Что такое внешнее устройство
CheckTests
Создай свой урок с применением ПК
§9 Внешние устройства. Классификация внешних устройств. Аппаратное обеспечение для подключения к сети Интернет. Принципы работы аппаратных средств компьютера
9.1. Классификация внешних устройств
Внешние (периферийные) устройства обеспечивают взаимодействие компьютера с пользователем, другими компьютерами или техническими устройствами.
Они подключаются к компьютеру через специальные разъемы — порты ввода-вывода. Большинство современных внешних устройств подключается к порту USB (Universal Serial Bus — универсальная последовательная шина).
Внешние устройства по своему назначению можно разделить на: устройства ввода, устройства вывода, устройства хранения информации, а также средства связи и коммуникации (пример 9.1).
К устройствам ввода информации относятся:
(Рассмотрите пример 9.2.)
К устройствам вывода информации относятся:
(Рассмотрите пример 9.3.)
Многие из устройств комбинируют в себе устройства ввода и вывода: многофункциональное устройство (МФУ) содержит в себе сканер и принтер; гарнитура объединяет микрофон и наушники. Сенсорные мониторы не только отображают информацию, но и позволяют ее вводить.
Устройства хранения — устройства внешней памяти, которые были рассмотрены в предыдущем параграфе.
Для работы многих устройств необходимы карты (платы) расширения (пример 9.4), которые содержат адаптеры.
Адаптер необходим для преобразования сигнала, поступающего от устройства, в двоичный код и обратно. Некоторые адаптеры встроены непосредственно на материнскую плату.
К средствам связи и коммуникации относят устройства, которые позволяют организовать передачу данных по компьютерной сети:
(Рассмотрите пример 9.5.)
9.2. Аппаратное обеспечение для подключения к сети Интернет
Количество пользователей Интернета в современном мире стремительно растет. Сегодня практически каждый человек может подключиться к Интернету.
Интернет — сложная система компьютерных сетей. Передача данных в компьютерных сетях требует согласованной работы большого количества разнообразных устройств. Для слаженного взаимодействия работы сетевых устройств Международной организацией стандартов (International Standard Organization — ISO) была разработана сетевая модель OSI (Open System Interconnection). Эта модель описывает правила и способы передачи данных в различных сетевых средах при организации сеанса связи.
Основными элементами модели являются уровни, прикладные процессы и физические средства соединения (пример 9.6). Модель включает в себя семь уровней. Каждому из них отводится конкретная роль, а общая задача передачи данных разбивается на отдельные подзадачи.
Основным с точки зрения пользователя является прикладной уровень. Этот уровень обеспечивает выполнение прикладных задач пользователей. На нем реализуются такие сервисы, как удаленная передача данных, электронная почта и работа веб-браузеров.
Сегодня существуют разнообразные способы подключения к Интернету. Основные отличия: принцип работы, скорость передачи данных, надежность, сложность настройки оборудования, цена.
По количеству трафика использование Интернета можно разделить на две группы: просмотр страниц (малое количество трафика) и скачивание больших файлов — фильмов, музыки и т. д. (требует большого количества трафика). В первом случае достаточно скорости обычного модемного соединения.
Однако такая скорость затрудняет скачивание файлов, поэтому для полноценного использования возможностей Интернета требуется высокоскоростной доступ.
Существует два вида технологий выхода в Интернет:
От технологии подключения к Интернету зависит тип используемого модема (пример 9.7).
Передача данных при проводной технологии осуществляется по специальному кабелю (оптоволокно или витая пара), который с одной стороны подключен к оборудованию провайдера, а с другой — в сетевую карту компьютера.
В зависимости от типа оборудования провайдера используются следующие способы проводного подключения к Интернету:
Беспроводные технологии служат для передачи данных между двумя и более точками на расстоянии, не требуя проводной связи. Для передачи информации могут использоваться радиоволны, а также инфракрасное, оптическое или лазерное излучение.
Наиболее существенными характеристиками беспроводных технологий передачи данных являются максимальная скорость передачи и максимальное расстояние, на которое можно передавать информацию (пример 9.8).
Беспроводные маршрутизаторы позволяют использовать Интернет, находясь в любом месте в пределах зоны доступа.
Еще недавно подключение к Интернету через спутниковую связь было практически недоступно для обычных пользователей из-за высокой цены.
