Указания методические и контрольные задания для студентов-заочников Салаватского индустриального колледжа Салаватский индустриальный колледж Периферийные устройства вычислительной техники Методические указания и контрольные задания для студентов-заочников Салаватского индустриального колледжа специальности №230106 «Техническое обслуживание средств вычислительной техники и компьютерных сетей» 2007 Одобрена предметной (цикловой) комиссией электротехнических дисциплин Председатель Е.А.Кабатова Методические указания составлены в соответствии с рабочей программой по дисциплине «Периферийные устройства вычислительной техники» по специальности №230106 «Техническое обслуживание средств вычислительной техники и компьютерных сетей» Заместитель директора по учебной работе _____________ Бикташева Г.А. Составитель: преподаватель Салаватского индустриального колледжа _____________Н.А.Кувайцева Рецензент Преподаватель Салаватского индустриального колледжа _____________М.А.Цуканова Ответственный за выпуск _____________А.Б.Денисов СОДЕРЖАНИЕ Введение 1. Тематический план учебной дисциплины специальности №230106 «Техническое обслуживание средств вычислительной техники и компьютерных сетей» 2. Содержание учебной дисциплины и методические указания 3. Перечень практических работ 4. Задания для контрольных работ 5. Литература Введение Программа дисциплины «Периферийные устройства вычислительной техники» разработана в соответствии с государственным стандартом среднего профессионального образования для специальностей №230106 «Техническое обслуживание средств вычислительной техники и компьютерных сетей» Данная дисциплина предназначена для подготовки специалистов среднего технического звена. Предлагаемые программой разделы учебной дисциплины позволят студентам изучить: организацию системы ввода – вывода информации, классификацию периферийных устройств; аппаратную и программную поддержку работы периферийных устройств: контроллеры, адаптеры, мосты, прямой доступ к памяти, приостановки, прерывания, драйверы; современные и перспективные интерфейсы и шины ввода – вывода; накопители на магнитных и оптических носителях; видеоподсистему: мониторы, видеоадаптеры, видеопроекторы; принципы обработки звуковой информации; устройства вывода информации на печать; устройства ввода информации. Знания, полученные при изучении данной дисциплины, являются необходимыми при работе с компьютером, что в современном мире является неотъемлемой частью при получении профессионального образования и дальнейшей работы выпускников коллед­жа. Раздел 1. Организация системы ввода – вывода информации, классификация периферийных устройств Раздел 2. Аппаратная и программная поддержка работы периферийных устройств: контроллеры, адаптеры, мосты, прямой доступ к памяти, приостановки, прерывания, драйверы Раздел 3. Современные и перспективные интерфейсы и шины ввода – вывода Раздел 4. Накопители на магнитных и оптических носителях Раздел 5. Видеоподсистема: мониторы, видеоадаптеры, видеопроекторы Раздел 6. Принципы обработки звуковой информации Раздел 7. Устройства вывода информации на печать Раздел 8. Устройства ввода информации После изучения данной дисциплины студент должен знать: · классификацию периферийных устройств вычислительной техники; · состав типовых периферийных устройств вычислительной техники; · принципы построения, физические основы работы периферийных устройств вычислительной техники; · технические характеристики периферийных устройств вычислительной техники. После изучения данной дисциплины студент должен уметь: · выбирать и использовать типовые периферийные устройства вычислительной техники; · подключать стандартные и нестандартные периферийные устройства вычислительной техники; · конфигурировать периферийные устройства вычислительной техники и обеспечивать их аппаратную совместимость; · выбирать рациональную конфигурацию периферийных устройств в соответствии с решаемой задачей. Дисциплина отражает базовый уровень и принадлежит к специальному цик­лу. Для закрепления теоретических знаний и приобретения необходимых практических на­выков программой предмета предусматривается проведение практических работ, ко­торые проводятся после изучения соответствующих тем. Для проведения практиче­ских работ материально-техническая база колледжа соответствует. Тематический план данной программы разработан для специальности №230106 «Техническое обслуживание средств вычислительной техники и компьютерных сетей» с учетом количества часов по учебному плану данной специаль­ности. 