Накопичувачі на рухомому магнітному носії

Найменування накопичувачів на рухомому носії «зовнішня пам'ять» збереглося від старих обчислювальних машин, коли, дійсно, накопичувачі на магнітних дисках і магнітних стрічках виготовлялися у вигляді окремих стояків (досить великих за габаритами і вагою) і розташовувалися поряд з процесорної стійкою. У той же час даний термін має глибшу основу, адже і в персональному комп'ютері, хоча дисковод встановлений всередині системного блоку, процесор не може безпосередньо використовувати дані з диска, спочатку вони повинні бути перенесені в оперативну (внутрішню) пам'ять комп'ютера.

Перший повністю герметизований (для захисту від пилу) накопичувач інформації на магнітних дисках, створений фірмою IBM, включав 2 диски діаметром 14 дюймів, на кожен з яких записувалося 30 Мбайт. Відповідно його позначили 30/30. Так само позначалася популярна гвинтівка зразка 1888 року фірми Winchester (вінчестер). Тому, напевно, герметичні дисководи знайшли таку назву.

Для перших персональних комп'ютерів розробили вінчестери діаметром 5,25 ", потім для портативних комп'ютерів - 3,5", а в ноутбуки вже ставлять накопичувачі діаметром 2,5 "і навіть 1,8". Вінчестери розміром 5,25 "тепер не використовуються навіть в настільних комп'ютерах, частіше встановлюються 3.5" (рис. 1-4). Пристрої управління вінчестерами - контролери - раніше розміщувалися на окремих друкованих платах. Тепер майже всі потрібні схеми вбудовують в корпус вінчестера - Integrated Drive Eiectronic (IDE), а небагаті компоненти зазвичай включені в motherboard (або на платі розширення, званої MultiCard) і підключаються через плоский спеціальний багатожильний кабель.

Недоліком контролера є порівняно низька швидкість передачі інформації і можливість підключення всього 2 пристроїв. Пізніше був розроблений удосконалений (enhanced) варіант контролера - EIDE, спеціально для розміщення на motherboard (без плати розширення). Для малогабаритних комп'ютерів бал розроблені SCSI - контролери (Small Computer System Interface - системний інтерфейс малих комп'ютерів), які потім стали встановлювати і в настільні моделі. Стандарт на цей тип контролерів постійно вдосконалюється. Тепер, стандарт UDMA -100 (UltraDirectMemoryAccess) або UltraATA -100 (AT Attachment - «підключення до комп'ютерів типу AT" - це офіційна назва інтерфейсу IDE) підтримує швидкість обміну інформацією до 80 - 100 Мбайт в секунду.

У 2003 році з'явилися перші екземпляри контролерів Serial ATA на популярних материнських платах. Перш за все, кабель у нового інтерфейсу принципово відрізняється від колишнього плоского і широкого (40 - або 80-жильного), у нього кількість сигнальних проводів скорочено до чотирьох (є додаткова «земля»), і до метра збільшена допустима довжина. Це сприяє більш компактній упаковці і кращих умов охолодження всередині корпусу комп'ютера, здешевлює конструкцію. Тут компактні семиконтактні роз'єми з'єднуються вузькою сплощеним кабелем шириною приблизно 8 мм і товщиною близько 2 мм. Всередині кабелю Serial ATA є дві пари сигнальних проводів (одна пара на прийом, інша - на передачу), відокремлених трьома жилами загального проводу («землі»). На роз'ємі, розташованому на дисках і материнських платах, три «земляних» контакту виступають трохи далі сигнальних контактів, щоб полегшити «гаряче» підключення (рис. 1-5).

Ще одна перевага Serial ATA - велика смуга пропускання, ніж у Parallel ATA. Перша версія інтерфейсу Serial ATA має пропускну здатність до 1,5 Гбіт / с (це близько 150 Мбайт / с для корисних даних проти 100-130 Мбайт / с в паралельного інтерфейсу). Проте надалі друге і третє покоління Serial ATA збільшать швидкість до 3 і 6 Гбіт / с відповідно.

Запас швидкості інтерфейсу зараз здається дуже великим. Дійсно, нинішні IDE-вінчестери зі швидкістю читання корисних даних до 50 Мбайт / с, практично наситили інтерфейс UltraATA/100. Тому що два таких диска на одному IDE-шлейфі вже не можуть співіснувати без теоретичної втрати швидкості, оскільки реально UltraATA/100 дає приблизно 90 Мбайт / с потокової пропускної здатності, а це близько до межі інтерфейсу UltraATA/133. У той же час, добиратися до 150 Мбайт / з одиночним диском доведеться ще дуже довго, років п'ять, а то й більше, тобто навіть першої версії Serial ATA забезпечена довге життя.

