Внешние устройства персонального компьютера

Размещено на http://www.allbest.ru/

Реферат на тему:

“Внешние устройства персонального компьютера”

Основное назначение ПУ - обеспечить поступление в ЭВМ из окружающей среды программ и данных для обработки, а также выдачу результатов работы ЭВМ в виде, пригодном для восприятия человека или для передачи на другую ЭВМ, или в иной, необходимой форме. ПУ в немалой степени определяют возможности применения ЭВМ.

ПУ ЭВМ включают в себя внешние запоминающие устройства, предназначенные для сохранения и дальнейшего использования информации, устройства ввода-вывода, предназначенные для обмена информацией между оперативной памятью машины и носителями информации, либо другими ЭВМ, либо оператором. Входными устройствами могут быть: клавиатура, сканер, дисковая система, мышь, модемы, микрофон, цифровая видео камера; выходными - дисплей, принтер, дисковая система, модемы, звуковые системы, другие устройства. С большинством этих устройств обмен данными происходит в цифровом формате. Для работы с разнообразными датчиками и исполнительными устройствами используются аналого-цифровые и цифроаналоговые преобразователи для преобразования цифровых данных в аналоговые и наоборот.

Цифровой интерфейс проще по сравнению с цифроаналоговым, но и для него требуются специальные схемы. Различают последовательную и параллельную передачу данных, необходима синхронизация взаимодействующих устройств. Один из наиболее распространенных стандартов RS-232C (Reference Standard №232 Revision C). Последовательные интерфейсы применяются для передачи данных на любые расстояния. Однако на короткие расстояния целесообразнее передавать данные байтами, а не битами, для этого используют параллельные интерфейсы ввода-вывода.

Устройствами ввода являются те устройства, посредством которых можно ввести информацию в компьютер. Главное их предназначение - реализовывать воздействие на машину. Разнообразие выпускаемых устройств ввода породили целые технологии: от осязаемых до голосовых. Хотя они работают по различным принципам, но предназначаются для реализации одной задачи - позволить пользователю связаться со своим компьютером.

Несколько десятилетий назад для ввода-вывода использовался телетайп, который при печати производил много шума. Сейчас используется клавиатура для ввода данных и монитор для наблюдения выводимых данных. Для получения документальной копии используется принтер.

Клавиатура

компьютер ввод запоминающий клавиатура

Главным устройством ввода большинства компьютерных систем является клавиатура. До тех пор, пока система распознавания голоса не смогут надежно воспринимать человеческую речь, главенствующее положение клавиатуры вряд ли изменится, хотя в новой операционной системе OS/2 MERLIN 4.0 встроена система распознавания речи. В техническом аспекте клавиатура представляет собой совокупность механических датчиков, воспринимающих давление на клавиши и замыкающих тем или иным способом определённую электрическую цепь.

IBM сначала разработала, по крайней мере, восемь разновидностей клавиатур для своих персональных компьютеров. В основном использовалась клавиатура типа XT, состоящая из 83 клавиш. После нескольких лет критики IBM разработала и представила новую клавиатуру вместе с новой моделью. Это была АТ. Вместе с производством модернизированных АТ, IBM начала выпускать новый тип клавиатуры, названной IBM улучшенной клавиатурой, которую используют и поныне. Но все остальные называют ее расширенной клавиатурой. Усовершенствование вылилось в увеличение числа клавиш. Их общее количество 101, что соответствует стандарту США. В настоящее время наиболее распространены два вида клавиатур: с механическим и мембранным переключателями. В первом случае датчик представляет собой традиционный механизм с контактами из специального сплава. Несмотря на то что эта технология используется уже несколько десятилетий, фирмы- производители постоянно работают над её модификацией и улучшением. Стоит отметить, что в клавиатурах известных фирм контакты переключателей позолоченные, что значительно улучшает электрическую проводимость.

Технология, основанная на мембранных переключателях, считается более прогрессивной, хотя особых преимуществ не даёт.

Мышь

Для многих людей клавиатура представляется самым трудным и непонятным атрибутом. Благодаря этому и тому, что интерфейсы DOS и OS/2 не прощают ошибок, теряется большое количество пользователей РС. Для преодоления этих недостатков было разработано графическое управление меню пользовательского интерфейса.

Эта разработка породила специальное указывающее устройство, процесс становления которого длился с 1957 по 1977 год. Устройство позволяло пользователю выбирать функции меню, связывая его перемещение с перебором функций на экране. Одна или несколько кнопок, расположенных сверху этого устройства, позволяли пользователю указать компьютеру свой выбор. Устройство было довольно миниатюрным и легко могло поместиться под ладонью с расположением кнопок под пальцами. Подключение производится специальным кабелем, который придает устройству сходство с мышью с длинным хвостом. А процесс перемещения мыши и соответствующего перебора функций меню заработал термин "проводка мыши". Мыши различаются по трем характеристикам - числу кнопок, используемой технологии и типу соединения устройства с центральным блоком. В первоначальной форме в устройстве была одна кнопка. Перебор функций определяется перемещением мыши, но выбор функции происходит только при помощи кнопки, что позволяет избежать случайного запуска задачи при переборе функций меню. С помощью одной кнопки можно реализовать только минимальные возможности устройства. Вся работа компьютера в этом случае заключается в определении положения кнопки - нажата она или нет. Тем не менее, хорошо составленное меню полностью позволяет реализовать управление компьютером. Однако две кнопки увеличивают гибкость системы. Например, одна кнопка может использоваться для запуска функции, а вторая для ее отмены. Вне всяких сомнений, три кнопки еще более увеличат гибкость программирования. Но, с другой стороны, увеличение кнопок увеличивает сходство устройства с клавиатурой, возвращая ему недостатки последней. Практически три кнопки являются разумным пределом, потому что они позволяют лежать указательному, среднему, безымянному пальцам на кнопках в то время как большой и мизинец используются для перемещения мыши и удержании ее в ладони. Большинство моделей снабжаются двумя или даже одной кнопкой. Самые популярные - двухкнопочные мыши. Функционально к устройствам типа "мышь" можно отнести джойстик, шар трассировки, графический планшет, трекпойнт.