2 Тематический план учебной дисциплины специальности №230106 «Техническое обслуживание средств вычислительной техники и компьютерных сетей» Наименование разделов и тем Макс. учеб. нагрузка студента Кол-во аудиторных часов при очной форме обучения Самостоя- тельные работы Всего В том числе на практ. занятия на лабор. работы Введение 2 2 - - - Раздел 1. Организация системы ввода – вывода информации, классификация периферийных устройств 6 4 - - 2 Тема 1.1 Классификация периферийных устройств 2 2 - - - Тема 1.2 Организация системы ввода- вывода информации 4 2 - - 2 Раздел 2. Аппаратная и программная поддержка работы периферийных устройств: контроллеры, адаптеры, мосты, прямой доступ к памяти, приостановки, прерывания, драйверы 8 6 2 - 2 Тема 2.1 Аппаратная поддержка работы периферийных устройств 2 2 - - - Тема 2.2 Программная поддержка работы периферийных устройств 6 4 2 - 2 Раздел 3. Современные и перспективные интерфейсы и шины ввода – вывода 12 10 2 - 2 Тема 3.1 Интерфейсные подключения периферийных устройств ПК 2 2 - - - Тема 3.2 Внутренние интерфейсы 2 2 - - - Тема 3.3 Интерфейсы периферийных устройств 2 2 - - - Тема 3.4 Внешние интерфейсы 6 4 2 2 Раздел 4. Накопители на магнитных и оптических носителях 12 10 4 - 2 Тема 4.1 Накопители на гибких и жестких магнитных дисках 4 4 2 - - Тема 4.2 Накопители на компакт - дисках 4 4 2 - - Тема 4.3 Внешние устройства хранения информации 4 2 - - 2 Раздел 5. Видеоподсистема: мониторы, видеоадаптеры, видеопроекторы 22 16 6 - 6 Тема 5.1 Мониторы ЭЛТ 4 4 2 - - Тема 5.2 Жидкокристаллические мониторы 2 2 - - - Тема 5.2 Проекционные аппараты 6 4 2 - 2 Тема 5.3 Устройства информации объемных изображений 4 2 - - 2 Тема 5.4 Видеоадаптеры 6 4 2 - 2 Наименование разделов и тем Макс. учеб. нагрузка студента Кол-во аудиторных часов при очной форме обучения Самостоя- тельные работы Всего В том числе на практ. занятия на лабор. работы Раздел 6. Принципы обработки звуковой информации 8 6 2 - 2 Тема 6.1 Звуковая система ПК 2 2 - - - Тема 6.2 Модуль интерфейсов обработки звуковой информации 6 4 2 - 2 Раздел 7. Устройства вывода информации на печать 20 12 6 - 8 Тема 7.1 Принтер 8 4 2 - 4 Тема 7.2 Плоттер 4 4 2 - - Тема 7.3 Ксерокс, ризограф 8 4 2 - 4 Раздел 8. Устройства ввода информации 23 20 8 - 3 Тема 8.1 Клавиатура. Оптико- механические манипуляторы 4 2 - - 2 Тема 8.2 Принцип действия и классификация сканеров 4 4 2 - - Тема 8.3 Аппаратный и программный интерфейсы сканеров 4 4 2 - - Тема 8.4 Цифровые камеры 4 4 2 - - Тема 8.5 Нестандартные периферийные устройства 6 4 2 - 1 Итоговое занятие 2 2 - - - Всего по дисциплине: 113 86 30 - 27 3 СОДЕРЖАНИЕ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ И МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ Введение Студент должен: иметь представление: · о роли и месте знаний по дисциплине в процессе освоения основной профессиональной образовательной программы по специальности. знать: · роль и место знаний по дисциплине при освоении смежных дисциплин по выбранной специальности и в сфере профессиональной деятельности; уметь: · оперировать основными понятиями и определениями, используемыми в данной дисциплине Содержание и задачи дисциплины. Роль и значение периферийных устройств вычислительной техники в современном обществе и профессиональной деятельности. Области применения периферийных устройств вычислительной техники. Обзор развития периферийных устройств вычислительной техники. Методические указания Современные технические средства информатизации