Модели связи и архитектуры памяти

Любая крупномасштабная многопроцессорная система должна использовать множество устройств памяти, которые физически распределяются вместе с процессорами. Имеется две альтернативных организации адресации этих устройств памяти и связанных с этим два альтернативных метода для передачи данных между процессорами. Физически отдельные устройства памяти могут адресоваться как логически единое адресное пространство, что означает, что любой процессор может выполнять обращения к любым ячейкам памяти, предполагая, что он имеет соответствующие права доступа. Такие машины называются машинами с распределенной разделяемой (общей) памятью.

В альтернативном случае, адресное пространство состоит из отдельных адресных пространств, которые логически не связаны, и доступ к которым не может быть осуществлен аппаратно другим процессором. В таком примере каждый модуль процессор-память представляет собой отдельный компьютер, поэтому такие системы называются многомашинными (multicomputers).

С каждой из этих организаций адресного пространства связан свой механизм обмена. Для машины с единым адресным пространством это адресное пространство может быть использовано для обмена данными посредством операций загрузки и записи. Поэтому эти машины и получили название машин с разделяемой (общей) памятью. Для машин с множеством адресных пространств (многомашинных систем) обмен данными должен использовать другой механизм: передачу сообщений между процессорами; поэтому эти машины часто называют машинами с передачей сообщений.

Обычно устройства ввода/вывода, также как и память, распределяются по узлам и в действительности узлы могут состоять из небольшого числа (2-8) процессоров, соединенных между собой другим способом. Хотя такая кластеризация нескольких процессоров с памятью и сетевой интерфейс могут быть достаточно полезными с точки зрения эффективности в стоимостном выражении, это не очень существенно для понимания того, как такая машина работает, поэтому мы пока остановимся на системах с одним процессором на узел. Основная разница в архитектуре, в машинах с распределенной памятью заключается в том, как осуществляется связь и какова логическая модель памяти.

КОНВЕЙЕРНАЯ ОБРАБОТКА

Параллелизм и конвейеризация

Методы совмещения операций – методы, при которых в любой момент времени выполняется одновременно более одной базовой операции. Эти методы включают два понятия: параллелизм и конвейеризацию. Хотя у них много общего, эти термины отражают два совершенно различных подхода. При параллелизме совмещение операций достигается путем воспроизведения в нескольких копиях аппаратной структуры. Высокая производительность достигается за счет одновременной работы всех элементов структур, осуществляющих решение различных частей задачи.

Конвейеризация (конвейерная обработка) основана на разделении функции на более мелкие части (ступени) и выделении для каждой из них отдельного блока аппаратуры. Обработку любой машинной команды можно разделить на этапы, организовав передачу данных от одного этапа к следующему. Конвейеризацию можно использовать для совмещения этапов выполнения разных команд. Производительность при этом возрастает благодаря тому, что одновременно на различных ступенях конвейера выполняются несколько команд. Конвейеризация широко применяется во всех современных процессорах.

Конвейеризация увеличивает пропускную способность процессора (количество команд в единицу времени), но она не сокращает время выполнения отдельной команды, а увеличивает из-за накладных расходов, связанных с управлением регистровыми станциями. Увеличение пропускной способности означает, что программа будет выполняться быстрее по сравнению с простой неконвейерной схемой.

Конвейеризация эффективна только тогда, когда загрузка конвейера близка к полной, а скорость подачи новых команд и операндов соответствует максимальной производительности конвейера. Если произойдет задержка, то параллельно будет выполняться меньше операций и суммарная производительность снизится. Такие задержки могут возникать в результате возникновения конфликтных ситуаций.

Оценка производительности идеального конвейера

Выполнение каждой команды складывается из ряда последовательных этапов (шагов, стадий), суть которых не меняется от команды к команде. Принцип конвейерной обработки информации подразумевает, что в каждый момент времени процессор работает над различными стадиями выполнения нескольких команд, причем на выполнение каждой стадии выделяются отдельные аппаратные ресурсы. По очередному тактовому импульсу каждая команда в конвейере продвигается на следующую стадию обработки, выполненная команда покидает конвейер, а новая поступает в него.

