Реферат: Федеральное агентство по образованию воронежский государственный промышленно-гуманитарный колледж

Федеральное агентство по образованию




воронежский государственный

промышленно-гуманитарный колледж


Д. С. Решетников


Периферийные устройства


утверждено

методическим советом колледжа

в качестве учебного пособия

для студентов специальностей 230101 «Вычислительные машины, комплексы, системы и сети», 230103 «Автоматизированные системы обработки информации и управления (по отраслям)»,

^ 230106 «Техническое обслуживание средств вычислительной техники и компьютерных сетей»



ВОРОНЕЖ



2009



ББК 32.973.26-04

Р47


Печатается по решению методического совета

Воронежского государственного

промышленно-гуманитарного колледжа




Р47

Решетников Д. С.

Периферийные устройства : учеб. пособие : для студентов специальностей 230101 «Вычисл. машины, комплексы, системы и сети», 230103 «Автомат. системы обработки информ. и упр. (по отраслям)», 230106 «Техн. обслуживание средств вычисл. техники и компьютер. сетей» / Д.С. Решетников ; Федер. агентство по образованию, Воронеж. гос. пром.-гуманитар. колледж. – 2-е изд., испр. и доп. – Воронеж : ВГПГК, 2009. – 157 с.

Пособие поможет студентам разобраться в особенностях современных ПК, используемых в них компонентов, а также периферийных устройств. Подробно описываются все составляющие аппаратного обеспечения – от материнской платы до монитора и клавиатуры. Приведены сведения о возможностях новых высокопроизводительных устройств и наиболее эффективных методах их использования.

Предназначено для студентов средних специальных учебных заведений, обучающихся по специальностям 230101, 230103, 230106. Может быть использовано студентами других специальностей, изучающих информационные технологии в профессиональной деятельности.

