2.4.6. Иерархия памяти пэвм

Настало время подвести итоги рассмотрения различных устройств памяти, используемых в ПЭВМ. По функциональному признаку память персональных машин делится на следующие иерархические уровни:

1) сверхоперативную память (СОП) для хранения указателей адресов и промежуточных ре­зультатов вычислений;

2) кэш-память, выполняющую роль буфера между МП и ОП, а также другими устройствами в случае дисбаланса в их быстродействии;

3) ОП, хранящую выполняемые программы, данные для них и результаты вычислений (как промежуточные, так и окончательные перед выдачей пользователю);

4) внешнюю оперативно-доступную память (ВОДП), служащую для хранения программ, ко­торые могут быть непосредственно загружены в ОЗУ для выполнения, а также массивов данных, доступных выполняемым программам и формируемых этими программами;

5) внешнюю дублирующую память (ВДП), предназначенную для создания резервных копий (архивов) программ и данных, а также для связи с внешним миром и обеспечения максимально возможной конфиденциальности.

Уровни 4 и 5 объединяются общим названием «внешняя память», или ВЗУ. ОП, как мы уже говорили, делится на ОЗУ и ПЗУ. Каждый следующий уровень иерархии памяти характеризуется по сравнению с предыдущим, как правило, меньшим быстродействием и удельной стоимостью, но большей емкостью и надежностью хранения информации. Распределение различных типов устройств памяти по приведенным уровням иерархии представлено на рис. 2.7.

Сравнительные характеристики различных устройств памяти иллюстрируются табл. 2.4. Цены в ней для НГМД и НОД проставлены исходя из стоимости носителей информации, а не самих накопителей.

2.5. Устройства ввода информации

Пользователям ПЭВМ предлагается широкий спектр различных устройств ввода информации. И все же зачастую ПЭВМ поставляется с единственным устройством ввода — клавиатурой, явля­ющейся основным ПУ. За клавиатурой по популярности следуют различные манипуляторы, фун­кционально ее дополняющие, и особенно манипуляторы типа «мышь», а также шаровые манипу­ляторы. Остальные устройства ввода применяются значительно реже, так как полезны только лишь для некоторых приложений.

В данном подразделе рассматриваются различные устройства ввода информации в ПЭВМ.

2.5.1. Клавиатуры

Единственным основным устройством ввода информации в ПЭВМ и управления ее работой была, есть и в обозримом будущем останется клавиатура. Она представляет собой матрицу клавиш, объединенных в единое целое, и электронный блок, для преобразования нажатия клавиши в двоичный код.

Клавиатура должна быть эргономичной, т.е. удобной для работы. К основным эргономическим показателям клавиатуры относят:

— общекомпоновочные решения клавиатуры в ПЭВМ;

— толщину клавиатуры и угол ее наклона относительно горизонтали;

— схему расположения клавиш, их цвет, форму и размеры;

— необходимое усилие для нажатия клавиши и ее свободный ход;

— коэффициент отражения света клавишами и всей поверхностью клавиатуры;

— легкость чтения надписей на клавишах.

Мы не будем подробно характеризовать эти показатели, но все же отметим следующее. Во-первых, существуют два основных общекомпоновочных принципа, касающихся исполнения клавиатуры. При моноблочном построении ПЭВМ (главным образом, бытовых) клавиатура является неотъемлемой составной частью системного блока При полиблочном построении ПЭВМ она выполнена в виде отдельного устройства, соединенного с системным блоком посредством гибкого кабеля. Последнее, конечно, представляется более удобным. Во-вторых, схема расположения клавиш, особенно алфавитно-цифровых, стандартизована, чтобы каждый человек мог одинаково хорошо общаться с любой ПЭВМ. И в-третьих, особое значение имеет необходимое усилие для нажатия клавиш. Слишком «тугие» клавиши замедляют работу и ведут к быстрому утомлению пользователя. Слишком же «слабые» клавиши (что, к сожалению, характерно для отечественных ПЭВМ) приводят к большому количеству ошибок, обусловленных случайным их касанием, а следовательно, в конечном счете, также замедляют работу.