В различных процессорах количество и суть этапов различаются. Рассмотрим принципы конвейерной обработки информации на примере пятиступенчатого конвейера, в котором выполнение команды складывается из следующих этапов:

1) IF (Instruction Fetch) – считывание команды в процессор;

2) ID (Instruction Decoding) – декодирование команды;

3) OR (Operand Reading) – считывание операндов;

4) EX (Executing) – выполнение команды;

5) WB (Write Back) – запись результата.

Выполнение команд в таком конвейере представлено в таблице 8.1.

Так как в каждом такте могут выполняться различные стадии обработки команд, то длительность такта выбирается исходя из максимального времени выполнения всех стадий. Кроме того, следует учитывать, что для передачи команды с одной стадии на другую требуется определенное дополнительное время (Δt), связанное с записью промежуточных результатов обработки в буферные регистры.

Таблица 8.1.

Выполнение команд в идеальном конвейере

Команда	Такт
I	IF	ID	OR	EX	WB
I+1		IF	ID	OR	EX	WB
I+2			IF	ID	OR	EX	WB
I+3				IF	ID	OR	EX	WB
I+4					IF	ID	OR	EX	WB

Очевидно, что при достаточно длительной работе конвейера его быстродействие будет существенно превышать быстродействие, достигаемое при последовательной обработке команд. Это увеличение будет тем больше, чем меньше длительность такта конвейера и чем больше количество выполненных команд. Сокращение длительности такта достигается, в частности, разбиением выполнения команды на большое число этапов, каждый из которых включает в себя относительно простые операции и поэтому может выполняться за короткий промежуток времени. Так, если в микропроцессоре Pentium длина конвейера составляла 5 ступеней (при максимальной тактовой частоте 200 МГц), то в Pentium-4 – уже 20 ступеней (при максимальной тактовой частоте на сегодняшний день 3,4 ГГц).

Конфликты в конвейере и способы минимизации их влияния на производительность процессора

Значительное преимущество конвейерной обработки перед последовательной имеет место в идеальном конвейере, в котором отсутствуют конфликты и все команды выполняются друг за другом без перезагрузки конвейера. Наличие конфликтов снижает реальную производительность конвейера по сравнению с идеальным случаем.

Конфликты – это такие ситуации в конвейерной обработке, которые препятствуют выполнению очередной команды в предназначенном для нее такте.

Конфликты делятся на три группы:

– структурные,

– конфликты по управлению,

– конфликты по данным.

Структурные конфликты

Возникают в том случае, когда аппаратные средства процессора не могут поддерживать все возможные комбинации команд в режиме одновременного выполнения с совмещением.

Существует две возможные причины структурных конфликтов.

1) Не полностью конвейерная структура процессора, при которой некоторые ступени отдельных команд выполняются более одного такта. При этом в работе конвейера возникают так называемые «пузыри» (т.к. обработка команд следующих за n-тактовой ступенью команды начинается через n-тактов), которые снижают производительность процессора (табл. 8.2.).

Таблица 8.2.

Образование «пузырей» в конвейере

Команда	Такт
I	IF	ID	OR	EX	WB
I+1		IF	ID	OR	EX	EX	EX	WB
I+2			IF	ID	OR	O	O	EX	WB
I+3				IF	ID	OR	O	O	EX
I+4					IF	ID	OR	O	O

 

Эту ситуацию можно было бы ликвидировать двумя способами.

Первый предполагает увеличение времени такта до такой величины, которая позволила бы все этапы любой команды выполнять за один такт. Однако при этом существенно снижается эффект конвейерной обработки, так как все этапы всех команд будут выполняться значительно дольше, в то время как обычно нескольких тактов требует выполнение лишь отдельных этапов очень небольшого количества команд.

