Для чего нужен существующие контроллеры ввода вывода
Контроллеры устройств ввода-вывода.
Устройства ввода-вывода состоят из двух частей – механической и электронной. Электронная часть устройства называется контроллером устройства. Часто он представляет собой печатную плату, вставляемую в слот расширения. Механическая часть находится в самом устройстве. Интерфейс между устройством и его контроллером должен удовлетворять какому-либо официальному стандарту ANSI, ISO, IEEE и т.д., либо фактическому стандарту, например, IDE или SCSI. Работа контроллера состоит в конвертировании последовательного потока битов в блоки байтов, а также коррекции ошибок. Обычно контроллер содержит несколько регистров, с помощью которых операционная система управляет устройствами, записывая или считывая из них данные. Некоторые устройства имеют даже буфер данных, например, видеопамять.
Существуют два альтернативных способа реализации доступа к управляющим регистрам и буферам данных устройств ввода-вывода. Первый способ – каждому управляющему регистру назначается номер порта ввода-вывода, 8- или 16-разрядное целое число. Таким образом центральный процессор может считывать управляющие регистры устройства в свой регистр или записывать содержимое своего регистра в регистр устройства ввода-вывода. При такой схеме адресные пространства оперативной памяти и устройств ввода-вывода не пересекаются (Рис. 30а).
Рис. 30. а) Раздельные адресные пространства, б) отображаемый на адресное пространство памяти ввод-вывод, в) гибрид.
Второй подход – в отображении всех управляющих регистров периферийных устройств на адресное пространство памяти (Рис. 30б). Каждому управляющему регистру назначается уникальный адрес в памяти. Такая система называется отображаемым на адресное пространство памяти вводом-выводом. Адреса отводятся обычно на вершине адресного пространства. Существуют также гибридные схемы с отображаемыми на адресное пространство памяти буферами данных и отдельными портами ввода-вывода. Эта схема широко применяется в IBM PC совместимых компьютерах на базе процессоров x86 и Pentium, где помимо портов ввода-вывода с номерами от 0 до 64 К адресное пространство оперативной памяти от 640 Кбайт до 1 Мбайт зарезервировано под буферы различных периферийных устройств.
Отображение управляющих регистров периферийных устройств на адресное пространство памяти имеет свои преимущества, главное из них состоит в том, что при такой схеме для обращения к устройствам ввода-вывода не требуются специальные команды процессора. Для общения с таким устройством можно использовать программы на С или С++ без обращений к подпрограммам, написанным на ассемблере. Более того, не требуется специального механизма защиты памяти от пользовательских процессов при обращении к устройствам. Операционная система исключает ту часть адресного пространства, на которую отображаются управляющие регистры устройств, из адресного пространства пользователей. Таким образом, драйверы различных устройств размещаются в разных областях памяти и не мешают друг другу.
Недостаток такой схемы в том, что при едином адресном пространстве все модули памяти и все устройства ввода-вывода должны изучать все обращения процессора к памяти, чтобы установить, на какие из них реагировать. Это несложно реализовать, если у компьютера есть одна общая шина (Рис. 30в). Однако, при увеличении скорости обмена данными между процессором и памятью медленные устройства ввода-вывода начинают мешать, сильно ограничивая производительность системы. Поэтому в современных компьютерах используется выделенная высокоскоростная шина для обмена данными между процессором и памятью. При этом на шину памяти выставляется специальное устройство, передающее все адреса устройствам ввода-вывода. Другой путь – в фильтрации адресов специальной микросхемой моста PCI. Эта микросхема содержит регистры диапазона, заполняемые при загрузке компьютера. Например, некоторый диапазон адресов может быть помечен как не относящийся к памяти и передается не памяти, а на шину PCI.
Дата добавления: 2014-11-13 ; просмотров: 47 ; Нарушение авторских прав
Контроллер ввода-вывода
Контроллер – устройство, управляющее функционированием отдельных блоков вычислительной системы и внешних устройств.
Контроллеры ввода-вывода делятся на:
1. Устройства сопряжения стандартного интерфейса ВС с интерфейсом ВУ (функция преобразования), которые называются адаптерами;
2. Локальные устройства управления конечным оборудованием ВУ (функция управления).
Адаптер и Контроллер является средством сопряжения какого-либо устройства с какой-либо шиной или интерфейсом вычислительной системы.
