Глава 5.1

5 СРЕДСТВА ОБЕСПЕЧЕНИЯ САПР
5.1 Техническое обеспечение САПР
5.1.1 Состав технических средств САПР
Совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих средств,
предназначенных для выполнения автоматизированного проектирования, называется техническим обеспечением САПР.
Технические средства совместно с общими системным программным обеспечением являются инструментальной базой САПР.
Они образуют физическую среду, в которой реализуются другие виды
обеспечения САПР (математическое, лингвистическое, информационное и пр.).
Технические средства в САПР решают задачи:
- ввода исходных данных описания объекта проектирования;
- отображения введенной информации с целью ее контроля и
редактирования;
- преобразования информации (изменения формы представления данных, перекодировки, трансляции, выполнения арифметических и логических операций, изменения структуры данных и т. п. );
- хранения различной информации;
- отображения итоговых и промежуточных результатов решения;
- оперативного общения проектировщика с системой в процессе решения задач.
Для решения этих задач технические средства (ТС) САПР должны содержать процессоры, оперативную память (ОП), внешние запоминающие устройства (ВЗУ), устройства ввода-вывода информации
(УВВИ), технические средства машинной графики, устройства оперативного общения человека с ЭВМ, устройства, обеспечивающие
связь ЭВМ с удаленными терминалами и другими машинами. При
необходимости создания непосредственной связи САПР с производственным оборудованием в составе ТС должны быть включены
устройства, приобразующие результаты проектирования в сигналы
управления станками, технологическими комплексами, автоматами.
Номенклатура ТС, входящих в комплекс технических средств (КТС)
САПР следующая:
1 ЭВМ (центральные процессоры, специализированные процессоры, оперативная память, процессоры ввода-вывода, устройства
сопряжения интерфейсов)
90
2 Внешние запоминающие устройства (накопители на магнитных дисках, накопители на гибких магнитных дисках, накопители на
магнитной ленте)
3 Устройства ввода-вывода информации (устройства вводавывода с перфокарт, устройства ввода-вывода с перфолент, печатающие устройства, устройства вывода на микрофиши, растровые печатающие устройства)
4 Устройства оперативной связи с
ЭВМ
(алфавитноцифровые дисплеи, устройства речевого ввода-вывода, устройства
управления курсором, графические дисплеи)
5 Устройства машинной графики (устройства кодирования
графической информации, графопостроители, графические дисплеи,
устройства управления курсором, растровые печатающие устройства)
6 Устройства подготовки данных
7 Устройства связи с технологическим оборудованием
8 Технические средства теледоступа и сетей ЭВМ (мультиплексоры передачи данных, аппаратура передачи данных, сетевые
контролеры, связные процессоры, каналы связи).
Перечисленные задачи ТС решают совместно с общесистемным программным обеспечением. Под общесистемным программным обеспечением подразумеваются операционные системы (ОС)
ЭВМ. Совокупность технических средств ЭВМ и ее программного
обеспечения называют вычислительной системой (ВС).
Характеристики конкретной САПР в значительной степени
определяются составом КТС и общесистемного программного обеспечения, которые должны обеспечивать:
- производительность ЭВМ, достаточную для решения всех
проектных задач;
возможность оперативного взаимодействия проектировщика
с ЭВМ в процессе проектирования;
- простоту освоения, эксплуатации и обслуживания КТС;
- открытость КТС для реконфигурации и дальнейшего развития;
- широкое использование входной и выходной графической
информации о проектируемом объекте;
- информационную связь между различными уровнями проектирования.
91
5.1.2 Общие сведения об ЭВМ и ВС, используемых в САПР
Основной КТС САПР являются разнообразные ЭВМ. При
определении возможности использования той или иной ЭВМ в составе
КТС их оценивают по совокупности различных показателей, главные
из которых - технические характеристики, стоимость приобретения и
эксплуатации.
К основным техническим параметрам ЭВМ относятся производительность, емкость оперативного запоминающего устройства
(ОЗУ), пропускную способность подсистемы ввода-вывода информации, надежность функционирования и др.
Производительность - один из важнейших показателей ЭВМ,
измеряемые количеством операций, выполняемых за единицу времени
(обычно операций в секунду). Этот показатель для разных типов ЭВМ
колеблется от нескольких сотен до сотен миллионов операций в секунду. В последние годы производительность определяется тактовой частотой процессора.
Емкость ОЗУ определяет возможности ЭВМ по выполнению
сложных программ с обработкой больших объемов информации. Емкость ОЗУ может выражаться в битах, байтах, словах, килобайтах, мегабайтах и т.п. Наиболее распространена оценка емкости ОЗУ в байтах,
килобайтах (1Кбайт=1024 байт), мегабайтах (1Мбайт=1024Кбайт), гигабайтах (1Гбайт=1024Мбайт). Емкость ОЗУ для ЭВМ, используемых
в САПР, колеблется от десятков килобайт до единиц гигабайтов.
Пропускная способность подсистем ввода-вывода ЭВМ, позволяет определить возможности ЭВМ при обмене информацией с различными периферийными устройствами или другими ЭВМ. Она измеряется максимальным количеством единиц информации, переданная
через подсистему ввода-вывода за единицу времени.
Надежность функционирования ЭВМ оценивается рядом показателей, имеющих вероятностный характер, например, вероятностью
безотказной работы в течении заданного интервала времени, наработкой на отказ, средним временем восстановления работоспособности
ЭВМ, коэффициентом готовности и т. д.
В настоящее время для работы САПР, в основном, используются ЭВМ общего назначения. На сегодняшний день в мире существует множество ЭВМ (далее – компьютеров) различных групп сложности, различных поколений, и здесь будет приведен краткий обзор компьютеров лишь одной фирмы IBM, как общепризнанного лидера в
производстве и продаже вычислительной техники. Вся компьютерная
92
серия IBM программно и технически совместима внутри себя, что послужило ее широкому распространению в том числе для автоматизации технологического проектирования.
5.1.3 Архитектура персональных компьютеров IBM PC
5.1.3.1 Основные блоки IBM PC
Обычно персональные компьютеры IBM PC состоят из трех частей (блоков):
- системного блока;
- клавиатуры, позволяющей вводить символы в компьютер;
- монитора (или дисплея) - для изображения текстовой и графической информации.
Компьютеры выпускаются и в портативном варианте - в
"наколенном" (лэптоп) или "блокнотом" (ноутбук) исполнении. Здесь
системный блок, монитор и клавиатура заключены в один корпус: системный блок спрятан под клавиатурой, а монитор сделан как крышка
к клавиатуре. Хотя из этих частей компьютера системный блок выглядит наименее эффектно, именно он является в компьютере "главным".
В нем располагаются все основные узлы компьютера:
- электронные схемы, управляющие работой компьютера
(микропроцессор, оперативная память, контроллеры устройства и т.д.);
- блок питания, преобразующий электропитание сети в постоянный ток низкого напряжения, подаваемый на электронные схемы
компьютера;
- накопители (или дисководы) для гибких магнитных дисков,
используемые для чтения и записи на гибкие магнитные диски (дискеты);
- накопитель на жестом магнитном диске, предназначенный
для чтения и записи на несъемный жесткий магнитный диск (винчестер).
5.3.1.2 Дополнительные устройства
К системному блоку компьютера IBM PC можно подключать
различные устройства ввода-вывода информации, расширяя тем самым
его функциональные возможности.
Многие устройства подсоединяются через специальные гнезда
(разъемы), находящиеся обычно на задней стенке системного блока
93
компьютера. Кроме монитора и клавиатуры, такими устройствами являются:
- принтер - для вывода на печать текстовой и графической информации;
- мышь - устройство, облегчающее ввод информации в компьютер;
- джойстик - манипулятор в виде укрепленной на шарнире
ручки с кнопкой, употребляется в основном для компьютерных игр;
- другие устройства.
Некоторые устройства могут вставляться внутрь системного
блока компьютера, например:
- модем - для обмена информацией с другими компьютерами
через телефонную сеть;
- факс-модем - сочетает возможность модема и телефакса;
- стример - для хранения данных на магнитной ленте.
Некоторые устройства, например, многие разновидности сканеров (приборов для ввода рисунков и текстов в компьютер), используют смешанный способ подключения: в системный блок компьютера
вставляется только электронная плата (контроллер), управляющая работой устройства, а само устройство подсоединяется к этой плате кабелем.
5.1.4 Логическое устройство компьютера
Микропроцессор. Самым главным элементом в компьютере,
его "мозгом", является микропроцессор небольшая (в несколько сантиметров) электронная схема, выполняющая все вычисления и обработку информации. Микропроцессор умеет производить сотни различных операций и делает это со скоростью в несколько десятков или даже сотен миллионов операций в секунду. В компьютерах типа IBM PC
используются микропроцессоры фирмы Intel, a также совместимые с
ними микропроцессоры других фирм (AMD, Cyrix, IBM и др.).
Сопроцессор. В тех случаях, когда на компьютере приходится
выполнять много математических вычислений (например, в инженерных расчетах), к основному микропроцессору добавляют математический сопроцессор. Он помогает основному микропроцессору выполнять математические операции над вещественными числами. Новейшие микропроцессоры фирмы Intel (80486 и Pentium) сами умеют выполнять операции над вещественными числами, так что для них сопроцессоры не требуются.
94
Оперативная память. Следующим очень важным элементом
компьютера является оперативная память. Именно из нее процессор и
сопроцессор берут программы и исходные данные для обработки, в нее
они записывают полученные результаты. Название "оперативная" эта
память получила потому, что она работает очень быстро, так что процессору не приходится ждать при чтении данных из памяти или записи
в память. Однако содержащиеся в ней данные сохраняются только пока
компьютер включен, при выключении компьютера содержимое оперативной памяти стирается (за исключением, о которых говорится ниже).
Контроллеры и шина. Чтобы компьютер мог работать, необходимо, чтобы в его оперативной памяти находились программа и данные. А попадают они туда из различных устройств компьютера клавиатуры, дисководов для магнитных дисков и т.д. Обычно эти устройства
называют внешними, хотя некоторые из них могут находиться не снаружи компьютера, а встраиваться внутрь системного блока, как это
описывалось выше. Результаты выполнения программ выводятся на
внешние устройства - монитор, диски, принтер и т.д. Таким образом,
для работы компьютера необходим обмен информацией между оперативной памятью и внешними устройствами. Такой обмен называется
вводом-выводом. Но этот обмен не происходит непосредственно: между любым внешним устройством и оперативной памятью в компьютере
имеются целых два промежуточных звена:
1 Для каждого внешнего устройства в компьютере имеется
электронная схема, которая им управляет. Эта схема называется контроллером, или адаптером. Некоторые контроллеры (например, контроллер дисков) могут управлять сразу несколькими устройствами
2 Все контроллеры и адаптеры взаимодействуют с микропроцессором и оперативной памятью через системную магистраль передачи данных, которую в просторечии обычно называют шиной.
Электронные платы. Для упрощения подключения устройств
электронные схемы IBM PC состоят из нескольких модулей - электронных плат. На основной плате компьютера - системной, или материнской, плате - обычно располагаются основной микропроцессор,
сопроцессор, оперативная память и шина. Схемы, управляющие внешними устройствами компьютера (контроллеры или адаптеры), находятся на отдельных платах, вставляющихся в унифицированные разъемы
(слоты) на материнской плате. Через эти разъемы контроллеры
устройств подключаются непосредственно к системной магистрали
передачи данных в компьютере - шине. Таким образом, наличие свободных разъемов шины обеспечивает возможность добавления к ком-
95
пьютеру новых устройств. Чтобы заменить одно устройство другим
(например, устаревший адаптер монитора на новый), надо просто вынуть соответствующую плату из разъема и вставить вместо нее другую.
Несколько сложнее осуществляется замена самой материнской платы.
Блок-схема. На блок-схеме контроллер клавиатуры обычно
находится на системной плате, поскольку это упрощает изготовление
компьютера. Иногда на системной плате размещаются и контроллеры
других устройств.
Контроллеры портов ввода - вывода. Одним из контроллеров, которые присутствуют почти в каждом компьютере, является контроллер портов ввода-вывода. Эти порты бывают следующих типов:
- параллельные (обозначаемые LPT1-LPT4). K ним обыкновенно подключаются принтеры;
- асинхронные последовательные (обозначаемые СОМ 1COM3). Через них обычно подсоединяются мышь, модем и т.д.
- игровой порт - для подключения джойстика.
Некоторые устройства могут подключаться и к параллельным,
и к последовательным портам. Параллельные порты выполняют ввод и
вывод с большей скоростью, чем последовательные (за счет использования большего числа проводов в кабеле).
5.1.4.1 Микропроцессор
Микропроцессор является "мозгом" компьютера. Он осуществляет выполнение программ, работающих на компьютере, и управляет
работой остальных устройств компьютера. Скорость его работы во
многом определяет быстродействие компьютера. В IBM PC используются микропроцессоры, разработанные фирмой Intel, а иногда - совместимые с ними микропроцессоры других фирм.
Микропроцессоры отличаются друг от друга двумя характеристиками: типом (моделью) и тактовой частотой. Наиболее распространены модели Intel - 8088, 80286, 80386SX, 80386, 80486 и Pentium, они
приведены в порядке возрастания производительности и цены. Одинаковые модели микропроцессоров могут иметь разную тактовую частоту- чем выше тактовая частота, тем выше производительность и цена
микропроцессора.
Тактовая частота. Указывает, сколько элементарных операций
(тактов) микропроцессор выполняет в одну секунду. Тактовая частота
измеряется в мегагерцах (МГц). Следует заметить, что разные модели
микропроцессоров выполняют одни и те же операции (например, сло-
96
жение или умножение) за разное число тактов. Чем выше модель микропроцессора, тем, как правило, меньше тактов требуется для выполнения одних и тех же операций. Поэтому, например, микропроцессор
Intel-80386 работает раза в два быстрее Intel-80286 с такой же тактовой
частотой.
Модели микропроцессоров. Исходный вариант компьютера
IBM PC и модель IBM PC XT использовали микропроцессор Intel8088.B начале 80-х годов эти микропроцессоры выпускались с тактовой частотой 4,77 МГц, затем были созданы модели с тактовой частотой 12 МГц (т.е. новые модели работают в 1,7-2,1 раза быстрее). Модели с увеличенной производительностью (тактовой частотой) иногда
называются Turbo-ХТ.Сейчас микропроцессоры типа Intel-8088 производятся в небольших количества, и для использования не в компьютерах, а в различных специализированных устройствах. Модель IBM PC
AT использует более мощный микропроцессор Intel-80286,и ее производительность приблизительно в 4-5 раз больше, чем у IBM PC XT.