ББК 32.973.26-04




©

©



Решетников Д.С., 2009

Воронежский государственный промышленно-гуманитарный колледж, 2009

ОГЛАВЛЕНИЕ
ОГЛАВЛЕНИЕ 4

Предисловие 8

Глава 1 11

АРХИТЕКТУРА 11

ПЕРСОНАЛЬНОГО КОМПЬЮТЕРА 11

1.1. Принципы работы персонального компьютера 13

1.2. Материнская плата и ее компоненты 14

1.3. Понятие чипсета материнской платы 15

1.4. Шины расширения персонального компьютера 16

1.4.1. Шина ISA (Industry Standard Architecture) 17

1.4.2. Шина PCI (Peripheral Component Interconnect) 18

1.4.3. Шина AGP (Accelerated Graphics Port) 19

1.4.4. Шина PCI–E (PCI Express) 20

1.5. Разъемы для подключения внешних устройств 22

1.5.1. Разъемы для подключения клавиатуры и мыши 22

1.5.2. Разъемы последовательных портов СОМ 22

1.5.3. Разъем параллельного порта LPT 23

1.5.4. Разъемы последовательной шины USB 23

1.5.5. Разъем последовательной шины FireWire 24

1.5.6. Разъем инфракрасного порта IRDA 25

1.5.7. Интерфейс беспроводной связи Bluetooth 25

1.5.8. Другие внешние интерфейсы 27

1.6. Классификация периферийных устройств 27

Контрольные вопросы 28

Глава 2 30

ВНЕШНИЕ ЗАПОМИНАЮЩИЕ УСТРОЙСТВА 30

2.1. Накопитель на гибких магнитных дисках (НГМД) 32

2.1.1. Устройство и принцип работы дисковода 32

2.1.2. Типы дисководов 34

2.1.3. Другие дисковые носители информации 35

2.2. Накопитель на жестких магнитных дисках (НЖМД) 36

2.2.1. Устройство и принцип работы жесткого диска 36

2.2.2. Принцип работы винчестера 38

2.2.3. Метод адресации данных в НЖМД 39

2.2.4. Интерфейсы винчестеров 40

2.2.5. Контроллеры жестких дисков 50

2.2.6. Критерии выбора накопителей на жестких дисках 51

2.3. Твердотельные накопители 52

2.4. Оптические накопители 57

2.4.1. Устройство и принципы работы CD–ROM 58

2.4.2. Виды и характеристики оптических приводов 60

2.4.3. Накопители CD–RW 61

2.4.4. Типы записываемых и перезаписываемых DVD 63

Контрольные вопросы 67

Глава 3 70

УСТРОЙСТВА 70

ВВОДА ИНФОРМАЦИИ 70

3.1. Клавиатура 72

3.1.1. Устройство и конструкция клавиатуры 72

3.1.2. Принцип действия клавиатуры 73

3.2. Манипуляторные устройства ввода 75

3.2.1. Принцип действия манипулятора «мышь» 75

3.2.2. Трекбол, трекпоинт, сенсорная панель 77

3.2.3. Джойстики и игровые планшеты 79

3.3. Сканер и другие устройства ввода изображений 80

3.3.1. Устройство и принцип работы сканера 80

3.3.2. Технические характеристики сканеров 83

3.3.3. Web-камера 85

3.3.4. Цифровой фотоаппарат 86

Контрольные вопросы 90

Глава 4 91

УСТРОЙСТВА 91

ВЫВОДА ИНФОРМАЦИИ 91

4.1. Принтеры 93

4.1.1. Устройство и принцип работы принтера 93

4.1.2. Матричные принтеры 94

4.1.3. Струйные принтеры 98

4.1.4. Лазерные принтеры 100

4.1.5. Термические принтеры 102

4.1.6. Термосублимационные принтеры 103

4.1.7. Твердочернильные принтеры 106

4.2. Плоттеры 108

Контрольные вопросы 111

Глава 5 113

АУДИОСИСТЕМА 113

ПЕРСОНАЛЬНОГО КОМПЬЮТЕРА 113

5.1. Звуковая плата 115

5.1.1. Устройство и принципы работы звуковой платы 116

5.1.2. Оценка качества звуковых плат 119

5.1.3. Интегрированные звуковые платы 121

5.2. Акустические системы 121

5.3. Микрофоны 124

5.4. Современные технологии звука 125

Контрольные вопросы 128

Глава 6 130

ВИДЕОСИСТЕМА 130

ПЕРСОНАЛЬНОГО КОМПЬЮТЕРА 130

6.1. Монитор 132

6.1.1. Классификация мониторов 132

6.1.2. Монитор с электронно-лучевой трубкой 133

6.1.3. Жидкокристаллический монитор 135

6.1.4. Критерии выбора мониторов 137

6.2. Видеоплата 140

6.2.1. Устройство и принцип работы видеоплаты 141

6.2.2. Технологии объединения видеокарт 143

6.2.3. Интегрированные видеоплаты 145

Контрольные вопросы 146

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 148

СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 149

Русак И.М. Технические средства ПЭВМ / И.М. Русак. – Минск : Вешлин, 2006. 149

СЛОВАРЬ ТЕРМИНОВ 150



Предисловие

Учебное пособие предназначено для студентов, преподавателей и читателей, которые собираются модернизировать, поддерживать и устранять неисправности в персональных компьютерах (ПК). Здесь рассматривается широкий диапазон PC-совместимых компьютеров – описываются практически все аппаратные компоненты, устройства и аксессуары, при использовании которых современный ПК становится более удобным, быстродействующим и эффективным.

В нем также рассматриваются технологии шин PCI и PCI-Express, накопители CD/DVD–ROM, накопители, звуковые платы, интерфейсы IDE, SATA и SCSI, быстродействующие накопители на жестких дисках большой емкости, новые возможности видеоадаптеров и мониторов и др.

Учебное пособие состоит из шести глав, каждая из которых содержит несколько подглав. В первой главе «Архитектура персонального компьютера» читатели найдут актуальную информацию по основным компонентам современного персонального компьютера.

Во второй главе «Внешние запоминающие устройства» рассмотрены интерфейсы, принципы работы дисковода и жестких дисков, принципы формирования RAID-массивов жестких дисков и теоретические аспекты их функционирования. В последней части главы приведена классификация современных накопителей на оптических дисках, а также описание наиболее распространенных стандартов записываемых и перезаписываемых оптических носителей.

В третьей главе «Устройства ввода информации» отражен широкий спектр аппаратных интерфейсных устройств, применяемых для реализации взаимодействия ПК и пользователя. Помимо информации о двух наиболее распространенных типах HID-устройств: клавиатур и мышей, читатели смогут почерпнуть сведения об устройстве и особенностях конструкции трекболов и т. д. Подробно рассмотрены устройство и особенности эксплуатации планшетных сканеров, занимающих доминирующие позиции на рынке. Кроме того, приведена общая информация о веб–камерах и цифровых фотоаппаратах.

В четвертой главе «Устройства вывода информации» дана общая классификация принтеров и технологий печати. Подробно рассмотрены особенности матричных, электрографических (лазерных и светодиодных) и струйных принтеров, являющихся на сегодняшний день наиболее распространенными типами печатающих устройств. Уделено внимание описанию термических и сублимационных принтеров. В заключение описываются плоттеры, которые становятся все более популярными.

В главе «Аудиоусистема персонального компьютера» рассказывается о звуковых картах, об интегрированных звуковых подсистемах современных компьютеров и внешних звуковых адаптерах.