Внешние (периферийные) устройства – устройства обработки информации, управляемые процессорами или контроллерами ввода-вывода
Программируемый КВВ – это устройство, режим работы которого задается программно с помощью управляющих слов (например, устройство, обеспечивающее работы COM-портов), т.е. они конфигурируются извне (задания режимов работы извне).
Процессор ввода-вывода
В вычислительной технике под процессором понимается устройство обработки информации. Чаще всего используется модель на базе машины Фон- Неймана.
В отличии от обычного процессора, процессор ввода-вывода предназначен для работы в рамках системы ввода-вывода с целью увеличения производительности системы. В качестве примеров процессоров ввода-вывода можно представить:
Справка: зачем нужны модули ввода / вывода
Модуль входа / выхода является центральным элементом каждого программируемого логического контроллера (ПЛК). Модуль обеспечивает соединение контроллера с внешним миром и контролируемой машиной или процессом. Входами в ПЛК могут быть напряжения или токи, представляющие физические переменные, или состояние устройств, таких как переключатели, двигатели или источники света.
Эти модули ввода / вывода, например, модуль FDCIO222, предлагают цифровые, аналоговые и специальные входы / выходы, а также безопасные входы / выходы POINT Guard с одним-восемью точками на модуль. Они могут смешивать стандартные и безопасные входы / выходы в одной и той же системной таблице или состояниях устройств, таких как переключатели, двигатели или источники света.
Входы и выходы могут быть цифровыми или аналоговыми, и модули ввода / вывода доступны для соответствующего типа ввода / вывода. Использование аналогового или цифрового будет зависеть от источника входного сигнала и от того, какой тип выхода необходим.
Например, цифровой ввод / вывод может состоять из устройств, которые включаются или выключаются, например, переключатели или устройства вывода, такие как двигатели или реле. Аналоговый ввод / вывод может включать в себя такие вещи, как физические переменные, которые изменяются в реальном времени, такие как температура, давление или скорость, где входными устройствами будут, соответственно, датчик температуры или термопара, датчик давления и тахометр. Как правило, аналоговый ввод-вывод требует больше обработки, чем цифровой, поэтому чем больше ввод-вывод, тем больше обработки и памяти требуется для его обработки. Типичные диапазоны аналоговых сигналов включают промышленные стандарты, такие как 4-20 мА или 0-20 мА и 0-5 В или 0-10 В.
Другой повод поговорить о модуле ввода / вывода — как он интегрируется с ПЛК. По сути, ввод / вывод может быть интегрирован или распределен. Примерами интегрированных входов / выходов являются модули, которые встроены в шасси ПЛК или в стоечную систему. В отличие от этого, распределенный ввод / вывод может быть встроен в машину, и поэтому он намного ближе к контролируемому или контролируемому процессу.
Наиболее важным моментом в отношении ввода / вывода ПЛК является знание требований приложения, которые будут определять, какой тип ввода / вывода необходим и сколько точек ввода / вывода требуется системе. Производители ПЛК предлагают модули расширения ввода / вывода, которые могут быть добавлены в ПЛК для обработки большего количества различных типов ввода / вывода, которые могут изменяться по мере развития машины в соответствии с меняющимися требованиями приложения.
Применение модулей ввода/вывода
Наиболее популярными коммуникационными протоколами являются Serial RS-232/RS-485, 4-20мА/0-10V DC, Ethernet, ModBus. Согласно опросу, проведенному Control Engineering среди своих подписчиков, подавляющее большинство респондентов (90%) довольны поставщиками модулей ввода/вывода и не планируют снижать свои затраты, при чем 46% из них планируют увеличить закупки модулей ввода/вывода в ближайшие 12 месяцев. Среди опрошенных читателей 64% приобретают модули ввода/вывода для потребностей производства, а 36% для комплектации производимого оборудования. Из них около 39% используют модули ввода/вывода для непрерывного производства, 10% для серийного, 20% для дискретного, 10% — коммунальное обслуживание и 21% — прочее.
Виды модулей
По данным проведенного исследования, наибольший процент (около 92%) занимают устройства с дискретными и аналоговыми входами/выходами, далее идут коммуникационные модули (68%), быстрые счетчики (64%), модули температурных входов (64%), модули непрерывной модуляции (28%) и модули управления движением (21%).