Трекболы, как и мыши, являются координаторными устройствами ввода информации в компьютер. Трекбол, вообще говоря, представляет собой ”перевёрнутую” мышь, у трекбола приводится в движение не корпус, а только его шар. Это позволяет существенно повысить точность управления курсором.

Сканер

Сканером называется устройство, позволяющее вводить компьютер образы изображений, представленных в виде текста, рисунков, слайдов, фотографий и другой графической информации. Несмотря на обилие различных моделей сканеров в первом приближении их классификацию можно провести всего по нескольким признакам. Например, по кинематическому механизму сканера и по типу вводимого изображения.

В настоящее время все известные модели можно разбить на два типа: ручной и настольный. Существуют и комбинированные устройства, которые сочетают в себе возможности и тех и других.

Ручной сканер

Для того чтобы ввести в компьютер какой-либо документ при помощи ручного сканера, надо без резких движений провести сканирующей головкой по изображению. Равномерность перемещения handheld существенно сказывается на качестве вводимого изображения. Ширина вводимого изображения обычно не превышает 4дюйма (10см). Современные ручные сканеры могут обеспечивать автоматическую "склейку" вводимого изображения, то есть формируют целое изображение из отдельно водимых его частей. Это, в частности, связано с тем, что при помощи ручного сканера невозможно ввести изображения даже формата А4 за один проход. К основным достоинствам такого дна сканеров относятся небольшие габаритные размеры и сравнительно низкая цена.

Настольный сканер

Настольные сканеры называют и страничными, и. планшетными, и даже авто сканерами. Такие сканеры позволяют вводить изображения размерами 8,5 на 11 или 8,5 на 14 дюймов. Существуют три разновидности настольных сканеров: планшетные (flatbed), рулонные (sheet-fed) и проекционные (overhead).

Основным отличием планшетных сканеров является то, что сканирующая головка перемещается относительно бумаги с помощью шагового двигателя. Планшетные сканеры - обычно , достаточно дорогие устройства, но, пожалуй, и наиболее ”способные”. Для сканирования изображения необходимо открыть крышку сканера, подключить сканируемый лист на стеклянную пластину изображением вниз, после чего закрыть крышку. Все дальнейшее управление процессом сканирования осуществляется с клавиатуры компьютера - при работе с одной из специальных программ, поставляемых вместе с таким сканером. Понятно, что рассмотренная конструкция изделия позволяет (подобно ”ксероксу”) сканировать не только отдельные листы, но и страницы журнала или книги. Наиболее популярными сканерами этого типа на российском рынке являются модели фирмы Hewlett Packard.

Работа рулонных сканеров чем-то напоминает работу обыкновенной факс-машины. Отдельные листы документов протягиваются через такое устройство, при этом и осуществляется их сканирование. Таким образом, в данном случае сканирующая головка остается на месте, а уже относительно нее перемещается бумага. Понятно, что в этом случае копирование страниц книг и журналов просто невозможно. Рассматриваемые сканеры достаточно широко используются в областях, связанных с оптическим распознаванием символов OCR (Optical Character Recognition). Для удобства работы рулонные сканеры обычно оснащаются устройствами для автоматической подачи страниц.

Третья разновидность настольных сканеров - проекционные сканеры, которые больше всего напоминают своеобразный проекционный аппарат (или фотоувеличитель). Вводимый документ кладется на поверхность сканирования изображением вверх, блок сканирования находится при этом также сверху. Перемещается только сканирующее устройство. Основной особенностью данных сканеров является возможность сканирования проекций трехмерных проекций.

Сканер Niscan Page обеспечивает работу в двух режимах: протягивания листов (сканирование оригиналов форматом от визитной карточки до21,6 см) и самодвижущегося сканера. Для реализации последнего режима сканера необходимо снять нижнюю крышку. При этом валики, которые обычно протягивают бумагу, служат своеобразными кодами, на которых сканер и движется по сканируемой поверхности. Хотя понятно, что ширина вводимого сканером изображения в обоих режимах не изменяется (чуть больше формата А4), однако в самодвижущемся режиме можно сканировать изображение с листа бумаги, превышающего этот формат, или вводить формацию со страниц книги.

Модемы и факс-модемы

Модем - устройство, позволяющее компьютеру выходить на связь с другим компьютером посредством телефонных линий.

Факс-модем - модем, позволяющий также принимать и посылать факсимильные сообщения.

По своему внешнему виду и месту установки модемы подразделяются на внутренние и внешние. Внутренние модемы представляют собой электронную плату, устанавливаемую непосредственно в компьютер, а внешние - автономное устройство, подсоединяемое к одному из портов. Внешний модем стоит, как правило, немного дороже внутреннего того же типа из-за внешней привлекательности (индикаторы, регулятор громкости) и более легкой установки.

Основной параметр в работе модема - скорость передачи данных. Она измеряется в bps (бит в секунду) и устанавливается фирмой-производителем в 2400, 9600, 14400, 16800, 19200 или 28800 bps. Иногда встречаются устаревшие модели модемов (300 и 1200 bps), но они уже практически вышли из употребления. Сегодня достаточно хорошим модемом считается модем со скоростью 14400 bps (около 1 Mb в 10 минут), и его можно приобрести примерно за $150.

Также важными показателями в современных модемах является наличие режима коррекции ошибок и режима сжатия данных. Первый режим обеспечивает дополнительные сигналы, посредством которых модемы осуществляют проверку данных на двух концах линии и отбрасывают немаркированную информацию, а второй сжимает информацию для более быстрой и четкой ее передачи, а затем восстанавливает ее на получающем модеме. Оба эти режима заметно увеличивают скорость и чистоту передачи информации, особенно в российских телефонных линиях.

Одна из передовых фирм - производителей модемов ”Hayes Microcomputer Products” приняла основные стандарты для команд модемов, включая набор AT- команд, с помощью которых пользователь может непосредственно управлять работой модема. Сегодня Hayes-стандартами пользуется подавляющее большинство фирм во всем мире, и лучшие модемы являются Hayes - совместимыми.