В шестой главе «Видеосистема персонального компьютера», речь идет о мониторах и видеоплатах. Детально рассмотрены различные модели ЭЛТ- и ЖК-мониторов, а также их основные характеристики. Приведена информация об особенностях и конструктивных отличиях ЖК-панелей разных типов. Далее рассматриваются принципы работы ЗD-карт и технологии формирования трехмерного изображения. Кроме того, приведена информация о современных моделях видеоадаптеров, построенных на базе графических процессоров NVIDIA и ATI. Уделено внимание критериям выбора видеосистемы.

В словаре терминов содержатся толкования аббревиатур, принятых в индустрии персональных компьютеров, применимые к периферийным устройствам.


^ Глава 1


АРХИТЕКТУРА ПЕРСОНАЛЬНОГО КОМПЬЮТЕРА




^ 1.1. Принципы работы персонального компьютера

Все блоки компьютера связаны между собой при помощи системной шины (системная магистраль), основная задача которой – передача информации (данные, адреса и управляющие сигналы) между процессором и остальными компонентами компьютера. Основной характеристикой является разрядность (разрядность адресной шины и шины данных). Объединение устройств определенной шиной (например, шиной данных или адреса) приводит к тому, что все эти устройства могут обмениваться друг с другом по шине любыми данными. Физически шина – это система печатных проводников на материнской плате.

Для того чтобы ускорить работу компьютера, системная шина была разделена на «шину адреса» и «шину данных». По шине адреса передаются данные о логическом адресе размещаемых данных, а по шине данных – сами данные. Это позволяет передавать следующий адрес в то время, когда по шине данных еще происходит передача информации. «Шина управления» служит для передачи управляющих сигналов.

Для характеристики любой шины, применяются следующие параметры:

1. ^ Пропускная способность – это наибольшее количество данных, которое можно передать по шине. Пропускная способность любой шины зависит от ее рабочей частоты (чем выше частота, тем выше пропускная способность), а также от разрядности.

2. ^ Частота шины – это частота, на которой процессор работает со всеми внешними для него устройствами. Частота системной шины измеряется в гигагерцах (ГГц) или мегагерцах (МГц).

3. Разрядность шины адреса определяет максимальное общее количество доступной памяти (так называемое адресное пространство процессора)

^ 4. Разрядность шины данных – максимальную порцию информации, которую можно получить из памяти за один рабочий такт.

Таким образом, открытая архитектура – это архитектура, основу которой составляет ряд решений интерфейсов и шин, предназначенных для объединения самых различных устройств в единую систему. Любой персональный компьютер состоит из следующих функциональных блоков:

материнская плата;

центральный процессор;

основная память;

периферийные устройства.



^ 1.2. Материнская плата и ее компоненты

Материнская плата (системная плата) – получила свое название от соответствующих английских слов «motherboard» и «system board». На ней устанавливаются все необходимые для работы компьютера устройства: центральный процессор, оперативная память, микросхема BIOS, обслуживающая логика и т. д. Применительно к материнским платам встречаются такие понятия, как форм-фактор и чипсет.

Форм-фактор характеризует физическую конструкцию материнской платы: габариты, расположение соединительных разъемов, способы питания. Он позволяет ввести различия между стандартами компьютера. Наиболее распространены форм-факторы AT, АТХ и BTX.

Чипсет – это набор микросхем составляющих «скелет» материнской платы. Функционально компоненты, входящие в состав чипсета, являются единой электронной схемой.

^ Обязательными компонентами любой материнской платы являются: чипсет, разъемы для подключения процессора, модулей оперативной памяти, жестких дисков, плат расширения, дисковода, а также различные вспомогательные элементы вроде стабилизатора напряжения, фильтрующих конденсаторов и т. д.

Для подключения к ней периферийных устройств (клавиатуры, мыши, жестких дисков) служат специальные схемы, которые оформляются в виде отдельных плат или располагаются на материнской плате. Они называются контроллерами. Отдельные платы (платы расширения) – подключаются к общей системе при помощи специальных разъемов на материнской плате, которые называются слотами, а к их внешним разъемам подключают внешние устройства. Внешние разъемы обычно называют портами ввода/вывода. Таким образом, все устройства подключаются к системной шине не напрямую, а посредством контроллеров.

Шина расширения – шина, предназначенная для подключения тех устройств, которые расширяют стандартные возможности компьютера, например, для подключения звуковой платы.

Порт ввода/вывода – представляет собой устройство сопряжения в архитектуре компьютера, через которое можно ввести данные из периферийного устройства или вывести их.