Области применения
Наибольшее число респондентов (75%) применяют модули ввода/вывода в системах ПЛК, 57% применяют в распределенных системах ввода/вывода, 50% применяют в системах на базе ПК, 47% находят применение в программируемых контроллерах автоматизации (РАС), 21% — в DSC-системах, 21% применяют модули ввода/вывода в отдельных точках, 11% — в сетевом шлюзе, 11% — в устройствах IP67 блочного и модульного типа и 10% в прочих местах.
Наиболее важные характеристики модулей ввода/вывода, по опросам читателей
Возможность поставки………………………………………. 59%
Техническая поддержка ………………………………….. 45%
Сетевые возможности………………………………………… 35%
Способность работать в опасных местах…………… 32%
Встроенная интеллектуальная диагностика……. 28%
Поддержка распределенного ввода/вывода ……. 21%
Простота использования …………………………………… 18%
Зарубежный производитель……………………………… 18%
Система быстрого соединения…………………………… 7%
Отечественный производитель ………………………… 7%
Тот же производитель, что и у другого
Гранулярная расширяемость……………………………. 3%
Методы связи
По результатам опроса подписчиков из разных отраслей промышленности, среди используемых коммуникационных протоколов, как в данное время, так и в ближайшем будущем, преобладают протоколы Ethernet, 4-20мА/0-10В и Serial RS-232/RS-485.
Протоколы Ethernet, беспроводные соединения
Среди респондентов использующих Ethernet с модулями ввода/вывода, безоговорочным лидером является протокол TCP/IP, причем большинство опрошенных (около 41%) используют расширение стандарта ModBus — ModBus TCP/IP. С момента появления протокола ModBus в 1979 году разработано большое количество устройств, в которых он используется, поэтому при переходе на Ethernet не возникает проблем с совместимостью. Немаловажен и тот факт, что большинство производителей хорошо освоили этот протокол, что, в свою очередь, упрощает переход на новую технику. В то время как во всем мире заслуженно растет популярность беспроводных соединений, всего 17% опрошенных в России ответили утвердительно на вопрос об использовании подобных соединений в данный момент, но почти 29% заявили о желании начать использовать их в ближайшие 12 месяцев.
Закупки
Как видно из проведенного опроса, никто из респондентов не собирается уменьшать число закупок модулей ввода/вывода в ближайшие 12 месяцев, а достаточно большая часть опрошенных (около 46%) предполагают увеличение закупок. Причем большинство опрошенных (59%)счи-тают наиболее важным фактором при выборе модулей ввода/вывода возможность быстрой и бесперебойной поставки, что обусловлено спецификой работ по автоматизации технологических процессов. Другим немаловажным фактором, из-за частого отсутствия у отечественных компаний собственной службы технической поддержки, является техническая поддержка товара производителем. Зачастую правильная настройка и ввод в эксплуатацию значат для конечного потребителя ничуть не меньше эксплуатационных характеристик товара. Вопрос цены для 38% респондентов так же остается важным моментом при выборе модулей ввода/вывода. Спецификой российского рынка автоматизации является традиционное недоверие ряда компаний отечественным производителям, поэтому для 18% опрошенных приоритетом в выборе модулей ввода/вывода является именно зарубежный производитель. Однако в силу ряда причин и, прежде всего в возможностях доставки и простоте использования, зарубежным производителям сложно соперничать с российскими, поэтому около 7% потребителей предпочитают именно отечественную продукцию. Думается также, что респонденты, отметившие цену товара как наиболее важную, отдадут предпочтение отечественному производителю. Очевидно, что в ближайшем будущем доля российских компаний на рынке автоматизации будет неуклонно расти, уже сейчас ассортимент некоторых российских производителей позволяет обеспечить до 90% нужд рынка, и остается только пожелать им держать руку, как говорится, „на пульсе”.
Выпускаемые модули ввода/ вывода
Для получения дополнительной информации о производителях модулей ввода/ вывода посетите сайты перечисленных ниже компаний.
Компактные модули с высоким классом защиты
Серия интерфейсных модулей Fieldbus Box от компании BECKHOFF с полностью литым корпусом и классом защиты IP65, IP66 и IP67 идеально подходит для использования на производстве в непосредственной близости от оборудования, в пыльной, влажной или загрязненной среде. Малая масса и размеры наделяют эти модули уникальными возможностями использования в ограниченном пространстве с возможностью установки в условиях передвижного интерфейса. Поддержка всех основных промышленных шин позволяет быстро и гибко реагировать на любые пожелания заказчика, а комбинированные модули ввода/вывода и большой выбор сигналов позволяют существенно снизить затраты на систему в целом. Благодаря возможности подключения практически любых датчиков и функции самодиагностики, устройства Fieldbus Box найдут применение в различных сферах автоматизации.
