9.1. Классификация внешних устройств

Внешние (периферийные) устройства обеспечивают взаимодействие компьютера с пользователем, другими компьютерами или техническими устройствами.

Они подключаются к компьютеру через специальные разъемы — порты ввода-вывода. Большинство современных внешних устройств подключается к порту USB (Universal Serial Bus — универсальная последовательная шина).

Внешние устройства по своему назначению можно разделить на: устройства ввода, устройства вывода, устройства хранения информации, а также средства связи и коммуникации (пример 9.1).

К устройствам ввода информации относятся:

• клавиатура;
• устройства указания, или графические манипуляторы: джойстик (приспособление в виде рычага — рукоятки, штурвала, — позволяющее управлять виртуальным объектом в двух- или трехмерном пространстве); световое перо (манипулятор, который позволяет вводить информацию путем прикосновения устройства к экрану); мышь; трекбол («мышь наоборот»: для работы необходимо вращать шар, закрепленный в неподвижном корпусе);
• графический планшет, или дигитайзер (состоит из пера и планшета, чувствительного к нажатию или близости пера; предназначен для ввода в компьютер информации, созданной «от руки»);
• сканер;
• микрофон.

(Рассмотрите пример 9.2.)

К устройствам вывода информации относятся:

• монитор;
• принтер (лазерные и струйные принтеры позволяют выводить информацию на бумагу, 3D-принтеры позволяют создавать объемные объекты);
• плоттер (устройство для автоматического вычерчивания рисунков, схем, чертежей, карт; режущий плоттер позволяет осуществлять вырезку лекал из картона, кожи, пластика и др.);
• колонки, наушники.

(Рассмотрите пример 9.3.)

Многие из устройств комбинируют в себе устройства ввода и вывода: многофункциональное устройство (МФУ) содержит в себе сканер и принтер; гарнитура объединяет микрофон и наушники. Сенсорные мониторы не только отображают информацию, но и позволяют ее вводить.

Устройства хранения — устройства внешней памяти, которые были рассмотрены в предыдущем параграфе.
Для работы многих устройств необходимы карты (платы) расширения (пример 9.4), которые содержат адаптеры.

Адаптер необходим для преобразования сигнала, поступающего от устройства, в двоичный код и обратно. Некоторые адаптеры встроены непосредственно на материнскую плату.

К средствам связи и коммуникации относят устройства, которые позволяют организовать передачу данных по компьютерной сети:

• сетевой адаптер, или сетевая карта (предназначается для соединения компьютеров в локальную сеть по технологии Ethernet — проводное соединение);
• модем (устройство передачи данных между компьютерами по телефонной и другим линиям связи);
• маршрутизатор, или роутер (устройство, необходимое для перенаправления пакетов данных в одной или нескольких подсетях; маршрутизаторы позволят обеспечить как про-водной, так и беспроводной доступ в Интернет).

(Рассмотрите пример 9.5.)

9.2. Аппаратное обеспечение для подключения к сети Интернет
Количество пользователей Интернета в современном мире стремительно растет. Сегодня практически каждый человек может подключиться к Интернету.

Интернет — сложная система компьютерных сетей. Передача данных в компьютерных сетях требует согласованной работы большого количества разнообразных устройств. Для слаженного взаимодействия работы сетевых устройств Международной организацией стандартов (International Standard Organization — ISO) была разработана сетевая модель OSI (Open System Interconnection). Эта модель описывает правила и способы передачи данных в различных сетевых средах при организации сеанса связи.

Основными элементами модели являются уровни, прикладные процессы и физические средства соединения (пример 9.6). Модель включает в себя семь уровней. Каждому из них отводится конкретная роль, а общая задача передачи данных разбивается на отдельные подзадачи.

Основным с точки зрения пользователя является прикладной уровень. Этот уровень обеспечивает выполнение прикладных задач пользователей. На нем реализуются такие сервисы, как удаленная передача данных, электронная почта и работа веб-браузеров.