Сейчас на мировом рынке модемов фактически правят 2 фирмы: ZyXEL и US Robotics. Они производят самые скоростные и самые качественные модемы и факс - модемы. Очень дорогие суперсовременные модемы ZyXEL имеют возможность воспроизведения голоса, записанного в цифровом режиме и сжатия речевых сигналов, что позволяет использовать их в качестве автоответчиков. Также некоторые модели ZyXEL U-1496 и US Robotics Courier снабжены переключателем речь/данные, встроенным тестированием и другими полезными функциями. Основное качество модемов ZyXEL - богатейший выбор возможностей, хотя это значительно увеличивает их стоимость (до $1250), а модемов US Robotics (Courier и Sportster) - надежность при относительно низкой цене на них (до $200).

Последние годы спрос на модемы и факс-модемы стал достаточно высок, так как они необходимы практически каждому работающему на компьютере человеку. Модемы позволяют достаточно быстро передавать с одного компьютера на другой пакеты документов и связываться по электронной почте, а также обеспечивают доступ в глобальные мировые сети (Internet и др.) для установления контактов с зарубежными партнерами.

Монитор

Со времени использования монитора для наглядного вывода данных произошло большое конструктивное усовершенствование его функций. Если сначала в качестве монитора использовалась электронно-лучевая трубка обычного телевизионного приемника, то в дальнейшем требования к нему увеличились. В частности, в монохромном стандарте MDA разрешающая способность составляла 720x350 пикселей. В следующем, цветном стандарте CGA, созданном в 1982 году - 640x200 пикселей, EGA 1984 года - 640x350, VGA 1987 года - 640x480, SVGA - 800x600. Сейчас стандартные возможности монитора - 1024x768 при 32-битном представлении цвета, возможно дальнейшее распространение разрешения 1280x1024 пикселей. Это позволяет использовать при изображении документов режим WYSIWYG - режим полного соответствия, то есть изображение на экране представляется идентично тому, что в конечном итоге появится на принтере.

Система дисплея состоит из двух частей: адаптера дисплея и самого монитора. Адаптеры монитора разделяют по поддерживаемому стандарту (EGA, VGA, SVGA), ширине шины (8-битная, 16-ти или более), частоте кадров, частоте строк могут использоваться с графическими сопроцессорами, объему используемых микросхем памяти (до 4 Мбайт и более). Дисплеи различаются по разрешающей способности, следует заметить что разрешающая способность не зависит от размеров экрана монитора, шагу точек в линии, частоты развертки, типу развертки (полная или черезстрочная), размеру экрана. Адаптер непрерывно сканирует видеопамять, формирует ТВ-сигнал, который подается в монитор. После получения копии содержимого видеопамяти эти данные встраиваются в ТВ-сигнал. ТВ-сигнал, в котором закодировано содержимое видеопамяти, выводится по кабелю в монитор. Монитор обрабатывает ТВ-сигнал с данными из видеопамяти и показывает их на экране.

Мониторы бывают цветными и монохромными. Они могут работать в одном из двух режимов: текстовом или графическом.

Текстовый режим

В текстовом режиме экран монитора условно разбивается на отдельные участки - знакоместа, чаще всего на 25 строк по 80 символов (знакомест). В каждое знакоместо может быть введён один из 256 заранее символов. В число этих символов входят большие и малые латинские буквы, цифры, определённые символы, а также псевдографические символы, используемые для вывода на экран таблиц и диаграмм, построения рамок вокруг участков экрана и так далее. В число символов, изображаемых на экране в текстовом режиме, могут входить и символы кириллицы. На цветных мониторах каждому знакоместу может соответствовать свой цвет символа и фона, что позволяет выводить красивые цветные надписи на экран. На монохромных мониторах для выделения отдельных частей текста и участков экрана используется повышенная яркость символов, подчёркивание и инверсное изображение.

Графический режим

Графический режим предназначен для вывода на экран графиков, рисунков и так далее. Разумеется, в этом режиме можно выводить и текстовую информацию в виде различных надписей, причём эти надписи могут иметь произвольный шрифт, размер и др. В графическом режиме экран состоит из точек, каждая из которых может быть тёмной или светлой на монохромных мониторах и одного или нескольких цветов - на цветном.

Принтер

Для вывода результатов работы используют принтеры. В настоящее время используется четыре принципиальных схемы нанесения изображения на бумагу: матричный, струйный, лазерный и термопереноса.

На сегодняшний день широко применяется шесть технологий для цветной печати. Они реализуются в ударных (”игольчатых”) матричных принтерах (dot matrix), в струйных принтерах с жидкими чернилами (liquid ink-jet), в принтерах с термопереносом восковой мастики (thermal wax transfer), в принтерах с термосублимацией красителя(dye sublimation), в струйных принтерах с изменением фазы красителя (phase-change ink-jet) и в цветных лазерных принтерах (colour laser).

Матричные принтеры

Dot Matrix.

Как известно, идея матричных печатающих устройств заключается в том, что требуемое изображение воспроизводится из набора отдель­ных точек, наносимых на бумагу тем или иным способом. Напомним также, что практически все печатающие устройства (за исключением, пожалуй, страничных) могут быть ударными (impact) и безударными (non-impact). Принцип работы цветных ударных матичных принтеров заключается в том, что вертикальный ряд (или два ряда) игл ”вколачивает” краситель с ленты прямо в бумагу. В отличие от обычных монохромных устройств, в последнем случае используется многоцветная лента. Система управления этих принтеров заботится не только о конкретной иголке, но и цвете ленты. Сразу отметим, что помимо шума, присущего всем ударным устройствам, скорость, палитра и качество цветов в данном случае, как правило, неудовлетворительные. Это, впрочем, касается не только бумаги, но и пленок. Заметим также, что со временем воспроизводимые цвета становятся более тусклыми, поскольку в прямой зависимости от срока службы лента загрязняется. Это связано в основном с прямым контактом многоцветной ленты с выводимым цветным изображением. К достоинствам подобных устройств можно отнести надежность, низкую стоимость страницы изображения, возможность печати на обычной бумаге. Ударные цветные матричные принтеры в основном находят применение при выводе несложных изображений. Цена таких устройств относительно невысока - около 800 долларов.