Устойчивая к ошибкам и простая в использовании система
Для использования систем удаленного ввода/вывода в зонах с повышенной опасностью компания АВВ разработала систему S900. Система характеризуется циклической передачей вторичных переменных HART, вводом параметров и обнаружением ошибок всех полевых устройств HART через полевую шину. Резервирование устройств обеспечивает максимальный коэффициент готовности. Прочный, устойчивый, компактный корпус обеспечивает системе S900 возможность работы в любой среде, что, в свою очередь, делает систему одной из самых рентабельных для использования в условиях химической промышленности и зонах, где требуется взры-возащищенная аппаратура. Для стандартных применений компанией АВВ разработана эффективная и гибкая система удаленного ввода/вывода S500-FBP, поддерживающая, благодаря системе подключения FieldBusPlug, различные сети: PROFIBUS-DP, DeviceNet, CANopen, MODBUS, а также собственную сеть ABB — CS31.
Интеллектуальный модуль ввода/ вывода
ООО „АВС МК» разработала интеллектуальный модуль ввода/вывода серии ЕТ-01. Модуль имеет 16 входов и 8 выходов, поддерживает интерфейс RS-485/422 или RS-232. Модуль может управлять всеми исполнительными механизмами системы по заданному алгоритму независимо от контроллера. Предусмотрена возможность автономной работы или интеграция в существующую систему автоматизации. В составе систем автоматического управления производственными процессами возможно объединение до 32-х модулей в единую сеть.
Недорогие многоканальные системы ввода/вывода
Системы ввода вывода от копании WAGO характеризуются, прежде всего, привлекательной ценой и неприхотливостью использования. Наличие модулей ввода/вывода, рассчитанных на напряжение 230В переменного тока, дает возможность без дополнительных реле подключать датчики и мощные исполнительные устройства, а гибкая система подачи питания позволяет подключать различные гальванически развязанные источники к разным модулям одного контроллера. Присутствие в линейке WAGO взрывозащищенных модулей и специальных модулей для подключения интеллектуальных датчиков и устройств, наряду с невысокой ценой, делает использование данных устройств экономически оправданным в небольших и средних системах автоматизации для работы в промышленных сетях FieldBus.
Модульные устройства удаленного сбора данных и управления на базе Ethernet
ADAM-5000/TCP — устройство от компании Advantech, имеющее встроенный порт Ethernet, благодаря 32-х разрядному RISC-процессору Strong ARM от Intel предоставляет большому числу управляющих компьютеров прямой доступ к данным о состоянии контролируемого объекта с помощью ОРС-сервера или элементов управления ActiveX. Используя поддержку сетевого протокола ModBus/TCP, ADAM-5000/TCP легко интегрируется со SCADA — системами или другими пользовательскими приложениями. Для подключения ведомых устройств предусмотрен порт RS-485. Из особенностей можно выделить полезную возможность конфигурирования через Ethernet и максимальную длину линий связи до 100м (без повторителей).
Гибкая и расширяемая система ввода/вывода
Устройства беспроводного вода/вывода
Беспроводные модули ввода/вывода WD30 от компании OMRON — это оптимальное решение для систем, где подключение кабелей по той или иной причине невозможно. Данные устройства обеспечивают подключение до 1600 дискретных точек ввода/вывода данных и высокoскоростной обмен данными максимум с 64 ведомыми устройствами WT30 беспроводной сети DeviceNet. Расстояние между станциями в помещении до 60 метров, функция ретранслятора позволяет увеличить это расстояние до 240 метров. Широкополосный сигнал и специальные алгоритмы модуляции обеспечивают высокую помехоустойчивость при работе в производственных условиях.
Решения для широкого спектра задач, совместимые с протоколом ADAM-4000
По своим техническим характеристикам модули удаленного ввода/вывода серии I — 7000 от компании ICP DAS аналогичны изделиям многих других производителей, но традиционно невысокие цены и высокое качество делает практически все решения этой компании выгодными для конечного потребителя. При создании серии I — 7000 разработчики устранили отдельные недостатки и дополнили новыми функциями. Все модули содержат интерфейс RS-485 и полностью совместимы с протоколом ADAM-400. Небольшие по размеру, выполненные в пластиковом корпусе, они практически не имеют ограничений по размещению на производстве.
