Классификация периферийных устройств

Классификация периферийных устройств

 
Периферийное устройство (ПУ) - устройство, входящее в состав внешнего оборудования микро-ЭВМ, обеспечивающее ввод/вывод  данных, организацию промежуточного и длительного хранения данных. 
 
Можно выделить следующие основные функциональные классы периферийных устройств. 

1.  
   ПУ, предназначенные для связи с пользователем. К ним относят различные устройства ввода (клавиатуры, сканеры, а также манипуляторы - мыши, трекболы и джойстики), устройства вывода (мониторы, индикаторы, принтеры, графопостроители и т.п.) и интерактивные устройства (терминалы, ЖК-планшеты с сенсорным вводом и др.) 
2.  
   Устройства массовой памяти (винчестеры¹⁾, дисководы²⁾, стримеры³⁾ , накопители на оптических дисках, флэш-память⁴⁾ и др.) 
3.  
   Устройства связи с объектом управления (АЦП, ЦАП, датчики, цифровые регуляторы, реле и т.д.) 
4.  
   Средства передачи данных на большие расстояния (средства телекоммуникации) (модемы, сетевые адаптеры).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

НАКОПИТЕЛИ НА ЖЕСТКИХ  ДИСКАХ

Накопители на жестких магнитных  дисках предназначены для удовлетворения поистине неограниченных потребностей пользователей и разработчиков  персональных компьютеров в устройствах  для длительного (в идеале — постоянного) хранения больших объемов данных и программных файлов. Первоначально  для этих целей использовались накопители на гибких дисках. Они были просты и  относительно недороги, но работали очень  медленно, а объемы программ быстро выросли настолько, что необходимые  файлы перестали помещаться на одной  дискете. Использование нескольких переключаемых дисководов оказалось  лишь временным выходом из положения  и, к тому же, весьма обременительным. С начала 1980-х годов жесткие  диски (рис. 13.1) стали одними из важнейших  компонентов персональных компьютеров. Их широкое распространение дало зеленый свет разработке новых операционных систем и прикладных программ. Сегодня  жесткий диск — это абсолютно  необходимая часть компьютера. На него устанавливается операционная система, загружаемая при включении  компьютера, на нем же хранятся прикладные программы и создаваемые с  их помощью файлы объемом в  десятки и сотни мегабайт. Часть  дискового пространства используется для создания виртуальной памяти, которая является расширением системной  оперативной памяти. От быстродействия и емкости жесткого диска существенно  зависит общая производительность системы. Нетрудно догадаться, что неисправность  или нестабильная работа жесткого диска  может запросто нарушить функционирование всего компьютера.

Большинство современных жестких  дисков используют интерфейсы IDE или SCSI. Эти два стандарта подробно описаны  в гл. 11 и 12 соответственно. В этой же главе рассказано об устройстве и основных принципах работы накопителей  на жестких дисках, а также даны рекомендации по их проверке и поиску неисправностей

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Накопители на оптических дисках

В накопителях на оптических дисках в качестве носителя используется диск, покрытый отражающим веществом со специальными оптическими свойствами. Наиболее распространенным видом оптических накопителей является компакт-диск (CD).

Стандартный компакт-диск состоит из основы, отражающего и защитного слоев. Основа выполнена из прозрачного поликарбоната, на котором методом прессования сформирован информационный рельеф. Поверх рельефа напыляется металлический отражающий слой. Отражающий слой покрывается сверху защитным слоем лака — так, чтобы вся металлическая поверхность была защищена от контакта с внешней средой.

Информация записана на диске  в виде спиральной дорожки, идущей от центра к краю диска, на которой расположены  углубления (так называемые питы). Информация кодируется чередованием питов (условно — логической единицей) и промежутков между ними (условно логических нулей). Лазерный луч головки привода проходит по дорожке и по характеру отраженного луча считывает информацию.