Исходные варианты IBM PC AT работали на микропроцессорах с тактовой частотой 6 МГц, затем были созданы модели этого микропроцессора с тактовой частотой от 12 до 25 МГц, т.е. работающие в 2-3
раза быстрее. Микропроцессор Intel-80286 имеет несколько больше
возможностей по сравнению с Intel-8088, но эти дополнительные возможности используются с Intel-8088. Ho эти дополнительные возможности используются очень редко, так что большинство программ, работающих на AT, будет работать и на XT. Сейчас микропроцессоры
типа Intel-80286 также считаются устаревшими и для применения в
компьютерах не производятся.
Выбор типа микропроцессора. Быстродействие основного
микропроцессора во многом определяет скорость работы всего компьютера и, тем самым, диапазон применения компьютера:
- компьютеры на основе микропроцессоров Intel-8088 (или Intel-8086) работают очень медленно, они уже полностью устарели и почти полностью вышли из употребления;
- компьютеры на основе микропроцессора Intel-80286 обеспечивают необходимое быстродействие для набора текстов, ввода исходных данных для бухгалтерских и аналогичных задач, многих компьютерных игр и т.д. Однако новые компьютеры такого класса уже не выпускаются (поскольку считаются морально устаревшими), а покупать
их вряд ли целесообразно даже по бросовым ценам, так как для работы
с большинством современных программ с графическим интерфейсом
97
(например, с программами, выполняемыми в среде Windows) они практически не пригодны;
- компьютеры на основе микропроцессоров Intel - 80386SX и
DX,Intel 80486SX обеспечивают приемлемую вычислительную мощность для большинства рабочих мест под управлением как DOS, так и
Windows: для программирования, работы с не очень большими базами
данных, макетирования (верстки) несложных изданий и т.д. Однако
для комфортной работы в среде Windows лучше приобрести более
мощный компьютер;
- микропроцессоры Intel-80486DX и DX2 применяются для тех
задач, где требуется высокое быстродействие компьютера: для файлсерверов больших локальных сетей, для профессиональных издательских, графических или анимационных программ, для решения серьезных вычислительных задач и т.д. А для пользователей, постоянно работающих с компьютером, может быть целесообразно приобретение
компьютера на основе Intel-80486DX или DX2 даже и в том случае,
если они используют самые обычные программы типа Word for Windows 6.0, Excel 5.0 и т.д., поскольку эти микропроцессоры сейчас стоят
не намного дороже Intel-80386 и 80486SX,a обеспечивают заметно
большую производительность;
- микропроцессоры Pentium и рассчитанные на его использование системные платы пока что стоят весьма дорого, поэтому их целесообразно применять для таких приложений, как воспроизведение
видео изображений в реальном времени, большие задачи трехмерного
проектирования и моделирования, создания мощных файл-серверов и
многопроцессорных систем.
Математический сопроцессор. Микропроцессоры Intel-80286 и
Intel-80386 не содержат специальных команд для работы с числами с
плавающей точкой. При проведении расчетов с такими числами каждая
операция над ними моделируется с помощью нескольких десятков
операций микропроцессора. Это сильно снижает эффективность применения компьютера для научных вычислений, при использовании
машинной графики и для других применений с интенсивным использованием чисел с плавающей точкой. Поэтому в этих случаях следует
использовать компьютеры IBM PC с установленным математическим
сопроцессором Intel-8087,Intel-80287 или Intel-80387. Наличие сопроцессора может увеличить скорость выполнения операций с плавающей
точкой в 5-15 раз. Микропроцессоры Intel-80486DX и DX2 и Pentium
сами поддерживают операции с плавающей точкой, поэтому при их
использовании математический сопроцессор не требуется.
98
5.1.4.2 Оперативная память
Оперативная память компьютера IBM PC с процессором Intel8088 или Intel-8086 (например, IBM PC XT) может иметь размер не
более 1 Мбайта, поскольку эти микропроцессоры могут обращаться не
более чем к 1 Мбайту памяти. Эта память состоит из двух частей. Первые 640 Кбайт памяти могут использоваться прикладными программами и операционной системой. Остальные адреса памяти ("верхняя память") зарезервированы для служебных целей:
- для хранения части операционной системы DOS, которая
обеспечивает тестирование компьютера, начальную загрузку операционной системы, а также выполнение основных низкоуровневых услуг
ввода-вывода;
- для передачи изображения на экран;
- для хранения различных расширений операционной системы,
которые поставляются вместе с дополнительными устройствами компьютера. Как правило, когда говорят об объеме оперативной памяти
компьютера, то имеют в виду именно первую ее часть, которая может
использоваться прикладными программами и операционной системой.
Мы тоже будем в дальнейшем поступать таким образом.
Кэш-память. Для достаточно быстрых компьютеров (например, на основе Intel-80386 с тактовой частотой более 25 МГц или Intel80486) необходимо обеспечить быстрый доступ к оперативной памяти,
иначе микропроцессор будет простаивать и быстродействие компьютера уменьшится. Для этого такие компьютеры могут оснащаться кэшпамятью, т.е. "сверхоперативной" памятью относительно небольшого
объема (обычно от 64 до 256 Кбайт),в которой хранятся наиболее часто
используемые участки оперативной памяти. Кэш-память располагается
"между" микропроцессором и оперативной памятью, и при обращении
микропроцессора к памяти сначала производится поиск нужных данных в кэш-памяти. Поскольку время доступа к кэш-памяти в несколько
раз меньше, чем к обычной памяти, а в большинстве случаев необходимые микропроцессору данные содержаться в кэш-памяти, среднее
время доступа к памяти уменьшается. Для компьютеров на основе
Intel-80386DX или 80486SX размер кэш-памяти в 64 Кбайт является
удовлетворительным, 128 Кбайт вполне достаточным. Компьютеры на
основе Intel 80486DX и DX2 обычно оснащаются кэш-памятью емкостью 256 Кбайт.
99
5.1.4.3 Мониторы
Монитор (дисплей) компьютера IBM PC предназначен для вывода на экран текстовой и графической информации. Мониторы бывают цветными и монохромными. Они могут работать в одном из двух
режимов: текстовом и графическом.
Текстовый режим. В текстовом режиме экран монитора условно разбивается на отдельные участки -знакоместа, чаще всего на 25
строк по 80 символов (знакомест). В каждое знакоместо может быть
выведен один из 256 заранее заданных символов. В число этих символов входят большие и малые латинские буквы, цифры, символы, а также псевдографические символы, используемые для вывода на экран
таблиц и диаграмм, построения рамок вокруг участков экрана и т.д.
Графический режим. Графический режим монитора предназначен для вывода на экран графиков, рисунков и т.д. Разумеется, в
этом режиме можно также выводить и текстовую информацию в виде
различных надписей, причем эти надписи могут иметь произвольный
шрифт, размер букв и т.д. В графическом режиме экран монитора состоит из точек, каждая из которых может быть темной или светлой на
монохромных мониторах или одного из нескольких цветов на цветном.
Количество точек по горизонтали и вертикали называется разрешающей способностью монитора в данном режиме. Следует заметить, что
разрешающая способность не зависит от размера экрана монитора, подобно тому как и большой, и маленький телевизоры имеют на экране
625 строк развертки изображения.
Часто используемые мониторы. Наиболее широкое распространение в компьютере IBM PC получили мониторы типов MDA,
CGA, Hercules, EGA и VGA. В настоящее время мониторы MDA и
CGA используются уже очень редко, так как они не обладают надлежащей разрешающей способностью, что приводит к быстрому утомлению глаз. Кроме того, не имеют возможности программной загрузки
шрифтов символов, поэтому для изображения букв кириллицы в текстовом режиме приходится заменять электронные схемы, хранящие
шрифты (знакогенераторы). Иногда, впрочем, можно не заменять знакогенератор, а записать в него с помощью специальных приборов нужные шрифты символов. Большинство компьютеров, выпущенных в
конце 80-х годов, оснащались мониторами типа VGA. Они обеспечивают достаточное количество изображения в текстовом и графическом
режиме экрана при работе с DOS-программами. Несколько хуже мониторы EGA, они считаются еще более устаревшими. Но для современ-
100
ных программ, использующих графический интерфейс взаимодействия
с пользователем, разрешение VGA (640*480 точек) уже явно недостаточно. Поэтому практически все современные компьютеры оснащаются мониторами типа Super-VGA, обеспечивающими разрешающую
способность 1024*768 и 800*600.
5.1.4.4 Клавиатура
Клавиатура IBM PC предназначена для ввода в компьютер информации от пользователя. Расположение латинских букв на клавиатуре IBM PC, как правило, такое же, как на английской пишущей машинке, а букв кириллицы - как на русской пишущей машинке.
Ввод прописных и строчных букв. Для ввода прописных букв
и других символов, располагающихся на верхнем регистре клавиатуры,
имеется клавиша Shift. Например, чтобы ввести строчную букву "d",
надо нажать клавишу, на которой изображено "D", а чтобы ввести прописную букву "D", надо нажать клавишу Shift и, не отпуская ее, нажать
на клавишу D. Клавиша Caps Lock служит для фиксации режима прописных букв. Это удобно при вводе текста, состоящего из таких букв.
Повторное нажатие клавиши Caps Lock отменяет режим прописных
букв. В режиме Caps Lock нажатие клавиши Shift дает возможность
ввода строчных букв. Иногда клавиша Caps Lock используется для
других целей, например для переключения на русский алфавит.
Специальные клавиши клавиатуры. Кроме алфавитноцифровых клавиш и клавиш со знаками пунктуации, на клавиатуре
имеется большое число специальных клавиш. Клавиша Enter предназначена для окончания ввода строки. Например, при вводе команд DOS
ввод каждой команды должен оканчиваться нажатием клавиши Enter.
Клавиша Backspace удаляет символ, находящийся слева от курсора
(курсор обычно изображается мигающим символом, похожим на знак
подчеркивания). Клавиша Del (Delete-удаление) используется для удаления символа, находящегося под курсором. Клавиша Ins (Insertвставка) предназначена для переключения между двумя режимами
ввода символов: ввода с раздвижкой символов (вставка) и ввода с замещением ранее набранных символов (замена). Клавиша Esc (escapeубегать, спасаться), как правило, используется для отмены какого-либо
действия, выходя из режима программы и т.д. Клавиша Tab (табуляция) при редактировании текстов обычно используется для перехода к
следующей позиции табуляции. В других программах ее значение может быть иным: переключение между "окошками" на экране, полями
101
запроса и т.д. Функциональные клавиши F1-F12 (на некоторых клавиатурах F1-F10) предназначены для различных специальных действий.
Их действие определяется выполняемой программой. Клавиши CTRL и
ALT. На клавиатуре имеются специальные клавиши Ctrl и Alt. Как клавиша Shift, они предназначены для изменения значений других клавиш. Клавиши Ctrl и Alt вводятся в комбинации с другими клавишами,
и выполняющаяся программа может особым образом реагировать на
такие комбинации клавиш.
5.1.5 Периферийные устройства ЭВМ
Периферийные устройства – устройства ЭВМ, используемые
для запоминания больших объемов информации, ввода вывода и подготовки данных. Отличительная особенность периферийных устройств
в том, что они в процессе работы преобразуют форму представления
информации, не изменяя ее содержания.
5.1.5.1 Внешние запоминающие устройства
Эти устройства позволяют увеличить емкость памяти ЭВМ до
десятков и сотен гигабайтов, что необходимо для САПР, оперирующей
большими объемами справочной, проектной и графической информации.
Накопители на дискетах. Гибкие диски (флоппи-диски) позволяют переносить документы и программы одного компьютера на другой хранить информацию, не используемую постоянно на компьютере,
делать архивные копии информации, содержащейся на жестком диске.
Чаще всего на компьютере имеются два дисковода для дискет.
Наиболее распространены дискеты размером 5,25 и 3,5 дюйма (133 и
89 мм). Дискеты размером 5,25 дюйма) чаще всего имеют емкость 360
Кбайт (обозначение — Double Side/Double Density, DS/DD) и 1,2 Мбайта (Double Side/High Density, DS/HD). Встречаются дискеты прежних
лет выпуска, имеющие меньшую емкость либо рассчитанные для использования на дисководах с одной головкой (односторонние дискеты).
Для записи и чтения дискет емкостью 1,2 Мбайта предназначены специальные накопители, которые устанавливаются на компьютерах моделей IBM PC AT и PS/2. Эти накопители могут также читать
дискеты емкостью 360 Кбайт, но информация, записанная ими на такие
102
дискеты, плохо считывается на дисководах для дискет емкостью 360
Кбайт.
Дисководы для дискет емкостью 1,2 Мбайта снаружи никак не
отличаются от дисководов для дискет емкостью 360 Кбайт. Однако
используемая в них техника записи на дискеты различна: в дисководах
емкостью 1,2 Мбайта используются головки чтения-записи, обеспечивающие более узкую дорожку для записи информации. Дискеты емкостью 1,2 Мбайта имеют специальное магнитное покрытие, которое
позволяет записывать на них эту узкую дорожку информации. Это
магнитное покрытие труднее намагнитить и размагнитить, чем обычное, и поэтому такие дискеты не могут использоваться в дисководах
емкостью 360 Кбайт. Как правило, на дискетах емкостью 360 Кбайт
вокруг внутреннего отверстия имеется темное кольцо, а у дискет емкостью 1,2 Мбайта — нет. Кроме того, дискеты емкостью 1,2 Мбайта
имеют более темное магнитное покрытие. Это позволяет в сомнительных случаях различать дискеты разной емкости. У дискет размером 3,5
дюйма определить максимальную емкость проще: у дискет емкостью
1,44 Мбайта имеется специальная прорезь, а на дискетах емкостью 720
Кбайт ее нет.
С помощью специальных программ на дисководах емкостью
1,2 Мбайта дискеты типа DS/DD, рассчитанные на хранение 360 Кбайт,
можно разметить на 720 и 800 Кбайт.
Дискеты размером 3,5 дюйма. В портативных компьютерах
используются накопители для дискет размером 3,5 дюйма (89 мм) и
емкостью 0,7 и 1,4 Мбайта. Эти дискеты заключены в жесткий пластмассовый конверт, что значительно повышает их надежность и долговечность.
Защита дискет от записи. На дискетах размером 5,25 дюйма
имеется прорезь, для защиты от записи. Если эту прорезь заклеить, то
на дискету нельзя будет произвести запись (разумеется, при условии,
что дисковод исправен).