Многофункциональная станция на основе PROFINET и PROFIBUS DP
Одной из последних разработок фирмы Siemens является Simatic ET 200pro, это многофункциональная модульная станция для создания систем распределенного ввода/вывода на основе сетей PROFINET и PROFIBUS DP, допускает установку без шкафа управления и имеет степень защиты до IP67. Модульная конструкция обеспечивает высокую гибкость и возможность установки до 16 модулей ввода/вывода. Наличие в линейке интерфейсного модуля с ЦПУ позволяет реализовать автономное управление и/или интеграцию в существующую систему автоматизации. Широкий спектр подключаемых модулей, как то: дискретные, аналоговые, частотные преобразователи, устройства плавного пуска, пускатели, пневматические модули, модули подключения систем идентификации и высокая стойкость к механическим воздействиям — делают Simatic ET 200pro универсальной станцией для обеспечения нужд производства.
Широкий выбор стандартных блоков
Линейка VIPA System 200V от компании VIPA представляет собой исключительно широкую гамму стандартных модулей ввода/вывода: дискретные и аналоговые входы/выходы, быстрые счетчики, коммуникационные модули для нестандартных протоколов RS 232/485. Реализована поддержка сетей PROFIBUS DP, Ethernet-TCP/IP, CANopen, MODBUS и других. Программная эмуляция рабочего процесса значительно упрощает отладку системы.
Контроллеры портов ввода-вывода
Контроллер порта ввода-вывода (КПВВ) обеспечивает интерфейс между периферийным устройством, подключенным к порту КПВВ, и системной шиной.
Порты ввода-вывода делятся на два типа в зависимости от количества бит, проходящих за один такт передачи:
— параллельные, в которых за один такт проходит несколько бит (например, 8 или 16 бит);
— последовательные, в которых за один такт проходит один бит.
Наиболее распространенные порты ввода-вывода.
RS-232 (COM) – интерфейс обмена данными по последовательному коммуникационному порту (СОМ-порту). С помощью данного интерфейса осуществляется работа и подключение таких устройств, как внешний модем, мышь и т. д.
IEEE 1284 (Instute of Electrical and Electronic Engineers 1284; LPT) – стандарт, описывающий спецификации параллельных скоростных интерфейсов SPP (Standard Parallel Port – стандартный параллельный порт), EPP (Enhanced Parallel Port – улучшенный параллельный порт), ECP (Еxtended Capabilities Port – порт с расширенными возможностями). Параллельный порт IEEE 1284 (LPT-порт) используется для принтеров, внешних запоминающих устройств, сканеров.
USB (Universal Serial Bus – универсальная последовательная шина) – универсальный последовательный интерфейс, пришедший на смену устаревшим портам RS-232 и IEEE 1284. Поддерживает технологию Plug and Play с возможностью «горячей» замены, то есть замены устройств без необходимости выключения или перезагрузки компьютера. Для адекватной работы интерфейса необходима операционная система, которая корректно с ним работает. Поддержка USB введена в Microsoft Windows 2000. К портам USB можно подключить до 127 устройств. Каждое устройство, подключенное непосредственно к порту, может работать в качестве разветвителя, то есть можно подключать к нему другие устройства. Скорость передачи через порт – 480 Мбит/с. Кроме данных, через порт подается электропитание. В настоящее время большинство ПУ подключаются через порт USB.
PS/2 (Personal System – персональная система) – последовательный порт, разработанный фирмой IBM в середине 1980-х для своей серии персональных компьютеров IBM PS/2. В отличие от порта RS-232 порт PS/2 имеет более компактный разъем. Через порт подается также электропитание. В настоящее время используется вместе с портом USB.
IEEE 1394 (FireWire, iLink) – последовательный интерфейс, использующийся для подключения цифровых видеоустройств (видеокамер). Через порт возможна передача видеоизображения со скоростью 100-400 Мбит/с. Поддерживает технологию Plug and Play.
PCMCIA (Personal Computer Memory Card International Association; PC Card) – порт, используемый в переносных компьютерах для подключения новых устройств к нему без вскрытия корпуса компьютера. Порт имеет разрядность данных/адреса – 16/26 бит, поддерживает автоконфигурирование, возможно подключение и отключение устройств в процессе работы компьютера. Существует много ПУ, разработанных для переносных компьютеров и использующих порт PCMCIA.