Накопичувачі на гнучких магнітних дисках

Гнучкий (floppy) диск (дискета) - коло лавсановій плівки з магнітним покриттям, поміщений у захисний конверт ще недавно був єдиним змінним носієм інформації в комп'ютері, адже перші PC (до РС ХТ) інших дисків не мали. Перші дискети для РС були розміру 5,25 ", портативні РС зажадали формату 3,5", проте пізніше вони стали застосовуватися на всіх комп'ютерах, і витіснили дискети 5,25 ".

Оптичні диски

У цю групу об'єднані носії, які для зчитування інформації використовується суто оптичний принцип, коли 1 або 0 розпізнаються за різною фазі відбитого лазерного променя від поверхні з різним станом, створеним при записі даних.

WORM - накопичувачі (Write Once Read Many - один запис багато зчитувань) представляють собою диск, поміщений зазвичай в міцний картридж 5,25 ", за конструкцією подібний дискеті 3,5". Запис інформації зводиться до того, що на світлій поверхні диска там, де це потрібно, випалюються лазерним променем мікроскопічні темні цятки. Ємність накопичувача становить від 650 Мбайт до 1,3 Гбайт.

В кінці 70-х років компанія Philips випустила перші компакт-диски (CD - Compact-Disk). Спочатку вони призначалися для 14-розрядної звукового запису тривалістю звучання 60 хвилин. Діаметр тих дисків був трохи менше діаметра сучасних компакт-дисків, який дорівнює 12 см (4,75 дюйма). Незабаром Philips обмінялася патентами з Sony, в результаті чого було видано спільний стандарт. Стандарт визначав характеристики аудіодисків (CD-DA - Compact-Disk Digital Audio - компакт-диск для цифрового аудіозапису). Запис звуку стала 16-розрядною, а тривалість звучання не менше 72 хвилин (кажуть, що тривалість визначалася можливістю запису на один диск Дев'ятої симфонії Бетховена). При безперервному читанні і відтворенні музики для цього виявилося достатньо швидкості читання 150 Кбайт / с.Тепер приводи CD-ROM працюють з істотно більшою кратністю читання до 56Х (рис. 1-7).

Паралельно, інший альянс - 'Toshiba-Time Warner - за підтримки Matsushita, Thomson, Hitachi, Pioneer, МСА і MGM / UA розробив свій варіант компакт-диска підвищеної ємності - SD (Super Density). Проект SD був анонсований у січні 1995 року. Згідно з цієюпропозицією, диск був, як би склеєний з двох однакових платівок. У залежності від кількості шарів і використовуваних сторін ємність диска могла становити 5, 9, 10 і 18 Гбайт.

Для об'єднання цих розробок був представлений новий стандарт-DVD. Тоді ця абревіатура розшифровувалась як Digital Video Disk - цифровий відеодиск.

Остаточний варіант DVD представляє собою два склеєних диска діаметром 12 сантиметрів. Товщина кожного диска - 0,6 мм, загальна товщина - 1,2 мм, як у звичайних CD. Кожна з пластинок представляє собою бік DVD-диска. Технологія дозволяє записувати на кожній зі сторін два шари даних. Таким чином, в залежності від кількості задіяних сторін і верств, інформаційна ємність DVD-диска зможе складати від 1 шару, 1 сторони - 4,7 Гбайт до 2 шарів, 2 сторін (DLDS) - 17,0 Гбайт. Ці диски отримали багатоцільове призначення і стали розшифровуватися як DVD (Digital Versatile Disk - цифровий багатоцільовий диск).

Блоки розширення

Блоки (плати) розширення або карти (Card), як їх іноді називають, можуть використовуватися для обслуговування пристроїв, що підключаються до IBM PC. Вони можуть використовуватися для підключення додаткових пристроїв (адаптерів дисплея, контролера дисків і т.п.). Якщо обладнання вміщається на одній платі, то його можна розмістити всередині корпусу системного блоку. Якщо ж воно не поміщається в корпус, наприклад, у випадку з монітором, то всередині розміщується тільки плата управління або погодження, що з'єднується з обладнанням за допомогою кабелю, який можна підключити через з'єднувач (Connector), розташований на задній стінці корпусу (точніше, з'єднувач розташовується зазвичай безпосередньо на торці плати). Кожній платі розширення, яка встановлюється в слот (Slot) на материнській платі, відповідає спеціальний отвір в задній стінці корпусу, закрите заглушкою, якщо воно не використовується. При встановленні плати її торець замість заглушки стає елементом задньої стінки комп'ютера.