На дискетах размером 3,5 дюйма вместо прорези защиты от
записи имеется специальный переключатель — защелка, разрешающая
или., запрещающая запись на дискету — это черный квадратик в нижнем левом углу дискеты). Здесь, однако, запись на дискету разрешена,
если отверстие, закрываемое защелкой, закрыто, и запрещена, если это
отверстие открыто.
Инициализация (форматирование) дискет. Перед первым использованием дискеты необходимо специальным образом, инициализировать. Это делается с помощью программы DOS Format.
103
Накопитель на жестком диске. Накопители на жестком диске (винчестеры) (винчестерская технология - отсюда название), предназначены для постоянного хранения информации, используемой при
работе с компьютером: программ операционной системы, часто используемых пакетов программ, редакторов документов, трансляторов с
языков программирования и т.д. Наличие жесткого диска значительно
повышает удобство работы с компьютером. Организация хранения
информации на винчестере, с точки зрения пользователя, не сильно
отличается от флоппи-дисков. Разница лишь в том, что количество поверхностей, дорожек и секторов значительно больше(соответственно
больше и емкость).
Когда говорят (о винчестере) 1 физический диск - имеется в
виду весь пакет дисков данного винчестера. С помощью спец. программ 1 физический диск винчестера можно "разбить" на несколько
разделов (логических дисков). Магнитные головки объединены в единый блок (блок магнитных головок). Этот блок по отношению к дискам перемещается радиально. Во время работы пакет дисков все время
вращается с постоянной скоростью(3600 об/мин). При считывании/записи информации блок магнитных головок перемещается(позиционируется) в заданную область, где производиться посекторное считывание/запись информации. В силу инерционности процесса
обработки информации и большой скорости вращения пакета дисков
возможна ситуация, когда блок магнитных головок не успеет считать
очередной сектор. Для решения этой проблемы используется метод
чередования секторов(секторы нумеруются не по порядку, а с пропусками). Например, вместо того, чтобы нумеровать секторы по порядку:
1234567 891011 1213 14..., их нумеруют так:1713281439...В последнее
время появились более скоростные SCSI-контроллеры, которые обеспечивают достаточную скорость обработки информации, и необходимость в чередовании секторов - отпадает.
Скорость работы диска характеризуется двумя показателями:
- временем доступа к данным на диске;
- скоростью чтения и записи данных на диске.
Эти характеристики соотносятся друг с другом приблизительно так же, как время разгона и максимальная скорость автомобиля. При
чтении или записи коротких блоков данных, расположенных в разных
участках диска, скорость работы определяется временем доступа к
данным — подобно тому, как при движении автомобиля по городу в
час пик с постоянными разгонами и торможениями не так уж важна
максимальная скорость, развиваемая автомобилем. Зато при чтении
104
или записи длинных (в десятки и сотни килобайт) файлов гораздо важнее пропускная способность тракта обмена с диском — точно так же,
как при движении автомобиля по скоростному шоссе важнее скорость
автомобиля, чем время разгона.
Следует заметить, что время доступа и скорость чтения-записи
зависят не только от самого дисковода, но от параметров всего тракта
обмена с диском: от быстродействия контроллера диска, системной
шины и основного микропроцессора компьютера.
Время доступа к данным – это среднее время, за которое компьютер может «добраться» до произвольного участка на диске. В документации на дисководы при этом учитывается только время, затрачиваемое самим дисководом. При измерении этой характеристики на
компьютере сюда добавится время, затрачиваемое контроллером, шиной и основным микропроцессором, что увеличит время доступа на 1-2
миллисекунды (мс).
В настоящее время типичное время доступа у дисков, используемых в «средних» компьютерах типа IBM PC AT, — около 17 мс.
Более быстрые диски имеют время доступа от 8 до 15 мс. Некоторые
старые диски емкостью 20-40 Мбайт, до сих пор продающиеся на
нашем рынке, имеют время доступа 25 или более (иногда даже 70) мс.
Такие для использования в САПР малоэффективны. Пропускная способность ввода/вывода. Еще одна очень важная характеристика жестких дисков, которой, как ни странно, редко уделяется должное внимание - это пропускная способность тракта ввода/вывода с диском. Она
зависит не только от жесткого диска, но и в значительной мере от контроллера диска и типа системной шины, а поэтому не указывается ни в
спецификации компьютера, ни в документации диска. Между тем для
типичного диска (с дисковым интерфейсом IDE на компьютере с шиной ISA) уже при чтении или записи файлов объемом в 10 Кбайт время
его чтения/записи превышает время доступа к файлу. А для файла объемом 100 Кбайт время доступа составляет менее 10% времени обработки файла! Таким образом, для большинства приложений увеличение пропускной способности дискового ввода/вывода значительно
сильнее повысит производительность работы, чем сокращение времени
доступа к данным. Хотя на современных дисках под каждой головкой
чтения-записи (а их там несколько, обычно от 4 до 8) проходит за каждую секунду 1250-1500 Кбайт данных, обычный дешевый компьютер с
шиной ISA и дисками с интерфейсом IDE способен поддерживать
лишь значительно меньшие скорости ввода-вывода обычно от 200 до
450 Кбайт/с. Поэтому для мощных компьютеров особенно на базе мик-
105
ропроцессора 80486DX, DX2 и Pentium) дисковая подсистема может
стать «узким местом»: для многих программ компьютер будет почти
все время ожидать завершения операций ввода-вывода с дисков. Как
же увеличить пропускную способность ввода/вывода с жестким диском? Прежде всего, надо иметь современный высокопроизводительный
жесткий диск. Старые диски, требующие форматирования с шагом чередования, отличным от 1:1, не годятся. Если Ваш компьютер оснащен
высокопроизводительной шиной (VESA, PCI или EISA), целесообразно
использовать контроллер диска, предназначенный для этой шины (для
шины VESA такие контроллеры стоят совсем недорого). Более дорогой
способ — приобретение дисков с интерфейсом SCSI или SCSI-2 и соответствующих контроллеров (контроллеры SCSI-2 более производительны, чем SCSI, еще более быстры контроллеры типа Fast SCSI-2).
Наилучшие результаты обеспечивает сочетание высокопроизводительной шины (VESA, PCI или EISA) и дисков с интерфейсом SCSI-, SCSI
или Enchanted IDE.
Логические диски. В нёкотором приближении можно считать,
что, "с точки зрения" MS DOS, каждый логический диск это отдельный
магнитный диск. Каждый логический диск имеет свое уникальное имя.
В качестве имени логического диска используются буквы английского
алфавита от А до Z (включительно). Кол-во логических дисков, таким
образом, не более 26. Буквы А и В - отведены строго под имеющиеся в
IBM PC FDD.
Начиная с буквы С именуются логические диски(разделы)
HDD. В случае, если данный IBM PC имеет только один FDD, буква В
пропускается
Работа жесткого диска. Взглянув на накопитель на жестком
диске, вы увидите только прочный металлический корпус. Он полностью герметичен и защищает дисковод от частичек пыли, которые при
попадании в узкий зазор между головкой и поверхностью диска могут
повредить чувствительный магнитный слой и вывести диск из строя.
Кроме того, корпус экранирует накопитель от электромагнитных помех.
Внутри корпуса находятся все механизмы и некоторые электронные узлы.
Механизмы - это сами диски, на которых хранится информация, головки, которые записывают и считывают информацию с дисков,
а также двигатели, приводящие все это в движение.
Диск представляет собой круглую металлическую пластину
с очень ровной поверхностью, покрытую тонким ферромагнитным
106
слоем. Во многих накопителях используется слой оксида железа (которым покрывается обычная магнитная лента), но новейшие модели
жестких дисков работают со слоем кобальта толщиной порядка десяти
микрон. Такое покрытие более прочно и, кроме того, позволяет значительно увеличить плотность записи. Технология его нанесения близка
к той, которая используется при производстве интегральных микросхем.
Количество дисков может быть различным - от одного до пяти,
количество рабочих поверхностей, соответственно, вдвое больше (по
две на каждом диске). Последнее (как и материал, использованный для
магнитного покрытия) определяет емкость жесткого диска. Иногда
наружные поверхности крайних дисков (или одного из них) не используются, что позволяет уменьшить высоту накопителя, но при этом количество рабочих поверхностей уменьшается и может оказаться нечетным.
Магнитные головки считывают и записывают информацию на
диски. Принцип записи в общем схож с тем, который используется в
обычном магнитофоне. Цифровая информация преобразуется в переменный электрический ток, поступающий на магнитную головку, а
затем передается на магнитный диск, но уже в виде магнитного поля,
которое диск может воспринять и "запомнить".
Магнитное покрытие диска представляет собой множество
мельчайших областей самопроизвольной (спонтанной) намагниченности. Для наглядности представьте себе, что диск покрыт слоем очень
маленьких стрелок от компаса, направленных в разные стороны. Такие
частицы-стрелки называются доменами. Под воздействием внешнего
магнитного поля собственные магнитные поля доменов ориентируются
в соответствии с его направлением. После прекращения действия
внешнего поля на поверхности диска образуются зоны остаточной
намагниченности. Таким образом сохраняется записанная на диск информация. Участки остаточной намагниченности, оказавшись при
вращении диска напротив зазора магнитной головки, наводят в ней
электродвижущую силу, изменяющуюся в зависимости от величины
намагниченности. Пакет дисков, смонтированный на оси-шпинделе,
приводится в движение специальным двигателем, компактно расположенным под ним. Скорость вращения дисков, как правило, составляет
3600 об/мин. Для того, чтобы сократить время выхода накопителя в
рабочее состояние, двигатель при включении некоторое время работает в форсированном режиме. Поэтому источник питания компьютера
должен иметь запас по пиковой мощности. Теперь о работе головок.
107
Они перемещаются с помощью прецизионного шагового двигателя и
как бы "плывут" на расстоянии в доли микрона от поверхности диска,
не касаясь его. На поверхности дисков в результате записи информации образуются намагниченные участки, в форме концентрических
окружностей. Они называются магнитными дорожками. Перемещаясь, головки останавливаются над каждой следующей дорожкой. Совокупность дорожек, расположенных друг под другом на всех поверхностях, называют цилиндром. Все головки накопителя перемещаются
одновременно, осуществляя доступ к одноименным цилиндрам с одинаковыми номерами.
Хранение и извлечение данных с диска требует взаимодействия между операционной системой, контроллером жесткого диска и
электронными и механическими компонентами самого накопителя.
DOS помещает данные на хранение и обслуживает каталог секторов
диска, закрепленных за файлами (FAT - File Allocation Table). Когда вы
даете системе команду сохранить файл или считать его с диска, она
передает ее в контроллер жесткого диска, который перемещает магнитные головки к таблице расположения файлов соответствующего
логического диска. Затем DOS считывает эту таблицу, осуществляя в
зависимости от команды поиск свободного сектора диска, в котором
можно сохранить вновь созданный файл, или начало запрашиваемого
для сохранения файла.
Нужно отметить, что файл может быть разбросан по сотням
различных секторов жесткого диска. Это связано с тем, что DOS сохраняет файл в первом встреченном ею секторе, помеченном как свободный. При этом файл может разбиваться на множество частей и размещаться в секторах, которые не расположены непосредственно друг
за другом (что, впрочем, почти незаметно для пользователя, хотя несколько снижает быстродействие компьютера). FAT хранит последовательность номеров секторов, в которые был записан файл. Таким образом они собираются в цепочку, каждое звено которой хранит следующую часть файла.
Информация FAT поступает из электронной схемы накопителя
в контроллер жесткого диска и возвращается операционной системе,
после чего DOS генерирует команду установки магнитных головок над
соответствующей дорожкой диска для записи или считывания нужного
сектора, при этом диск вращается со скоростью 3600 об/сек. Записав
новый файл на свободные сектора диска, DOS возвращает магнитные
головки в зону расположения FAT и вносит изменения в таблицу рас-
108
положения файлов, последовательно перечисляя все сектора, на которых записан файл.
Операционная система обращается к диску на уровне логического устройства, содержащего некоторый перечень файлов, управляемых DOS. Она генерирует команды управления контроллером дисков.
Последний обычно представляет собой отдельную плату, устанавливаемую в слот расширения персонального компьютера. Контроллер дисков управляется операционной системой с использованием наиболее
общих понятий, таких как физическое имя накопителя, номер головки
и цилиндра, операция записи или чтения и т.п.
Электроника жесткого диска спрятана снизу винчестера. Она
расшифровывает команды контроллера жесткого диска и передает их в
виде изменяющегося напряжения на шаговый двигатель, перемещающий магнитные головки к нужному цилиндру диска. Кроме того, она
управляет приводом шпинделя, стабилизируя скорость вращения пакета дисков, генерирует сигналы для головок при записи, усиливает
эти сигналы при чтении и управляет работой других электронных узлов накопителя.
Термины по жесткому диску. Флоппи-диск(дискета) - съемный
гибкий магнитный диск.
Винчестер - несъемный жесткий магнитный диск(пакет дисков).
Время доступа (Acces time) - период времени, необходимый
накопителю на жестком диске для поиска и передачи данных в память
или из памяти. Быстродействие накопителей на жестких магнитных
дисках часто определяется временем доступа (выборки).
Кластер (Cluster) - наименьшая единица пространства, с которой работает ДОС в таблице расположения файлов. Обычно кластер
состоит из одного или более секторов. Количество секторов зависит от
типа диска. Многие жесткие диски имеют кластеры из четырех секторов или 2048 байтов. Поиск кластеров вместо отдельных секторов сокращает издержки ДОС по времени. Крупные кластеры обеспечивают
более быструю работу накопителя, поскольку количество кластеров в
таком случае меньше, но при этом хуже используется пространство
(место) на диске, так как многие файлы могут оказаться меньше кластера и оставшиеся байты кластера не используются. Размер Кластера
= М*(РазмерСектора)= N * 512 байт,
где N = 2,4,8 и т.д.
Контроллер (УУ) (Controller) - схемы, обычно расположенные
на плате расширения, обеспечивающие управление работой накопите-
109
ля на жестком диске, включая перемещение головки и считывание и
запись данных.
Цилиндр (Cylinder) - дорожки, расположенные напротив друг
друга на всех сторонах всех дисков, (для флоппи-диска под цилиндром
подразумевается 2 дорожки)
Головка накопителя (Drive head) - механизм, который перемещается по поверхности жесткого диска и обеспечивает электромагнитную запись или считывание данных.