Наиболее распространены диски CD-ROM, па которые информация наносится фабрично и не может быть изменена. Существуют также диски и приводы CD-R, которые позволяют однократно записывать CD на специальные заготовки, и CD-RW, которые могут записывать и читать компакт-диски.

Компакт-диски имеют низкую цену, высокое быстродействие и срок хранения данных, измеряемый десятками  лет.

В последние годы большое  распространение получили диски DVD (Digital Versatile Disk — цифровой универсальный диск). Изначально изобретенный для записи цифрового видео, сейчас он используется для хранения больших объемов (до нескольких гигабайт) информации. По своему строению DVD-диски очень схожи с компакт-дисками.

Существуют также накопители, в которых применяется комбинация магнитных и оптических свойств  вещества. Такие накопители называют магнитооптическими.

 

USB-флеш-накопитель -запоминающее устройство, использующее в качестве носителя флеш-память и подключаемое к компьютеру или иному считывающему устройству по интерфейсу USB.

Основное назначение USB-накопителей — хранение, перенос и обмен данными, резервное копирование, загрузка операционных систем(LiveUSB) и др. Разработан умещающийся на флешку пакет программ для автоматического снятия улик с компьютера неквалифицированным полицейским (COFEE).

USB-флешки обычно съёмные и перезаписываемые.

Основные компоненты флешки:

• USB-интерфейс (Стандарт-А) – обеспечивает физическое соединение с компьютером.
• Контроллер – небольшой микроконтроллер со встроенными ROM и RAM.
• NAND-чип – хранит информацию.
• Осциллятор – генерирует синхронизирующий сигнал (12 MHz) и управляет выводом данных.

На большинстве флешек используется файловая система FAT12, FAT16, FAT32, или ExFat.

Структура диска

Начальный сектор жесткого диска содержит главную корневую запись, которая  загружается в память и выполняется.

Последняя часть этого  сектора содержит таблицу разделов - 4-элементную таблицу с 16-байтовыми  элементами. Этой таблицей манипулирует программа FDISK (или эквивалентная  утилита в иной операционной системе).

Во время загрузки ROM-BIOS загружает главную корневую запись и передает управление на ее код. Этот код считывает таблицу разделов, чтобы определить раздел, помеченный как активный. Затем в память считывается  корректный корневой сектор и выполняется.

Таблица 1. Структура главной корневой записи и таблицы разделов

Смещение	Длина	Содержимое
000h	446	Корневая запись (MSB)
1BEh	16	Описатель раздела 1 (см. табл.2)
1CEh	16	Описатель раздела 2
1DEh	16	Описатель раздела 3
1EEh	16	Описатель раздела 4
1FEh	2	Подпись таблицы разделов (значение AA55h)

Таблица 2. Структура описателя раздела

Смещение	Длина	Содержимое
00h	1	Признак активности раздела (0 - не активен, 80h - активен)
01h	1	Номер поверхности диска, с которой начинается раздел
02h	2	Номер цилиндра и номер  сектора, с которых начинается раздел
04h	1	Код раздела (см. табл.3)
05h	1	Номер поверхности диска, на которой заканчивается раздел
06h	2	Номер цилиндра и номер  сектора, на которых заканчивается  раздел
08h	4	Абсолютный (логический) номер  начального сектора раздела
0Ch	4	Размер раздела (число  секторов)

Код раздела используется для определения наличия и  положения на диске основного  и расширенного разделов. После обнаружения  нужного раздела его размер и координаты можно извлечь из соответствующих полей описателя. Если в поле кода раздела записан 0, то описатель считается пустым, то есть он не определяет на диске никакого раздела.