Струйные принтеры

Liquid ink-jet.

Струйная технология печати является на сегодняшний день самой распространенной для реализации цветных устройств. Струйные чер­нильные принтеры подразделяются на устройства непрерывного (continuous drop, continuous jet) и дискретного (drop-on-demand) дей­ствия. Последние опять же делятся на две категории: с нагреванием чернил (”пузырьковая” технология bubble-jet или thermal ink-jet) и основанные на действии пьезоэффекта (piezo).

В простейшем случае принцип действия устройства по технологии continuous jet основан на том, что струя чернил, постоянно испуска­емая из сопла печатающей головки, направляется либо на бумагу (для нанесения изображения), либо в специальный приемник, откуда чернила снова попадают в общий резервуар. В рабочую камеру чернила подаются микронасосом, а элементом, задающим их движение, является, как правило, пьезодатчик. Описанный выше принцип действия печатающего устройства использует сегодня очень небольшое количество принтеров. Производством цветных принтеров, использующих данную технологию, занимается, например, фирма Iris Graphics.

При реализации bubble-jet-метода в каждом сопле печатающей головки находится элемент (например, тонкопленочный резистор). При пропускании тока через тонкопленочный резистор последний за несколько микросекунд нагревается до температуры около 500 градусов и отдает выделяемое тепло непосредственно окружающим его чернилам. При резком нагревании образуется чернильный паровой пузырь, который старается вытолкнуть через выходное отверстие сопла каплю жидких чернил. Поскольку при отключении тока тонкопленочный резистор также быстро остывает, паровой пузырь, уменьшаясь в размерах, ”подсасывает” через входное отверстие сопла новую порцию чернил, которые занимают место ”выстрелянной” капли. Цветные принтеры от фирм Canon и Hewlett-Packard используют именно эту технологию.

Как уже было сказано, второй метод для управления соплом основан на действии диафрагмы, соединенной с пьезоэлектрическим элементом. Как известно, обратный пьезоэффект заключается в деформации пьезокристалла под воздействием электрического поля. Изме­нение размеров пьезоэлемента, расположенного сбоку выходного отверстия сопла и связанного с диафрагмой, приводит к выбрасыванию капли и приливу через входное отверстие новой порции чернил. Подобные устройства выпускаются компаниями Epson, Brother, Data-products и Tektronix. Кстати фирмой Epson предложен новый тип многослойной пьезоэлектрической головки, которая устраняет ”сателлиты” - маленькие капельки, сопровождающие основную каплю. Четкость в этом случае повышается в основном для монохромных изображений.

Заметим, что сопла (канальные отверстия) на печатающей головке струйных принтеров, через которые разбрызгиваются чернила, соответ­ствуют ”ударным” иглам матричных принтеров. Поскольку размер каждого сопла существенно меньше диаметра иглы (тоньше человечес­кого волоса), а количество сопел может быть больше, то получаемое изображение теоретически должно быть в этом случае четче. К сожа­лению, это не всегда так, и очень многое зависит от качества используемой бумаги. Дело в том, что чернила имеют свойства просачиваться (куда не надо), растекаться и смешиваться до высыхания. Это приводит к снижению яркости, а также к изменению цветности изображения.

Для того чтобы преодолеть все эти неприятности, используются самые различные подходы. Например, химики фирмы DuPont разработали для принтеров компании Hewlett-Packard специальные пигментные чернила (правда, тоже не без недостатков). А вот чтобы избежать смешивания чернил, в модели принтера IBM Color JetPrinter PS4079 фирмы Lexmark предусмотрены паузы между проходами для нанесения первичных цветов. Упоминавшаяся чуть выше компания Hewlett-Packard для той же цели (высыхание чернил) использует подогрев носителя, то есть бумаги. Такой метод борьбы со смешиванием чернил реализован в моделях HP PaintJet XL300 и DeskJet 1200С.

Итак, к основным достоинствам технологии continuous jet относится возможность воспроизведения широкой палитры цветов с высоким качеством, однако при невысокой скорости печати стоимость подобных цветных принтеров достигает нескольких десятков тысяч долларов.

Устройства дискретного действия (drop-on-demand) достаточно дешевы (от 500 долларов и выше) и также позволяют получать широкую гамму цветов, однако требуют, как правило, специальной бумаги.

Phase change ink-jet

Принтеры, использующие данную технологию, называются также принтерами с твердым красителем. Принцип работы таких устройств примерно следующий. Восковые стерженьки для каждого первичного цвета красителя постепенно расплавляются специальным нагрева­тельным элементом при температуре около 90 градусов и попадают в отдельные резервуары. Расплавленные красители подаются оттуда специальным насосом в печатающую головку, работающую обычно на основе пьезоэффекта. Капли воскообразного красителя на бумаге застывают практически мгновенно, но обеспечивают необходимое с ней сцепление. В отличие от обычной технологии liquid ink-jet, в данном случае не происходит ни просачивания, ни растекания, ни смешения красителей. Именно поэтому принтеры, использующие технологию phase change ink-jet, работают с любой бумагой. Качество цветов получается просто превосходное, к тому же допустима и двусторонняя печать. Стоимость одной копии весьма невысока, как впрочем, и скорость печати (около 2 страниц в минуту).

Лазерные принтеры

Colour laser.

В лазерных принтерах используется электрографический принцип создания изображения - примерно такой же, как и в копировальных машинах. Наиболее важными частями лазерного принтера можно считать фотопроводящий барабан (или ленту), полупроводниковый лазер и прецизионную оптико-механическую систему, перемещающую луч. Лазер формирует электронное изображение на светочувствительной фотопримной ленте последовательно для каждого цвета тонера (CMYK). То есть принтер, работающий в монохромном режиме со скоростью 8стр/мин, в цветном режиме обеспечит только 2 стр./мин. Когда изображение на фоточувствительной ленте полностью построено, подаваемый лист заряжается таким образом, чтобы тонер с барабана притягивался к бумаге. После этого изображение закрепляется на ней за счет нагрева частиц тонера до температуры плавления. Окончательную фиксацию изображения осуществляют специальные валики, прижимающие расплавленный тонер к бумаге.