Периферийные устройства
Клавиатура
Клавиатура – это стандартное клавишное устройство ввода, предназначенное для ввода алфавитно-цифровых данных и команд управления. Клавиатуры имеют по 101-104 клавиши, размещенные по стандарту QWERTY (в верхнем левом углу алфавитной части клавиатуры находятся клавиши Q, W, E, R, T, Y).
Набор клавиш клавиатуры разбит на несколько функциональных групп:
— алфавитно-цифровые клавиши (буквы и цифры) предназначены для ввода знаковой информации и команд, которые набираются посимвольно;
— функциональные клавиши (F1-F12); функции клавиш зависят от конкретной, работающей в данный момент времени программы;
— клавиши управления курсором подают команды на передвижение курсора по экрану монитора относительно текущего изображения (стрелки, а также клавиши PAGE UP, PAGE DOWN, HOME, END); курсор – экранный элемент, указывающий на место ввода знаковой информации;
— служебные клавиши используются для разных вспомогательных целей, таких как, изменение регистра, режимов вставки, образование сочетаний «горячих» клавиш и т. д. (SHIFT, CAPS LOCK, ENTER, CTRL, ALT, ESC, DEL, INSERT, TAB, BACKSPACE);
— клавиши дополнительной панели дублируют действие цифровых клавиш, клавиш управления курсором и некоторых служебных клавиш.
Клавиатура подсоединяется к системной шине через специальный контроллер, содержащий буфер ввода, где хранятся введенные символы до тех пор, пока они не будут затребованы.
Клавиатура имеет свойство повторения знаков, используемое для автоматизации процесса ввода. Оно состоит в том, что при продолжительном нажатии клавиши начинается автоматический ввод символа, связанного с этой клавишей.
8.9.2. Манипулятор типа «мышь»
«Мышь» предназначена для быстрого доступа к элементам интерфейса пользователя и инициирования на них событий с помощью кнопок. Обычно «мышь» имеет 2-3 кнопки.
Принцип работы «мыши» заключается в отслеживании перемещения корпуса «мыши» по поверхности и синхронизации перемещения по экрану монитора курсора.
Существует два типа «мышей». Внутри шариковых мышей находится шарик, вращающий два валика. Вращение валиков позволяет отследить перемещение «мыши». В основе оптических «мышей» лежит светодиод, посылающий световой сигнал и считывающий его отражение. При перемещении «мыши» посланный луч отражается под другим углом, что позволяет выявить направление движения «мыши».
Все перемещения «мыши» и нажатия ее клавиш (клики) рассматриваются как события, анализируя которые устанавливается, состоялось ли событие и в каком месте экрана в этот момент находится курсор «мыши».
Основной характеристикой «мыши» является разрешающая способность – насколько точно можно отследить самое мельчайшее перемещение «мыши». Измеряется в точках (dot) на дюйм (dpi – dots per inch).
Клавиатура и «мышь» подсоединяются к портам PS/2 или USB.
Принтеры
Печатающие устройства (принтеры) – это устройства вывода данных из ЭВМ и фиксирующие их на бумаге. Основными характеристиками принтеров являются разрешающая способность, скорость печати, объем установленной памяти и максимальный поддерживаемый формат бумаги.
Разрешающая способность или разрешение печати измеряется числом элементарных точек (dot), которые размещаются на одном дюйме (dpi). Например, разрешение 1440 dpi означает, что на длине одного дюйма бумаги размещается 1440 точек. Запись 720 ´ 360 dpi означает разрешение печати по горизонтали и вертикали соответственно. Чем больше разрешение, тем точнее воспроизводятся детали изображения, но при этом возрастает время печати.
Единицей измерения скорости печати информации служит число печатаемых страниц формата A4 (210 ´ 297 мм) в минуту (ppm – pages per minute).
Данные с ЭВМ хранятся во встроенной памяти принтера. Далее принтер уже самостоятельно печатает файл без участия ЭВМ. Такая печать называется фоновой. Если данные для печати полностью не помещаются в память принтера, ЭВМ ждет, пока принтер распечатает данные и освободит память, и вновь загружает следующий блок данных в память принтера.
Максимальный поддерживаемый формат бумаги для большинства принтеров A4 или A3 (297 ´ 420 мм).
Принтеры подключаются к ЭВМ через порты LPT или USB.
Рассмотрим три наиболее распространенных типа принтеров: 1) матричные; 2) струйные; 3) лазерные.