Современная спутниковая связь по скорости, надежности и безопасности не уступает традиционной проводной. Существенным ее преимуществом является возможность применения в отдаленных и труднодоступных местах, где невозможно или слишком дорого прокладывать интернет кабель.
Спутниковой связью широко пользуются государственные службы, геологоразведочные и нефтяные компании, телекоммуникационные фирмы и другие крупные организации. В ряде случаев она является единственным вариантом интернет-коммуникаций (пример 9.9).
9.3.Принципы работы аппаратных средств компьютера
Современный компьютер использует электрические сигналы, т. е. ток или напряжение, значения которых меняются по закону, отображающему передаваемое сообщение. С помощью сигналов кодируются передаваемые и обрабатываемые данные.
Электрические сигналы можно использовать для кодирования как двоичный код: «1» — есть ток (ток больше пороговой величины); «0» — нет тока (ток меньше пороговой величины).
Чем меньше значений существует в системе, тем проще изготовить отдельные конструктивные элементы, оперирующие этими значениями. Наиболее надежным и дешевым является устройство, каждый разряд которого может принимать два состояния: есть ток/нет тока, высокое напряжение/ низкое напряжение, намагничено/не намагничено и т. д.
Пример 9.1. Внешние устройства:
Пример 9.2. Устройства ввода:
Сетевая карта WIFI
4G-модем для подключения по каналам сотовой связи
Маршрутизатор со встроенным модемом
Уровни сетевой модели OSI
Пример 9.7. Классификация модемов по виду соединения:
Пример 9.8. Классификация беспроводных сетей по дальности действия:
Беспроводные глобальные сети (Wireless Wide Area Network — WWAN) основываются на различных технологиях, таких как GPRS, EDGE, HSPA, LTE и др., которые являются надстройками над технологией мобильной связи. Они позволяют пользователю сети сотовой связи производить обмен данными с другими устройствами в сети, а также с внешними сетями, в том числе Интернет. В качестве модема для подключения к Интернету может использоваться мобильный телефон. Компьютер может подключаться к телефону посредством USB-кабеля или беспроводным способом.
Пример 9.9. Схема подключения к Интернету с использованием спутниковой связи:
Двоичный код используется для кодирования данных еще и потому, что устройствам гораздо проще и быстрее выполнять арифметико-логические операции в двоичной системе счисления, чем в десятичной.
В 1959 г. ученые из Московского государственного университета под руководством Николая Брусенцева разработали первую и единственную ЭВМ на основе троичной логики. Называлась она «Сетунь». Других компьютеров на основе троичного кода нет и не было.
Идею использовать для вычислений троичную систему высказал еще в XIII в. итальянский математик Фибоначчи. Он сформулировал и решил задачу о гирях: если можно класть гири только на одну чашу весов, то удобнее, быстрее и экономичнее делать подсчеты в двоичной системе, а если можно класть гири на обе чаши, то целесообразнее прибегнуть к троичной системе.
1. Какие устройства компьютера относят к внешним?
2. На какие группы можно разделить внешние устройства в зависимости от их назначения?
3. Какие существуют способы подключения к Интернету?
4. Какое оборудование может использоваться для проводного подключения к Интернету?
5. Какие технологии используются для беспроводн ого подключения к Интернету?
Что такое внешнее устройство
1. Устройства ввода данных
2. Устройства вывода данных
3. Устройства хранения данных
4. Устройства обмена данными
Периферийными устройствами являются внешние дополнительные устройства компьютера. Они предназначены для выполнения вспомогательных операций. Благодаря им компьютерная система приобретает гибкость и универсальность.
По назначению периферийные устройства можно подразделить на:
• устройства ввода данных;
• устройства вывода данных;
• устройства хранения данных;
• устройства обмена данными.
1. Устройства ввода данных
К устройствам ввода данных относятся:
— Устройства ввода знаковых данных (клавиатура)
— Устройства командного управления (мышь, трекбол, джойстик)
— Устройства ввода графических данных (графический планшет, сканер, цифровая камера, веб-камера)
— Устройства вывода данных (принтеры, графопостроители).
Первыми периферийными устройствами были перемычки и переключатели, которые выполняли роль клавиатуры. Клавиатура появилась в компьютерах 3-го поколения.
Клавиатура – устройство для ручного ввода знаковых данных.