Технологически данный процесс осуществляется весьма не просто, поэтому цены на цветные лазерные принтеры до недавнего времени составляли несколько десятков тысяч долларов.

Принтеры термопереноса

Thermal wax transfer.

Принцип работы принтера с термопереносом состоит в том, что термопластичное красящее вещество, нанесенное на тонкой подложке, попадает на бумагу именно в том месте, где нагревательными элементами (аналогами сопел и игл) печатающей головки обеспечивается должная температура (около 70-80 градусов). Конструктивно такой способ печати достаточно прост, к тому же он обеспечивает практичес­ки бесшумную работу. Для нанесения цветного изображения требуется, разумеется, три или четыре прохода: по одному для первичных цветов и один в случае использования отдельного черного цвета, что соответственно увеличивает время печати. Принтеры, использующие данную технологию, обычно требуют специальной бумаги. Стоимость выведенной страницы с изображением, как правило, дороже, чем для струйных принтеров. Для данных устройств также характерна небольшая скорость печати (1-2 страницы в минуту). Тем не менее, принтеры с термопереносом - достаточно надежные устройства, которые не требуют сложного обслуживания и могут воспроизводить цветное изображение (до 16,7 миллионов цветов) как на пленке, так и на бумаге, с разрешающей способностью 200-300 dpi (точек на дюйм). Стоимость подобных устройств может составлять от 1 до 10 тысяч долларов.

Dye sublimation

Еще один класс цветных печатающих устройств - так называемые принтеры с термосублимацией. Эта технология наиболее близка к тех­нологии термопереноса, только элементы печатающей головки нагреваются в данном случае уже до температуры около 400 градусов. Хотя, возможно, термин ”термосублимация” не очень удачен, но он достаточно четко поясняет, каким образом красящему веществу пере­дается необходимая порция энергии сублимации. Напомним, что под сублимацией понимают переход вещества из твердого состояния в газообразное минуя стадию жидкости (например, кристаллы йода сублимируют при нагревании). Таким образом, порция красителя сублимирует с подложки и осаждается на бумаге или ином носителе. В принтерах с термосублимацией красителя имеется возможность точного определения необходимого количества красителя, переносимого на бумагу (например. 19% cyan, 65% magenta, 34% yellow). Комбинацией цветов красителей можно подобрать практически любую цветовую палитру.

Данная технология используется только для цветной печати, а реализующие ее устройства обычно относятся к классу ”high end”. К их основным преимуществам относится практически фотографическое качество получаемого изображения и широкая гамма оттенков цветов без использования растрирования. Основным ограничением применения данных принтеров является высокая стоимость каждой копии изображения (более доллара за страницу).

Плоттеры

Устройство, позволяющее представлять выводимые из компьютера данные в виде рисунка или графика на бумаге, называют обычно плоттером, или графопостроителем. Существуют перьевые плоттеры (pen plotter), струйные плоттеры (ink-jet plotter), электростатические плоттеры(electrostatic plotter), плоттеры прямого вывода изображения(direct imaging plotter), плоттеры на основе термопередачи(thermal transfer plotter) и лазерные (светодиодные) плоттеры(laser/led plotter).

Перьевые плоттеры

Перьевые плоттеры - это электромеханические устройства векторного типа, и на ПП традиционно выводят графические изображения различные векторные программные системы типа AutoCAD. ПП создают изображение при помощи пишущих элементов, обобщенно называемых перьями, хотя имеется несколько видов таких элементов, отличающихся друг от друга используемым видом жидкого красителя. Пишущие элементы бывают одноразовые и многоразовые (допускающие перезарядку). Перо крепится в держателе пишущего узла, который имеет одну или две степени свободы перемещения.

Существует два типа ПП: планшетные, в которых бумага неподвижна, а перо перемещается по всей плоскости изображения, и барабанные (или рулонные), в которых перо перемещается вдоль одной оси координат, а бумага - вдоль другой, за счет захвата транспортным валом, обычно фрикционным. Перемещения выполняются при помощи шаговых или линейных электродвигателей, создающих довольно большой шум.

Струйные плоттеры

Струйная технология создания изображения известна с 70-х годов, но истинный ее прорыв на рынке стал возможен только с разработкой фирмой Canon технологии создания реактивного пузырька (Bubblejet) - направленного распыления чернил на бумагу при помощи сотен мельчайших форсунок одноразовой печатающей головки. Каждой форсунке соответствует свой микроскопический нагревательный элемент (терморезистор), который мгновенно (за 7-10 мкс) нагревается под воздействием электрического импульса. Чернила закипают, и пары создают пузырек, который выталкивает из форсунки каплю чернил. Когда импульс кончается, терморезистор столь же быстро остывает, а пузырек исчезает.

Электростатические плоттеры

Электростатическая технология основывается на создании скрытого электрического изображения (потенциального рельефа) на поверхности носителя - специальной электростатической бумаги, рабочая поверхность которой покрыта тонким слоем диэлектрика, а основа пропитана гидрофильными солями для обеспечения требуемой влажности и электропроводности. Потенциальный рельеф формируется при осаждении на поверхность диэлектрика свободных зарядов, образующихся при возбуждении тончайших электродов записывающей головки высоковольтными импульсами напряжения. Когда бумага проходит через проявляющий узел с жидким намагниченным тонером, частицы тонера оседают на заряженных участках бумаги. Полная цветовая гамма получается за четыре цикла создания скрытого изображения и прохода носителя через четыре проявляющих узла с соответствующими тонерами.

Плоттеры прямого вывода изображения

Изображение в ППВИ создается на специальной термобумаге (бумаге, пропитанной теплочувствительным веществом) длинной на всю ширину плоттера ”гребенкой” миниатюрных нагревателей. Термобумага, которая обычно подается с рулона, движется вдоль ”гребенки” и меняет цвет в местах нагрева. Изображение получается высококачественным (разрешение до 800 dpi, но, увы, только монохромным.