Быстродействие клавиатуры всегда таково, что независимо от скорости нажатия клавиш вся вводимая информация успевает передаваться в ПЭВМ, если она там ожидается.

В клавиатурах ПЭВМ используются клавиши различных типов, из которых наиболее широкое распространение получили емкостные и контактные.

Емкостные клавиши состоят из подвижной металлической пластины (подвижного электрода), прикрепленной к кнопке, и двух металлических выступов на печатной плате, образующих не­подвижные электроды конденсатора переменной емкости. При нажатии на клавишу подвижная пластина приближается к этим выступам, что приводит к изменению емкости конденсатора, а этого достаточно для фиксации нажатия электронной схемой. Помимо простоты устройства емкостные клавиши имеют высокую надежность. Они выдерживают до 100 и более миллионов нажатий и отпусканий.

Контактные клавиши могут изготавливаться в различных вариантах, но всегда в основе их работы лежит принцип непосредственного механического контакта между двумя гибкими металлическими пластинами при нажатии клавиши. В местах соприкосновения пластины обычно имеют специальное покрытие, обеспечивающее малое сопротивление контакта Срок службы контактных кнопок харак­теризуется числом срабатываний в несколько десятков миллионов.

Характерной особенностью клавиатур ПЭВМ является допустимость перекрытия нажатий, т.е. случайного или преднамеренного нажатия одновременно двух и более клавиш. В этом случае клавиатура обеспечивает правильную выдачу кодов всех клавиш в порядке их нажатия. Кроме того, есть множество комбинаций клавиш, одновременное нажатие которых приводит к выдаче в ПЭВМ определенных кодов, называемых расширенными кодами клавиш.

Другая особенность клавиатур ПЭВМ заключается в том, что при нажатии клавиши в ПЭВМ передается один код, а при отпускании — иной, которые называются кодами сканирования (опроса) клавиш. В ПЭВМ эта кодировка преобразуется в другую при помощи соответствующей таблицы. Такая организация ввода символов придает дополнительную гибкость и мобильность при использовании различных фонетических систем, а также позволяет перепрограммировать клавиши. Дополнительно к этому в клавиатурах реализуется так называемая функция повторения, обеспечивающая многократную выдачу кода нажатия клавиши при ее удержании в утопленном состоянии. Периодическое повторение выдачи кода нажатия прекращается в случае нажатия другой клавиши или отпускания нажатой.

Таким образом, клавиатура в ПЭВМ является весьма совершенным устройством ввода.

Любая клавиатура ПЭВМ имеет четыре группы клавиш:

1) клавиши пишущей машинки для ввода прописных и строчных букв, цифр и специальных знаков;

2) служебные клавшим, меняющие смысл нажатия остальных клавиш и осуществляющие другие действия по управлению вводом с клавиатуры;

3) функциональные (программируемые) клавиши, смысл нажатия которых зависит от исполь­зуемого программного продукта;

4) клавиши двухрежимной малой цифровой клавиатуры, обеспечивающие быстрый и удобный ввод цифровой информации, а также управление курсором и переключение режимов работы клавиатуры.

Стандартами де-факто клавиатур для ПЭВМ являются предложенные фирмой IBM 83- (84-), 101- и 122-клавишные пульты. Первыми двумя из них обычно комплектуются машины IBM PC XT и AT соответственно, но первоначально IBM PC AT поставлялась с 84-клавишной клавиатурой. Аналогичные клавиатуры выпускаются рядом других фирм. Портативные ПЭВМ, как правило, имеют клавиатуры с меньшим количеством клавиш. Отечественные ПЭВМ постав­ляются с клавиатурами, очень напоминающими 83-клавишный пульт. Подробное описание ряда клавиатур будет приведено в п. 5.4.1.