Таблица размещения файлов (FAT) (File Allocation Table
(FAT)) - запись, формируемая ДОС, которая отслеживает размещение
каждого файла на диске и то, какие сектора использованы, а какие свободны для записи в них новых данных.
Зазор магнитной головки (Head gap) - расстояние между головкой накопителя и поверхностью диска.
Чередование (Interleave) - отношение между скоростью вращения диска и организацией секторов на диске. Обычно скорость вращения диска превышает способность компьютера получать данные с диска. К тому моменту, когда контроллер производит считывание данных,
следующий последовательный сектор уже проходит головку. Поэтому
данные записываются на диск через один или два сектора. С помощью
специального программного обеспечения при форматировании диска
можно изменить порядок чередования.
Логический диск (Logical drive) - определенные части рабочей
поверхности жесткого диска, которые рассматривают как отдельные
накопители. Некоторые логические диски могут быть использованы
для других операционных систем, таких как, например, UNIX.
Парковка (Park) - перемещение головок накопителя в определенную точку и фиксация их в неподвижном состоянии над неиспользуемыми частями диска, для того, чтобы свести к минимуму повреждения при сотрясении накопителя, когда головки ударяются о поверхности диска.
Разбивка (Partitioning) - операция разбивки жесткого диска на
логические диски. Разбиваются все диски, хотя небольшие диски могут
иметь только один раздел.
Диск (Platter) - сам металлический диск, покрытый магнитным
материалом, на который записываются данные. Накопитель на жестких
дисках имеет, как правило, более одного диска.
RLL (Run-length-limited) - кодирующая схема, используемая
некоторыми контроллерами для увеличения количества секторов на
дорожку для размещения большего количества данных.
110
Сектор (Sector) - деление дисковых дорожек, представляющее
собой основную единицу размера, используемую накопителем. Каждый сектор имеет размер =512 байт (для MS DOS)
Время позиционирования (Seek time) - время, необходимое головке для перемещения с дорожки, на которой она установлена, на какую-либо другую нужную дорожку.
Дорожка (Track) - концентрическое деление диска. Дорожки
похожи на дорожки на пластинке. В отличие от дорожек пластинки,
которые представляют собой непрерывную спираль, дорожки на диске
имеют форму окружности. Дорожки в свою очередь делятся на кластеры и сектора.
Время перехода с дорожки на дорожку (Track-to-track seek
time) - время, необходимое для перехода головки накопителя на соседнюю дорожку.
Скорость передачи данных (Transfer rate) - объем информации,
передаваемый между диском и ЭВМ в единицу времени. В него входит
и время поиска дорожки.
Устройства для чтения компакт-дисков. В связи с ростом объемов и сложности программного обеспечения, широким внедрением
мультимедиа-приложений (приложений, сочетающих движущиеся
изображения, текст и звук), огромную популярность в последнее время
приобрели устройства для чтения компакт-дисков (CD-ROM). Эти
устройства и сами компакт-диски относительно недороги, очень
надежны и могут хранить весьма большие объемы информации (до 650
Мбайт), поэтому они очень удобны для поставки программ и данных
большого объема, например каталогов, перечней, энциклопедий, а
также обучающих, демонстрационных и игровых программ, сочетающих движущиеся изображения, текст и звук. Многие программы (скажем, операционные системы Novell и Windows NT, компилятор Borland C++, графический пакет Corel Draw и др.) полностью или частично поставляются на компакт-дисках.
Принцип действия. Как и в компакт-дисках, применяемых в
бытовых CD-плейерах, информация на компьютерных компакт-дисках
кодируется посредством чередования отражающих и не отражающих
свет участков на подложке диска. При промышленном производстве
компакт-дисков эта подложка выполняется из алюминия, а не отражающие свет участки делаются с помощью продавливания углублений в
подложке специальной пресс-формой. При единичном производстве
компакт-дисков (так называемых CD-R дисков, см. ниже) подложка
выполняется из золота, а нанесение информации на нее осуществляет-
111
ся лучом лазера. В любом случае сверху от подложки на компакт-диске
находится прозрачное покрытие, защищающее занесенную на компактдиск информацию от повреждений.
Хотя по внешнему виду и размеру используемые в компьютерах компакт-диски не отличаются от дисков, применяемых в бытовых
CD-плейерах, однако компьютерные устройства для чтения компактдисков стоят существенно дороже. Это не удивительно, ведь чтение
программ и компьютерных данных должно выполняться с гораздо более высокой надежностью, чем та, которая достаточна при воспроизведении музыки. Поэтому чтение используемых в компьютере компактдисков осуществляется с помощью луча лазера небольшой мощности.
Использование такой технологии позволяет записывать на компактдиски очень большой объем информации (до 650 Мбайт), и обеспечивает высокую надежность хранения этой информации.
Однако скорость чтения данных с компакт-дисков — значительно меньше, чем с жестких дисков. Одна из причин этого состоит в
том, что компакт-диски при чтении вращаются не с постоянной угловой скоростью, а так, чтобы обеспечить неизменную линейную скорость прохождения информации под читающей головкой. Стандартная
скорость чтения данных с компакт-дисков — всего 150-200 Кбайт/с, а
время доступа — 0,4 с. Впрочем, в последнее время выпускаются в
основном устройства с двойной, тройной и даже четверной скоростью
вращения, они обеспечивают соответственно более высокие скоростные показатели: время доступа — 0,2-0,3 с, скорость считывания —
300 -500 Кбайт/с. Заметим, однако, что устройства с «тройной» и "четверной» скоростью в реальных задачах увеличивают скорость работа с
компакт-диском не в полтора и не в два раза по сравнению с устройством с двойной скоростью, а всего на 30-60%.
Характеристики устройств.
Кроме скорости, устройства для чтения компакт-дисков отличаются друг от друга:
- по способу подсоединения устройства к компьютеру: через
собственную (оригинальную) интерфейсную плату, через SCSIинтерфейс и т.д.;
- по исполнению: внутреннему или внешнему (устройство во
внешнем исполнении стоит дороже, так как для него необходимы отдельный корпус и блок электропитания);
- по способу загрузки компакт-диска в устройство (с помощью
caddy — прозрачного пластмассового контейнера, tray-механизма, т.е.
специального подноса и т.д.);
112
- по поддерживаемым стандартам компакт-дисков. Стандарты
записи информации. Для записи информации на компьютерные компакт-диски используются различные форматы:
- CD-DA (Digital Audio) — наиболее распространенный формат записи, задан стандартом ISO-9660, позволяет хранить графические, звуковые и текстовые данные;
- PhotoCD (или Kodak PhotoCD) — позволяет хранить чернобелые и цветные фотографии, поддерживает запись на компакт-диск в
несколько сеансов (это может быть удобно при использовании CD-R
дисков, см. ниже);
- CD-ROM ХА — формат, совместимый «сверху вниз» с ISO—
9660 (CD-DA), позволяет за счет «чередования» при записи блоков с
разнородной информацией (изображение, звук, иные данные) улучшить при воспроизведении согласованность звука и изображения. Как
и формат Kodak PhotoCD, поддерживает запись на компакт-диск в несколько сеансов.
Практически все выпускаемые в настоящее время устройства
для чтения компакт-дисков поддерживают формат CD-DA (ISO-9660),
а также могут использоваться для проигрывания обычных акустических компакт-дисков. Однако обычно целесообразно приобретать
устройства, поддерживающее и другие форматы. Особенно полезна
совместимость с PhotoCD, поскольку компакт-диски с изображениями
очень часто выпускаются именно в этом формате.
Устройства резервного копирования. Обрабатываемые компьютером данные, как правило, хранится на его жестких дисках. Однако
из-за физической порчи диска, действия компьютерных вирусов, а
также, вследствие, неправильной корректировки или случайного уничтожения файлов эта информация может быть полностью или частично
повреждена или уничтожена. Потери от таких происшествий могут
быть чрезвычайно большими: во многих организациях ценность хранящихся в компьютерах информации в сотни и тысячи раз превосходит
стоимость самих компьютеров.
Чтобы свести к минимуму потери в таких ситуациях, следует
иметь архивные копии используемых файлов и систематически обновлять копии изменяемых файлов. Копировать данные, разумеется, можно и на дискеты, но это крайне неудобно: дискет может потребоваться
очень, много, а процесс копирования займет слишком много времени.
Например, для копирования сотни Мбайт (а это очень небольшой объём данных для таких областей, как издательское дело или мультимедиа-приложения), потребуется 70 дискет емкостью 1,44 Мбайт и не-
113
сколько часов работы. Ясно, что такое решение является неприемлемым, поэтому обычно для архивации данных используют специальные
устройства резервного копирования: стримеры, диски Бернулли, съемные жесткие диски, магнитооптические диски, съемные лазерные диски и т.д.
Стримеры. Наиболее дешевой и распространенной разновидностью устройств резервного копирования являются стримеры —
устройства для записи информации на кассеты с магнитной лентой.
Разные стримеры отличаются по:
- типу используемых кассет— встречаются кассеты, аналогичные применяемым в бытовых аудио-магнитофонах или видеомагнитофонах, а также и другие кассеты (схожесть кассет не удивительна: часто в стримерах -используются лентопротяжные механизмы, разработанные для аудио- и видеомагнитофонов);
- емкости этих кассет (от 40 Мбайт до 10 Гбайт);
- способу подсоединения стримера к компьютеру: через собственную (оригинальную) интерфейсную плату, через IDE-интерфейс
через SCSI-интерфейс, через параллельный порт (это удобно для портативных компьютеров) и т.д.;
- по наличию возможности верификации и исправления данных во время записи;
- по скорости и надежности записи на ленту;
- по исполнению: внутреннему или внешнему (стример во
внешнем исполнении стоит дороже, так как для него необходимы от
дельный корпус и блок электропитания).
Следует заметить, что надежность записи информации на кассеты стримеров приблизительно такая же, как при записи на трехдюймовые дискеты, т.е. не слишком высокая. Поэтому при сохранении на
кассеты стримеров важной информации рекомендуется сделать две
копии.
Магнитооптические диски.
Другой весьма перспективной технологией создания резервных копий является использование магнитооптических дисков. Эти
диски сочетают преимущества магнитной и оптической технологий:
информация, хранится на магнитном носителе, защищенном прозрачной пленкой, а чтение и запись осуществляются с помощью луча лазера. Магнитооптические диски выпускаются размером 3,5 и 5,25 дюйма
и по форме очень похожи на обычные дискеты. Так, магнитооптический диск размером 3,5 дюйма по внешнему виду почти не отличим от
трехдюймовой дискеты. Однако свойства этой «дискеты» совершенно
114
другие: емкость не 1,44 Мбайт, а от 128 до 256 Мбайт, скорость доступа — почти такая же, как у винчестера, а надежность хранения информации чрезвычайно велика (во всяком случае, гораздо выше, чем у
дискет или стримеров). Емкость магнитооптических дисков размером
5,25 дюйма:— обычно 1,3 Гбайт (при таких, же показателях скорости и
надежности).
Чтение и запись информации на магнитооптические диски
осуществляется так же, как на дискеты: после установки соответствующей программы-драйвера все прикладные программы могут рассматривать привод магнитооптических дисков как дисковод для дискет.
CD-R диски.
В организациях с очень большими объемами архивируемых
данных использование магнитооптических дисков может быть неоправданно из-за высокой стоимости этих дисков и необходимости для
их чтения специального и весьма дорогого устройства. Здесь приемлемым выходом может стать применение CD-R (CD-Recordable) дисков,
т.е. перезаписываемых компакт-дисков. CD-R диски — это почти то же
самое, что компакт-диски (CD-ROM), но на них можно производить
также и запись информации.
Надежность хранения информации на CD-R дисках — приблизительно такая же, как на магнитооптических дисках, т.е. очень высокая, однако скорость чтения CD-R (как и CD-ROM) дисков — почти в
десять раз меньше, чём у магнитооптических дисков.
Другие возможности. Для архивации данных можно использовать и другие средства. Например, для этого иногда применяются
флоптические диски, сменные жесткие диски и диски Бернулли, однако они уступают по емкости по стоимости хранения Мбайта информации как стримерам, так и магнитооптическим дискам. Сменные лазерные диски обеспечивают такую же емкость как магнитооптические
диски, а скорость чтения-записи у них в два с лишним раза быстрее,
поэтому они используются там, где необходим очень быстрый доступ к
архивным данным.
Другие устройства накопления и хранения информации.
Кроме вышеперечисленных основных устройств накопления и
хранения информации существуют некоторые другие. К таким устройствам относятся:
- ZIP диски;
- CD-RW-диски;
- DVD-RAM диски;
- Картриджи
115
- Ленты
Все эти устройства имеют разные емкости, скорости доступа к
информации, свои минусы и плюсы, а также разную цену. У них есть
свои ограничения, но есть и несомненные достоинства. Одно у них
всех есть общее - эти устройства были созданы для хранения, накопления и резервирования данных.
ZIP диск. Он выглядит также как 3,5"-дискета, также прост в
обращении как 3,5"- дискета, но сохраняет в 70 раз больше информации. Технология ZIP открывает совершенно новые возможности:
- запуск программ непосредственно с ZIP-диска, обмен огромных файлов с его помощью, использование необычайно большого объема памяти для хранения данных.
Новые ZIP- диски -дополнительная надёжность
Улучшенная с помощью специальной технологии поверхность
делает чрезвычайно высокой надёжность хранения данных даже после
миллионов операций записи/считывания.
К тому же zip-диски построены из двух слоев, что означает
двойную защиту и ещё большую надёжность хранения Ваших данных.
Описание
ZIP DOS/Mac formatted
Неформатированные
DOS форматированные
Количество поверхностей
Количество дорожек
Количество дорожек
100MB
2
1817
2117
Компакт-диски. CD для самостоятельной записи.
CD-RW можно записывать многократно, что делает этот диск
идеальным средством для тех областей применения, где необходимы
частые изменения или обновления.
116
Описание
Fonn-Faktor
Общая ёмкость
CD-RW 650 MB 74Min
5.25"
650-790 MB
CD-R Ceram Guard. Особое преимущество CD-R Ceram Guard
заключается в наличии дополнительного защитного слоя с керамическими частицами. Это защищает чувствительный отражающий и записывающий слой от повреждений. Технология Ceram Guard делает защитный слой в несколько раз более прочным, чем было возможно до
сих пор и защита Ваших данных теперь намного эффектиней, чем была
когда-либо.
Подходит для всех дисководов: новый CD-R MULTI SPEED.