В матричных принтерах печать точек осуществляется тонкими иглами (pin). Между бумагой и иглой находится красящая лента. При каждом ударе иглы по ленте краска переносится на бумагу. Цвет изображения на бумаге определяется цветом красящей ленты. Каждая игла управляется собственным электромагнитом. Печатающая головка с иглами перемещается в горизонтальном направлении листа, и знаки в строке печатаются последовательно. Количество иголок в печатающей головке определяет качество печати. Обычно матричные принтеры оснащены 9, 18 или 24 иглами.
Достоинства матричных принтеров:
— низкая стоимость принтера и расходных материалов для него (красящей ленты);
— низкая себестоимость копии;
— возможность одновременной печати нескольких копий с помощью копирки.
Недостатки матричных принтеров:
— невысокие качество и скорость печати;
Основные достоинства струйных принтеров:
— высокое качество печати для принтеров с большим количеством сопел с разрешением до 720 ´ 1440 dpi; возможна печать фотографий;
— высокая скорость печати – до 10 страниц в минуту;
Основные недостатки струйных принтеров:
— использование хорошей бумаги, чтобы не растекались чернила;
— опасность засыхания чернил внутри сопла, что иногда приводит к необходимости замены печатающего узла;
— высокая стоимость расходных материалов, в частности, картриджей с чернилами.
В лазерных принтерах для создания сверхтонкого светового луча служит лазер. Лазер вычерчивает на поверхности предварительно заряженного электрически положительно светочувствительного фотобарабана контуры невидимого точечного электронного изображения. На барабан наносится красящий порошок (тонер). В тех точках барабана, на которые попал лазерный луч, меняется заряд, и к этим местам притягивается частицы тонера. Лист втягивается с лотка и ему передается электрический заряд. При наложении на барабан, лист притягивает к себе частицы тонера с барабана. Для фиксации тонера, лист снова заряжается и проходит между валами, нагретыми до 180 градусов. По окончании печати барабан разряжается, очищается от тонера и снова используется. В результате получаются отпечатки, не боящиеся влаги, устойчивые к истиранию и выцветанию.
Широко используются цветные лазерные принтеры. Цветная печать обеспечивается применением разноцветного тонера по цветовой схеме CMYK. В цветном лазерном принтере находится четыре печатных механизма, расположенные в ряд. Бумага последовательно проходит под каждым из четырех фотобарабанов, с которых на нее наносится тонер соответствующего цвета. При черно-белой печати цветные барабаны просто приподнимаются над поверхностью бумаги и не участвуют в печати.
Достоинства лазерных принтеров:
— высокая скорость печати – от 10 до 40 и выше страниц в минуту;
— скорость печати не зависит от разрешения;
— высокое качество печати до 2880 dpi;
— нетребовательность к качеству бумаги;
— низкая себестоимость копии (на втором месте после матричных принтеров);
Недостатки лазерных принтеров:
— высокая цена принтеров, особенно цветных;
— невысокое качество цветных изображений, напечатанных на цветных лазерных принтерах;
— высокое потребление электроэнергии.
Сканеры
Сканер – это устройство для ввода в ЭВМ информации с бумаги, слайдов или фотопленки.
Различают планшетные и ручные сканеры.
Принцип работы планшетных сканеров заключается в следующем. Сканируемый оригинал помещается на прозрачном неподвижном стекле. Вдоль стекла передвигается сканирующий сенсор с источником света. Оптическая система планшетного сканера проецирует световой поток, отражаемый от сканируемого оригинала, на сканирующий сенсор.
Применяются два типа сенсоров – CCD (Charge-Coupled Device) и CIS (Contact Image Sensor).
В ССD-сканерах используется система зеркал, установленная в специальной каретке. Зеркала передают отраженный от оригинала свет на параллельные линейки светочувствительных элементов (CCD-матрица). Каждая линейка принимает информацию о своем цвете – красном (Red), зеленом (Green) и синем (Blue).
В CIS-сканерах светочувствительный элемент находится в непосредственной близости от сканируемого документа, и система зеркал не применяется. Поэтому CIS-сканеры компактнее CCD-сканеров, однако глубина резкости и качество изображения уступает последним.
В сканирующем сенсоре уровни освещенности преобразуются в уровни напряжения и формируется аналоговый сигнал. Затем, после коррекции и обработки, аналоговый сигнал преобразуется в цифровой аналого-цифровым преобразователем (АЦП). Цифровой сигнал поступает в ЭВМ, где данные, соответствующие изображению оригинала обрабатываются и преобразовываются под управлением драйвера сканера.