Второй способ предполагает использование таких аппаратных решений, которые позволили бы значительно снизить затраты времени на выполнение данного этапа (например, использовать матричные схемы умножения). Но это приведет к усложнению схемы процессора и невозможности реализации на этой БИС других, функционально более важных, узлов. Так как описанная ситуация возникает при реализации команд, относительно редко встречающихся в программе, то обычно разработчики процессоров ищут компромисс между увеличением длительности такта и усложнением того или иного устройства процессора.

2) Недостаточное дублирование некоторых ресурсов.

Одним из типичных примеров служит конфликт из-за доступа к запоминающим устройствам. В случае, когда операнды и команды находятся в одном запоминающем устройстве, начиная с некоторого такта, работу конвейерапридется постоянно приостанавливать, поскольку различные команды в одном и том же такте обращаются к памяти на считывание команды, выборку операнда, запись результата.

Борьба с конфликтами такого рода проводится путем увеличения количества однотипных функциональных устройств, которые могут одновременно выполнять одни и те же или схожие функции. Например, в современных микропроцессорах обычно разделяют кэш-память для хранения команд и кэш-память данных, а также используют многопортовую схему доступа к регистровой памяти, при которой к регистрам можно одновременно обращаться по одному каналу для записи, а по другому - для считывания информации. Конфликты из-за исполнительных устройств обычно сглаживаются введением в состав микропроцессора дополнительных блоков. Так, в микропроцессоре Pentium-4 предусмотрено 4 АЛУ для обработки целочисленных данных. Процессоры, имеющие в своем составе более одного конвейера, называются суперскалярными.

Недостатком суперскалярных микропроцессоров является необходимость синхронного продвижения команд в каждом из конвейеров.

Конфликты по управлению

Возникают при конвейеризации команд переходов и других команд, изменяющих значение счетчика команд.

Суть конфликтов этой группы наиболее удобно проиллюстрировать на примере команд условного перехода. Пусть в программе, представленной в табл. 8.1, команда «i+1» является командой условного перехода, формирующей адрес следующей команды в зависимости от результата выполнения команды «i». Команда «i» завершит свое выполнение в такте 5. В то же время команда условного перехода уже в такте 3 должна прочитать необходимые ей признаки, чтобы правильно сформировать адрес следующей команды. Если конвейер имеет большую глубину (например, 20 ступеней), то промежуток времени между формированием признака результата и тактом, где он анализируется, может быть еще большим. В инженерных задачах примерно каждая шестая команда является командой условного перехода, поэтому приостановки конвейера при выполнении команд переходов до определения истинного направления перехода существенно скажутся на производительности процессора.

Наиболее эффективным методом снижения потерь от конфликтов по управлению служит метод предсказания переходов. Суть данного метода заключается в том, что при выполнении команды условного перехода специальный блок микропроцессора определяет наиболее вероятное направление перехода, не дожидаясь формирования признаков, на основании анализа которых этот переход реализуется. Процессор начинает выбирать из памяти и выполнять команды по предсказанной ветви программы (так называемое исполнение по предположению, или «спекулятивное» исполнение). Однако так как направление перехода может быть предсказано неверно, то получаемые результаты с целью обеспечения возможности их аннулирования не записываются в память или регистры (то есть для них не выполняется этап WB), а накапливаются в специальном буфере результатов.

Если после формирования анализируемых признаков оказалось, что направление перехода выбрано верно, все полученные результаты переписываются из буфера по месту назначения, а выполнение программы продолжается в обычном порядке. Если направление перехода предсказано неверно, то буфер результатов очищается. Также очищается и конвейер, содержащий команды, находящиеся на разных этапах обработки, следующие за командой условного перехода. При этом аннулируются результаты всех уже выполненных этапов этих команд. Конвейер начинает загружаться с первой команды другой ветви программы. Так как конвейерная обработка эффективна при большом числе последовательно выполненных команд, то перезагрузка конвейера приводит к значительным потерям производительности. Поэтому вопросам эффективного предсказания направления ветвления разработчики всех микропроцессоров уделяют большое внимание.