Контроллер ввода/вывода – устройство, которое обслуживает разнообразные внешние устройства, такие как принтер, клавиатура, мышь и т. п. Подключение их к системной шине осуществляется через порт. Различают параллельные и последовательные порты.

Параллельный порт позволяет передать за один рабочий такт, по крайней мере, один байт, поэтому все составляющие байта передаются одновременно, параллельно.

Последовательный порт содержит для передачи данных только одну пару проводников, и потому биты, составляющие сигнал, проходят через порт последовательно.

^ 1.3. Понятие чипсета материнской платы

Чипсет служит для обеспечения обмена данными между центральным процессором и периферийными устройствами. Он позволяет организовать совместную работу самых разнообразных устройств, обладающих несовместимыми техническими параметрами.

^ Южный мост и северный мост – две самые главные части любого чипсета.

Северный мост (Northbridge) отвечает за работу с процессором, памятью и видеоадаптером. Северный мост определяет частоту системной шины, возможный тип оперативной памяти, ее максимальный объем и скорость обмена информацией с процессором.

^ Южный мост (Southbridge) – это микросхема, которая обеспечивает взаимодействие центрального процессора и жесткого диска, картами PCI, PCI–Express, интерфейсами IDE, SATA, USB и др. В отличие от северного моста, южный мост обычно не подключён напрямую к процессору (CPU).

От возможностей чипсета зависят следующие параметры персонального компьютера:

тип и диапазон тактовых частот поддерживаемого процессора;

максимальный объем кэш-памяти второго уровня, установленной на процессоре;

максимальный объем кэшируемой основной памяти;

тип, максимальный объем и количество поддерживаемых модулей памяти;

поддерживаемая спецификация интерфейса АТА и многое другое.

Термин интегрированный чипсет означает наличие встроенных функций, которые обычно реализуются в виде плат расширения. Например, интегрированный звук или сетевой контроллер. Отличительная черта такого решения – значительное уменьшение производительности компьютера.

^ 1.4. Шины расширения персонального компьютера

История шин расширения начинается с первого компьютера IBM PC и его единственной шины ISA.

В дальнейшем появляется ряд различных модификаций этой шины – EISA (Extended ISA) и VLB (VESA Local Bus).

Единственным способом реального повышения производительности стала разработка принципиально новой шины расширения. Работа в этом направлении привела к появлению шины PCI, а в дальнейшем шины для подключения видеоплат AGP (Accelerated Graphics Port). Последней появилась шина PCI–Express.

Тип слота шины несложно определить визуально: он имеет строго отличные размеры и цвет используемого пластика.
^ 1.4.1. Шина ISA (Industry Standard Architecture)

Впервые шина ISA появилась на компьютерах IBM PC/XT
в 1981 г. Это 8-битная шина с тактовой частотой 4,77 МГц и скоростью передачи данных 4,77 МБ/с. Разъём состоит (рис. 1.1) из 62 контактов, из них: 8 – для данных, 20 – линии адреса, 6 – для прерываний от IRQ2 до IRQ7.




Рис. 1.1. Возможное расположение разъемов ISA/EISA
относительно разъемов шин PCI и AGP


В 1984 г. шина была усовершенствована и стала передавать 16 бит данных за такт, тактовая частота увеличена до 8 МГц, размер адресуемой памяти – с 4 до 16 МБ. Разъём увеличен на 36 контактов, при этом он совместим с 8-битными картами расширения, под данные теперь отводится 16, под адрес – 24 и под прерывания – 11 линий шины. Шина снята с производства в 1999 г.

Особенностью этой шины является простота ее работы, что позволяет самостоятельно создавать нестандартные устройства и смело использовать их в составе персонального компьютера.

Технические характеристики:

– рабочая частота – 8,33 МГц;

– разрядность – 8 или 16 бит.

Конструктивно шина выполнена в виде 1–2 щелевых разъемов, каждый из которых разделен на две части. Первая часть (расположенная ближе к краю материнской платы) является
8-битной частью (62 контакта), а вторая представляет собой
16-битное расширение шины (36 контактов).

Для изготовления шины ISA обычно применяется черный пластик.

1.4.2. Шина PCI (Peripheral Component Interconnect)

В 1992 г. фирмой «Intel» создается первая версия шины PCI Она имела тактовую частоту 33 МГц, могла быть 32- или 64-битной, а устройства работали с сигналами в 5 или 3,3 В. Теоретически пропускная способность шины 133 Мбайт/с, однако реально она составляла около 80 Мбайт/с.


^ Спецификации PCI

Спецификация PCI

Дата
выпуска

^ Основные изменения

PCI 1.0

Июнь 1992 г.