CD-R Multi Speed имеет новый серебряный слой. В противоположность обычно используемому золотому слою, серебряный имеет
значтельно большую отражательную способность. Таким образом, на
один и тот же CD-R запись может осуществляться со скоростью от однократной вплоть до восьмикратной.
Описание
Fonn-Faktor
Общая ёмкость
CD-R Multispeed
5.25"
650-790 MB
CD-R Ceram
5.25"
650-790 MB
BASF DVD-RAM.Для современного использования. Еще ни
один носитель информации не был так близок к оптимальному: молниеносно быстрый и, при этом, перезаписываемый несколько тысяч
раз, с огромным объемом памяти, и при этом сменный. DVD-RAM
(Digital Versatile Disks) - это первый носитель информации, который
может практически всё и, при этом, великолепно.
Таким образом, именно он незаменим в наше время для таких
областей применения, которые требуют интенсивной работы с хранением больших объемов информации, таких, например, как аудио-, видео-и мультимедийные данные. DVD - дисководы могут сегодня считывать данные со всех типов CD-ROM, CD-R а также CD-RW, так что
записанная ранее информация может использоваться и в дальнейшем.
Даже время не сможет "состарить" DVD-RAM, так как следующие по-
117
коления дисководов смогут считывать информацию с записанных сегодня дисков DVD.
Магнитооптические диски. Магнитооптические диски 3,5" и
5,25" (MOD) являются номером один там, где необходимо записать
большие объемы данных на заменяемых магнитных носителях и где
требуется свободный и быстрый доступ к ним. Магнитооптические
диски являются решением для графического дизайна, обработки картин, мультимедийных приложений, банка данных. Audio Editing, Electronic Publishing, позволяют производить многократную перезапись и
поставляются также в версии Write Once.
Описание
5.25-/28 5.25"/2S 5.25-/2S
5.25"/2S*
Емкость
594 MB 652MB
1.2GB
1.3G
Байт на сектор 512
1024
512
1024
Описание
5.25-
5.25-
5.25"/2S
Емкость
2.3GB
2.6GB
4.1GB
*Поставляются также
в версии WRITE
ONCE.
1024
512
Байт на сектор 512
Описание
5.25"/28 5.25"/2S 3.5'VIS
Емкость
4.8GB
5.2GB
128MB
Байт на сектор 1024
2048
512
Описание
3.5"/1S
3.5-/1S
3.5"/18
Емкость
230MB
540MB
640MB
512
2048
Байт на сектор 512
QIC стриммер-ленты. Современные разработки и, прежде всего, мультимедийные данные требуют сегодня такого объема памяти,
как никогда ранее. QIC стриммер-ленты должны идти в ногу со временем, для того чтобы и в будущем выполнять свои функции надежного
средства архивирования и Back-up. Именно здесь проявляются преимущества стриммер-ленты Travan с вновь разработанным дизайном
Mini-Cartridge:
Магнитные картриджи BASF 3590 и SD-3 BASF МТС IBM
High Performance 3590, ёмкостью 10Гб для дисководов Mag-starTM
3590.Скорость передачи данных 9 Мб/сек (= в 3 раза выше, чем прежде)
118
Ёмкость 10 Гб без компрессии 30 Гб с компрессией (= в 50 раз
выше, чем прежде)
Способ записи
Продольная серпантинная запись на 128 (8х16) информационных дорожках и уже записанных серводорожках.
Компьютерные ленты. Высочайшая надежность хранения данных благодаря современной технологии
За счет бескомпромиссной точности при производстве и современной технологии изготовления каждый тип компьютерной ленты
дает Вам дополнительное преимущество в надежности и экономичности, которое Вам так необходимо. Не случайно компьютерные ленты
были признаны ведущими производителями дисководов. Каждая отдельная компьютерная лента подвергается строжайшему поштучному
контролю - дорожка за дорожкой и так по всей длине ленты. Это обеспечивает компьютерным лентам BASF экстремально малое количество
ошибок. Для Вас снижается до минимума риск сбоев и потери данных.
Описание
6К
12W 12 S* 24W 24 Е
Ёмкость при 32 К блоках 40
(Мб)
40
80
80
165
165
Длина ленты (м)
180
180
365
365
730
730
Размер бобины (дюйм)
7
7
8.5
8.5
10.5
10.5
Описание
24 S
24 Т 36W 36 S* 36Е
6W
Ёмкость при 32 К блоках 165
(Мб)
Длина ленты (м)
730
165
250
730
1100 1100 1100
Размер бобины (дюйм)
10.5
10.5
10.5
250
10.5
250
10.5
5.1.5.2 Печатающие устройства – принтеры
В настоящее время принтеры - наиболее массовое семейство
компьютерной по численности многократно превосходящее все другие
периферийные устройства в сумме. По экспертной оценке, отношение
числа принтеров к числу компьютеров в мире находится в пределе от
1:4 до 1:3, а общее их количество превысило 10 миллионов еще в конце
80-х годов.
119
Первые модели принтеров фактически явились модернизацией
электрических пишущих машинок. Дополнительными портами ввода,
дешифраторами цифрового кода, ASCII, и электромагнитного управления на каждую на базе пишущих удобными (для времени) устройствами и получили достаточно распространение в 60-х и 70-х годах. Принтер поддерживает единственный стандартный шрифт, "намертво" отштампованный на литерах рычажного типа, а редкие модели с использованием сменных поворотных головок, например, типа "ромашка",
зачастую требовали для смены шрифта сложных операций. Особенным
неудобством было "одноязычие" принтера.
Однако принтер уже в те годы превосходил по скорости печати и неутомимости любую квалифицированную машинистку, да и
ошибок не делал.
Потребительские свойства удалось резко повысить с началом
периода становления матричных устройств, поддерживающих разнообразные шрифты и алфавиты, а также графический вывод. К настоящему времени для монохромной печати выпускаются в основном
принтеры следующих типов:
- матричные игольчатые принтеры;
- принтеры термопечати;
- струйные принтеры;
- лазерные и светодиодные принтеры.
Матричные игольчатые принтеры. Принтеры данной группы
выпускаются уже более 20 лет, поэтому они прошли долгий путь развития и совершенствования параметров. Все основные конструкторские решения уже настолько оптимизированы, что дальнейший прогресс ударных игольчатых матричных или мозаичных принтеров (Impact Dot Matrix - IDM) является весьма медленным. По мнению авторов, возможности дальнейшего развития данной группы практически
исчерпаны, и её надо воспринимать такой, какая она есть. А ряд параметров игольчатых принтеров по-прежнему высоким.
Итак современные игольчатые принтеры используют печатающую головку с 9 и 24 иглами, управляемыми при помощи электромагнитов. Быстродействие последних и количество печатающих игл в
основном определяют скорость печати. Печать осуществляется при
горизонтальном движении головки (каретки) её иглами через красящую ленту, заправленную в специальную касету (картридж). Переход к
следующей строке достигается синхронизированным движением бумаги.
120
Современные принтеры обычно имеют размер точки при печати
порядка 0.25 мм и разрешение по вертикали (вдоль листа) порядка 180
точек на дюйм (в литературе иногда можно встретить сокращение dpi dots per inch). За счет метода наложения точек "псевдоразрешение" по
горизонтали может быть чуть выше (по рекламным заявлениям - до
240-360 точек на дюйм). Данный метод, в принципе, несколько повышает качество печати соответствующих шрифтов и графики. Переход к
шрифтам более высокого качества (так называемому режиму Near Letter Quality - NLQ) осуществляется по команде с панели управленияпринтера или программно.
Быстродействие данных принтеров при печати простейшими
шрифтами (со знакообразующей матрицей около 8х8 точек), особенно
24-игольчатых, очень высоко и достигает нескольких десятков листов,
типа машинописного в минуту. Печать более сложных шрифтов, с матрицей более 9 точек в высоту, с наложением по горизонтали, требующим второго прохода печатающей головки, как и печать графики максимального разрешения, снижает скорость вывода документа в несколько раз (обеспечивается быстродействие в диапазоне 25-500
знаков в минуту).
Игольчатые принтеры помимо набора шрифтов, "зашитых" в
собственное ПЗУ (в частности, они могут быть и русифицированными), имеют гибкие возможности вывода других шрифтов программно
(например, как графики) с применением соответствующих драйверов и
различных форматов матрицы символа, с управлением межсимвольным и междустрочным расстоянием и т.д.
Современные принтеры данной группы предусматривают работу с форматом бумаги А4 (узкая каретка) или A3 (широкая каретка),
различные способы подачи бумаги, печатают на прямом и обратном
ходе каретки, имеют удобный пользовательский интерфейс. В последнее время стали популярными компактные стоечные (вертикальные)
модели, экономящие место на рабочем столе.
Основным интерфейсом практически всех принтеров является
параллельный типа Centronics и последовательный RS232, а ёмкость
буферной памяти ударных устройств обычно составляет 1-30 Кбайт.
Принтеры очень надёжны и имеют низкие эксплуатационные
расходы. Стоимость их, как правило, находится в пределах 165-1600
долларов, а стоимость типовой продукции без учёта цены бумаги - доли цента за лист.
121
Широко известны печатающие устройства фирм Epson,
Lexmark, Brother, Citizen, Kyosera, Mannesman, Okidata, Star Micronics,
Apple и других.
Особенности матричных игольчатых принтеров, такие как высокая скорость печати, неприхотливость к качеству бумаги и низкая
цена, при сравнительно невысоком качестве изображения предопределяют область их применения. Это прежде всего оперативная печать
редко читаемых документов, например, писем, экономических и финансовых расчётов, счетов, квитанций и т. п. Поэтому помимо универсальных аппаратов в мировой практике широко распространены специализированные игольчатые принтеры, входящие в состав кассовых
аппаратов, различных терминалов для финансовых услуг и т.д. Примером является массовая серия аппаратов ТМ фирмы Epson.
Домашнему и офисному применению этих принтеров часто
препятствует традиционно высокий уровень их шума. Причём активная работа разработчиков по снижению шума пока не приводит к удовлетворительным результатам. Качество печати по мере износа ленты
снижается, а частая смена картриджей повышает удельную стоимость
продукции. Печать графических изображений приемлемого качества на
данных устройствах фактически невозможна. В целом группа матричных игольчатых принтеров неуклонно сдаёт свои позиции конкурентам
Принтеры, использующие технологию термопечати. Несмотря на долгую эволюцию, лишь немного уступающую по длительности
эволюции матричных принтеров, принтеры, использующие технологию термопечати, не смогли завоевать значительной доли рынка печатающих устройств. Очень близкие по механизму к вышеописанной
группе, они используют печатную головку, оснащённую матрицей
нагревательных элементов, и специальную бумагу, пропитанную термочувствительным красителем (реже - красящую ленту).
Изготавливаемая по толстоплёночной технологии матрица головки для термопечати может иметь более высокое разрешение (до 200
точек на дюйм), однако инерционность и ряд других принципиальных
ограничений процесса печати не позволяет существенно повысить скорость печати обычно составляющую 40-120 символов в минуту. Несмотря на длительную разработку специальных красителей и бумаги,
часто недостаточной является яркость и контрастность изображения,
номенклатура доступных типов бумаги. Достоинствами же термопринтеров является малый уровень шума при работе, компактность, надёжность, отсутствие заправляемых расходных материалов. Кроме весьма
дорогостоящей бумаги, печатающее устройство не требует никаких
122
эксплуатационных материалов (затрат) при среднем качестве и скорости печати.
Начиная с первой сравнительно массовой и удачной модели,
IBM QuietWriter, появившейся на рынке ориентировочно в 1988 году, в
российской практике термопринтеры применяются весьма незначительно. Отметим, однако, широкое применение у нас факсимильных
аппаратов (особенно факсов Panasonic серии FX), оснащённых устройством термопечати.
Струйные принтеры. Аналогично термопечати технология
струйной печати прошла долгий путь совершенствования, причём с
более чем успешными результатами. За 15 лет разрешающая способность струйных принтеров, предназначенных для массового применения, выросла почти в 10 раз (до 720 точек на дюйм). Достигнут удачный компромисс между требованиями к чернилам не засыхать в соплах
печатающей головки и достаточно быстро сохнуть на бумаге, не смазываясь при этом. Значительно улучшились эксплуатационные свойства струйных аппаратов, они стали более неприхотливы к бумаге.
Механизм подачи и протяжки бумаги струйных печатающих
устройств близок к вышеописанным группам, однако применена принципиально другая печатающая головка. Поскольку струйная технология использует метод "выбрасывания" капель красителя на бумагу,
соответствующая матрица печати представляет собой набор сопел (до
256), с которыми соединены ёмкости для чернил и управляющие механизмы (как правило – пьезоэлектрического типа). Требования к краскам (чернилам) весьма противоречивы и высоки, поэтому состав их
постоянно совершенствуется. Качество изображения сильно зависит от
типа бумаги (плёнки), поэтому для наиболее ответственных работ рекомендуются специальные её типы, обладающие свойствами быстрого
впитывания чернил (extra-adsorbent paper) без их проявления на просвет.
Первый удачный монохромный струйный принтер Thinkjet
фирмы Hewlett-Packard преодолел основную массу технологических
проблем и обеспечил при высоком качестве печати и разрешении,
близком к игольчатым печатающим устройствам, скорость печати до
150 символов в минуту. По сравнению с основными конкурентами тех
лет - игольчатыми печатающими устройствами, резко снизился уровень шума при печати.
Современные струйные принтеры для массового применения,
как правило, имеют решающую способность на уровне 300-360 или
300х600 точек на дюйм, могут печатать с удовлетворительным каче-
123
ством на обычной бумаге и с высоким качеством (приближающимся к
печати на лазерном принтере) - на специальной бумаге. Типовое быстродействие при печати текстов составляет 50-160 знаков в минуту, а
графики - 0.5-4 листа в минуту.
Распространены струйные печатающие устройства фирм
Hewlett-Packard, Apple, Brother, Lexmark, Texas Instruments, CalComp и
других.
Удельная стоимость печати струйных принтеров составляет
около 5 центов на лист формата А4, а цена самих принтеров является
средней между ценами на матричные и лазерные принтеры. Фактически, имея цену на 150-200 долларов ниже, чем у лазерных аппаратов, и
качество, приближающееся к ним, семейство струйных принтеров
устойчиво увеличивает свою долю на рынке, чему способствует и их
активная реклама. Струйные принтеры практически бесшумны и весьма универсальны (особенно аппараты с опцией цветной печати), цена
их постоянно снижается, а качество печати улучшается.