Плоттеры на основе термопередачи

Отличие этих плоттеров от ППВИ состоит в том, что в них между термонагревателями и бумагой (или прозрачной пленкой) размещается ”донорный цветоноситель” - тонкая, толщиной 5-10 мкм, лента (например, лавсановая), обращенная к бумаге красящим слоем, выполненным на восковой основе с низкой (менее 100° С) температурой плавления.

На донорной ленте последовательно нанесены области каждого из основных цветов размером, соответствующим листу используемого формата. В процессе вывода информации бумажный лист с наложенной на него донорной лентой проходит под печатающей головкой, которая состоит из тысяч мельчайших нагревательных элементов. Воск в местах нагрева расплавляется, и пигмент остается на листе. За один проход наносится один цвет. Все изображение получается за четыре прохода. Лазерные (светодиодные) плоттеры.

Эти плоттеры базируются на электрографической технологии, в основу которой положены физические процессы внутреннего фотоэффекта в светочувствительных полупроводниковых слоях селено содержащих материалов и силовое воздействие электростатического поля. Промежуточный носитель изображения (вращающийся селеновый барабан) в темноте может быть заряжен до потенциала в сотни вольт. Луч света снимает этот заряд, создавая скрытое электростатическое изображение, которое притягивает намагниченный мелкодисперсный тонер, переносимый затем механическим путем на бумагу. После этого бумага с нанесенным тонером проходит через нагреватель, в результате чего частицы тонера запекаются, создавая изображение.

CD-ROM

Принцип работы дисковода напоминает принцип работы обычных дисководов для гибких дисков. Поверхность оптического диска (CD-ROM) перемещается относительно лазерной головки постоянной линейной скоростью, а угловая скорость меняется в зависимости от радиального положения головки. Луч лазера направляется на дорожку, фокусируясь при этом с помощью катушки. Луч проникает сквозь защитный слой пластика и попадает на отражающий слой алюминия на поверхности диска. При попадании его на выступ, он отражается на детектор и проходит через призму, отклоняющую его на светочувствительный диод. Если луч попадает в ямку, он рассеивается, и лишь малая часть излучения отражается обратно и доходит до светочувствительного диода. На диоде световые импульсы преобразуются в электрические, яркое излучение преобразуется в нули слабое - в единицы. Таким образом, ямки воспринимаются дисководом как логические нули, а гладкая поверхность как логические единицы.

Производительность CD-ROM обычно определяется его скоростными характеристиками при непрерывной передаче данных в течение некоторого промежутка времени и средним временем доступа к данным, измеряемыми соответственно в Кбайт/с. Существуют одно-, двух-, трех-, четырех-, пяти, шести и восьмискоростные дисководы, обеспечивающие считывание данных со скоростью 150, 300, 450, 600, 750, 900, 1200 Кбайт/с соответственно. В настоящий момент распространены двух- и четырехскоростные дисководы. В общем случае дисководы с четырехкратной скоростью обладают более высокой производительностью, однако, оценить чистое преимущество дисковода с четырехкратной скоростью по сравнению с дисководом с удвоенной скоростью бывает не так просто. Прежде всего, это зависит от того с какой операционной системой и с каким типом приложения ведется работа. При высокой интенсивности повторяющегося доступа к CD-ROM и считывании небольшого количества данных (например, при работе с базами данных) ”импульсная” скорость считывания информации приобретает важное значение. Например, по данным журнала InfoWorld, производительность дисководов с четырехкратной скоростью, по сравнению с дисководами с удвоенной скоростью, в случае операции доступа к базе данных в среднем повышается вдвое. В случае простого копирования данных выигрыш составляет от 10 до 30%. Однако, наибольшее преимущество получится при работе с полноформатным видео. Для повышения производительности дисководов их снабжают буферной памятью (стандартные объемы КЭШа: 64, 128, 256, 512, 1024 Кбайт). Буфер дисковода представляет собой память для кратковременного хранения данных, после считывания их с CD-ROM, но до пересылки в плату контролера, а затем в ЦП. Такая буферизация дает возможность дисковому устройству передавать данные в процессор небольшими порциями, а не занимать его время медленной пересылкой постоянного потока данных. Например, согласно требованиям стандарта MPC уровня 2 накопитель CD-ROM удвоенной скоростью должен занимать не более 60% ресурсов ЦП. Важной характеристикой дисковода является степень заполнения буфера, которая влияет на качество воспроизведения анимационных изображений и видеофильмов. Эта величина определяется как отношение числа блоков данных, переданных в буфер из накопителя и хранящихся в нем до момента начала их выдачи на системную шину, к общему числу блоков, которые способен вмещать буфер. Слишком большая степень заполнения может привести к задержкам при выдаче из буфера на шину; с дугой стороны, буфер со слишком малой степенью заполнения будет требовать больше внимания со стороны процессора. Обе эти ситуации приводят к скачкам и срывам изображения во время воспроизведения.

DVD-ROM

DVD - оптических диски, подобны CD. Под таким девизом уже начат выпуск новых устройств, знаменующих переход к 17-гигабайтным носителям данных и цифровому видео. О том, что обычные диски CD-ROM, рожденные для записи звука, не так уж хорошо подходят для компьютеров. 8 декабря 1995 года крупнейшие производители приводов CD-ROM и связанных с ними устройств подписали окончательное соглашение, утвердив не только ”тонкости” формата, но и название новинки DVD (Digital Video Disk), HDCD (High Den city CD - диск высокой плотности записи), MMCD (MultiMedia CD), SD (Super Density - сверхвысокой плотности). Впрочем, споры вокруг нового стандарта не завершились с принятием соглашения - даже название не находит единогласной поддержки в рядах основателей: весьма распространенной является версия расшифровки аббревиатуры как Digital Versatile Disk - цифровой многофункциональный диск.