Оригинальная 32/64-разрядная спецификация

PCI 2.0

Апрель
1993 г.

Определенные соединители и платы расширения

PCI 2.1

Июнь 1995 г.

Рабочая частота 66 МГц, порядок групповых операций, изменение времени задержек

PCI 2.2

Январь
1999 г.

Управление режимом электропитания, механические изменения

PCI–X

Сентябрь 1999 г.

Рабочая частота 133 МГц, дополнение к спецификации 2.2

Mini-PCI

Ноябрь
1999 г.

Уменьшенный форм-фактор плат, дополнение к спецификации 2.2

PCI 2.3

Март 2002 г.

Напряжение 3,3 В, предназначена для низкопрофильных плат расширения


В 1995 г. появляется версия PCI 2.1 (ещё одно название – «параллельная шина PCI»), которая обеспечила передачу данных с частотой 66 МГц и максимальную скорость передачи в 533 МБ/с (для 64-битного варианта с частотой 66 МГц). Кроме того, эта шина уже была поддержана на уровне ОС Windows 95 (технология Plug and Play).

Plug and Play – технология, предназначенная для быстрого определения и конфигурирования устройств в компьютере. Разработана фирмой Microsoft при содействии других компаний.

Технические характеристики:

– рабочая частота – 33,3 или 66,6 МГц;

– разрядность – 32 или 64 бит;

– пропускная способность – 133 Мбайт/с (стандартная), 266 Мбайт/с (частота 66 МГц) и 533 Мбайт/с (64–бит, 66 МГц).

Действующая в настоящее время спецификация шины PCI 2.3 поддерживает платы расширения с напряжениями питания как
3,3 В, так и 5 В. Тип платы при этом определяется расположением ключей.

Для изготовления разъемов шины РСI используется белый пластик.

^ 1.4.3. Шина AGP (Accelerated Graphics Port)

В 1997 г. компанией «Intel»,была разработана 32-битная системная шина для видеокарты. Она появилась одновременно с чипсетами для процессора Intel Pentium II. Основной задачей разработчиков было увеличение производительности и уменьшение стоимости видеокарты за счёт уменьшения количества встроенной видеопамяти.

Шины AGP (рис. 1.2) напрямую подключены к блоку управления основной памятью. Такой подход позволил организовать быстрое переключение доступа к памяти между центральным процессором и видеосистемой.





Рис. 1.2. Разъемы AGP 1x/2x, AGP 4x и AGP Pro
в сравнении друг с другом


Технические характеристики:

– рабочая частота – 66,6 МГц;

– разрядность шины – 64 бит;

– пропускная способность в зависимости от режима работы: 266 (1х), 533 (2х) или 1066 (4х), 2133 (8х) Мбайт/с (данные от видеоплаты на системную шину передаются со скоростью 533 Мбайт/с).

Для изготовления разъема шины AGP используется пластик коричневого цвета.

^ 1.4.4. Шина PCI–E (PCI Express)

Разработана компанией PCI–SIG в 2002 г. Пришла на смену шине AGP. В отличие от шины PCI, использовавшей для передачи данных общую шину, PCI Express (рис. 1.4.3) в общем случае является пакетной сетью с топологией типа «звезда».

Устройства PCI Express взаимодействуют через среду, образованную коммутаторами, при этом каждое устройство напрямую связано соединением типа «точка – точка» с коммутатором.




Рис. 1.3. Разъемы PCI–Express


Кроме того, шиной PCI Express поддерживается:

горячая замена карт;

гарантированная полоса пропускания (QoS);

управление энергопотреблением;

контроль целостности передаваемых данных.

Шина PCI Express х16 используется для подключения современных видеоплат.

Технические характеристики:

– рабочая частота – 2500 МГц;

– разрядность шины – 64 бит;

– пропускная способность – до 16 Гбайт/с (PCI Express х16) и до 32 Гбайт/с (PCI Express х32).

Для изготовления разъема шины используется пластик коричневого цвета.

^ 1.5. Разъемы для подключения внешних устройств

Все устройства, электронная схема которых расположена вне системного блока и размещена в отдельном корпусе, называются внешними устройствами. Это такие устройства, как клавиатура, мышь, принтер, сканер и т. п. Схема контроллеров всех указанных устройств, как правило, интегрирована в материнскую плату.

^ 1.5.1. Разъемы для подключения клавиатуры и мыши

Для подключения клавиатуры используется три типа разъемов – AT, PS/2 и USB:

Разъем AT представляет собой толстый круглый 5-контакт­ный разъем. Применяется в компьютерах форм-фактора AT.

