Файл: Автоматизация_Staroverov1.doc

Глава 20. Внешние устройства микроЭвм

1. КЛАССИФИКАЦИЯ ВНЕШНИХ УСТРОЙСТВ

По своему назначению внешние устройства подразде­ляются на устройства подготовки машиночитаемых носителей ин­формации, устройства ввода-вывода информации, а также носи­тели больших объемов данных (внешние накопители). Все пере­численные устройства могут использовать различные носители информации: перфокарты, перфоленты, бумажные рулоны, маг­нитные ленты и т. д.

К устройствам подготовки данных относятся перфоратор (карточный), ленточный перфоратор, а также различные виды счет­но-перфорационных машин.

Устройства ввода-вывода информации могут быть однофунк­циональными и многофункциональными. Однофункциональные устройства используют либо на ввод информации, либо только на вывод. В многофункциональных устройствах функции ввода и вывода информации совмещены, т. е. они используются как для ввода информации, так и для ее вывода.

К внешним накопителям относятся накопитель на магнитной ленте, накопитель на магнитном диске, накопитель на магнитных картах.

В зависимости от способа обмена информации с ЭВМ внешние устройства различаются на дискретные и непрерывные.

Дискретные, или стартстопные, устройства после каждого запроса ввода-вывода передают определенную часть информации и возвращаются в исходное состояние. Так, например, работает телетайп.

Непрерывные устройства по одному запросу на ввод-вывод передает или принимает большой массив информации. Типичными представителями непрерывных устройств являются накопители на магнитных лентах или дисках.

2. ВНЕШНИЕ ЗАПОМИНАЮЩИЕ УСТРОЙСТВА

Для запоминания и хранения больших массивов дан­ных в ЭВМ используются запоминающие устройства, основанные на принципе записи на движущийся магнитный носитель. Среди них наибольшее распространение получили накопители на маг­нитных лентах, дисках и картах.

Накопитель на магнитной ленте представляет собой устрой­ство с последовательным доступом. Информация записывается при движении магнитной ленты под головкой, в обмотку которой по­ступает ток, сила которого достаточна для насыщения магнит­ного материала в том или ином направлении. Во время считыва­ния изменение магнитного потока индуцирует в обмотке воспроиз­водящей головки электрический ток, соответствующий записанной информации.

Согласно международному стандарту в накопителях исполь­зуют девятидорожечные магнитные ленты шириной 12,7 мм и длиной 750 м.

Накопители на магнитной ленте при наличии сменных каСсет обладают практически неограниченной емкостью памяти, обеспе­чивают возможность обмена носителей между вычислительными центрами и высокую скорость обмена информации, имеют наиболее низкое отношение стоимости к информационному объему. Не­достатками накопителей на магнитной ленте является малая на­дежность из-за возможности нарушений покрытий ленты и из­носа головок.

Устройства на магнитных дисках предназначены для хранения больших массивов информации. На дисках записывается опера­ционная система вычислительной машины, библиотека программ, программы и т. п.

Носители информации — магнитные диски — обычно изготов­ляются из алюминия и имеют ферролаковое или кобальтвольфра- мовое покрытие толщиной 2 мкм. Сам диск имеет толщину 1,27 мм. На обеих сторонах диска информация записывается по концентри­ческим магнитным дорожкам. Из дисков набираются пакеты.

В отличие от накопителей на магнитной ленте запись на диске осуществляется бесконтактным способом. Магнитные головки как бы «плавают» на воздушной подушке на расстоянии 2,5 ... 3 мкм от поверхности диска. Воздушная подушка создается пото­ком воздуха, увлекаемого поверхностью диска.

В мини- и микроЭВМ используются как стационарные диско­вые пакеты, так и накопители на съемных и гибких дисках. В на­стоящее время разработан большой набор дисковых устройств с емкостью до 100 Мбайт для съемных и до 500 Мбайт — для ста­ционарных дисковых накопителей. Различают гибкие магнитные диски размером 5 дюймов (диаметр диска 130 мм) и 8 дюймов (диаметр диска 200 мм).

В последние годы был разработан новый тип внешних запоми­нающих устройств большой емкостью с высокой экономичностью, т. е. накопитель на магнитной карте.

Магнитная карта представляет собой пластину из трехслойной композиции на основе пластмассы. Карта размером 356x83 мм изготовляется из полиэфирной смолы и имеет толщину 120 мкм. На пластину в виде узких полосок наносится магнитный слой толщиной 12 мкм. Затем пластина покрывается защитной поли­эфирной пленкой, наличие которой предохраняет магнитную карту от механического изнашивания и позволяет использовать ее до 20 тыс. раз. Запись и считывание информации осуществляются магнитными головками. Информация на карте записывается на 56 дорожках, расположенных по ширине карты.

3. УСТРОЙСТВА ДЛЯ СВЯЗИ ЭВМ —ОПЕРАТОР

Для организации оперативного взаимодействия опера­тор — машина используются дисплеи, устройства посимвольной и построчной печати, телетайпы, устройства считывания с пер­фолент и перфокарт, графопостроители и т. п.

Дисплей — устройство отображения информации на экране электронно-лучевой трубки. По способу представления информа­ции на экране дисплеи подразделяются на алфавитно-цифровые и графические. Алфавитно-цифровые дисплеи используют для вы­вода текстовой и цифровой информации, а графические — для представления на экране сложных графических форм.