Скорость сканирования страницы формата A4 составляет 5-15 секунд.
В отличие от планшетного, пользователь сам двигает сканирующую головку ручного сканера по оригиналу. Ручные сканеры применяются в магазинах для считывания скан-кодов товаров.
Основными характеристиками сканеров являются разрешающая способность, скорость сканирования и максимальный поддерживаемый формат бумаги. Эти характеристики аналогичны характеристикам принтеров.
Сетевой адаптер
Для доступа ЭВМ к локальной сети используется специальная плата – сетевой адаптер, которая выступает в качестве физического соединения ЭВМ и канала связи. Сетевой адаптер выполняет следующие функции:
— подготовку данных, поступающих от ЭВМ, к передаче по каналу связи;
— передачу данных по каналу связи;
— прием данных из канала связи и перевод их в форму, понятную ЭВМ.
Каждый сетевой адаптер имеет уникальный физический адрес, записанный в него на стадии производства.
Модем
Модем – это устройство, предназначенное для подсоединения ЭВМ к обычной телефонной линии. Название происходит от сокращения двух слов – МОдуляция и ДЕМодуляция.
ЭВМ вырабатывает дискретные электрические сигналы (последовательности нулей и единиц), а по телефонным линиям информация передается в аналоговой форме, то есть в виде сигнала, уровень которого изменяется непрерывно, а не дискретно. Модемы выполняют цифро-аналоговое и аналого-цифровое преобразования. При передаче данных, модемы накладывают цифровые сигналы (рис. 8.4, б), полученные из ЭВМ, на непрерывную частоту телефонной линии (рис. 8.4, а) (модулируют ее), а при их приеме демодулируют информацию и передают ее в цифровой форме в ЭВМ.
Модуляция колебаний – это изменение амплитуды, частоты или фазы колебаний по определённому закону. Различают амплитудную модуляцию (рис. 8.4, в), частотную модуляцию (рис. 8.4, г) и фазовую модуляцию (рис. 8.4, д).
Рис. 8.4. Виды модуляции
Модемы передают данные по обычным телефонным каналам со скоростью от 300 до 56 000 бит в секунду. Кроме того, современные модемы осуществляют сжатие данных перед отправлением, что сокращает время передачи данных.
По конструктивному исполнению модемы бывают трех видов:
1) встроенные модемы интегрированы в материнскую плату;
2) внутренние модемы вставляются в системный блок ЭВМ в один из слотов расширения материнской платы;
3) внешние модемы подключаются через один из коммуникационных портов, имеют отдельный корпус и собственный блок питания.
По аппаратной реализации модемы бывают двух типов.
1. Программные (software) модемы представляют собой плату, вставляемую в слот PCI и работающую под управлением ОС Windows. Поэтому такие модемы называют Win-модемы. В программных модемах часть их функций реализована не в виде микросхем, а заменена программой, которая выполняется центральным МП ЭВМ. Такая замена существенно удешевляет модем, но обусловливает некоторую дополнительную нагрузку на МП.
2. Аппаратные (hardware) модемы реализуют все процедуры передачи и приема средствами самого модема. Поэтому такие модемы несколько дороже, но более эффективны при работе со старыми телефонными линиями.
Факс-модемы позволяют отправлять и принимать факсимильные сообщения (факсы) и поддерживают возможность телефонного разговора через факс-модем.
Современные цифровые модемы формально модемами не явлются, так как не преобразуют цифровой сигнал в аналоговый и обратно. Они передают и принимают только цифровые сигналы.
ADSL-модемы позволяют передавать данные, используя телефонные линии. При этом остается возможность говорить параллельно по телефону. ADSL-модемы позволяют осуществлять передачу данных на скорости до 1 Мбит/с, а прием данных – до 7 Мбит/с.
Каждый сотовый телефон (за исключением некоторых дешевых моделей) содержит модем для передачи данных в сетях сотовой связи. Также такие модемы выпускаются отдельными устройствами, подключаемые к порту USB.
Таким образом, основными характеристиками модемов являются:
1) скорость передачи;
2) конструктивное исполнение: внутренний, внешний, встроенный;
3) способ подключения к ЭВМ в случае внутреннего и внешнего конструктивного исполнения: слот PCI, порт PCMCIA, порт USB;
4) сеть или технология, по которой модем осуществляет передачу.