Разъем PS/2 представляет собой тонкий круглый 6-контакт­ный разъем. Такой же разъем применяется для подключения мыши, поэтому для них используется разная цветовая маркировка: фиолетовый цвет для клавиатуры и зеленый цвет для мыши.

^ 1.5.2. Разъемы последовательных портов СОМ

Communication Port («порт связи») представляет собой последовательный порт для подключения мыши, внешнего модема и
т. п. Очень часто обозначается как RS–232C. COM-порт обеспечивает максимальную скорость передачи данных – 115 200 бит/с. Пересылка данных по линии последовательного порта осуществляется побитно, друг за другом, при этом возможен обмен данными в двух направлениях. Современные системы поддерживают до четырех СОМ-портов, а для их обслуживания выделено всего два прерывания.

Разъемы СОМ-порта представляют собой 9-контактные двухрядные разъемы DB–9P. Обычно на материнской плате выведено два разъема СОМ1 (COM3) и COM2 (COM4), при этом к каждому порту может быть подключено только одно устройство.

Контроллер последовательных портов может быть представлен микросхемой с маркировкой 16550А UART (Universal Asynchronous Receiver/Transmitter).

^ 1.5.3. Разъем параллельного порта LPT

Порт LPT (Line Printer) предназначен для подключения принтеров, сканеров, ключей типа HASP и других устройств, совместимых с интерфейсом Centronics, который используется для организации работы параллельного порта.

Современные системы поддерживают два LPT-порта (LPT1–LPT2), но на внешние разъемы выведен только один порт. Режимы работы SPP, ЕРР и ЕСР являются расширением стандарта IEEE–1284.

Интерфейс Centronics использует стандартный 36-контактный разъем с двухрядным расположением выводов. Соединительные кабели имеют от 18 до 25 проводников, на материнской плате форм-фактора АТХ устанавливается 25-контактный разъем DB–25S. Интерфейс обеспечивает скорость передачи данных до 2 Мбит/с.

^ 1.5.4. Разъемы последовательной шины USB

Порт USB (Universal Serial Bus) предназначен для подключения практически любых периферийных устройств, но наиболее распространены такие устройства, как сканеры, принтеры, клавиатуры и мыши.

Шина поддерживает работу 127 устройств, подключенных последовательно, при этом пиковая пропускная способность одного контроллера ограничена величиной 480 Мбит/с (60 Мбайт/с). Обеспечивает возможность «горячего» подключения.

Спецификации для USB 1.0 были представлены в ноябре
1995 г. Разработка USB поддерживалась «Intel», «Microsoft», «Philips» и «US Robotics». В настоящее время используется спецификация, выпущенная в апреле 2000 г. USB 2.0 отличается от USB 1.1 введением режима Hi–speed. Для устройств USB 2.0 регламентировано три режима работы:

Low–speed, 10–1500 Кбит/c (используется для интерактивных устройств: клавиатур, мышей, джойстиков).

Full–speed, 0,5–12 Мбит/с (аудиоустройства, принтеры).

Hi–speed, 25–480 Мбит/с (видеоустройства, устройства хранения информации).

USB 3.0 находится на финальных стадиях разработки. Созданием USB 3.0 занимаются компании «Intel», «Microsoft», «Hewlett–Packard», «Texas Instruments», «NEC» и «NXP Semiconductors». Разработчики обещают сохранить полную совместимость со всеми предыдущими спецификациями USB. Пиковая пропускная способность USB 3.0 составит 4,8 Гбит/с.

Финальная спецификация USB 3.0 появится в 2009 г., а оборудование, поддерживающее новую спецификацию, – в 2009–2010 годах.

Разъемы для подключения USB-устройств на платах форм–фактора АТХ обязательно выведены на заднюю панель, на самой материнской плате есть штырьковые разъемы для подключения дополнительной пары внешних разъемов.

Если материнская плата принадлежит к форм-фактору AT, то поддержка шины USB, скорее всего, ограничена только наличием на плате штырьковых разъемов.

^ 1.5.5. Разъем последовательной шины FireWire

IEEE 1394 (FireWire, i-Link) – последовательная высокоскоростная шина, предназначенная для обмена цифровой информацией между компьютером и другими электронными устройствами.

В конце 1995 г. IEEE принял стандарт под порядковым номером 1394. В цифровых камерах «Sony» интерфейс IEEE 1394 появился раньше принятия стандарта под названием iLink.

Интерфейс первоначально предназначался для передачи видеопотоков, но вскоре стал использоваться и производителями внешних накопителей, т. к. обеспечивает высокую пропускную способность для современных высокоскоростных дисков. Сегодня многие системные платы, а также почти все современные модели ноутбуков поддерживают этот интерфейс.