Методы предсказания переходов делятся на статические и динамические.

При использовании статических методов до выполнения программы для каждой команды условного перехода указывается направление наиболее вероятного ветвления. Это указание делается или программистом с помощью специальных средств, имеющихся в некоторых языках программирования, по опыту выполнения аналогичных программ либо результатам тестового выполнения программы, или программой-компилятором по заложенным в ней алгоритмам.

Методы динамического прогнозирования учитывают направления переходов, реализовывавшиеся этой командой при выполнении программы. Например, подсчитывается количество переходов, выполненных ранее по тому или иному направлению, и на основании этого определяется направление перехода при следующем выполнении данной команды.

В современных микропроцессорах вероятность правильного предсказания направления переходов достигает 90-95%.

Конфликты по данным

Возникают в случаях, когда выполнение одной команды зависит от результата выполнения предыдущей команды.

Далее, при обсуждении этих конфликтов будем предполагать, что команда «i» предшествует команде «j».

Существует несколько типов конфликтов по данным.

1) Конфликты типа RAW (Read After Write): команда «j» пытается прочитать операнд прежде, чем команда «i» запишет на это место свой результат. При этом команда «j» может получить некорректное старое значение операнда.

Уменьшение влияния конфликта типа RAW обеспечивается методом обхода (продвижения) данных. В этом случае результаты, полученные на выходах исполнительных устройств, помимо входов приемника результата передаются также на входы всех исполнительных устройств микропроцессора. Если устройство управления обнаруживает, что данный результат требуется одной из последующих команд в качестве операнда, то он сразу же, параллельно с записью в приемник результата, передается на вход исполнительного устройства для использования следующей командой.

Конфликты типа RAW обусловлены именно конвейерной организацией обработки команд.

Главной причиной двух других типов конфликтов по данным является возможность неупорядоченного выполнения команд в современных микропроцессорах, то есть выполнение команд не в том порядке, в котором они записаны в программе.

2) Конфликты типа WAR (Write After Read): команда «j» пытается записать результат в приемник, прежде чем он считается оттуда командой «i», При этом команда «i» может получить некорректное новое значение операнда:

3) Конфликты типа WAW (Write After Write): команда «j» пытается записать результат в приемник, прежде чем в этот же приемник будет записан результат выполнения команды «i», то есть запись заканчивается в неверном порядке, оставляя в приемнике результата значение, записанное командой «i».

Устранение конфликтов по данным типов WAR и WAW достигается путем отказа от неупорядоченного исполнения команд, но чаще всего путем введения буфера восстановления последовательности команд.

Как отмечалось выше, наличие конфликтов приводит к значительному снижению производительности микропроцессора. Определенные типы конфликтов требуют приостановки конвейера. При этом останавливается выполнение всех команд, находящихся на различных стадиях обработки. Другие конфликты, например, при неверном предсказанном направлении перехода, ведут к необходимости полной перезагрузки конвейера. Потери будут тем больше, чем более длинный конвейер используется в микропроцессоре. Такая ситуация явилась одной из причин сокращения числа ступеней в микропроцессорах последних моделей.

ПЕРИФЕРИЙНЫЕ УСТРОЙСТВА

К периферийным устройствам, т.е. подключаемым наряду с монитором (через видеоадаптер) и клавиатурой к системному блоку персонального компьютера, относятся принтеры, мыши, модемы, сканеры, внешние накопители (в том числе, на жестких и гибких магнитных дисках, CD-ROM, магнитооптических дисках, WORM-накопители и др.), стримеры, дигитайзеры, плоттеры, устройства мультимедиа (видеобластеры, звуковые платы и акустические системы), трекболы, джойстики и т.д..

Периферийные устройства служат для расширения функциональных возможностей персонального компьютера, удобства управления им и представления информации в различных формах в процессе ее обработки, хранения и отображения.

