Внешние устройства ЭВМ

ВНЕШНИЕ УСТРОЙСТВА ЭВМ, аппаратные средства (часто конструктивно отделённые от основного блока ЭВМ), расширяющие функциональные возможности ЭВМ за рамки вычислительных операций процессора и работающие под её управлением. В основном предназначены для хранения информации и обмена данными между ЭВМ и объектами внешней среды (пользователями, объектами управления и др.). Как правило, внешние устройства ЭВМ делят на устройства внешней памяти (накопители), устройства ввода-вывода, устройства связи.

Накопители служат для длительного хранения данных (например, программ, результатов расчётов, текстов), по сравнению с оперативным запоминающим устройством характеризуются большим объёмом хранимой информации и низким быстродействием. Накопитель состоит из одного или нескольких (например, накопитель на жёстких магнитных дисках - НЖМД) физического носителей данных, головки записи и считывания (для накопителей воспроизводящего типа - только считывания) и одного или нескольких приводов, изменяющих положение головки относительно носителя. Нередко для работы с одним носителем используют сразу несколько головок чтения/записи (например, накопители на магнитных лентах - НМЛ).

По типу доступа к данным накопители делят на устройства с последовательным (для чтения/записи блока данных требуется просмотр всех предшествующих блоков) и произвольным (для чтения/записи нужного блока данных не требуется считывания всех предшествующих блоков) доступом. В накопителях с последовательным доступом (например, НМЛ) время доступа к блоку данных зависит от его местоположения. В современных НМЛ используют методы, позволяющие относительно быстро перемещать головку к заданному блоку данных (например, индексные метки). К современным стандартам НМЛ можно отнести LTO и VXA, первый из которых применяет линейную, а второй - винтовую (наклонную, helical scan) схему записи информации на ленте. Наиболее распространённый вид НМЛ - стримеры.

При произвольном (прямом) доступе время доступа к блоку данных не зависит от его местоположения на носителе. Наибольшее распространение получили НЖМД (или винчестеры) и накопители на оптических дисках (CD-ROM, DVD-ROM, получившие дальнейшее развитие в стандартах HD-DVD и Blue Ray). Широко распространённые в прошлом накопители на гибких магнитных дисках (НГМД, дискета) постепенно выходят из употребления. На смену им пришли оптические накопители с возможностью перезаписи (CD-RW, DVD-RW) и твердотельные накопители на основе флэш-памяти. К накопителям с произвольным доступом также относят магнитооптические диски, накопитель Бернулли, zip-дисководы, Floptical (НГМД с позиционированием головки по оптическим меткам) и др.

Устройства внешней памяти могут быть с постоянными или сменными носителями. Постоянный носитель является частью самого устройства и не может быть извлечён из него в процессе функционирования (например, жёсткие диски). Сменный носитель не является частью устройства и может устанавливаться в накопитель и извлекаться из него в процессе работы (например, стримеры, гибкие и оптические диски). Результаты расчётов могут быть сохранены на сменном носителе и перенесены на другую ЭВМ, поддерживающую тот же формат сменных носителей на физическом и логическом уровнях. Несменные накопители имеют более высокую скорость доступа к данным и предназначены для хранения той информации, которая чаще всего используется в работе (например, программ операционной системы, сервисных программ). Большинство современных накопителей энергонезависимы, что обеспечивает сохранение данных текущего сеанса работы с ЭВМ в случае отключения питания сети.

Устройства ввода-вывода осуществляют ввод данных в ЭВМ, вывод результатов вычислений, а также необходимые для этого преобразования данных. В первых ЭВМ ввод информации производился побитно посредством штекеров и переключателей, а вывод осуществлялся на цифровые индикаторы. Появившиеся позднее устройства ввода-вывода символьной информации с перфокарт и перфолент, электрические пишущие машинки, телетайпы, а также алфавитно-цифровые печатающие устройства обеспечили более высокую скорость обмена данными.

В современных ЭВМ для ввода данных чаще всего применяют клавиатуру и различные виды манипуляторов (мышь, трекбол, джойстик), а для вывода - индикаторные панели и видеодисплеи (мониторы). Системы планшетного ввода и графопостроители (плоттеры) позволяют работать с графической информацией. Используются также системы акустической связи с ЭВМ, включающие устройства распознавания и синтеза речевых сигналов. Ввод данных с печатных носителей осуществляется при помощи сканирующих устройств (планшетные, барабанные, ручные сканеры). Для вывода информации в виде твёрдой копии (например, на бумаге) применяют печатающие устройства (принтеры). Так называемые «объёмные принтеры» позволяют получать объёмные модели небольших объектов из специального пластика. В ручном или автоматическом режиме при помощи специального оборудования может осуществляться ввод трёхмерных моделей в память ЭВМ.

У современных специализированных ЭВМ (различного назначения) набор внешних устройств весьма широк (например, различные датчики, исполнительные устройства), и функции многих из них лишь условно могут быть определены как ввод-вывод. Например, бортовая ЭВМ летательного аппарата получает данные от гироскопов, радара, терминала системы глобального позиционирования и использует их для управления рулями курса и высоты, подачи топлива и пр.; ЭВМ кондиционера управляет скоростью вращения вентилятора и рабочим циклом компрессора на основании данных термометра и гигрометра. В качестве внешних устройств ЭВМ могут выступать сканеры штрих-кодов, видеопроектор, источник бесперебойного питания и др.

Устройства связи применяют для организации каналов передачи данных. На небольших расстояниях для подключения внешних устройств широко применяют специализированные последовательные шины USB и IEEE-1394 (FireWire). Для обеспечения одновременной работы большого числа последовательных или параллельных каналов ввода-вывода используют специализированные многопортовые коммуникационные платы, снабжённые специализированным процессором для эффективной организации прямого доступа к памяти (ПДП, от английский DMA - direct memory access). При ПДП передача данных по общей шине между оперативной памятью и периферийным устройством (например, жёстким диском) происходит без участия центрального процессора, что значительно ускоряет пересылку данных и снижает нагрузки на центральный процессор.

Для связи на больших расстояниях применяют разнообразные виды модемов, которые осуществляют передачу, приём и преобразование (в соответствии с выбранным стандартом - протоколом) цифрового сигнала в аналоговый (и обратно). Модемы делят на встраиваемые (реализуемые в виде платы расширения) и внешние (подключаемые к ЭВМ с помощью последовательного канала или шины USB). В качестве канала связи могут выступать телефонные линии, выделенные проводные или оптоволоконные линии, радиорелейные линии связи и др. Факс-модем, кроме текстов, может принимать и передавать факсимильные сообщения. К устройствам связи относят также шифраторы и дешифраторы, предназначенные соответственно для шифровки и расшифровки выходных и входных текстов.

Лит.: Авдеев В. А. Компьютеры: шины, контроллеры, периферийные устройства. М., 2001.