Клавиатуры, имеющие специальную форму, рассчитанную с учетом требований эргономики, называют эргономичными клавиатурами. Их целесообразно применять на рабочих местах, предназначенных для ввода большого количества знаковой информации. Эргономичные клавиатуры не только повышают производительность наборщика и снижают общее утомление в течение рабочего дня, но и снижают вероятность и степень развития ряда заболеваний.
По методу подключения к системному блоку различают проводные и беспроводные клавиатуры. Передача информации в беспроводных системах осуществляется инфракрасным лучом. Обычный радиус действия таких клавиатур составляет несколько метров. Источником сигнала является клавиатура.
Устройства командного управления
Специальные манипуляторы. Кроме обычной мыши существуют и другие типы манипуляторов, например: трекболы, инфракрасные мыши.
Радио мышь отличается от обычной наличием устройства беспроводной связи с системным блоком.
Для компьютерных игр и в некоторых специализированных имитаторах применяют также манипуляторы рычажно-нажимного типа джойстика.
Устройства ввода графических данных
Радиосигнал: под поверхностью планшета находится передающая антенна, в виде сетки. Во время работы перо излучает радиоволны с частотой на которую настроен планшет. Антенна планшета воспринимает переданный пером сигнал, электроника анализирует информацию и передает ее в компьютер.
Современные планшеты обладают высокой чувствительностью к перемещению пера и к его нажатию на планшет. Использование планшетов удобно, так как позволяет создавать изображение с использованием традиционной техники рисования.
Для работы вполне достаточно планшета размером 9 на 13 см, так как перо может покрывать большую область экрана монитора с использованием небольшой области поверхности планшета.
с печатного листа в компьютер.
С помощью сканеров можно вводить графическую и знаковую информацию.
Способы считывания изображений основываются на том, что на изображение подается луч света. Отражаясь, он попадает на фотоумножитель, преобразующий свет в электрический сигнал.
Основные параметры сканеров :
— Оптическое разрешение (количество элементов в сканирующей головке) 1600 на 1200;
— Программное разрешение (может быть больше оптического, но это «уловка» производителей и продавцов) 2400 на 1600;
— Глубина цвета 32 бита;
Существуют сканеры четырех типов: ручные, листовые, планшетные, барабанные.
Достоинства: компактность (может разместиться между монитором и клавиатурой или на мониторе), высокая скорость сканирования текстовых, ч/б графических документов.
В целом возможности применения ручных и листопротяжных сканеров ограниченны
Планшетные сканеры. Планшетные сканеры весьма универсальны и удобны:
— Оригинал неподвижно лежит на стекле, перемещается вдоль него
считывающая головка.
— Высокие скоростные характеристики сканеров.
— Сканирование различных оригиналов (листы, книги, объемные
предметы)
Принцип действия этих устройств состоит в том, что луч света, отраженный от поверхности материала (или прошедший сквозь прозрачный материал), фиксируется специальными элементами называемыми приборами с зарядовой связью (ПЗС). Обычно элементы ПЗС конструктивно оформляют в виде линейки, располагаемой по ширине исходного материала.
Барабанные сканеры. В сканерах этого типа исходный материал закрепляется на цилиндрической поверхности барабана, вращающегося с высокой скоростью. Устройства этого типа обеспечивают наивысшее разрешение (2400-5000 dpi ) благодаря применению не ПЗС, а фотоэлектронных умножителей. Их используют для сканирования исходных изображений, имеющих высокое качество, но недостаточные линейные размеры (фотонегативов, слайдов и т. п.). Применяются в полиграфии. Обеспечивают высокое качество сканирования.
Слайд-сканеры предназначены для сканирования с прозрачных материалов: пленок, слайдов.
Сканеры форм. Предназначены для ввода данных со стандартных форм, заполненных механически или «от руки». Необходимость в этом возникает при проведении переписей населения, обработке результатов выборов и анализе анкетных данных.
От сканеров форм не требуется высокой точности сканирования, но быстродействие играет повышенную роль и является основным потребительским параметром.
Штрих-сканеры. Эта разновидность ручных сканеров предназначена для ввода данных, закодированных в виде штрих-кода. Такие устройства имеют применение в розничной торговой сети.
Ручной сканер-переводчик используется для перевода отдельных слов и фраз в иностранном тексте.