Подсоединение периферийных устройств к компьютеру производится через устройства сопряжения (адаптеры), на которых реализованы стандартные или специальные интерфейсы. Обычно адаптеры выполняются в виде отдельных плат ввода-вывода, вставляемых в разъемы расширения на системной плате. Интерфейс определяет тип и вид соединителя (розетка или вилка, female (мама – на разъеме отверстия) или male (папа – на разъеме штырьки)), протоколы обмена, уровни и длительности электрических сигналов. Последовательный и параллельный интерфейсы называют также портами ввода-вывода.

Последовательные порты используются для подключения мыши, удаленного принтера, внешнего модема, плоттера и др.

Параллельные порты используются для подключения принтера, сканера, плоттера.

Принтеры

Принтеры являются наиболее популярными устройствами вывода информации для персональных компьютеров. По технологии печати принтеры можно разделить на игольчатые (матричные), струйные и лазерные. Игольчатые принтеры до последнего времени являлись основным стандартным устройством вывода для персональных компьютеров, поскольку струйные принтеры работали еще неудовлетворительно, а цена лазерных была достаточно высока. И в настоящее время игольчатые принтеры применяются достаточно часто. Достоинства этих принтеров: удовлетворительная скорость печати и универсальность, заключающаяся в способности работать с любой бумагой, а также низкая стоимость печати. Игольчатый принтер формирует знаки несколькими иголками, расположенными в головке принтера. Бумага втягивается с помощью вала, а между бумагой и головкой принтера располагается красящая лента. При ударе иголки по этой ленте на бумаге остается закрашенный след. Иголки, расположенные внутри головки, обычно активизируются электромагнитным методом. Головка двигается по горизонтальной направляющей и управляется шаговым двигателем. Так как напечатанные знаки внешне представляют собой матрицу, а воспроизводит эту матрицу игольчатый принтер, то часто его называют матричным принтером. Среди матричных принтеров существуют 9-игольчатые и 24-игольчатые. В головке 9-игольчатого принтера находятся 9 иголок, которые, как правило, располагаются вертикально в один ряд. Благодаря горизонтальному движению головки принтера и активизации отдельных иголок напечатанный знак образует как бы матрицу, причем отдельные буквы, цифры и знаки "заложены" внутри принтера в виде бинарных кодов. В 24-игольчатом принтере используется технология последовательного расположения иголок в два ряда по 12 штук. Вследствие того, что иголки в соседних рядах сдвинуты по вертикали, точки на распечатке перекрываются таким образом, что их невозможно различить. Имеется возможность перемещения головки дважды по одной и той же строке, чтобы знаки пропечатывались еще раз с небольшим смещением. Такое качество печати обозначают как LQ (Letter Quality – машинописное качество), в этом режиме скорость печати уменьшается незначительно, так как головка печатает при движении слева направо и справа налево. Изготовители обычно указывают теоретическую скорость печати, то есть максимально возможную скорость чернового (Draft) peжима, при этом качество печати не играет роли. LQ-печать для игольчатых принтеров длится дольше. Еще дольше печатается графика, потому что при этом набор знаков не читается из внутренней памяти (ROM) принтера, а каждая печатаемая точка должна рассчитываться. Единица измерения скорости печати – cps (символ в секунду). Игольчатые принтеры оборудованы внутренней памятью (буфером) до 64 Кбайт и более, который принимает данные от персонального компьютера.

Игольчатый принтер – механическое устройство, а работа механических узлов всегда сопровождается шумом. Качество печати сильно зависит от разрешения принтера, т.е. количества точек, которое печатается на одном дюйме - dpi. Данная характеристике играет роль, в основном, при работе принтера в графическом режиме.

Принцип работы струйных принтеров напоминает игольчатые принтеры. Вместо иголок здесь применяются тонкие сопла, которые находятся в головке принтера. В этой головке установлен резервуар с жидкими чернилами, которые через сопла как микрочастицы переносятся на материал носителя. Число сопел находится в диапазоне от 16 до 64, а иногда и до нескольких сотен.

Для хранения чернил используются два метода.

1) Головка принтера объединена с резервуаром для чернил; замена резервуара с чернилами одновременно связана с заменой головки.