в общем случае можно представить в виде информационно-вычислительного комплекса, содержащего собственно компьютер с его основными устройствами, а также дополнительные, или периферийные устройства. Классификация технических средств инфор­матизации дана на рисунке 1. К числу основных устройств персонального компьютера, располагающихся в его системном блоке, относят материн­скую плату, процессор, видеоадаптер (видеокарту), звуковую карту, средства обработки видеосигнала, оперативную память, TV-тюнер. В системном блоке располагаются также приводы и дисководы для накопителей информации различных типов: на гибких и жестких дисках, компакт-дисках типа CD- ROM, CD- R, CD- RW, DVD. Устройства отображения информации служат для обработки видеоинформации и ее представления для визуального восприя­тия. Звуковая и акустическая системы компьютера обеспечивают обработку и воспроизведение аудиоинформации. Устройства ввода информации представляют собой совокупность устройств управления и ввода данных. Эти функции выполняют клавиатура, мышь, джойстик. Печатающие устройства (принтеры) служат для вывода на твер­дые, как правило, бумажные носители текстовой информации. Средства телекоммуникаций предназначены для дистанционной передачи информации. К ним относятся пейджеры, радиотелефоны, персональные терминалы для спутниковой связи, обеспечивающие передачу звуковой и текстовой информации. Широко распространенными средствами работы с информаци­ ей на твердых нос ителях являются многочисленные устройства копировальной техники: электрографические, термографические, диазографические, фотографические, электронно-графические. Для уничтожения конфиденциальной информации на твердых но­сителях используются специальные устройства — шреддеры. Рисунок 1- Классификация технических средств информатизации Вопросы для самоконтроля: 1. Устройства отображения информации; 2. Звуковая и акустическая системы; 3. Устройства ввода информации; 4. Печатающие устройства; 5. Средства телекоммуникаций Раздел 1. Организация системы ввода – вывода информации, классификация периферийных устройств Тема 1.1 Классификация периферийных устройств Студент должен: иметь представление: · о назначении периферийных устройств; · о принципах построения периферийных устройств; · об области применения периферийных устройств. знать: · классификацию периферийных устройств. уметь: · классифицировать периферийные устройства Периферийные устройства: назначение и классификация. Общие принципы построения периферийных устройств вычислительной техники. Методические указания Внешние устройства предназначены для обеспечения нормаль­ ного функционирования ЭВС и для коммуникации центральных устройств с внешними источниками и потребителями информа­ ции. К внешним относятся вспомогательные устройства, такие как устройства электропитания и аппаратура интерфейса питания, стабилизаторы напряжения, устройства защиты от перегрузок, устройства кондиционирования и вентиляции, счетчики времени и электронные часы, а также сервисная аппаратура для автоном­ ной проверки работоспособности плат и блоков. Основное назначение периферийных (внешних) устройств ЭВС — организация входных и выходных потоков управляющей инфор мации, данных для обработки и результатов вычислений. Таким о бразом, периферийное устройство (ПУ) — это любое отличное от центрального процессора оборудование, обеспечивающее комму никацию вычислительной системы с внешними источниками и потребителями информации. Для этого ПУ обеспечивают согласо­ вание информационных и физических характеристик внешних объектов и сигналов, используемых в ЭВС. По назначению ПУ могут быть разбиты на три группы: регистри­рующие, оперативные и автоматические. Регистрирующие УВыв — устройства, использующие промежуточные носители (например, магнитоносители) для длительного хранения информации в виде, пригодном для последующего использования в ЭВС или в виде, удобном для использования человеком (графики, таблицы, пе­ чатный текст, чертежи). Оперативные УВв — устройства