Ввод текстовых документов со сканера
После обработки документа сканером получается графическое изображение текстового документа (графический образ). С точки зрения компьютера документ после сканирования превращается в набор точек.
ЦИФРОВЫЕ ФОТОКАМЕРЫ (ЦИФРОВЫЕ ФОТОАППАРАТЫ)
Как и сканеры, эти устройства воспринимают графические данные с помощью приборов с зарядовой связью, объединенных в прямоугольную матрицу.
ЦИФРОВЫЕ ФОТОКАМЕРЫ (ЦИФРОВЫЕ ФОТОАППАРАТЫ)
Вместо пленки в цифровых фотокамерах так же как в сканерах используется светочувствительные элементы (ПЗС-матрица), преобразующая изображение в электрические сигналы. После кодирования сигналов они запоминаются в энергонезависимую сменную память камеры (флэш-карты), откуда их можно переписать на компьютер.
1 этап : объектив формирует изображение на ПЗС-матрице –это массив полупроводниковых (фотодиодных) датчиков, осуществляющих преобразование оптического сигнала в электрический. Датчики разбиты на группы по 4: зеленый, синий, красный, зеленый светофильтры. Зеленый используют дважды для увеличения чувствительности матрицы к зеленому свету. Каждая подобная группа формирует один пиксель из 24-х или 32 –х бит.
2 этап – под управлением процессора происходит считывание изображения с матрицы.
3 этап – изображение «сжимается» и записывается с цифровом формате на флэш-память.
4 этап – просмотр кадра на ЖК-экране
5этап – перенос изображений в компьютер.
В памяти камеры помещается от нескольких до нескольких сотен снимков, в зависимости от их качества, которое можно регулировать.
Так же, как и обычный плёночный фотоаппарат, она имеет объектив, систему фокусировки, затвор, часто встроенную вспышку. Дополнительно фотокамеры комплектуются, дисплеем, таймером для включения съемки и телевизионным выходом для просмотра фото на экране телевизора.
Среднее значение разрешающей способности камер колеблется о т 5 до 8 мегапикселей (5*10 6 пикселей –кол-во активных элементов в матрице)
Видеокамеры, предназначенные для общения в интернет. Эти камеры не содержат средств хранения информации, а транслируют видеосигнал в компьютер, где он преобразуется в цифровую форму.
Возможности этих камер ограничены и качество получаемого изображения не слишком высокое,
Достоинства: Компактность (устанавливается на монитор), оперативность.
2. Устройства вывода данных
Основными характеристиками принтеров являются
— скорость печати (символов в секунду, cps и страниц в минуту, ррт),
— разрешающая способность (точек на дюйм, dpi и линий на дюйм, Lpi ),
— число воспроизводимых цветов
Сегодня на рынке сосуществуют несколько технологий цветней печати струйная, лазерная, термальная, сублимационная и твердочернильная/
Печатный узел представляет собой металлическую пластину с отверстиями (матрицу), в которой свободно двигаются штырьки (иголочки). Штырьки, управляемые магнитом, бьют по красящей ленте и на бумаге точками создается символ.
Изображение формируется ударами нескольких (9 или 24) иголок по бумаге сквозь красящую ленту.
Таким образом, принтер позволяет печатать не только текст, но и произвольную графику.
Достоинства матричных принтеров:
— возможность одновременной печати нескольких копий документов через
копирку (до трех-четырех),
— трудность удаления напечатанного изображения, так как иголки продавливают бумагу,
— качество печати практически не зависит от бумаги,
— дешевые расходные материалы.
Недостатки:
— низкая скорость печати, особенно графических изображений
— высокий уровень шума,
— низкое качество печати, высокая стоимость по сравнению со струйными
принтерами.
В настоящее время матричные принтеры используются в основном для печати чеков и других финансовых документов.
В термальных струйных принтерах в чернильной камере создается воздушный пузырек, который выбрасывает каплю чернил из сопла, в пьезоэлектрической технологии для управления выбросом капель на страницу
используется электрическое поле.
Для цветной печати используют набор из четырех красок: бирюзовой ( Cyan ), пурпурной ( Magenta ), жёлтой ( Yellow ) и чёрной ( Black ). Методу струйной печати уже почти c то лет.
— очень высокое качество печати, особенно цветных фотографий (при использовании специальной бумаги),
— очень низкая стоимость принтера,
— низкий уровень шума.