Таблица 3. Коды разделов операционных систем Microsoft

Код	Вид раздела	Размер	Тип FAT	ОС
01h	Основной	0-15 Мбайт	FAT12	MS-DOS 2.0
04h	Основной	16-32 Мбайт	FAT16	MS-DOS 3.0
05h	Расширенный	0-2 Гбайт	-	MS-DOS 3.3
06h	Основной	32 Мбайт-2 Гбайт	FAT16	MS-DOS 4.0
0Bh	Основной	512 Мбайт-2 Гбайт	FAT32	OSR2
0Ch	Расширенный	512 Мбайт-2 Тбайт	FAT32	OSR2
0Eh	Основной	32 Мбайт-2 Гбайт	FAT16	Windows 95
0Fh	Расширенный	0-2 Гбайт	-	Windows 95

За операционными системами  других фирм зарезервированы следующие  коды:

• 02h - раздел CP/M;
• 03h - раздел Xenix;
• 07h - раздел OS/2 (файловая система HPFS).

 

 

 

 

 

 

Как происходит запись и чтение данных с жесткого диска?

Компьютеры делают регистрационные  данные на жестком диске в виде последовательности двоичных разрядов. Каждая часть записанных намагниченности (положительный или отрицательный) на окисление слой жесткого диска.

Если компьютер хранит данные, отправляет данные на жестком диске в виде последовательности битов. Когда устройство получает биты используются головки чтения / записи для магнитной записи или «Сохранить» бит на жестких дисках. Данные биты не обязательно хранить в определенном порядке, например, данные могут быть в одном файле должны быть записаны в ряде различных областей на разных дисках.

Если компьютер запрашивает  данные на диски вращаются головки  чтения / записи, чтобы перейти к  указанному космических данных.Головки чтения / записи для чтения данных с указанием каждой части магнитного поля, которое может быть положительным или отрицательным, а затем отправить эту информацию обратно на компьютер.

Головки чтения / записи доступ к любой  части вашего жесткого диска в  любой момент времени, что позволяет  данные могут быть размещены в любом месте на вашем жестком диске. Это позволяет ускорить доступ к данным по сравнению с лентой, которая является единственным последовательным чтения / записи. Поскольку жесткие диски позволяют произвольный доступ к данным, они обычно имеют доступ ко всем данным в течение миллисекунд.

ПРИНЦИПЫ РАБОТЫ ПРИНТЕРОВ

Матричные игольчатые принтеры

Современные игольчатые принтеры используют печатающую головку  с 9 или 24 иглами, управляемыми при помощи магнитов. Быстродействие последних  и количество печатающих игл в  основном определяеют скорость печати. Печать осуществляется при горизонтальном движении головки (каретки) ее иглами через красящую ленту, заправленную в специальную кассету (картридж). Переход к следующей строке достигается синхронизированным движением бумаги.       Современные принтеры обычно имееют размер точки при печати порядка 0.25мм и разрешение по вертикали (вдоль листа) порядка 180 точек на дюйм (dpi). За счет метода наложения точек "псевдоразрешение" по горизонтали может быть чуть выше (240-360 точек на дюйм). Данный метод, в принципе, несколько повышает качество печати соответствующих шрифтов и графики. Переход к шрифтам более высокого качества осуществляется по команде с панели управления принтера или программно.       Быстродействие данных принтеров при печати простейшими шрифтами (со знакообразующей матрицей около 8*8 точек), особенно 24-игольчатых, очень высоко и достигает нескольких десятков листов, типа машинописного, в минуту. Печать более сложных шрифтов, с матрицей более 9 точек в высоту, с наложением по горизонтали, требующим второго прохода печатающей головки, как и печать графики максимального разрешения, снижает скорость вывода документа в несколько раз (обеспечивается быстродействие в диапазоне 25-500 знаков в минуту).      Игольчатые принтеры имеют гибкие возможности вывода других шрифтов программно с применением соответствующих драйверов и различных форматов матрицы символа, с управлением межсимвольным и междустрочным расстоянием.      Современные принтеры данной гпуппы предусматривают работу с форматами бумаги А4 или А3, различные способы подачи бумаги, печатают на прямом и обратном ходе каретки, имеют удобный пользовательский интерфейс. Эти принтеры очень надежны и имеют низкие эксплуатационные расходы.

