снабдила его своими фирменными игровыми и мультимедийными технологиями.

 

Началось все с шестиканальной (5.1) Extigy на основе одноименного DSP, представляющего из себя урезанный по функциональности аналог первого Audigy. Extigy подключается к компьютеру по интерфейсу USB 1.1, не поддерживает EAX Advanced HD и ASIO, в ней отсутствуют интерфейс IEEE 1394 и аппаратный WT-синтезатор, а оцифровка сигнала возможна только в формате 16 бит/48 кГц. Зато эта карта имеет пульт ДУ, встроенный аппаратный декодер Dolby Digital и даже способна работать без компьютера как внешний декодер многоканального звука или ЦАП.

 

Creative Sound Blaster MP3+.

 

Затем на рынке появилась дешевая (порядка 45 долларов) внешняя карта MP3+, звучащая на уровне карт достопамятного семейства Live. Технические характеристики MP3+ cкромны: она работает со звуком 16 бит/48 бит, однако ее качество звучания заметно выше, чем у типичных ноутбучных аудиокодеков. Призвание этой в одном: спасти владельцев ноутбуков от убогого встроенного звука, и не более того. Это устройство работает по шине USB 1.1 и не требует дополнительного питания. Кроме того, карта имеет оптический цифровой выход, позволяющий передавать цифровой сигнал на другие, более качественные звуковоспроизводящие устройства.

 

 

Creative Sound Blaster Audigy 2 NX.

 

 

Логическое продолжение Extigy - карта USB Sound Blaster Audigy 2 NX, способная выдавать многоканальный звук (5.1 или 7.1). Audigy 2 NX хороша сразу несколькими вещами: во-первых, она поддерживает многоканальный звук с декодированием Dolby Digital EX; во-вторых, она работает со звуком 24 бит/96 кГц и способна воспроизводить многоканальные DVD-Audio; в-третьих, карта оснащена цифровым коаксиальным выходом, а также оптическими входом и выходом, и способна записывать цифровой аудиосигнал; в четвертых, новинка поддерживает воспроизведение MIDI-файлов сэмплами формата SoundFont 2.1; и, наконец, карта работает через скоростной интерфейс USB 2.0. Разумеется, присутствует аппаратная поддержка EAX, а в комплект входит пульт дистанционного управления. Интересно, что, несмотря на название, в качестве DSP в этой карте используется вовсе не Audigy 2, а некая микросхема Creative CA0186-EAT, однако по звучанию карты в это поверить трудно

 

.

 

Creative Sound Blaster Audigy 2 ZS Notebook.

 

 

Последняя новинка от Creative - звуковая карта Sound Blaster Audigy 2 ZS Notebook, причем появление ее на рынке просто напрашивалось. В любом ноутбуке имеется слот PCMCIA (он же слот для PC-карт), предназначенный для подключения различной периферии, к примеру, модемов и адаптеров беспроводных сетей. Однако поскольку все эти устройства все чаще встраиваются в сами персональные компьютеры, слот PCMCIA у большинства владельцев современных моделей попросту пустует.

 

Вряд ли я сильно погрешу против истины, если скажу, что ни один ноутбук не может похвастать звуковым контроллером такого же качества, как Audigy 2 ZS Notebook, а ведь эту карту можно вставить даже в миниатюрный субноутбук! При не потребуются ни провода, которые сильно мешаются в дороге, ни свободные порты USB, которых вечно не хватает. Как и ее внутренние Audigy 2 ZS"настольные сестры", карта поддерживает запись звука 24 бит/96 кГц, воспроизведение многоканального звука с теми же параметрами, а также стереозвука 24 бит /192 кГц, записанного на дисках DVD-Audio. Заявленное соотношение сигнал/шум составляет не менее 104 дБ, предусмотрены выход на многоканальную (7.1) аналоговую акустическую систему, цифровой выход S/PDIF, а также выход на наушники. Карта декодирует звуковые дорожки DTS ES и Dolby Digital и поддерживает фирменный программный интерфейс EAX 4.0 Advanced HD. Музыкантам-любителям пригодятся драйверы ASIO 2.0, а киноманы по достоинству оценят тот факт, что Audigy 2 ZS Notebook - единственная из внешних звуковых карт Creative Audigy, имеющая "киношный" сертификат THX.