Для відтворення якісного звуку вже досить давно з'явилися звукові плати (SoundCard), перетворюють цифровий код в нормальний звуковий сигнал для звичайних акустичних колонок (Speaker). Втім, колонки частіше використовують спеціальні, дуже малогабаритні, щоб тримати їх поруч з комп'ютером. А неминучі за таких розмірах дефекти звучання компенсують цифровий корекцією сигналу.

Першою придбала популярність, достатню для масового випуску, плата Sound Blaster. Сьогодні майже всі звукові плати забезпечують сумісність з нею (рис. 1-8). Сучасні звукові плати можуть не просто відтворити об'ємний звук, але і об'ємний керований в залежності від зображення на екрані.

У персональних комп'ютерах відео плати (VideoCard), перш за все, призначалися для узгодження з монітором (відеоадаптери), потім виведення на екран графіки знадобилися прискорювачі (відео акселератори).

РС починають завантаження з режиму VGA - Video Graphic Array (640x480 пікселів - picture element, pixel). Режим SuperVGA, формат 800 х 600 пікселів потрібен, щоб при оформленні одиночного документа було доступно все багатство шрифтів системи Windows. Для верстки журналів і газет обов'язково, хоча б 1024 х 768, а краще - 1280 х 1024 пікселів. Інакше не розгледиш, як стикуються окремі фрагменти. Малювання йде швидко на екрані з роздільною здатністю 1280 х 1024 - 1600 х 1200, з меншим форматом доведеться постійно перемикатися на великомасштабний перегляд фрагментів і т.д.

Монітор, як будь-який телевізор, випромінює електромагнітні хвилі у всіх діапазонах - від частоти розгортки кадрів (50-160 Гц), до рентгенівського діапазону. Найбільш жорсткий стандарт на рівень випромінювань монітора прийняла Швеція (MPRII). Цьому стандарту намагалися задовольнити виробники моніторів у всьому світі. Ще більш жорсткі обмеження висуває стандарт ТСО95 і ТСО99.

Важливе значення має наявність спеціального покриття екрану монітора. Яскравий приклад - покриття типу AGARAS (Anti-Glare, Anti-Reflection, Anti-Static) компанії Panasonic, що виключає виникнення відблисків, відображення і накопичення статичної електрики.Покриття представляє собою нанесений з внутрішньої сторони екрану багатошаровий металізований полімер, що володіє високою поглинаючою здатністю, так що додаткових навісних захисних екранів не потрібно. Особливістю даного покриття є відсутність зниження яскравості, властивого аналогічним покриттям інших фірм.

Відеоадаптер також управляє кольоровою гамою зображення. Режим VGA використовує 16-кольорові зображення (півбайта на піксель), СуперVGA починається з 256-кольорових (1 байт) зображень. Цілком телевізійну якість забезпечують 65536 кольорів (16 біт або 2 байти на піксель), що позначається HighColor, а 16777216 кольорів (24 біта або 3 байти), що позначається TrueColor - це все, що здатний розрізнити наше око. У режимі TrueColor йде окреме управління градаціями яскравості кожного з трьох променів електронної трубки: червоним (Red) - 1 байт (256 градацій), зеленим (Green) - 1 байт (256 градацій) і синім (Blue) - 1 байт (256 градацій), що і дає вказане 16,7 М поєднань.

Велика частина зображень будується з найпростіших стандартних елементів - пряма, прямокутник, еліпс і т. п. Для їх малювання створені спеціалізовані співпроцесори - відеоприскорювачі (Video Accelerator). З найбільш поширених моделей, Cirrus Logic - найповільніші, Trident - швидше, а Western Digital (Paradize) - найшвидші.

 

Периферійне обладнання

Пристрої введення

Клавіатура. За час, що минув з випуску першого РС, фірма IBM розробила 3 типи клавіатур (рис. 2-1):

- 83-клавішна клавіатура РС ХТ;

- 84-клавішна клавіатура АТ;

- 101-клавішна покращена клавіатура.

Покращена 101-клавішна клавіатура була випущена в 1986 році, вона розроблена відповідно до міжнародних правил і вимог і перетворилася в стандарт.