Лазерные и светодиодные принтеры. В лазерных и светодиодных печатающих устройствах, как и в ксерокопировальных аппаратах, используется свойство фоточувствительности ряда материалов
(например, селена) которые изменяют свой поверхностный электростатический заряд под воздействием света. Для реализации этого процесса, помимо тракта протяжки бумаги, данные принтеры содержат светочувствительный барабан, зеркальную систему развертки, устройства
фокусировки и лазерный диод (или матрицу светодиодов). После зарядки и поточечной засветки светочувствительного барабана, соответствующей формируемому изображению, на него подаётся и закрепляется в соответствии с распределением электрического заряда специальный красящий порошок - тонер. Далее по барабану прокатывается
бумага и снимаеи с него тонер. Окончательное закрепление изображения на бумаге достигается её разогревом до температуры расплавления
тонера.
Особенности данного процесса, такие как формирование точки
изображения лучом света, а далее – мелкодисперсным специальным
порошком красителя (тонера), предопределяют возможность очень
малых размеров точки матрицы изображения и соответственно разрешающую способность лазерных принтеров, которая на практике
составляет 300-1200 точек на дюйм. Для светодиодных принтеров,
ввиду больших трудностей фокусировки, разрешение, как правило,
соответствует нижней границе указанного диапазона. В лазерных печатающих устройствах не редко применяются дополнительные меры,
124
повышающие качество печатаемой графики для визуального восприятия, например, технологии Resolution Technology (RET) фирмы
Hewlett-Packard, адресации повышенного разрешения по горизонтали
фирмы Xerox и другие.
В целом высокая разрешающая способность принтеров данной
группы позволяет использовать их для печати разнообразной текстовой и графической информации, в плоть до изготовления полиграфических макетов и форм. Вполне обоснованным является мнение, что
именно появление лазерных принтеров, наряду с персональными компьютерами и специальным программным обеспечением (Ventura Publisher, Aldus PageMaker), произвело революционные изменения в издательском процессе и создало для миллионов пользователей технологию настольной типографии desk publishing).
Для обеспечения печати графики лазерные устройства, как правило, имеют буферную память объёмом от 1 Мбайт и возможности её
дальнейшего расширения.
Данные принтеры используют обычную и высококачественную бумагу, печатают текст и графику со скоростью от 4 до 20 (и более) листов формата А4 (A3) в минуту, т.е. выводят текстовую информацию со скоростями порядка 160-2000 знаков в минуту, и практически бесшумны в работе.
Лазерные и заметно менее распространенные (но нескольк более дешёвые) светодиодные принтеры требуют периодических профилактических работ, включающих прежде всего дозаправку тонером
(или смену картриджа) после печати 1500-20000 листов, очистку сложного тракта подачи бумаги от пыли и т.д. Характерная для ранних моделей невысокая долговечность работы лазерного диода в настоящее
время преодолена (появляются модели с ресурсом лазера до 0.5-1 миллиона листов печати). Однако в целом данные аппараты требуют квалифицированного обслуживания, и на стоимость их продукции принято относить эксплуатационные и амортизационные расходы. Итоговая
стоимость печати документов этом обычно составляет 1-4 цента на
лист.
В зависимости от параметров диапазон цен лазерных принтеров
составляет 490-10000 долларов, поэтому целесообразно коллективное
использование дорогих, то есть более качественных и высокоскоростных устройств. (см. следующий раздел).
Широкое применение находят лазерные печатающие устройства фирм Hewlett-Packard, Lexmark, Texas Instruments, С. Itoh, Digital,
Okidata, Sharp, QMS и других. Отметим, что в основе большинства ап-
125
паратов лежит гораздо более узкий набор собственно механизмов печати (лазерных устройств), причём наиболее распространена комплектация лазерных принтеров механизмами фирмы Canon.
Лазерная печать (как и сами принтеры) дороже, чем у других
групп печатающих устройств, однако цены на лазерные принтеры
непрерывно и заметно снижаются, а расходы оправдываются весьма
высоким качеством продукции, приближающейся к уровню полиграфии.
5.1.5.3 Устройства машинной графики
Принципы ввода информации с бумажных носителей. Ввод
графической информации в ЭВМ производится в три этапа. На первом
этапе определяются координаты графических элементов, на втором координаты преобразуются в цифровой код, на третьем - они записываются в память ЭВМ и передаются для обработки в арифметическое
устройство (АУ).
Определение координат графических элементов можно производить автоматическим и полуавтоматическим способами. Преобразование координат графических элементов в цифровой код осуществляется несколькими методами:
- в память ЭВМ записываются значения текущих координат
всех элементов;
- графическая информация представляется в аналитическом
виде;
- исходные данные описываются на специальном графическом
языке.
Все перечисленные методы и способы преобразования и представления в ЭВМ графической информации определяют требования,
предъявляемые к техническим средствам образования информации для
ЭВМ.
Устройство ввода графической информации (УВГИ) - это
устройство, преобразующее графические данные в машинные коды.
Любую графическую информацию можно рассматривать как
набор оптических неоднородностей, отличающихся по яркости и цвету. Таким образом, любое УВГЮИ решает следующие задачи:
1 Дискретизация изображения на элементы;
2 Преобразование оптической информации в электрический
аналоговый сигнал;
3 Преобразование аналогового сигнала в цифровой код.
126
Количество дискретных элементов определяется заданной
точностью представления графической информации. Объемом информации о графическом изображении определяется быстродействие
УВГИ.
По методам дискретизации различают УВГИ автоматического
и полуавтоматического типов.
К автоматическим УВГИ относятся матричные, сканирующие
и следящие устройства; к полуавтоматическим – телевизионные, акустические, оптические, электрические и электромеханические устройства.
Сканер. Вводить изображение в компьютер можно разными
способами, например, используя видеокамеру или цифровую фотокамеру. Еще одним устройством ввода графической информации в компьютер является оптическое сканирующее устройство, которое обычно
называют сканером. Сканер позволяет оптическим путем вводить черно-белую или цветную печатную графическую информацию с листа
бумаги. Отсканировав рисунок и сохранив его в виде файла на диске,
можно затем вставить его изображение в любое место в документе с
помощью программы текстового процессора или специальной издательской программы электронной верстки, можно обработать это изображение в программе графического редактора или отослать изображение через факс-модем на телефакс, находящейся на другом конце света.
Сканер – это глаза компьютера. Первоначально они создавались
именно для ввода графических образов, рисунков, фотоснимков, чертежей, схем, графиков, диаграмм. Однако, помимо ввода графики, в
настоящее время они все шире используются в довольно сложных интеллектуальных системах OCD или Optical Cnaracter Recognition, то
есть распознания символов. Эти "умные" позволяют вводить в компьютер и читать текст.
Сперва текст вводится в компьютер с бумаги как графическое
изображение. Затем компьютерная программа обрабатывает это изображение по сложным алгоритмам и превращает в обычный текстовый
файл, состоящий из символов ASCII. А это значит, что текст книги или
газетной статьи можно быстро вводить в компьютер, вовсе не пользуясь клавиатурой!
А если система распознавания OCR соединяется еще и с программой перевода, в компьютер можно вводить страницы текста на
иностранном языке и почти мгновенно получать готовый перевод. Конечно, литературные качества электронного перевода обычно не слиш-
127
ком высокие, в научно-технических текстах литературные достоинства
- не самое главное, зато готовый перевод формально достаточно точен
и его можно получить фантастически быстро.
Сканеры бывают различных конструкций.
Ручной сканер. Это самый простой и дешевый сканер. Ручной
сканер, словно мышка, соединяется кабелем с компьютером. При прокатывании сканера по странице книги или журнала, необходимое
изображение считывается и в цифровом коде вводиться в память компьютера. В ручном сканере роль привода считывающего механизма
выполняет рука. Понятно, что равномерность перемещения сканера
существенно сказывается на качестве вводимого в компьютер изображения. Ширина вводимого изображения для ручных сканеров обычно
не превышает 4 дюймов (10 см). Современные ручные сканеры могут
обеспечивать автоматическую " склейку " изображения, то есть формируют целое изображение из отдельно вводимых его частей. К основным достоинствам этих сканеров относятся небольшие габаритные
размеры и сравнительно низкая цена, однако добиться высокого качества изображения с их помощью очень трудно, поэтому ручные сканеры можно использовать для ограниченного круга задач. Кроме того,
они совершенно лишены "интеллектуальности", свойственной другим
типам сканеров.
Планшетный сканер. Это наиболее распространенный тип сканеров. Первоначально он использовался для сканирования непрозрачных оригиналов. Почти все модули имеют съемную крышку, что позволяет сканировать " толстые " оригиналы ( журналы, книги ). Дополнительно некоторые модели могут оснащаться механизмом подачи
отдельных листов, что удобно при работе с программами распознавания текстов - OCR ( Optical Characters Recognition ). В последнее время
многие фирмы-лидеры в производстве плоскостных сканеров стали
дополнительно предлагать 1 слайд-модуль ( для сканирования прозрачных оригиналов). Слайд-модуль имеет свой, расположенный сверху, источник света. Такой слайд-модуль устанавливается на плоскостной сканер вместо простой крышки и превращает сканер в универсальный ( плоскостной сканер с установленным слайд-модулем ).
Барабанный сканер. Основное его отличие состоит в том, что
оригинал закрепляется на прозрачном барабане, который вращается с
большой скоростью. Считывающий элемент располагается максимально близко от оригинала. Данная конструкция обеспечивает наибольшее
качество сканирования. Обычно в барабанные сканеры устанавливают
три фотоумножителя, и сканирование осуществляется за один проход.
128
"Младшие" модели у некоторых фирм с целью удешевления используют вместо фотоумножителя фотодиод в качестве считывающего элемента. Барабанные сканеры способны сканировать любые типы оригиналов.
В отличие от плоскостных сканеров со слайд-модулем, барабанные могут сканировать непрозрачные и прозрачные оригиналы одновременно.
Проекционный сканер. Этот тип сканеров применяется для
сканирования с высоким разрешением и качеством слайдов небольшого формата (как правило, размером не более 4х5 дюймов). Существует
две модификации: с горизонтальным и вертикальным расположением
оптической оси считывания. Наиболее популярным в России, как,
впрочем, и на Западе, является вертикальный проекционный сканер.
Типов оригиналов бывает всего два. Это прозрачные негативные
и позитивные слайды, которые сканируют в проходящем свете. Непрозрачные оригиналы представляют собой либо аналоговые
изображения-фотографии, либо дискретные–иллюстрации из печатных
изданий (в полиграфии полутоновая печать осуществляется с помощью
растровых точек различного цвета и размера).
Считывание изображения. Механизмы считывания изображения базируются или на фотоумножителе, или на ПЗС. Фотоумножитель проще всего сравнить с радиолампой-фотосенсором, у которой
имеются пластины катода и анода и которая конвертирует свет в электрический сигнал. Считываемая информация подается на фотоумножитель точка за точкой с помощью засвечивающего луча. ПЗС - относительно дешевый полупроводниковый элемент довольно малого размера. ПЗС также как и умножитель конвертирует световую энергию в
электрический сигнал. Набор элементарных ПЗС-элементов располагают последовательно в линию, получая линейку для считывания сразу
целой строки, естественно и освещается сразу целая строка оригинала.
Цветное изображение такими сканерами считывается за три прохода (с
помощью RGB-светофильтра). Многие сканеры имеют три параллельные линейки ПЗС, тогда сканирование цветных оригиналов осуществляется за один проход, так как каждая линейка считывает один из трех
базовых цветов. Потенциально ПЗС-сканеры более быстродейственны
чем барабанные сканеры на фотоумножителях.
Качество изображения. Сканеры различаются по многим параметрам – технологии считывания изображения, типу механизма и некоторым другим. Существуют параметры сканирующего устройства,
влияющие на качество изображения. К таким параметрам относится
129
оптическая разрешающая способность, число передаваемых полутонов
и цветов, диапазон оптических плотностей, интеллектуальность сканера, световые искажения, точность фокусировки (резкость).
Интеллектуальность сканера. Под интеллектуальностью
обычно подразумевается способность сканера с помощью заложенных
в нем аппаратным и поставляемых с ним программных средств автоматически настраиваться и минимизировать потери качества. Наиболее
ценятся сканеры, обладающие способностью автокалибровки, т.е.
настройки на динамический диапазон плотностей оригинала, а также
компенсации цветовых искажений. Допустим, мы имеем ПЗС-сканер,
воспринимающий оптический диапазон плотностей до 3.2. С его помощью нам нужно отсканировать слайд, имеющий максимальную оптическую плотность 4.0. "Хороший" сканер сначала делает предварительное сканирование для анализа оригинала и получения диаграммы
оптических плоскостей. После анализа диаграммы сканер производит
свою автокалибровку с целью сдвига своего динамического диапазона
восприятия оптических плотностей, таким образом, минимизируются
потери в "тенях" благодаря сокращению потерь в светах.
Цветовые искажения сканеров. Каждый сканер обладает своими недостатками при восприятии цветов и общими недостатками
присущими данной модели. Общие недостатки обусловлены техническими возможностями и механическими характеристиками модели.
Собственный недостаток сканера обусловлен индивидуальной способностью освещающего оригинал источника света и считывающего элемента. Считается, что все продаваемые сканеры проходят заводскую
калибровку. Однако, если сканер имеет функцию автокалибровки, то
это большое преимущество перед сканером лишенным такой функции.
Автокалибровка сканера позволяет скорректировать цветовые искажения и увеличить число распознаваемых цветовых оттенков. Поскольку
источник света имеет свойство изменять свои характеристики со временем, как, впрочем, и считывающий элемент, наличие автокалибровки приобретает первостепенное значение, если Вы постоянно работаете с цветными полутоновыми изображениями. Практически все современные модели сканеров обладают такой функцией.
Дигитайзер. Дигитайзер - это еще одно устройство ввода графической информации, имеющее пока сравнительно узкое применение
для некоторых специальных целей. Свое название дигитайзеры получили от английского digit - цифра. То есть по-русски их можно назвать
просто "оцифровыватели".
130
Впрочем, есть и более благозвучное название - аналогоцифровые преобразователи.
Обычно дигитайзеры выполняются в виде планшета. Поэтому
такие устройства часто называют графическими планшетами. Применяется такой дигитайзер для поточечного координатного ввода графических изображений в системах автоматического проектирования, в
компьютерной графике и анимации. Надо отметить, что это далеко не
самый быстрый и удобный способ построения рисунков и чертежей,
особенно в случае сложной геометрии. Но зато графический планшет
обеспечивает наиболее точный ввод графической информации в компьютер.