непосредственного, оператив­ ного взаимодействия оператора с ЭВМ, предназначенные для организации диалога между ЭВМ и человеком в процессе отладки программ и решения задач. Это оперативные УВв (клавиатура, световое перо, дигитайзеры, микрофон) и средства отображения, (СО) результатов — цифровые индикаторы, экраны, звуковые сигнализаторы. Автоматические УВв — устройства связи с объектом, предназначенные для ввода в ЭВС данных непосредственно с объектов ; автоматизации и выдачи управляющих воздействий на объекты. Это аналого-цифровые преобразователи (АЦП) и цифроаналоговые преобразователи (ЦАП). Сюда же можно отнести и читающие автоматы — сканеры. Модемы — устройства, модулирующие и демодулирующие сиг­ налы, передаваемые с помощью средств связи в случае использо­ вания каналов связи для коммутации ЭВС в вычислительных се­тях, занимают промежуточное значение между низкоскоростны­ми и среднескоростными УВв. Рисунок 2- Классификация устройств ввода Рисунок 3- Классификация устройств вывода Вопросы для самоконтроля: 1. Определение периферийного устройства; 2. Оперативные устройства ввода; 3. Автоматические устройства ввода; 4. Модем; 5. Устройства вывода Тема 1.2 Организация системы ввода- вывода информации Студент должен: иметь представление: · об организации систем ввода- вывода информации знать: · понятие интерфейса; · классификацию интерфейсов; · архитектуру шин. уметь: · организовать систему ввода выводы информации Организация систем ввода- вывода информации. Понятие интерфейса. Унифицированные интерфейсы. Классификация интерфейсов. Архитектура шины и ее основные характеристики. Методические указания Шиной ( Bus ) называется вся совокупность линий (проводни­ков на материнской плате), по которым обмениваются информа­цией компоненты и устройства ПК. Шина предназначена для об­мена информацией между двумя и более устройствами. Шина, свя­зывающая только два устройства, называется портом. Шина имеет места для подключения внешних устройств — сло­ ты, которые в результате становятся частью шины и могут обмениваться информацией со всеми другими подключенными к ней устройствами. Рисунок 4 - Структура шины Шины в ПК различаются по своему функциональному назна­ чению: · системная шина (или шина CPU ) используется микросхема­ми Cipset для пересылки информации к CPU и обратно; · шина кэш-памяти предназначена для обмена информацией между CPU и кэш-памятью; · шина памяти используется для обмена информацией между оперативной памятью RAM и CPU ; · шины ввода/вывода информации подразделяются на стандарт­ ные и локальные. Локальная шина ввода/вывода — это скоростная шина, предназначенная для обмена информацией между быстро­действующими периферийными устройствами (видеоадаптерами, сетевыми картами, картами сканера и др.) и системной шиной под управлением CPU . Стандартная шина ввода/вывода используется для подключения к перечисленным выше шинам более медленных устройств (например, мыши, клавиатуры, модемов, старых зву­ковых карт). До недавнего времени в качестве этой шины ис­пользовалась шина стандарта ISA . В настоящее время — шина USB . Шина имеет собственную архитектуру, позволяющую реали­ зовать важнейшие ее свойства — возможность параллельного под­ ключения практически неограниченного числа внешних устройств и обеспечение обмена информацией между ними. Архитектура любой шины имеет следующие компоненты: · линии для обмена данными (шина данных); · линии для адресации данных (шина адреса); · линии управления данными (шина управления); · контроллер шины. Контроллер шины осуществляет управление процессом об­ мена данными и служебными сигналами и обычно выполняется в виде отдельной микросхемы либо в виде совместимого набора микросхем — Chipset . Основные характеристики шины Разрядность шины определяется числом параллельных проводников, входящих в нее. Пропускная способность шины определяется коли­ чеством байт информации, передаваемых по шине за секунду. Для определения пропускной способности шины необходимо умно­ жить тактовую частоту