Устройство отображения, т. е. терминалы, построенные на основе дисплеев, позволяют оперативно выводить алфавитно- цифровую и графическую информацию в ЭВМ с помощью клавиа­туры или светового пера. Его работой управляет микропроцессор.

Устройства построчной и посимвольной печати используются для вывода информации. Непосредственное нанесение символьной и числовой информации на бумажный носитель позволяет опера­тору легко воспринимать результаты работы ЭВМ без каких-либо преобразователей.

По методу нанесения печатных знаков на носитель информации печатающие устройства делятся на устройства ударного действия и регистрирующие устройства безударного действия.

В печатающих устройствах ударного действия изображение символа цифровой или символьной информации формируется в ре­зультате механического удара печатающего молоточка по шрифтоно­сителю с одновременным нанесением красящего вещества, например ударом через красящую ленту. В безударных печатающих уст­ройствах для нанесения символьной и цифровой информации используют фотографические, фототермические, электрохимиче­ские и другие методы регистрации.

По принципу работы печатающие устройства подразделяются на два типа: построчные печатающие устройства и печатающие устройства с последовательной печатью каждого символу.

Принцип построения построчного печатающего устройства с не­прерывно вращающимся шрифтоносителем в виде совокупности печатающих колес 4 показан на рис. 154, а. По окружности колеса нанесены все символы, выполненные в виде выпуклых фигур. Отпечатки символов остаются на носителе информации 2 при ударе печатающего молоточка 1 через бумагу и красящую ленту 3 по какой-либо фигуре (символу) на печатающем колесе. За один

В

/

В)

Рис. 154. Принцип построения построчного печатающего устройства:

о — о вращающимся шрифтоносителем; б — кепочного типа

оборот печатающего колеса можно напечатать всю строку. Бу­мажный носитель останавливается во время нанесения символов строки.

В печатающем устройстве цепочного типа (рис. 154, б) цепь 5, на которую нанесены символы, движется в горизонтальном нап­равлении. Отпечаток на бумажном носителе 2 образуется при ударе одного из молоточков 1, возбуждаемого механизмом привода, через бумагу 2 и красящую ленту 3 по какой-либо фигуре (символу).

Основу печатающих устройств с последовательной печатью символов составляют электрифицированные пишущие машинки и телетайпы.

Телетайпы применяют в системах ввода-вывода информации ЭВМ из-за их простоты и возможности работы с каналами связи при передаче информации на большие расстояния. Они обладают такими же характеристиками, как и электрифицированные ма­шинки.

Перфокарты и перфоленты являются носителями информации, которые обладают достаточной емкостью, долговечностью и воз­можностью многоразового использования. Устройства, работаю­щие с перфокартой и перфолентой, осуществляют подготовку исходных данных и программ для ввода в ЭВМ, ввод данных в ЭВМ, а также вывод из нее результатов выполнения программ и другой информации.

Для ввода-вывода графических данных в ЭВМ в настоящее время применяют графические дисплеи и графопостроители.

/ г

а — планшетный; 6 — рулонный

Применение шаговых двигателей 2 обусловлено простотой управления с помощью цифровой информации.

Кроме перечисленных устройств для связи человека с ЭВМ также используются различные вспомогательные средства: функ­циональные кнопки, ручки управления, программируемая клавиа­тура и др.

3. ВНЕШНИЕ УСТРОЙСТВА СВЯЗИ ЭВМ

С ОБЪЕКТОМ

Устройства связи ЭВМ с объектом управления служат для ввода в машину информации, поступающей от первичных преобразователей, установленных на контролируемом объекте, и выводе из машины информации, предназначенной для автомати­ческого управления объектом. В соответствии с назначением уст­ройства связи с объектом подразделяются на две группы: устрой­ства ввода информации от объекта управления, осуществляющие сбор информации от первичных преобразователей, и устройства воздействия на регуляторы и исполнительные механизмы.

Как правило, контролируемые параметры управляемых объек­тов являются непрерывными величинами, а ЭВМ имеет дело с чис­лами и может воспринимать изменение параметров в виде их дис­кретных значений. Следовательно, на входе и выходе ЭВМ должны использоваться устройства, преобразующие в первом случае не­прерывные данные в цифровые величины, а во втором — цифровые величины в непрерывные управляющие сигналы.

Наибольшее распространение получили преобразующие уст­ройства перехода от напряжения к эквивалентным двоичным чис­лам И устройства, осуществляющие обратные преобразования, называемые аналого-цифровыми и цифроаналоговыми преобразо­вателями соответственно.

Рис. 156. Структурная схема аналого-циф­рового преобразователя

генератор 1 пилообразного напряжения и генератор 3 импульсов не работают, а счетчик 4 импульсов «очи­щен». При подаче пускового сигнала на вход генератор 1 вырабатывает напряжение пилообразной формы (пря­молинейное возрастание на­пряжения от нуля до опре­деленного уровня и затем мгновенный сброс до нуля) и подает его на схему сравнения 2. До тех пор пока напряжение «пилы» не сравнится с напряжением импульсов от генератора 3, импульсы поступают в счетчик 4, который считывает их и преобра­зует в двоичный код. Как только разность напряжения «пилы» и измеряемого напряжения станет равной нулю, схема сравнения вырабатывает импульс, выключающий генератор импульсов 3. Число импульсов, выработанных генератором импульсов до от­ключения, пропорционально измеряемому входному сигналу.