Графический планшет обыкновенно содержит рабочую плоскость, рядом с которой находятся кнопки управления. На рабочую
плоскость может быть нанесена вспомогательная координатная сеткаоблегчающая ввод сложных изображений в компьютер. Для ввода
информации служит специальное перо или координатное устройство с
"прицелом ", подключенное кабелем к планшету. Сам дигитайзер также подключается к компьютеру кабелем через порт связи, разрешающая способность таких графических планшетов не менее 100 dpi (точекна дюйм).
В самых совершенных и дорогих дигитайзерах ввод информации происходит без специальных перьев или прицелов, так как рабочая
поверхность планшета обладает "тактильной чувствительностью", основанной на использовании пьезоэлектрического эффекта. При нажатии на точку, расположенную в приделах рабочей поверхности планшета, под которой проложена сетка из тончайших проводников, на
пластине пьезоэлектрика возникает разность потенциалов. Координаты
этой точки обнаруживаются программой-драйвером, сканирующей
сетку проводников. Эта программа выполнит отображение точки на
экран монитора. Пьезоэлектрические дигитайзеры позволяют чертить
на рабочей поверхности планшета, словно на обычной чертежной доске, и таким образом вводить даже несуществующие изображения. При
этом графическая информация вводится с разрешением 400 dpi.
Кстати говоря, на этом же принципе основаны новые координатные устройства для работы в графическом интерфейсе пользователя
(в операционной среде Windows или OS/2 ), предназначенные для замены традиционных мышек и трэкболов. Всякий, кто пробовал воспользоваться такими тактильными устройствами, изготовленными,
например, японской фирмой Toshiba, мог убедиться, что гораздо удобнее и легче водить пальцем по окошку дигитайзера размером менее
131
спичечной коробки, чем пользоваться обычной мышкой: курсор на
экране весьма послушно и чутко повторяет движения пальца на планшете. Ни каких дополнительных кнопок в таком дигитайзере нет. Указав на экране дисплея нужный выбор, достаточно дважды стукнуть
пальцем по окошку и компьютер поймет сообщение.
Для ввода могут так же использоваться некоторые виды планшетных графопостроителей Однако многие готовые изображения (фотографии, чертежи, рисунки, карты, графики, слайды, кинофильмы)
гораздо удобнее вводить с помощью специального видеодигитайзера.
В простейшем случае видеодигитайзером может даже служить видиокамера. В настоящее время выпускается множество специальных графическихских систем с различными типами видеодигитайзеров, позволяющих вводить в компьютер цветные изображения с бумаги или со
слайдов. К числу видеодигитайзеров относится и цифровая фотокамера.
Вывод графического изображения. Задача вывода информации представленной в графической форме, возникла одновременно с
появлением вычислительных, и ее решение – одна из основных целей
вычислительных средств, применяемых для автоматизации проектирования. Устройства, выполняющие функции вывода графической информации на бумажный и некоторые другие носителей, называются
графопостроителями или плоттерами (от англ. plotter) - термин, который, как и многие другие транслитерированные англоязычные термины, уже вытеснил свой русскоязычный аналог.
Плоттеры. Перьевые плоттеры (ПП, PEN PLOTTER). Перьевые плоттеры – это электромеханические устройства векторного типа,
и на ПП традиционно выводят графические изображения различные
векторные программные системы типа AutoCAD. ПП создают изображение при помощи пишущих элементов, обобщенно называемых перьями, хотя имеется несколько видов таких элементов, отличающихся
друг от друга используемым видом жидкого красителя. Пишущие элементы бывают одноразовые и многоразовые (допускающие перезарядку). Перо крепится в держателе пишущего узла, который имеет одну
или две степени свободы перемещения.
Существует два типа ПП: планшетные, в которых бумага неподвижна, а перо перемещается по всей плоскости изображения, и барабанные (или рулонные), в которых перо перемещается вдоль одной
оси координат, а бумага - вдоль другой за счет захвата транспортным
валом, обычно фрикционным. Перемещения выполняются при помощи
шаговых (в подавляющем большинстве плоттеров ) или линейных
132
электродвигателей, создающих довольно большой шум. Хотя точность
вывода информации барабанными плоттерами несколько ниже, чем
планшетными, она удовлетворяет требованиям большинства задач. Эти
плоттеры более компактны и могут отрезать от рулона лист необходимого размера автоматически, что определило их доминирование на
рынке больших ПП (ПП формата A3 обычно планшетные).
Отличительной особенностью ПП являются высокое качество
получаемого изображения и хорошая цветопередача при использовании цветных пишущих элементов. К сожалению, скорость вывода информации в ПП невысока, несмотря на все более быструю механику и
попытки оптимизации процедуры рисования; существует и проблема
подбора пары носитель - чернила.
Карандашно-перьевые плоттеры (КПП, pen/pencil) - разновидность перьевых - отличаются возможностью установки специализированного пишущего узла с цанговым механизмом для использования
обычных карандашных грифелей, который обеспечивает постоянное
усилие нажима грифеля на бумагу и его автоподачу при стачивании. В
результате не требуется постоянно следить за процессом вывода информации, как при эксплуатации ПП, в которых может засоряться
канал истечения красителя.
Дополнительные преимущества карандашной технологии:
- "Краситель" карандашных грифелей не высыхает, и карандаш
пишет на любой скорости (при использовании жидких красителей
необходимо учитывать время их вытекания из пера и время высыхания);
- карандаш позволяет рисовать на любых бумажных носителях,
в том числе и не очень высокого качества; при этом изображения качественны, дают хорошие оттиски при копировании, и в то же время их
можно корректировать ластиком;
- грифели просто купить, значительно экономя на расходных
материалах.
ПП и КПП особенно привлекателены для тех, кому важнее качество нежели количество изображений, и кто имеет скромный бюджет.
Все остальные типы плоттеров образуют изображения на носителе информации, используя различные физические процессы, в частности прибегая к дискретному (растровому) способу его создания.
Струйные плоттеры (СП, INK-JET PLOTTER). Струйная
технология создания изображения известна с 70-х годов, но истинный
ее прорыв на рынке стал возможен только с разработкой фирмой Canon
технологии создания реактивного пузырька (Bubblejet) – направленно-
133
го распыления чернил на бумагу при помощи сотен мельчайших форсунок одноразовой печатающей головки. Каждой форсунке соответствует свой микорскопический нагревательный элемент (терморезистор), который мгновенно (за 7-10 мкс) нагревается под воздействием
электрического импульса. Чернила закипают и пары создают пузырек,
который выталкивает из форсунки каплю чернил. Когда импульс кончается, терморезистор столь же быстро остывает, а пузырек исчезает.
Печатающие головки могут быть "цветными" и иметь соответствующее число групп форсунок. Для создания полноценного изображения используется стандартная для полиграфии цветовая схема
CMYK, использующая четыре цвета: Cyan - голубой, Magenta - пурпурный, Yellow - желтый и Black – черный. Сложные цвета образуются смешением основных, причем получение оттенков различных цветов достигается путем сгущения или разрежения точек соответствующего цвета в фрагменте изображения (аналогичный способ используется при получении различных оттенков" серого" при выводе монохромных изображений).
Струйная технология имеет ряд достоинств. Сюда можно отнести простоту реализации, высокое разрешение, низкую потребляемую мощность и относительно высокую скорость печати. Приемлемая
цена, высокое качество и большие возможности делают СП серьезным
конкурентом перьевых устройств. Спрос на СП со стороны работающих с настольными издательскими системами и пользователей систем
автоматизированного проектирования, выпускающих сложные чертежи формата АО, растет, однако, невысокая скорость вывода графической информации и выцветание со временем полученного цветного
изображения без принятия специальных мер (использования ламинирования или специальной "самоламинирующейся" бумаги) ограничивает их применение.
Электростатические плотеры (ЭП, ELECTROSTATTC
PLOTTER). Электростатическая технология основывается на создании
скрытого электрического изображения (потенциального рельефа) на
поверхности носителя - специальной электростатической бумаги, рабочая поверхность которой покрыта тонким слоем диэлектрика, а основа пропитана гидрофильными солями для обеспечения требуемых
влажности и электропроводности. Потенциальный рельеф формируется при осаждении на поверхность диэлектрика свободных зарядов, образующихся при возбуждении тончайших электродов записывающей
головки высоковольтными импульсами напряжения.
134
Когда бумага проходит через проявляющий узел с жидким
намагниченным тонером, частицы тонера оседают на заряженных
участках бумаги. Полная цветовая гамма получается за четыре цикла
создания скрытого изображения и прохода носителя через четыре проявляющих узла с соответствующими тонерами.
Электростатические плоттеры можно было бы считать идеальными устройствами, если бы не необходимость поддержания стабильных температуры и влажности в помещении, необходимость тщательного обслуживания и их высокая стоимость, в связи с чем ЭП приобретают пользователи, имеющие оправданно высокие требования к
производительности и качеству. Для достижения максимальной эффективности ЭП обычно работают как сетевые устройства, для чего снабжены адаптерами сетевого интерфейса. Немаловажны также высокая
устойчивость изображения к воздействию ультрафиолетовых лучей и
невысокая (на уровне стоимости высококачественной типографской)
стоимость электростатической бумаги. ЭП применяют при высокой
степени автоматизации проектных работ в солидных организациях и в
геоинформационных системах (ГИС).
Плоттеры прямого вывода изображения (ППВИ, DIRECT
IMAGING PLOTTER). Изображение в ППВИ создается на специальной термобумаги (бумаге, пропитанной теплочувствительным веществом) длинной (на всю ширину плоттера) "гребенкой" миниатюрных
нагревателей. Термобумага, которая обычно подается с рулона движется вдоль "гребенки" и меняет цвет в местах нагрева. Изображение
получается высококачественным (разрешение до 800 dpi (dots per inch точка/дюйм)), но, увы, только монохромным.
Сейчас цены на термобумагу снизились, недостатки, когда-то
присущие ей (чувствительность к изменениям температуры окружающей среды и низкая контрастность изображения), устранены, а типы
термоносителей включают в себя стандартную белую бумагу, кальку и
даже полиэфирную пленку. Качество этих носителей удовлетворяет
самым строгим архивным требованиям.
Учитывая их высокую надежность, производительность (может достигать 50 листов формата АО в день) и низкие эксплуатационные затраты, плоттеры ПВИ применяют в крупных проектных организациях для вывода проверочных копий. В связи с этим в их стандартную конфигурацию входит сетевой адаптер. Технические характеристики ППВИ соответствуют требованиям прикладных задач инженерного проектирования, архитектуры, строительства, городского планирования и электросхемотехники.
135
Плоттеры на основе термопечати (ПТП, THERMAL
TRANSFER PLOTTER). Отличие этих плоттеров от ППВИ состоит в
том, что в них между термонагревателями и бумагой (или прозрачной
пленкой) размещается "донорный цветоноситель" - тонкая, толщиной
5-10 мкм, лента (например, лавсановая), обращенная к бумаге красящим слоем, выполненным на восковой основе с низкой (менее 100° С)
температурой плавления.
На донорной ленте последовательно нанесены области каждого из основных цветов размером, соответствующим листу используемого формата. В процессе вывода информации бумажный лист с
наложенной на него донорной лентой проходит под печатающей головкой, которая состоит из тысяч мельчайших нагревательных элементов. Воск в местах нагрева расплавляется и пигмент остается на листе.
За один проход наносится один цвет.
Все изображение получается за четыре прохода. Таким образом, на каждый лист цветного изображения затрачивается в четыре
раза больше красящей ленты, чем на лист монохромного.
Ввиду дороговизны каждого отпечатка эти плоттеры используются в составе средств автоматизированного проектироваия для высококачественного вывода объектов трехмерного моделирования, в
системах картографии, где требуется высокое качество воспроизведения цветов, и рекламными агентствами для вывода цветопроб плакатов
и транспарантов для красочных презентаций.
Лазерные (светодиодные плоттеры) (ЛП, LASER/LED
PLOTTER). Эти плоттеры базируются на электрографической технологии, в основу которой положены физические процессы внутреннего
фотоэффекта в светочувствительных полупроводниковых слоях селеносодержащих материалов и силовое воздействие электростатического поля. Промежуточный носитель изображения (вращающийся селеновый барабан) в темноте может быть заряжен до потенциала в сотни
вольт. Луч света снимает этот заряд, создавая скрытое электростатическое изображение, которое притягивает намагниченный мелкодисперсный тонер, переносимый затем механическим путем на бумагу. После
этого бумага с нанесенным тонером проходит через нагреватель, в результате чего частицы тонера запекаются, создавая изображение.
Некоторое время назад создание скрытого изображения на барабане осуществлялось исключительно при помощи лазера. Для
управления перемещением лазерного луча служила сложная система
вращающихся зеркальных многогранников или призм или линз. Вслед-
136
ствие этого плоттеры, использующие лазеры, боятся тряски и ударов,
которые могут сбить настройку.
Избежать сложностей с оптикой и сделать систему проще,
легче и надежнее позволило применение линеек точечных полупроводниковых светодиодов (light-emitting diode - LED).
Лазерные и LED-плоттеры ввиду высокого быстродействия
(лист формата А1 выводится менее чем за полминуты) удобно использовать как сетевые устройства, и они имеют в стандартной комплектации адаптер сетевого интерфейса. Не менее важно и то, что эти плоттеры могут работать на обычной бумаге, что сокращает эксплуатационные затраты.
LED-плоттеры становятся все более популярными, хотя по
стоимости сравнимы с монохромными электростатическими.
Область их применения: сложный технический дизайн, архитектура, картография и другое, т.е. везде, где требования к производительности и качеству результатов высоки, но наличие цвета не требуется.
Время от времени предрекается появление цветных лазерных
плоттеров, но пока еще это слишком дорого.
Параметры точности плоттеров. То, насколько плоттер удовлетворяет потребности пользователя, во многом определяется его параметрами точности. Данные, обычно приводимые в технической документации, требуют дополнительного анализа, так как во-первых, не
существует универсального показателя точности, а во-вторых, эти показатели у разных типов плоттеров характеризуют фактические разные
параметры.
Механическая точность (mechanical resolution, resolution) имеет
смысл только для перьевых плоттеров и характеризует то, с какой точностью их механическая система способна позиционировать пишущий
узел. Она всегда существенно лучше фактической точности, обеспечиваемой плоттером, поскольку, с одной стороны, центр пишущего элемента совсем необязательно попадет строго в установленную позицию,
а, с другой - пятно, создаваемое пишущим элементом, имеет ненулевые
размеры.