Аппаратные средства

DVD может существовать в нескольких модификациях. Самая простая из них отличается от обычного диска только тем, что отражающий слой расположен не на составляющем почти полную толщину (1,2 мм) слое поликарбоната, а на слое половинной толщины (0,6 мм). Вторая половина - это плоский верхний слой. Емкость такого диска достигает 4,7 ГБ и обеспечивает более двух часов видео телевизионного качества (компрессия MPEG-2). Кроме того, без особого труда на диске могут дополнительно сохраняться высококачественный стереозвук (на нескольких языках) и титры (также многоязычные). Если оба слоя несут информацию, то суммарная емкость составляет 8,5 ГБ (некоторое уменьшение емкости каждого слоя вызывается необходимостью сократить взаимные помехи при считывании дальнего слоя). Toshiba и Time Warner предлагают использовать также двухсторонний двухслойный диск. В этом случае его емкость составит 17 ГБ.

Уже этой характеристики достаточно, чтобы представить себе воздействие, которое может оказать такой диск на кино/видеоиндустрию. Цифровые системы, как известно, сохраняют качество сигнала при копировании и уже не служат препятствием для создания нелицензионных копий. Радикальная мера - модификация архитектуры ПК с целью принципиального исключения возможности попадания DVD-данных на системную шину, откуда они далее могут быть скопированы емкости самого простого однослойного DVD достаточно для воспроизведения более 2 часов видео телевизионного (студийного.) качества, при этом количество информации на диске составляет 4,7 ГБ. Двухслойный диск хранит 8,5 ГБ. Как же достигается столь значительное увеличение объема информации на DVD диске? Для ответа на этот вопрос сравним его со знакомым нам CD-ROM. Главное отличие, конечно, в повышенной плотности записи информации. За счет перевода считывающего лазера из инфракрасного диапазона (длина волны 780 нм) в красный (с длиной волны 650 нм или 635 нм) и увеличения числовой аппаратуры объектива до 0,6 (против 0,45 в CD) достигается более чем двух кратное уплотнение дорожек и укорочение длины питов (отражающих выступов/впадин).

Из неназванных еще характеристик отметим номинальную скорость передачи данных -- 1108 Кб/с, поддерживаемую при постоянной линейной скорости (CLV -- constant lineal velocity) 4 м/с. Но не следует особо обольщаться - увеличивается на порядок также и объем данных, которые нам хотелось бы прочитать без ошибок. Кроме того, резкое уменьшение отдельных элементов на отражающей поверхности неизбежно приведет к увеличению количества случайных сбоев при чтении.

Подавляющее большинство производителей готовит устройства способные считывать CD-ROM за счет использования специально сконструированной оптической головки, обладающей возможностью перенастройки, или даже за счет установки дополнительного объектива. Во всех случаях можно полагать, что новые устройства смогут читать привычные для нас ”старые” диски.

WORM-устройства

Хотя дисководы WORM похожи на CD ROM, они способны записывать ”внутрь” диска. Как и в CD ROM, WORM-устройства запоминают данные с помощью физических изменений поверхности диска, но делают они это по-другому. Нанести ямки в WORM-среде трудно, так как поверхность защищена прозрачным пластиком. Вместо образования ямок в WORM-дисках применяется затемнение. То есть, WORM-системы просто затемняют поверхность или, точнее, испаряют ее часть. Однажды записав на диск информацию, в дальнейшем можно будет только считывать информацию с WORM-диска. Долговечность WORM-дисков оценивается, как минимум, в 10 лет. Объем данных, хранимых на одном диске WORM и CD ROM, составляет 650 Мбайт.

Накопители на дискетах

Гибкие диски (дискеты) позволяют переносить документы и программы с одного компьютера на другой, хранить информацию, не используемую постоянно на компьютере, делать архивные копии информации, содержащейся на жёстком диске.

Существуют два типа дисководов: дисковод рассчитанный на дискеты размером 3,5 дюйма и устаревшая модель рассчитанная на дискеты 5,25 дюйма.

Дискеты размером 3,5 дюйма

Сейчас в компьютерах используются накопители для дискет размером 3,5 дюйма (89 мм) и ёмкостью 0,7 и 1,44 Мбайта. Эти дискеты заключены в жёсткий пластмассовый конверт, что значительно повышает их надёжность и долговечность. Поэтому дискеты 5,25 дюйма практически вытеснены. На дискетах 3,5 дюйма имеется специальный переключатель - защёлка, разрешающая или запрещающая запись на дискету. Запись разрешена, если отверстие закрыто, а запрещена, если оно открыто. Перед первым использованием дискету необходимо специальным образом инициализировать. Это делается с помощью программы DOS Format.

Накопители на жёстких дисках

Накопители на жёстком диске (винчестеры) предназначены для постоянного хранения информации, используемой при работе с компьютером: программ операционной системы, часто используемых пакетов программ, редакторов документов, трансляторов с языков программирования и т.д. Наличие жёсткого диска значительно повышает удобство работы с компьютером. Для пользователя накопители не жёстком диске отличаются друг от друга, прежде всего, своей ёмкостью, т.е. тем, сколько информации помещается на диске. Сейчас компьютеры в основном оснащаются винчестерами от 520 Мбайт и более. Компьютеры, работающие, как файл серверы, могут оснащаться винчестером 4 - 8 Мбайт и не одним. Скорость работы диска характеризуется двумя показателями: временем доступа к данным на диске и скоростью чтения и записи данных на диск. Эти характеристики соотносятся друг с другом приблизительно так же, как время разгона и максимальная скорость автомобиля. При чтении или записи коротких блоков данных, расположенных в разных участках диска, скорость работы определяется временем доступа к данным - подобно тому, как при движении автомобиля по городу в час пик с постоянными разгонами и торможениями не так уж важна максимальная скорость, развиваемая автомобилем. Зато при чтении или записи данных (в десятки и сотни килобайт) файлов гораздо важнее пропускная способность тракта обмена с диском - точно также, как при движении автомобиля по скоростному шоссе важнее скорость автомобиля, чем время разгона. Диски хранят данные в последовательной форме, а процессор считывает и записывает данные по параллельной шине данных. Функции преобразования данных выполняет интерфейсная система. В семействе IBM PC накопителями управляет контроллер диска, подключенный плоским кабелем к накопителю. Перед передачей данных накопитель подает сигнал на одну из четырех линий запроса контроллера. Контроллер отвечает выходным сигналом на соответствующей линии подтверждения. После этого контроллер передает сигнал в остальные устройства ввода-вывода. Затем в контроллер загружаются начальный адрес и число передаваемых байтов. Данные начинают передаваться с диска через плату контроллера на шину данных и в запоминающее устройство. После передачи данных управление шиной данных возвращается процессору. В интерфейсе диска необходима микросхема, которая преобразует данные из последовательной формы в параллельную и наоборот. С одной стороны платы имеется вход с шины данных компьютера, а с другой - вход от дискового накопителя. Между ними находится микросхема сдвига, которая преобразует данные.