шины на ее разрядность. Внешние устройства к шинам подключаются посредством ин­ терфейса ( Interface — сопряжение), представляющего собой сово­ купность различных характеристик какого-либо периферийного устройства ПК, определяющих организацию обмена информаци­ ей между ним и центральным процессором. Стандарты шин ПК Принцип IBM -совместимости подразумевает стандартизацию интерфейсов отдельных компонентов ПК, что, в свою очередь, определяет гибкость системы в целом, т. е. возможность по мере необходимости изменять конфигурацию системы и подключать различные периферийные устройства. В случае несовместимости интерфейсов используются контроллеры. Кроме того, гибкость и унификация системы достигаются за счет введения промежуточ­ных стандартных интерфейсов, таких как интерфейсы последова­ тельной и параллельной передачи данных. Эти интерфейсы необхо­ димы для работы наиболее важных периферийных устройств вво­да и вывода. Системная шина предназначена для обмена информаци­ ей между CPU , памятью и другими устройствами, входящими в систему. К системным шинам относятся: · GTL , имеющая разрядность 64 бит, тактовую частоту 66, 100 и 133 МГц; · EV 6, спецификация которой позволяет повысить ее тактовую частоту до 377 МГц. Шины ввода/вывода совершенствуются в соответствии с развитием периферийных устройств ПК. В табл. 1 представлены характеристики некоторых шин ввода/вывода. Шина ISA в течение многих лет считалась стандартом ПК, одна­ ко и до сих пор сохраняется в некоторых ПК наряду с современной Шиной PCI . Корпорация Intel совместно с Microsoft разработала стратегию постепенного отказа от шины ISA . Вначале планируется исключить ISA -разъемы на материнской плате, а впоследствии исключить слоты ISA и подключать дисководы, мыши, клавиа­ туры, сканеры к шине USB , а винчестеры, приводы CD - ROM , DVD - ROM — к шине IEEE 1394. Однако наличие огромного пар­ка ПК с шиной ISA и соответствующих комплектующих позволя­ ет предполагать, что 16-разрядная шина ISA будет востребована еще на протяжении некоторого времени. Таблица1 - Характеристики шин ввода/вывода Шина Разрядность, бит Тактовая частота, МГц Пропускная способность, Мбайт/с ISA 8-разрядная 08 8,33 0008,33 ISA 16-разрядная 16 8,33 0016,6 EISA 32 8,33 0033,3 VLB 32 33 0132,3 PCI 32 33 0132,3 PCI 2.1 64-разрядная 64 66 0528,3 AGP (1 x) 32 66 0262,6 AGP (2x) 32 66x2 0528,3 AGP (4x) 32 66x2 1056,6 Шина EIS A стала дальнейшим развитием шины ISA в направ­лении повышения производительности системы и совместимости ее компонентов. Шина не получила широкого распространения в связи с ее высокой стоимостью и пропускной способностью, ус­ тупающей пропускной способности появившейся на рынке шины VESA . Шина VESA , или VLB , предназначена для связи CPU с быст­ рыми периферийными устройствами и представляет собой рас­ ширение шины ISA для обмена видеоданными. Во времена преоб­ ладания на компьютерном рынке процессора CPU 80486 шина VLB была достаточно популярна, однако в настоящее время ее вытеснила более производительная шина PCI . Шина PCI была разработана фирмой Intel для процессора Pentium и представляет собой совершенно новую шину. Основопо­лагающим принципом, положенным в основу шины PCI , является применение так называемых мостов ( Bridges ), которые осуще­ ствляют связь между шиной PCI и другими типами шин. Шина AGP — высокоскоростная локальная шина ввода/выво­ да, предназначенная исключительно для нужд видеосистемы. Она связывает видеоадаптер (З D -акселератор) с системной памятью Шина SCSI ( Small Computer System Interface ) обеспечивает ско­ рость передачи данных до 320 Мбайт/с и предусматривает под­ключение к одному адаптеру до восьми устройств: винчестеры, приводы CD - ROM , сканеры, фото- и видеокамеры. Отличитель­ной особенностью шины SCSI является то, что она представляет собой кабельный шлейф. С шинами PC ( ISA или PCI ) шина SCSI связана через хост-адаптер ( Host Adapter ). Каждое устройство, подключенное к шине, имеет свой идентификационный номер ( ID ). Любое устройство, подключенное