Программно задаваемое разрешение (software resolution) определяет с какой точностью (разрядностью) могут кодироваться координаты в графическом файле пересылаемом плоттеру. К точности координат в выходном чертеже этот параметр имеет весьма отдаленное отношение, так как обычно существенно превышает механическую точность плоттера.
137
Разрешение печати (resolution).
Этот параметр используется в растровых плоттерах и измеряется числом точек на дюйм (dots per inch, dpi), в зарубежным плоттерах
и числом точек на миллиметр - в отечественных. Чем величина больше,
тем разрешение выше.
Следует иметь в виду, что разрешение полноцветной печати
для некоторых видов цветных плоттеров (например, струйных) меньше, чем разрешение монохромной печати. Так, например, при разрешении 1200 точка/дюйм в монохромном режиме тот же плоттер в полноцветном режиме будет обеспечивать разрешение 1200/N(N=2-4, в
зависимости от конструктивных особенностей пишущей головки
плоттера).
Точность (accuracy).
Когда этот параметр указан в явном виде перьевых плоттеров,
надо учитывать, что он соответствует только некоторым, весьма определенным, условиям работы плоттера. Например, применение бумаги
с повышенной шероховатостью (отечечественный ватман) или другого
пишущего узла (отличающегося от тестового), а также износ механикиплоттера вследствие эксплуатации существенно повлияет на эту характеристику.
Повторяемость (repeatability).
Этот параметр весьма значим для перьевых плоттеров и определяет точность, с которой плоттер многократно позиционирует пишущий узел в одной и той же точке в процессе рисования.
Погрешность остановки пера (end point accuracy) характеризует величину погрешности позиционирования пишущего узла перьевых
плоттеров, возникающую при установке пишущего узла в начальную
точку вектора после холостого перемещения, происходящего на максимальной скорости.
Параметры прoизвoдитeльнocти плоттеров. Скорость печати, или перемещения носителя (media travel speed). Эта характеристика
присуща растровым плоттерам, и обычно определяет максимально
технически возможную скорость печати уже подготовленной информации. В то же время для высокопроизводительных плоттеров узкое
место - процессы пересылки графической информации и ее инерпретации в плоттере и реальная скорость печати с учетом этих процессов
ниже. Поэтому тип интерфейса (interface, input ports) - весьма важный
параметр, характеризующий не только то, каким образом можно подключать плоттер, но и скорость печати. Стандартными для плоттеров
является последовательный интерфейс RS-232C и более быстрый пара-
138
лельный интерфейс Centronics. Для высокопроизводительных растровых плоттеров с большими объемами передаваемой информации желательно наличие нескольких одновременно работающих стандартных
интерфейсов.
При выборе плоттера для некоторых приложений полезно
знать быстродействие его процессора (контроллера). Например, это
существенно, если вы хотите готовить данные на языке PostScript и
собираетесь использовать растровый плоттер, имеющий встроенный
интерпретатор PostScript-файлов.
Максимальная скорость взаимного перемещения перемещения пишущего узла и носителя (max. speed). Этот параметр, приводимый для перьевых плоттеров, часто только вводит в заблуждение.
Техническая возможность перемещать пишущий узел с большой скоростью и реальная скорость рисования - это, как говорится, две большие разницы. Реальная скорость рисования определяется максимальной скоростью нанесения непрерывной линии пишущим узлом (max.
plotting speed) и максимальным ускорением перемещения (acceleration)
пишущего узла. Максимальная скорость нанесения непрерывной линии указана на упаковке пишущего узла, а не в технических характеристиках плоттера и определяется, например, скоростью истечения чернил! А максимальное ускорение, которое может быть придана пишущему узлу, сродни термину "приемистость автомобиля" и влияет на
потери времени при изменении направления пишущего узла, что происходит постоянно. На потери времени также влияет скорость поднятия/опускания пера (pen response time).
Чертежные характеристики плоттеров. Цветовая палитра
(colour palette)
Для цветных растровых плоттеров этот параметр характеризует максимально возможное количество цветов, с которым способен
работать плоттер, но количество одновременно отображаемых цветов
всегда меньше и определяется числом цветов однородной заливки
(area fill colours).
Например (гипотетический случай), при цветовой палитре в
16,7 млн. цветов одновременно могут отобразиться только 8192 из них.
Число типов линий (line types).
Этот параметр используется для характеристики векторной
графики и определяет для некоторых плоттеров количество встроенных ("зашитых" в постоянной памяти или задаваемых внутренней
программой) типов линий. Наличие встроенных типов линий не означает, что чертеж не может содержать и большего чем указано, числа
139
линий, так как ряд компьютерных программ готовит данные для вывода на плоттер, не используя встроенные типы линий.
Число штриховок (area fill types, hatch types).
Ряд перьевых и растровых плоттеров способны закрашивать
замкнутые области путем штрихования, и этот параметр характеризует
количество встроенных (аппаратно реализованных) видов штриховок.
Он, как и число типов линий, не относится к числу критичных, поскольку далеко не все программные средства используют возможности
встроенного управления штрихованием, а создают штриховку самостоятельно.
Еще несколько параметров, характеризующих исключительно
перьевые плоттеры.
Давление на пишущий элемент ( pen force).
Параметр определяет применимость для данного плоттера того
или иного носителя и пишущего элемента. Излише высокое давлениена пишущий элемент может привести к замятию или прорезанию носителя, а также порче пишущего элемента, а недостаточное - к потере
непрерывности рисуемых линий.
Типы пишущих элементов (pen type).
Чем больше список применяемых типов пишущих элементов
(а в их число могут входить фломастеры, шариковые стержни и рапидографы с различными характеристиками), тем проще будет найти
расходные материалы для плоттера. Ну, и конечно, тип пишущего узла
оказывает критическое влияние на реальную производительность
плоттера
Число пишущих элементов в карусели (No. of pens).
Это параметр определяет возможное число одновременно
отображаемых цветов или ширину линий на чертеже.
Специфический для карандашно-перьевых плоттеров параметр
- грифеледержатель (pencil holder). Он описывает характеристики карандашного пишущего узла. Если грифеледержатель имеет бункер на
несколько грифелей, то это существенно повышает автономность работы плоттера, так как замена исписавшегося грифеля при этом производится автоматически без прерывания работы.
Специфическим для режущих плоттеров является параметр
тип лезвий (cutting kit). Он аналогичен параметру типы пишущих узлов.
Ну и, наконец, одной из наиболее серьезных, но крайне редко
встречающихся в документации и рекламных листках на плоттеры характеристик является наработка на отказ (MTBF - mean time before
140
failure). Если данный параметр присутствует в документации это уже
говорит о высоком качестве устройства, так как, если он низок, его
вряд ли будут афишировать.
Сегодня можно считать, что надежность плоттеров, поставляемых на рынок солидными фирмами составляет десятки тысяч часов.
5.1.5.4 Устройства управления курсором
Манипулятор "мышь". Манипулятор "мышь" был изобретен
в 1964 году в Стэндфордском научном институте. Поначалу мышь
продвигалась на рынок компьютеров довольно медленно, но в связи с
широким распространением GUI (Graphics User Interface — графический интерфейс пользователя) стала почти обязательной принадлежностью каждого компьютера. Немалую роль сыграло и появление таких
программ, как Windows и OS/2. широко использующих GUI.
Мыши выпускаются различными изготовителями, самых разнообразных конструкций и размеров. Среди фирм-изготовителей
наиболее крупными являются Genius, Microsoft и Logitech. Несмотря
на внешнее разнообразие "мышь", все они работают одинаково. Передвижение мыши по специальному коврику вызывает аналогичное перемещение курсора по экрану. Свое название компьютерная мышь получила за внешнее сходство с живым грызуном. Основными компонентами этой устройства являются:
- корпус, который вы держите в руке и передвигаете по рабочему столу;
- шарик — датчик перемещения мыши;
- несколько кнопок (две или три) для подачи команд (выбора);
- кабель для соединения мыши с компьютером;
- разъем для подключения к компьютеру.
Корпус делается из пластмассы, в нем практически нет движущихся частей. В верхней части корпуса, под пальцами располагаются кнопки. Снизу из корпуса выступает небольшой обрезиненный металлический шарик, который катится по столу при перемещениях мыши. Вращение шарика преобразуется в электрические сигналы, которые по кабелю передаются в компьютер. В некоторых конструкциях
мыши устанавливается оптический датчик, с помощью которого регистрируются перемещения устройства относительно нарисованной координатной сетки. Такая оптическая мышь не получила широкого распространения, поскольку работать с ней можно только на специальном
сетчатом коврике.
141
Взаимодействие мыши с компьютером осуществляется с помощью специальной программы-драйвера, которая либо загружается
отдельно, либо является частью системного программного обеспечения. Например, для работы с Windows или OS/2 отдельный драйвер
мыши не нужен, но для большинства DOS-приложений он необходим.
В любом случае драйвер (встроенный или отдельный) преобразует получаемые от мыши электрические сигналы в информацию о положении указателя и состоянии кнопок (нажата или отжата).
Устроена мышь довольно просто. Шарик касается двух валиков, один из которых вращается при движении вдоль оси X, а второй
— вдоль оси Y. На оси с валиками надеты небольшие диски с прорезями ("прерыватели"), через которые проходят (или не проходят) потоки
инфракрасного излучения от инфракрасных излучающих диодов. При
вращении дисков потоки излучения периодически прерываются: что
регистрируется фотодатчиками. Каждый импульс прошедшего излучения расценивается как перемещения на один шаг по одной из координат. Такие оптико-механические датчики получили наибольшее распространение.
Хотя мышь может работать и на поверхности стола, но крайне
желательно иметь специальный "мышиный" коврик. Дело в том, что
шар от грязной поверхности стола со временем засаливается, что ведет
к сбоям в работе.
Помимо оптико-механических, наиболее распространенных в
настоящее время мышей, разработаны и другие разновидности этого
указательного устройства.
Оптические мыши. Оптические мыши используют специальный коврик и луч света вместо шарика. При передвижении такой мыши по специальному коврику сенсоры фиксируют ее движения. Поверхность такого планшета покрыта очень мелкой сеткой перпендикулярных линий, нанесенных на отражающую свет поверхность. Линии в
одном направление черные, а в другом — синие. Один из двух светодиодов испускает красный свет, который поглощается синими линиями
планшета, а излучения другого, работающие в инфракрасном диапазоне, попадает на фотодетекторы. Если мышку перемещают, то на фотодетекторы попадает последовательность световых импульсов.
Вообще говоря, полностью оптическая мышь является более
сложным и дорогим устройством, однако она обладает и существенными достоинствами. Во-первых, в ней отсутствуют движущиеся части, что делает эту мышку практически безотказной, и, во-вторых, та-
142
кая мышка обеспечивает более "тонкое" управление курсором на
экране.
Очевидным недостатком оптической мышки для пользователя
является обязательный планшет, для которого требуется свободное
место.
Беспроводные мыши. Беспроводная (cordless) мышь работает
без соединительного кабеля. При ее перемещении вырабатываются
радиочастотные сигналы, принимаемые специальным адаптером. Такие мыши используют передачу данных в радио- или инфракрасном
диапазоне волн на расстоянии 1.5-2 м.
Во избежание конфликтов с другими подобными устройствами, каждая такая мышь может использовать не один частотный канал,
а до четырех разных каналов. Широкого распространения эти устройства пока не получили, прежде всего из-за своей дороговизны.
Трекболы. Некоторые пользователи не чувствуют точности и
удобства при использовании обычной мыши. Из-за этого они предпочитают несколько другой вариант той же концепции — трекбол.
Трекбол похож на перевернутую мышь. В нем используется больший
шар, чем у мыши (напоминающий по размерам биллиардный), и кнопки сверху. Вместо перемещения мыши но столу вы непосредственно
крутите шар. Если места на столе не хватает, трекбол может сослужить
хорошую службу.
TrackPoint. Изобретенный фирмой IBM для своих портативных
компьютеров ThinkPad TrackPoint сразу же пришелся по душе и пользователям и производителям. Track-Point представляет из себя красный
резиновый выступ, расположенный между клавишами G, H и В. Две
кнопки под клавишей пробела соответствуют правой и левой кнопкам
мыши для подачи команды (выбора). Чтобы на них нажать, не надо
снимать руки с клавиатуры. Исследования, проведенные изобретателями для этого устройства, показали, что на то, чтобы перенести руку с
клавиатуры на мышь и вернуть ее обратно затрачивается в среднем
1,35 секунды. При работе с TrackPoint на каждой операции перемещения указателя и нажатии на кнопку практически все это время экономится. Одновременно нажимая на выступ и кнопку, можно легко "перетаскивать" объекты.
TrackPoint является идеальным устройством указания для портативных компьютеров. Другими устройствами, встроенными в клавиатуры некоторых систем, пользоваться не очень удобно, да и все равно
руки с клавиатуры приходится убирать. Кроме того, они часто "зали-
143
пают" при попадании в них пыли и грязи. TrackPoint лишен этих недостатков.
Контактная панель. Это устройство появилось совсем недавно. При работе с контактными панелями пользователь перемещает палец по небольшому экрану. Щелчок эквивалентен нажатию кнопки на
панели или простому нажатию пальцем на экран один раз для одинарного щелчка или дважды - для двойного. Так же как и TraekPoirrt» эти
устройства устанавливаются в портативные компьютеры.
В заключении следует отметить, что использование манипулятора "мышь", оправдана только в графических программах, которые, в
свою очередь, имеют очень узкую область применения: картография,
проектирование, рисование, еще может быть игры. Большинство же
программ — от сложных коммерческих пакетов до математических
задач ориентированы, конечно, на текстовый режим экрана. А использование мыши в текстовых программах — явное излишество. В хорошо продуманных программах всегда быстрее работать, используя клавиатуру, нежели мышь, а программе с запутанным и неудобным интерфейсом ни одна мышь не поможет.
5.1.6 Выводы
Техническое обеспечение (ТО) САПР - совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих технических средств, предназначенных
для автоматизированного проектирования.
Основными функциями ТО являются: ввод исходных данных,
их отображение, контроль, редактирование, преобразование, хранение,
отображение итоговой и промежуточной информации; оперативное
общение проектировщика с САПР.
Выполнение этих функций обеспечивается: ЭВМ, внешними
запоминающими устройствами, устройствами ввода-вывода информации, устройствами оперативной связи с ЭВМ, устройствами машинной графики, техническими средствами теледоступа и сетей ЭВМ,
устройствами подготовки данных и устройствами связи с технологическим оборудованием.
Краткая история компьютерной техники и программ приведена
в Приложении А.
144