Недостатки:
— дороговизна расходных материалов (чернил и специальной бумаги или
пленки),
— сильная зависимость качества изображения от материала, слабая
стойкость чернил к действию света, воды, химических веществ и механическим
воздействиям;
— себестоимость 1 печатной страницы дороже, чем у лазерных принтеров.
Струйные принтеры очень широко применяются для печати небольших
объёмов черно-белых и цветных документов в офисах и домашних условиях.
Скорость печати: 10-30 стр/мин. Качество печати отличное.
Достоинства: 1) приближенное к фотографическому качество как
монохромной, так и цветной печати изображений; 2) слабая зависимость качества печати от материала; 3) самое высокое быстродействие из всех типов принтеров, 4) сравнительно низкая стоимость отпечатков; 5) низкий уровень шума.
Недостатки: высокая стоимость принтера (особенно цветного), высокое
энергопотребление устройства (до киловатта).
Главное различие в том, как и из чего формируются эти капельки, в твердочернильном принтере применяются твердые красители (порошок в картридже), расплавляемые непосредственно перед подачей на бумагу. Вязкостно-смачивающие характеристики расплава обеспечивают равномерное и строго ограниченное растекание красителя даже по далекой от идеальной бумажной поверхности.
Вначале красители четырех цветов (синий, красный, желтый и черный) наносятся специальной многосопловой головкой на быстро вращающийся разогретый и покрытый силиконом барабан, а затем готовое изображение в один проход переносится на бумагу, на поверхности которой происходит быстрое высыхание красителя.
Для фотореалистического вывода вне конкуренции пока остаются сублимационные принтеры. В их печатных головках установлены тысячи термических элементов, с высокой точностью нагревающие красители на трех-или четырехцветной пластиковой ленте до тех пор, пока они не переходят в газообразное (сублимированное) состояние. Газообразный краситель впитывается специальной фотобумагой. (Принцип «переводки»).
Достоинства: отпечатки фотореалистического качества; обеспечивают более интенсивные цвета; абсолютно лучшее качество печати цветных фотоизображений
— довольно медленные (печать одной страницы с максимальным качеством может длиться до 12 минут);
— рассчитан на большие тиражи и постоянную работу;
— потребляют много энергии.
3. Устройства хранения данных
Необходимость во внешних устройствах хранения данных возникает в
двух случаях:
— когда на вычислительной системе обрабатывается больше данных, чем
можно разместить на жестком диске;
— когда данные имеют повышенную ценность и необходимо выполнять
регулярное резервное копирование на внешнее устройство
В настоящее время для внешнего хранения данных используют несколько устройств, использующих магнитные или магнитооптические носители.
Магнито-оптические накопители (МО, MagnetoOptical disk ) позволяют многократно записывать от 230 МВт до 5,2 Гбт информации на специальные оптические диски размером 3,5 дюйма.
Носитель информации: диэлектрическая оптическая пленка, находящаяся между 2-х прозрачных дисков, находящихся в пластиковом конверте (чуть толще дискеты). В момент записи электромагнитным импульсом меняются свойства пленки и она становится восприимчивой к записи информации лазером.
Выпускаются также магнитооптические диски меньшего размера, известные как мини-диски ( mini disk ), используемые в профессиональной звукозаписывающей аппаратуре. Достоинства: очень высокая надежность хранения информации, низкая стоимость носителя в расчете на единицу информации (по сравнению с дискетами). Гарантия сохранения данных: 70 лет.
Основной недостаток: сравнительно малый объём памяти при высокой стоимости устройства.
4. Устройства обмена данными
Сетевая карта — устройство для обмена информацией между компьютерами, соединёнными в сеть.
Модем. Устройство, предназначенное для обмена информацией между удаленными компьютерами по каналам связи, принято называть модемом (МОдулятор + ДЕМодулятор).
Конструктивно модем может быть выполнен в виде платы или внешнего устройства.
К основным потребительским параметрам модемов относятся:
• поддерживаемые протоколы связи и коррекции ошибок.
От производительности модема зависит объем данных, передаваемых в единицу времени.
Одной из основных характеристик модема является скорость модуляции. Она определяет физическую скорость передачи данных (без учета исправления ошибок и сжатия данных), единицей измерения является бит/сек.