к шине SCSI , может ини­ циировать обмен с другим устройством. Шина IEEE 1394 — это стандарт высокоскоростной локальной последовательной шины, разработанный фирмами Apple и Texas Instruments . Шина IEEE 1394 предназначена для обмена цифровой информацией между ПК и другими электронными устройствами, особенно для подключения жестких дисков и устройств обработ­ ки аудио- и видеоинформации, а также работы мультимедийных приложений. Она способна передавать данные со скоростью до 1600 Мбит/с, работать одновременно с несколькими устройства­ ми, передающими данные с разными скоростями, как и SCSI . Как и USB , шина IEEE 1394 полностью поддерживает техноло­ гию Plug & Play , включая возможность установки компонентов без отключения питания ПК. Последовательный и параллельный порты Такие устройства ввода и вывода, как клавиатура, мышь, мо­ нитор и принтер, входят в стандартную комплектацию ПК. Все периферийные устройства ввода должны коммутироваться с ПК таким образом, чтобы данные, вводимые пользователем, могли не только корректно поступать в компьютер, но и в дальнейшем эффективно обрабатываться. Для обмена данными и связи между периферией (устройствами ввода/вывода) и модулем обработки данных (материнской платой) может быть организована парал­лельная или последовательная передача данных. Параллельная связь означает, что все 8 бит (или 1 байт) пересылаются и передаются не один за другим, а одновременно (параллельно) или, точнее, каждый по своему проводу. Принцип параллельной передачи данных становится очевидным, если рас­смотреть кабель, подсоединенный к разъему параллельного ин­ терфейса, например кабель принтера. Он значительно толще, чем последовательный кабель мыши, поскольку кабель для параллель­ной передачи данных должен как минимум содержать восемь про­ водов, каждый из которых предназначен для передачи одного бита. Параллельный интерфейс для принтера обычно обозначают LPT ( Line Printer ). Первый подключенный принтер обозначается как от LPT 1, а второй — как от LPT2. Существуют несколько типов параллельных портов- стандарт­ ный, ЕРР и ЕСР. Стандартный параллельный порт предназначен только для од­ носторонней передачи информации от ПК к принтеру, что зало­ жено в электрической схеме порта. Он обеспечивает максималь­ную скорость передачи данных от 120 до 200 Кбайт/с. Порт ЕРР является двунаправленным, т.е. обеспечивает парал­ лельную передачу 8 бит данных в обоих направлениях и полнос­ тью совместим со стандартным портом. Порт ЕРР передает и при­ нимает данные почти в шесть раз быстрее стандартного парал­ лельного порта, чему способствует то, что порт ЕРР имеет бу­фер, сохраняющий передаваемые и принимаемые символы до момента, когда принтер будет готов их принять. Специальный режим позволяет порту ЕРР передавать блоки данных непосред­ственно из RAM PC в принтер и обратно, минуя процессор. При использовании надлежащего программного обеспечения порт ЕРР может передавать и принимать данные со скоростью до 2 Мбит/с. Порт ЕСР, обладая всеми возможностями порта ЕРР, обеспе­чивает повышенную скорость передачи данных за счет функции сжатия данных. Для сжатия данных используется метод RLE ( Run Length Encoding ), согласно которому длинная последовательность одинаковых символов передается всего лишь двумя байтами: один байт определяет повторяющийся символ, а второй — число по­вторений. При этом стандарт ЕСР допускает сжатие и распаковку данных как программно (путем применения драйвера), так и аппаратно (схемой порта). Данная функция не является обязатель­ной, поэтому порты, периферийные устройства и программы могут ее и не поддерживать. Она может быть реализована, когда режим сжатия данных поддерживается как портом ЕСР, так и принте­ром. Увеличение скорости передачи данных с помощью порта ЕСР существенно уменьшает время распечатки данных на принтере. Использование преимуществ функциональных возможностей портов ЕСР и ЕРР возможно при наличии компьютера, оборудо­ванного одним из этих стандартов. Последовательная связь