Клавіатура може бути умовно розділена на чотири області:

- Область друку (алфавітно-цифрова клавіатура);

- Додаткова цифрова клавіатура;

- Клавіші управлінням курсором і екраном;

- Функціональні клавіші.

У двох мовних варіантах клавіатура містить 102 клавіші та розкладає в ній відрізняється від американської. Клавіатура складається з набору перемикачів, об'єднаних в матрицю. При натисканні на клавішу процесор, встановлений в самій клавіатурі, визначає координати натиснутою клавіші в матриці. У клавіатурі встановлений власний буфер ємністю 16 байт, в який заносяться дані при занадто швидкому натисканні клавіш.

Миша винайшов у 1964 році Дуглас Енглбарт в Стендвордском дослідному інституті. Офіційно цей пристрій було названо "покажчиком XY-координат для дисплея". Вперше миша була використана в комп'ютері в 1973 році фірмою Xerox для графічного інтерфейсу. У 1979 році цю ідею запозичила фірма Apple, застосувавши її надалі в комп'ютері Lisa (1983 р.) і Macintosh (1984 р.). Подальше широке поширення миші викликано переходом на операційні оболонки, а потім операційні системи з графічним інтерфейсом (Windows, OS / 2 і т. п.).

Не дивлячись на теперішнє різноманітність цих пристроїв, всі вони працюють практично однаково. Рука рухає маленьку коробочку.У ній - кулька, що катається по поверхні столу. До кульки притиснуті два взаємно перпендикулярних ролика, які він обертає. Датчики повороту роликів передають сигнали в комп'ютер. Хвіст з дротів, по яких йдуть сигнали, дав пристрою прізвисько «миша». Втім, можна обійтися і без проводів (рис. 2-2). Нинішні радіопередавачі достатньо малі, щоб сховати їх у мишку, і досить слабкі, щоб не заважати оточуючим. Така «безхвоста» миша в роботі зручніше, але коштує дорожче звичайної.

Число імпульсів на одиницю пройденого мишкою шляху залежить від її конструкції. Але програма (драйвер), що стежить за цими імпульсами, може залежно від налаштування якісь з них пропускати. Так регулюється залежність переміщень покажчика від рухів миші.Складні драйвери змінюють чутливість залежно від частоти імпульсів. Завдяки цьому можна коротким, але швидким рухом перекинути покажчик через весь екран, а потім плавно привести його точно в потрібне місце.

Кнопки на миші дозволяють відзначати місця, в яких виявляється її покажчик. У мишках фірми Apple кнопка всього одна - програми побудовані так, що її вистачає. Мишки Microsoft (відповідно до особливостей програм цієї фірми) двокнопочні. Lagitech випускає трьохкнопкові миші. Але середня (третя) кнопка потрібна дуже рідко, і в двокнопочні замість неї використовують одночасне натискання двох наявних.

Вводити графічну інформацію в комп'ютер можна вручну. Пристроїв оцифрування графіки багато, і вони дуже різноманітні. Одне з них так і називається Digitiser - «оцифровщики» (зазвичай це назва не переводять).

Digitiser обладнаний прицільним пристосуванням (лупа з перехрестям), що оператор наводить на цікаві для його точки. Якщо натиснути кнопку на прицілі, координати точки фіксуються. Таким способом можна ввести в комп'ютер характерні точки креслення, щоб по них відновити лінії. Найчастіше це простіше, ніж сканувати весь креслення і потім відновлювати лінію з безлічі точок.

Матричні пристрої, наприклад телевізор, синтезують двовимірне зображення з рядків, а рядки - з точок. Зворотним перетворенням - розкладанням площині на лінії, а ліній на точки (розгорткою, скануванням) для передачі по послідовних лініях зв'язку - зайняті телекамери та сканери. Телекамера використовує електронну розгортку. Звичайний сканер, принаймні, в одному з напрямків, розгортає зображення механічно - переміщаючи або папір (рулонний), або світлочутливі елементи (планшетний). Переміщати можна і весь сканер за папером - як правило, вручну (рис. 2-3).

Такі сканери набагато менше і дешевше звичайних, але вимагають гарного тренування оператора і складних програм, що компенсують неминучі тремтіння і перекоси. А в професійних видавничих системах працюють барабанні сканери - лист з зображенням кріпиться на масивному циліндрі, що обертається перед фотоелементами. Так менше перешкод від нерівномірності руху.

Сканери, на відміну від телекамер, самі підсвічують розглянуту поверхню. Це гарантує стабільне освітлення і правильну передачу кольору або градації сірого кольору чорно-білого сканера.