2) Используется отдельный резервуар, который через систему капилляров обеспечивает чернилами головки принтера. В основе принципа действия струйных принтеров лежат пьезоэлектрический метод и метод газовых пузырей. Для реализации пьезоэлектрического метода в каждое сопло установлен плоский пьезокристалл, связанный с диафрагмой. Под воздействием электрического тока происходит деформация пьезоэлемента. При печати, находящийся в трубке пьезоэлемент, сжимая и разжимая трубку, наполняет капиллярную систему чернилами. Чернила, которые отжимаются назад, перетекают обратно в резервуар, а чернила, которые выдавились наружу, образуют на бумаге точки. Струйные принтеры с использованием данной технологии выпускают фирмы Epson, Brother и др. Метод газовых пузырей базируется на термической технологии. Каждое сопло оборудовано нагревательным элементом, который, при пропускании через него тока, за несколько микросекунд нагревается до температуры около 500 градусов. Возникающие при резком нагревании газовые пузыри стараются вытолкнуть через выходное отверстие сопла порцию (каплю) жидких чернил, которые переносятся на бумагу. При отключении тока нагревательный элемент остывает, паровой пузырь уменьшается, и через входное отверстие поступает новая порция чернил. Данная технология используется в изделиях фирм Hewlett-Pаckard и Canon. Цветные струйные принтеры имеют более высокое качество печати по сравнению с игольчатыми цветными принтерами и невысокую стоимость по сравнению с лазерными. Цветное изображение получается за счет использования (наложения друг на друга) четырех основных цветов. Уровень шума струйных принтеров значительно ниже, чем у игольчатых, поскольку его источником является только двигатель, управляющий перемещением печатающей головки. При черновой печати скорость струйного принтера значительно выше, чем у игольчатого. Скорость печати составляет 3–4 (до 10) страницы в минуту. Качество печати зависит от количества сопел в печатающей головке – чем их больше, тем выше качество. Большое значение имеет качество и толщина бумаги. Выпускается специальная бумага для струйных принтеров, но можно печатать на обычной бумаге плотностью от 60 до 135 г/кв.м. В некоторых моделях для быстрого высыхания чернил применяется подогрев бумаги. Разрешение струйных принтеров при печати графики составляет от 300*300 до 720*720 dpi. Основной недостаток струйного принтера – возможность засыхания чернил внутри сопла, что приводит к необходимости замены печатающей головки.

Лазерные принтеры обеспечивают более высокое качество печати по сравнению со струйными и игольчатыми принтерами. Однако стоимость печати выше, особенно при использовании цветных лазерных принтеров. Таким образом, для получения высококачественной черно-белой печати целесообразно использовать лазерный принтер, а для получения цветного изображения можно использовать цветной струйный принтер. В лазерных принтерах используется механизм печати, применяемый в ксероксах. Основным элементом является вращающийся барабан для переноса изображения на бумагу, представляющий собой металлический цилиндр, покрытый тонкой пленкой фотопроводящего полупроводника. По поверхности барабана равномерно распределяется статический заряд. Для этого служит тонкая проволока или сетка – коронирующий провод. Высокое напряжение, подаваемое на этот провод, вызывает возникновение вокруг него светящейся ионизированной области – короны. Лазер, управляемый микроконтроллером, генерирует тонкий световой луч, отражающийся от вращающегося зеркала. Этот луч, падая на барабан, изменяет его электрический заряд в точке падения. Таким образом, на барабане возникает скрытая копия изображения. Далее на барабан наносится тонер – мельчайшая красящая пыль. Под действием статического заряда эти мелкие частицы притягиваются к поверхности барабана в точках, подвергшихся экспозиции, и формируют изображение. Бумага втягивается с подающего лотка и с помощью системы валиков перемещается к барабану. Перед барабаном бумаге сообщается статический заряд. Бумага соприкасается с барабаном и притягивает, благодаря своему заряду, частички тонера от барабана. Для фиксации тонера бумага вновь заряжается и пропускается между двумя роликами с температурой 180 градусов. Затем барабан разряжается, очищается от прилипших частиц и готов для нового процесса печати.