Появившийся в 2006 г. стандарт 1394с позволяет использовать кабель Cat 5e от Ethernet. Возможно использовать параллельно с Gigabit Ethernet, т. е. использовать две логические и друг от друга не зависящие сети на одном кабеле. Максимальная заявленная длина – 100 м, максимальная скорость – 800 Мбит/с, поддерживает подключение до 63 параллельно работающих устройств.

^ 1.5.6. Разъем инфракрасного порта IRDA

Подавляющее большинство портативных цифровых устройств, таких как ноутбуки, цифровые фотокамеры, мобильные телефоны, а также некоторые модели сканеров и принтеров, имеют инфракрасный порт. Данная технология была особо популярна в конце 1990-х – начале 2000-х годов. В данное время практически вытеснена более современными способами связи, такими как Wi-Fi и Bluetooth.

Вопреки распространенному мнению, основной причиной отказа от IrDA была вовсе не низкая скорость передачи данных, а ограниченная дальность действия и требования прямой видимости пары приемник – передатчик. Скоростные возможности, напротив, до сих пор в несколько раз превышают, например, возможности последней, на сегодняшний момент, версии протокола Bluetooth (спецификация 2.0). Скоростной потенциал USB позволяет реализовать модификацию протокола Fast IrDA со скоростью передачи данных 4 Мбит/с, в то время как стандартный последовательный порт накладывает ограничение на скорость (115 200 бит/с).

^ 1.5.7. Интерфейс беспроводной связи Bluetooth

Bluetooth – спецификация беспроводных персональных сетей (WPAN – Wireless Personal Area Network), обеспечивает обмен информацией между такими устройствами, как карманные и обычные персональные компьютеры, мобильные телефоны, ноутбуки, принтеры, цифровые фотоаппараты, мыши, клавиатуры, джойстики, наушники, гарнитуры на надёжной, недорогой, повсеместно доступной радиочастоте для ближней связи. Bluetooth позволяет этим устройствам сообщаться, когда они находятся в радиусе до 10–100 м друг от друга (дальность очень зависит от преград и помех), даже в разных помещениях.


Класс

Максимальная мощность, мВт

Максимальная мощность, дБм

^ Радиус действия (приблизительно), м

1

100

20

100

2

2,5

4

10

3

1

0

1

Эта спецификация была разработана компанией «Ericsson», позднее оформлена группой «Bluetooth Special Interest Group» (SIG). SIG была официально объявлена 20 мая 1999 г. Она была основана «Sony Ericsson», «IBM», «Intel», «Toshiba» и «Nokia», а затем множество других компаний, включая «Microsoft», «Lenovo» и «Motorola», вступили в неё как ассоциированные члены.

Устройства версий 1.0 (1998) и 1.0B имели плохую совместимость между продуктами различных производителей. В них была обязательной передача адреса устройства (BD_ADDR) на этапе установления связи, что делало невозможной реализацию анонимности соединения на протокольном уровне и было основным недостатком данной спецификации.

В Bluetooth 1.1 было исправлено множество ошибок, найденных в 1.0B, добавлена поддержка для нешифрованных каналов, индикация уровня мощности принимаемого сигнала (RSSI). В версии 1.2 была добавлена технология адаптивной перестройки рабочей частоты (AFH), что улучшило сопротивляемость к электромагнитной интерференции (помехам) путём использования разнесённых частот в последовательности перестройки.

Также увеличилась скорость передачи и добавилась технология eSCO, которая улучшала качество передачи голоса путём повторения повреждённых пакетов. В HCI добавилась поддержка трехпроходного интерфейса UART.

Bluetooth версии 2.0 (2004) полностью совместим с версиями 1.x. Основным нововведением стала поддержка EDR (Enhanced Data Rate), что позволило повысить скорость передачи до 2,1 Мбит/с.

В Bluetooth версии 2.1 (2007 г.) добавлена технология расширенного запроса характеристик устройства (для дополнительной фильтрации списка при спаривании), энергосберегающая технология Sniff Subrating, которая увеличивает продолжительность работы устройства от одного заряда аккумулятора в 3–10 раз. Кроме того, обновленная спецификация существенно упрощает и ускоряет установление связи между двумя устройствами, позволяет обновлять ключ шифрования без разрыва соединения, а также делает указанные соединения более защищёнными благодаря использованию технологии Near Field Communication.
^ 1.5.8. Другие внешние интерфейсы

ACR – Advanced Communications Riser – специальный разъем для подключения «облегченных», за счет чипсета материнской платы, сетевых, аудио- и модемных плат, а также USB-контрол­леров.

AMR – Audio Modem Riser, предназначен для установки голосового программного модема.