Крім введення ілюстрацій сканер можна використовувати для читання текстів. Програми оптичного розпізнавання символів (Optical Character Recognition) поки занадто чутливі і до роздільної здатності (причому далеко не завжди її підвищення покращує розпізнавання), і до рівномірності освітлення. Досить не погані результати розпізнавання дає пакет FineReader, причому у версії 4.0 закладені можливості розпізнавання рукописного тексту та структури бланків, що дозволяє, наприклад, розпізнавати відскановані первинні бухгалтерські документи, заповнені вручну.

Пристрої виводу

При всій легкості виклику потрібної інформації на екран все ж висновок інформації на папір (одержання твердої копії екрану) практично обов'язковий на автоматизованому робочому місці. До того ж, папір до цих пір сприймається як єдиний юридичний документ.

Листи звичайних конторських документів мають формат А4, газетні - АЗ (наприклад, «АіФ») або А2. З листами формату А4 працює будь-який принтер. Багато ударних принтери розраховані на АЗ, в інших технологіях використання цього формату обходиться дорожче, і він зустрічається рідше.

Сучасні принтери працюють за матричним принципом, складаючи літери - і будь-які інші зображення - з безлічі окремих точок (растра).

Значно більшої щільності вимагає друк півтонових зображень (фотографій, репродукцій і т.п.). Їх місця повинні мати різну яскравість, а звичайна принтерна точка цілком або біла, або чорна. Доводиться кожну точку зображення замінювати сіткою з хоча б стількох точок, скільки рівнів яскравості потрібно відображати. Через нелінійності людського зору точок потрібно на порядки більше, але це поки за межами можливостей не тільки принтерів, але і поліграфії. Так що при повноцінній (256 рівнів) передачі яскравості точка зображення замінюється квадратом з 16х16 принтерних точок (у поліграфії інший принцип заміни - лініями різної щільності). І зображення щільністю 300 dpi (для поліграфії - ліній на дюйм - lpi) вимагає принтера з 4800 dpi.

Перші матричні принтери були ударними - залишали на папері відбиток ударів голок по фарбувальної стрічці. З тих пір ударні принтери частіше називають просто - «матричними». Вони розробляються вже більше 20 років і поки що застосовуються досить широко.Ударний принтер дуже дешевий, має дозвіл 120-360 dpi, дозволяє друкувати відразу кілька копій. Проте, відбитки голок занадто великі для дійсно високоякісного друку.

Струменеві принтери розбризкують на папір дрібні крапельки чорнила або спеціальної фарби. Точки таких принтерів достатньо малі, щоб зливатися для ока в цілісне зображення. Тому якість друку навіть при 300 dpi незрівнянно вище, ніж у «ударних». А кращі струменеві принтери забезпечують до 720 dpi. Недолік у них один загальний: чорнило змиваються водою і розпливаються на не підходящої папері.

Лазерний принтер (LaserJet) являє собою аналог світлокопіювальні машини, запропонованої фірмою Хегох, з тією різницею, що зображення не копіюється на селеновий барабан з оригіналу, а малюється прямо на барабані лазерним променем. Як і в копіювальному апараті, малюнок «проявляється» за рахунок прилипання до нього порошкового барвника. Цей малюнок переноситься потім з барабана на папір і «закріплюється» на ній нагріванням. Щільність друку принтера в залежності від ціни - від 300 до 2400 dpi, швидкість 5 - 20 сторінок на хвилину, зображення насичене і, на відміну від струменевих принтерів, що не боїться вологи. Однак витратні матеріали для лазерного принтера - дорожче.

У принтерах Texas Instruments - а тепер і деяких інших фірм - замість лазера використовується витягнутий вздовж барабана ряд світлодіодів (Light Emitting Diode, LED). У такій системі менше механіки, так що вона дешевше і надійніше. Але поки більше 300 dpi не забезпечує.

У HP ​​LaserJet Ш вперше з'явилася технологія поліпшеного дозволу (Resolution Enhancement Technology). Змінюючи яскравість лазерного променя, вдається керувати розмірами точок зображення. Завдяки цьому RET-принтери краще передають півтони. Але діапазон таких змін обмежений і властивостями світлочутливого барабана, і розмірами зерен фарбувального порошку.

У термопринтер колір отримують, проганяючи папір чотири рази з різними фарбувальними плівками. Природно, потрібно надвисока точність механіки, щоб різнокольорові зображення поєднувалися.