В цветном лазерном принтере изображение формируется на светочувствительной фотоприемной ленте последовательно для каждого из 4-х основных цветов. Лист печатается за четыре прохода: имеются четыре емкости для тонеров и от двух до четырех узлов проявления. Схема управления включает процессор, память большого объема и иногда, особенно при функционировании в сети, винчестер. Стоимость цветного лазерного принтера значительно выше, чем черно-белого, а скорость печати – ниже. Лазерные принтеры со средними возможностями печатают 4-8 страниц в минуту. Высокопроизводительные сетевые лазерные принтеры могут печатать до 20 и более страниц в минуту. При печати сложных графических изображений время печати больше. Разрешение по вертикали (соответствует шагу барабана) составляет от 1/300 до 1/600 дюйма. Разрешение по горизонтали определяется точностью наведения лазерного луча и количеством точек в строке и составляет, как правило, от 1/300 до 1/1200 дюйма. Лазерный принтер обрабатывает целые странницы, что связано с большим количеством вычислений. Минимальный объем памяти лазерного принтера не менее 1 Мбайт. Наиболее часто используется память от 2 до 4 Мбайт. Цветные принтеры требуют для работы еще большую память. Память лазерного принтера может быть увеличена путем установки специальных карт с DRAM или SIMM модулями. Большинство лазерных принтеров могут печатать на бумаге формата А4, реже – А3. Некоторые принтеры могут печатать на обеих сторонах листа, но они стоят существенно дороже.

Мыши

Наряду с клавиатурой, мышь является важнейшим средством ввода информации. В современных программных продуктах, имеющих сложную графическую оболочку, мышь является основным инструментом управления программой.

По принципу действия мыши делятся на механические, оптомеханические и оптические. Для оптимального функционирования мышь должна передвигаться по ровной поверхности. Лучше всего подходят специальные коврики (Mouse Pad). Указатель мыши передвигается по экрану синхронно с движением мыши по коврику. Устройством ввода мыши являются кнопки (клавиши). Большинство мышей имеют две кнопки, существуют также 3-х кнопочные мыши и мыши, имеющие большее количество кнопок. Одной из важных характеристик мыши является ее разрешение, которое измеряется в dpi. Разрешение определяет минимальное перемещение, которое способен почувствовать контроллер мыши. Чем больше разрешение, тем точнее позиционируется мышь, тем с более мелкими объектами можно работать. Нормальное разрешение мыши лежит в диапазоне от 300 до 900 dpi.

В усовершенствованных мышах используют переменный баллистический эффект скорости, заключающийся в том, что при небольших перемещениях скорость смещения курсора - небольшая, а при значительных перемещениях - существенно увеличивается. Это позволяет эффективнее работать в графических пакетах, где приходится обрабатывать мелкие детали. По принципу передачи информации мыши делятся на последовательные (Serial Mouse), подключаемые к последовательному порту СОМ1 или СОМ2, и параллельные (Bus Mouse), использующие системную шину. Bus Mouse подключается к специальной карте расширения, входящей в комплект поставки мыши. Этот тип мыши предпочтительнее в тех системах, где к компьютеру требуется подключить много периферийных устройств, особенно занимающих последовательные порты, и где компьютер подвержен конфликтам прерываний периферийных устройств (Bus Mouse не использует прерывания).

Существует несколько стандартов последовательных мышей. Самым распространенным является стандарт МS-Mouse. Альтернативными стандартами являются PC-Mouse, используемый для трехкнопочных мышей фирмы Genius, и редко используемый PS/2.

MS-Mouse и совместимые с ней PC-Mouse для работы требуют установки соответствующих драйверов. Большинство программного обеспечения для персональных компьютеров ориентировано на MS-Mouse. Стандарт PS/2 не требует подключения драйверов.