CNR – Communication and Network Riser, предполагает установку программной сетевой платы.

SCR – Smart Card Reader, предназначен для устройства считывания так называемых Smart-карт, применяемых в качестве накопителя информации в цифровых камерах.

^ 1.6. Классификация периферийных устройств

Периферийное устройство – это устройство, входящее в состав внешнего оборудования микроЭВМ, служащее для расширения ее стандартных возможностей.

В настоящее время распространено множество разнообразных периферийных устройств, поэтому можно считать, что периферия – это всё то, что подключается к материнской плате через шину расширения, внешний интерфейс или контроллер ввода-вывода.

Периферийными устройствами не могут считаться материнская плата, блок питания, оперативная память и центральный процессор, без которых работа компьютера невозможна.

Таким образом, можно выделить основные функциональные классы периферийных устройств:

– внешние запоминающие устройства (дисководы, винчестеры, оптические приводы, твердотельные накопители и т. д.);

– устройства ввода информации (клавиатуры, мыши, джойстики, трекболы, сканеры, цифровые фотоаппараты и т. д.);

– устройства вывода информации (принтеры, плоттеры и т. д.);

– звуковая система (аудиоплаты, акустические системы, FM-тюнеры, микрофоны, наушники и т. д.);

– видеосистема (видеоплаты, мониторы, ТВ-тюнеры и т. д.);

– сетевые устройства (модемы, сетевые платы, повторители
и т. д.);

– остальные устройства (USB-игрушки, лампы, ионизаторы воздуха и т. д.).


^ Контрольные вопросы

1. Что такое пропускная способность системной шины?

2. Опишите параметры, характеризующие материнскую плату.

3. Что такое шина расширения? Порт ввода-вывода?

4. Опишите основные части чипсета.

5. Какие параметры ПК зависят от возможностей чипсета?

6. Перечислите основные шины расширения.

7. Какая технология используется в работе шины PCI?

8. Опишите технические параметры шин ISA, PCI, AGP, PCI–E.

9. Каково назначение шины AGP?

10. Соотнесите цвет шин расширения с их наименованием.

11. Какие разъемы используются для подключения клавиатуры и мыши?

12. Каково назначение последовательного порта COM?

13. Какие режимы работы поддерживает порт LPT?

14. Назовите режимы работы шины USB.

15. Назовите скорости работы инфракрасного порта IrDA.

16. Приведите спецификацию BlueTooth.

Глава 2 ^ ВНЕШНИЕ ЗАПОМИНАЮЩИЕ УСТРОЙСТВА




2.1. Накопитель на гибких магнитных дисках (НГМД)


^ 2.1.1. Устройство и принцип работы дисковода

Работа дисковода (рис. 2.1) начинается с установки дискеты. Дискета размещается в специальной раме, которая позволяет неподвижно зафиксировать диск относительно считывающего устройства. В это время защитная шторка отодвигается, открывая тем самым доступ к прорезям конверта. Одновременно с этим рама со вставленной дискетой снимается со стопора и опускается вниз.

На большинстве дисководов скорость опускания рамы не ограничена, из–за чего головки наносят удар по поверхностям дискеты, а это сильно сокращает срок их надежной работы. В некоторых моделях дисководов (Теас, Panasonic, ALPS) предусмотрен замедлитель – микролифт, для плавного опускания рамы.





Рис. 2.1. Дисковод для гибких магнитных дисков


Шпиндель плоского многополюсного двигателя входит в центральное отверстие дискеты, после чего специальная шпилька попадает в прямоугольное позиционирующее отверстие диска. За счет движения этой шпильки впоследствии будет задаваться вращение носителя с постоянной скоростью 300 об/мин, которая контролируется и при необходимости регулируется при помощи электроники, расположенной на печатной плате дисковода. Одновременно освобождается верхняя головка, которая под действием пружины прижимается к верхней поверхности диска с нанесенным на него магнитным материалом.

Для определения момента, когда дискета зафиксирована внутри дисковода и готова к работе, применяется специальный датчик, который выдает сигнал готовности сразу же после установки диска в рабочее положение. В большинстве моделей дисководов сигнал от этого датчика вызывает кратковременный запуск шпиндельного двигателя с целью более полной фиксации дискеты на вращающем механизме. В дальнейшем шпиндельный двигатель начинает вращаться каждый раз, когда происходит обращение к диску.

Следующий шаг после установки дискеты в механизм дисковода – это определение ее свойств. Для этого служат два датчика, один из которых определяет необходимую плотность записи данных, а другой – включена или нет защита от записи на диск. Датчики могут быть либо механическими, представляющими собой миниатюрные переключатели, либо оптическими, устроенными по принц