Аудио

Любой мультимедиа-ПК имеет в своем составе плату-аудио адаптер. Для чего она нужна? С легкой руки фирмы Creative Labs (Сингапур), назвавшей свои первые аудио адаптеры звонким словом Sound Blaster, эти устройства часто именуются ”саундбластерами”. Аудио адаптер дал компьютеру не только стереофоническое звучание, но и возможность записи на внешние носители звуковых сигналов. Дисковые накопители ПК совсем не подходят для записи обычных (аналоговых) звуковых сигналов, так как рассчитаны для записи только цифровых сигналов, которые практически не искажаются при их передаче по линиям связи.

Аудио адаптер имеет аналогово-цифровой преобразователь (АЦП), периодически определяющий уровень звукового сигнала и превращающий этот отсчет в цифровой код. Он и записывается на внешний носитель уже как цифровой сигнал. Цифровые выборки реального звукового сигнала хранятся в памяти компьютера (например, в виде WAV-файлов). Считанный с диска цифровой сигнал подается на цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП), который преобразует цифровые сигналы в аналоговые. После фильтрации их можно усилить и подать на акустические колонки для воспроизведения. Важными параметрами аудио адаптера являются частота квантования звуковых сигналов и разрядность квантования. Частоты квантования показывают, сколько раз в секунду берутся выборки сигнала для преобразования в цифровой код. Обычно они лежат в пределах от 4-5 Кгц до 45-48 Кгц. Разрядность квантования характеризует число ступеней квантования и изменяется степенью числа 2. Так, 8-разрядные аудио адаптеры имеют 28=256 степеней, что явно недостаточно для высококачественного кодирования звуковых сигналов. Поэтому сейчас применяются в основном 16-разрядные аудио адаптеры, имеющие 216 =65536 ступеней квантования - как у звукового компакт-диска.

Таблица 1.

Другой способ воспроизведения звука заключается в его синтезе. При поступлении на синтезатор некоторой управляющей информации по ней формируется соответствующий выходной сигнал. Современные аудио адаптеры синтезируют музыкальные звуки двумя способами: методом частотной модуляции FM (Frequency Modulation) и с помощью волнового синтеза (выбирая звуки из таблицы звуков, Wave Table). Второй способ обеспечивает более натуральное звучание.

Частотный синтез (FM) появился в 1974 году (PC-Speaker). В 1985 году появился AdLib, который, используя частотную модуляцию, был способен играть музыку. Новая звуковая карта SoundBlaster уже могла записывать и воспроизводить звук. Стандартный FM-синтез имеет средние звуковые характеристики, поэтому на картах устанавливаются сложные системы фильтров против возможных звуковых помех.

Суть технологии WT-синтеза состоит в следующем. На самой звуковой карте устанавливается модуль ПЗУ с ”зашитыми” в него образцами звучания настоящих музыкальных инструментов - сэмплами, а WT-процессор с помощью специальных алгоритмов даже по одному тону инструмента воспроизводит все его остальные звуки. Кроме того, многие производители оснащают свои звуковые карты модуляторами ОЗУ, так что есть возможность не только записывать произвольные сэмплы, но и подгружать новые инструменты.

Кстати, управляющие команды для синтеза звука могут поступать на звуковую карту не только от компьютера, но и от другого, например, MIDI (Musical Instruments Digital Interface) устройства. Собственно MIDI определяет протокол передачи команд по стандартному интерфейсу. MIDI-сообщение содержит ссылки на ноты, а не запись музыки как таковой. В частности, когда звуковая карта получает подобное сообщение, оно расшифровывается (какие ноты каких инструментов должны звучать) и отрабатывается на синтезаторе. В свою очередь компьютер может через MIDI управлять различными ”интеллектуальными” музыкальными инструментами с соответствующим интерфейсом. Для электронных синтезаторов обычно указывается число одновременно звучащих инструментов и их общее число (от 20 до 32). Также важна и программная совместимость аудио адаптера с типовыми звуковыми платформами (SoundBlaster, Roland, AdLib, Microsoft Sound System, Gravies Ultrasound и др.).

В качестве примера рассмотрим состав узлов одного из мощных аудио адаптеров - SoundBlaster AWE 32 Value. Он содержит два микрофонных малошумящих усилителя с автоматической регулировкой усиления для сигналов, поступающих от микрофона, два линейных усилителя для сигналов, поступающих с линии, с проигрывателя звуковых дисков или музыкального синтезатора. Кроме того, сюда входят программно-управляемый электронный микшер, обеспечивающий смешение сигналов от различных источников и регулировку их уровня и стерео баланса, 20-голосый синтезатор музыкальных звуков частотной модуляции FM, программно управляемый волновой (табличный) синтезатор музыкальных звуков и звуковых эффектов (16 каналов, 32 голоса, 128 инструментов), систему сжатия цифровой информации с возможностью применения расширенного звукового процессора ASP. Наконец, аудио адаптер имеет цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) для превращения цифровых сигналов, несущих информацию о звуке, в аналоговый сигнал, адаптивный электронный фильтр на выходе ЦАП, снижающий помехи от квантования сигнала, двухканальный усилитель мощности по 4 Вт на канал с ручным и программно-управляемым регулятором громкости и MIDI-разъем для подключения музыкальных инструментов. Как видно из этого перечня, аудио адаптер - достаточно сложное техническое устройство, построенное на основе использования последних достижений в аналоговой и цифровой аудиотехнике.