В настоящее время разработаны несколько разновидностей бесхвостых мышей, то есть не связанных кабелем с компьютером. Бeсконтактные мыши используют инфракрасную связь, аналогично пультам дистанционного управления (требует визуального контакта с приемником), либо радиосвязь.

Модемы

Модемом (МОдулятор-ДЕМодулятор) называется устройство, позволяющее обмениваться информацией между персональными компьютерами через аналоговые каналы (телефонные станции и сети). Для передачи данных с помощью модема необходимо: сам модем; программное обеспечение; подключение к телефонной линии.

По конструктивному исполнению модемы делятся на внутренние и внешние. Внутренние модемы выполняются в виде карты расширения, вставляемой в системную плату компьютера. На внешней стороне карты модема находятся гнезда (изготовляются в стандарте RJ11) для подключения кабеля телефонной линии. Внешний модем гораздо проще в установке: его подключают к последовательному порту компьютера с помощью специального кабеля, входящего в комплект поставки. Наличие у внешнего модема светодиодных индикаторов, позволяет контролировать его состояние.

Модем состоит из двух частей – передатчика (модулятора) и приемника (демодулятора). Модулятор передает в низкочастотную телефонную сеть цифровую информацию от компьютера в виде тональных посылок звукового диапазона частот. Демодулятор преобразует эти аналоговые сигналы в цифровые значения, которые может интерпретировать компьютер.

Модем имеет следующие режимы работы: режим передачи данных и режим команд, в котором модему даются инструкции, задаются параметры работы, команды вызова абонента, прерывания сеанса связи, инициализации модема и т.п. Для режима команд стандартом признан так называемый набор команд Hayes, разработанный фирмой с тем же названием. Ввиду того, что при передаче данных по телефонным линиям велика вероятность ошибок, были разработаны методы их коррекции и методы сжатия данных. Фактическим стандартом протоколов коррекции ошибок и сжатия донных являются протоколы MNP. Кроме MNP существуют протоколы V.xx, разработанные Международным телекоммуникационным союзом, которые определяют различные рабочие характеристики модемов (например, скорость передачи данных) и разбиты на несколько групп. Скорость передачи данных (измеряется в бит/с) является одной из важнейших характеристик модемов. Однако, выбирая скоростной модем, необходимо выяснить пропускную способность сети, в которой вы будете работать, а также производительность приемного компьютера.

Для удобства работы с модемами были разработаны разнообразные программные средства. Наиболее известные программы в этой области: TELIX Telemate для DOS, PC AnyWhere для DOS и Windows, Winfax для Windows и др.

Наряду с согласованием параметров передачи с помощью программного обеспечения нужно указать протокол передачи файлов, который должен быть согласован с протоколом принимающего компьютера. Существует большое количество таких протоколов, наиболее известные из них: Xmodem, Xmodem CRC, Xmodem, 1K, Ymodem, Kermit, XmodemG, YmodemG, Zmodem, Bimodem. Передача данных может осуществляться в дуплексном или полудуплексном режиме.

Модемы используются в основном для подключения компьютера в глобальные сети, такие как Internet, а также для подключения домашнего компьютера к компьютерной сети учреждения. Многие модемы можно использовать в качестве факса (в этом случае они называются факс-модемами). Преимущества факс-модема состоят в том, что не нужен отдельный факс (он значительно дороже и занимает дополнительное место); количество принимаемой информации не связано с наличием бумаги в факсе.

Сканеры

Сканер – это устройство ввода в персональный компьютер цветного и черно-белого изображения с бумаги, пленки и т.п. Принцип действия сканера заключается в преобразовании оптического сигнала, получаемого при сканировании изображения световым лучом, в электрический, а затем в цифровой код, который передается в компьютер (рис. 9.1). Подобное преобразование осуществляется с помощью CCD чипа.

Рисунок 9.1

Принцип работы сканера

Сканеры разделяют на черно-белые и цветные, а также на ручные, барабанные, листовые, планшетные. Черно-белые сканеры могут в простейшем случае различать только два значения – черное и белое, что впо