Сегодня существуют разнообразные способы подключения к Интернету. Основные отличия: принцип работы, скорость передачи данных, надежность, сложность настройки оборудования, цена.

По количеству трафика использование Интернета можно разделить на две группы: просмотр страниц (малое количество трафика) и скачивание больших файлов — фильмов, музыки и т. д. (требует большого количества трафика). В первом случае достаточно скорости обычного модемного соединения.

Однако такая скорость затрудняет скачивание файлов, поэтому для полноценного использования возможностей Интернета требуется высокоскоростной доступ.

Существует два вида технологий выхода в Интернет:

1. проводная.
2. беспроводная.

От технологии подключения к Интернету зависит тип используемого модема (пример 9.7).
Передача данных при проводной технологии осуществляется по специальному кабелю (оптоволокно или витая пара), который с одной стороны подключен к оборудованию провайдера, а с другой — в сетевую карту компьютера.

В зависимости от типа оборудования провайдера используются следующие способы проводного подключения к Интернету:

1. Модемные соединения (ADSL). Данная технология превращает аналоговые сигналы, передаваемые по стандартной телефонной линии, в цифровые сигналы (пакеты данных). При этом во время работы можно совершать звонки.
2. Соединение по выделенной линии. При этом пользователь получает постоянный выход в Интернет через отдельную свободную телефонную линию, которая гарантирует высокое качество соединения и передачу данных на высокой скорости.
3. Подключение через телевизионный кабель. Этот способ возможен только в случае наличия кабельного телевидения.

Беспроводные технологии служат для передачи данных между двумя и более точками на расстоянии, не требуя проводной связи. Для передачи информации могут использоваться радиоволны, а также инфракрасное, оптическое или лазерное излучение.

Наиболее существенными характеристиками беспроводных технологий передачи данных являются максимальная скорость передачи и максимальное расстояние, на которое можно передавать информацию (пример 9.8).

Беспроводные маршрутизаторы позволяют использовать Интернет, находясь в любом месте в пределах зоны доступа.
Еще недавно подключение к Интернету через спутниковую связь было практически недоступно для обычных пользователей из-за высокой цены.

Современная спутниковая связь по скорости, надежности и безопасности не уступает традиционной проводной. Существенным ее преимуществом является возможность применения в отдаленных и труднодоступных местах, где невозможно или слишком дорого прокладывать интернет кабель.

Спутниковой связью широко пользуются государственные службы, геологоразведочные и нефтяные компании, телекоммуникационные фирмы и другие крупные организации. В ряде случаев она является единственным вариантом интернет-коммуникаций (пример 9.9).

9.3.Принципы работы аппаратных средств компьютера
Современный компьютер использует электрические сигналы, т. е. ток или напряжение, значения которых меняются по закону, отображающему передаваемое сообщение. С помощью сигналов кодируются передаваемые и обрабатываемые данные.

Электрические сигналы можно использовать для кодирования как двоичный код: «1» — есть ток (ток больше пороговой величины); «0» — нет тока (ток меньше пороговой величины).
Чем меньше значений существует в системе, тем проще изготовить отдельные конструктивные элементы, оперирующие этими значениями. Наиболее надежным и дешевым является устройство, каждый разряд которого может принимать два состояния: есть ток/нет тока, высокое напряжение/ низкое напряжение, намагничено/не намагничено и т. д.

(Более подробно основные устройства компьютера представлена в Приложении к главе 2, с. 115.)