Принтеры, использующие технологию термопечати

Эти принтеры очень  близки по механизму к матричным (они используют печатную головку, оснащенную матрицей нагревательных элементов, и специальную бумагу, пропитанную термочуствительным красителем).      Изготовляемая по толстопленочной технологии матрица головки для термопечати может иметь более высокое разрешение (до 200 точек на дюйм), однако инерционность и ряд других принципиальных ограничений процесса печати не позволяют существенно повысить скорость печати, обычно составляющую 40-120 символов в минуту. Недостатком такого принтера есть то, что часто недостаточной является яркость и контрастность изображения, номенклатура доступных типов бумаги. Достоинствами же термопринтеров являются малый уровень шума при работе, компактность, надежность, отсутствие заправляемых расходных материалов.

Струйные принтеры

Струйные принтеры отличаются от матричных и термопринтеров печатающей головкой. Поскольку струйная технология использует метод "выбрасывания" капель красителя на бумагу, соответствующая  матрица печати представляет собой  набор сопел, с которыми соеденены емкости для чернил и управляющие механизмы. Требования к краскам очень противоречивы и высоки, а качество изображения сильно зависит от типа бумаги.      Современные струйные принтеры для массового применения, как правило, имеют разрешающую способность на уровне 600 или 720 точек на дюйм, могут печатать с удовлетворительным качеством на обычной бумаге и с высоким качеством - на специальной бумаге. В последнее время струйные принтеры интенсивно доганяют лазерные по качеству и скорости печати. Последние модели имеют физическое разрешение до 2400 точек на дюйм с термоструйной технологией печати и 2880*720 точек на дюйм с пьезоэлектрической технологией печати. Типовое быстродействие при печати текстов составляет 5-6 страниц в минуту, а последние модели достигают 16-20 страниц текста в минуту в скоростном режиме (при низком качестве печати).      Струйные принтеры малошумны и весьма универсальны, цена их постоянно снижается, а качество печати улучшается.

Лазерные и светодиодные принтеры

В лазерных и светодиодных печатающих устройствах используется свойство фоточуствительности ряда материалов, которые изменяют свой поверхностный электростатический заряд под воздействием света. Для реализации этого процесса, помимо тракта протяжки бумаги, данные принтеры содержат светочуствительный барабан, зеркальную систему развертки, устройства фокусировки и лазерный диод (или матрицу светодиодов). После зарядки и поточечной засветки светочуствительного барабана, соответствующей формируемому изображению, на него подается и закрепляется в соответствии с распределением электрического заряда специальный красящий порошок - тонер. Далее по барабану прокатывается бумага и снимает с него тонер. Окончательное закрепление изображения на бумаге достигается ее разогревом до температуры расплавления тонера.       Особенности данного процесса, такие, как формирование точки изображения лучем света, а далее - мелкодисперсным специальным порошком красителя, предопределяют возможность очень малых размеров точки матрицы изображения и соответственно - разрешающую способность лазерных принтеров, которая на практике составляет 300-1200 точек на дюйм.       В целом высокая разрешающая способность принтеров данной группы позволяет использовать их для печати разнообразной текстовой и графической информации, вплоть до изготовления полиграфических макетов и форм.      Для обеспечения печати графики лазерные устройства, как правило, имеют буферную память объемом от 1Мб и возможности ее дальнейшего расширения.     Данные принтеры используют обычную и высококачественную бумагу, печатают текст и графику со скоростью от 8 (современные модели) до 32 (и более) листов формата А4 в минуту, и малошумны в работе.     Лазерные и светодиодные принтеры требуют квалифицированного обслуживания, и на стоимость их продукции принято относить эксплуатационные и амортизационные расходы.     Цены на на лазерные принтеры относительно высоки (хотя непрерывно снижаются), но расходы оправдываются весьма высоким качеством продукции, приближающейся к уровню полиграфии.