Пример 9.1. Внешние устройства:

Пример 9.2. Устройства ввода:

Клавиатура

Устройства указания:

​

Джойстик

Световое перо

Мышь

Трекбол

​

Графический планшет

Сканер

Микрофон

Монитор

Принтер

3D-принтер

Плоттер

Колонки

Наушники

Гарнитура

Звуковая карт

Видеокарта

Сетевая карта

Сетевая карта WIFI

4G-модем для подключения по каналам сотовой связи

Маршрутизатор со встроенным модемом

Уровни сетевой модели OSI

1. Физический уровень связан с ра­ботой аппаратных средств и определяет физические аспекты передачи инфор­мации по линиям связи (уровень на­пряжения, частоты, природу передаю­щей среды, способ передачи двоичных данных по физическому носителю). Для поддержки физического уровня в компьютеры устанавливают сетевой адаптер.
2. Канальный уровень отвечает за передачу данных по физическому уров­ню с проверкой возможности передачи данных, реализует механизм обнару­жения и коррекции ошибок между узлами сети. За протоколы канального уровня отвечают сетевые адаптеры и их драйверы.
3. Сетевой уровень отвечает за достав­ку информации от узла-отправителя к узлу-получателю, обеспечивает марш­рутизацию пакетов данных.
4. Транспортный уровень обеспечи­вает доставку информации вышележа­щим уровням с необходимой степенью надежности. Может обнаруживать и ис­правлять ошибки передачи, такие как искажение, потеря или доставка паке­тов в неправильном порядке.
5. Сеансовый уровень выполняет за­дачу организации сеансов: установле­ние, поддержание и завершение соеди­нения между приложениями участни­ков соединения.
6. Представительский уровень отве­чает за форму представления данных, их шифровку/дешифровку, обеспечива­ет сжатие/распаковку и перекодировку данных из одного формата в другой.
7. Прикладной уровень обеспечивает взаимодействие пользовательских при­ложений с сетью.

Пример 9.7. Классификация модемов по виду соединения:

• для цифровых коммутируемых те­лефонных линий;
• для организации выделенной ли­нии в телефонной сети;
• кабельные;
• радиомодемы;
• спутниковые.

Пример 9.8. Классификация беспро­водных сетей по дальности действия:

• Беспроводные персональные сети (Wireless Personal Area Networks — WPAN) основаны на технологии Blue­tooth, которая позволяет устройствам сообщаться со скоростью до 24 Мбит/с, если они находятся в радиусе до 10 м друг от друга.
• Беспроводные локальные сети (Wireless Local Area Networks — WLAN) применяют технологию Wi-Fi. Технология быстро развивается. В кон­це 2018 г. был представлен стандарт по­коления Wi-Fi 6, позволяющий переда­вать данные со скоростью до 11 Гбит/с в радиусе 300 м.
• Беспроводные сети масштаба города (Wireless Metropolitan Area Networks — WMAN) используют технологию WiMAX с охватом территории до 150 км и скоростью передачи данных до 1 Гбит/с.

Беспроводные глобальные сети (Wireless Wide Area Network — WWAN) основываются на различных технологиях, таких как GPRS, EDGE, HSPA, LTE и др., которые являются надстройками над технологией мобиль­ной связи. Они позволяют пользова­телю сети сотовой связи производить обмен данными с другими устройства­ми в сети, а также с внешними сетя­ми, в том числе Интернет. В качестве модема для подключения к Интернету может использоваться мобильный теле­фон. Компьютер может подключаться к телефону посредством USB-кабеля или беспроводным способом.

Пример 9.9. Схема подключения к Интернету с использованием спутнико­вой связи:

Двоичный код используется для ко­дирования данных еще и потому, что устройствам гораздо проще и быстрее выполнять арифметико-логические опе­рации в двоичной системе счисления, чем в десятичной.

В 1959 г. ученые из Московского го­сударственного университета под руко­водством Николая Брусенцева раз­работали первую и единственную ЭВМ на основе троичной логики. Называлась она «Сетунь». Других компьютеров на основе троичного кода нет и не было.

Идею использовать для вычис­лений троичную систему высказал еще в XIII в. итальянский матема­тик Фибоначчи. Он сформулировал и решил задачу о гирях: если можно класть гири только на одну чашу ве­сов, то удобнее, быстрее и экономичнее делать подсчеты в двоичной системе, а если можно класть гири на обе чаши, то целесообразнее прибегнуть к троич­ной системе.