Говоря о принципах построения компьютеров, удобно отдельно рассматривать их техническое и программное обеспечение. При этом техническое обеспечение, в свою очередь, можно разделить на несколько крупных, довольно самостоятельных аппаратных единиц: центральный процессор, оперативное запоминающее устройство, внешние накопители, периферийные устройства.
Наш рассказ начнется с периферийных устройств. К периферийному оборудованию вычислительной машины относятся индикаторные устройства на электронно-лучевых трубках, клавишные панели с клавиатурой, как у пишущих машинок, автоматические быстродействующие алфавитно-цифровые печатающие устройства (АЦПУ), устройства считывания данных с перфокарт, устройства считывания с маркированных карт, устройства управления передачей данных и т. д. Все эти устройства, как правило, включают в себя различные механические узлы и, во многих случаях, электрические и электронные цепи.
Технология изготовления такого рода устройств в принципе аналогична методам изготовления других изделий точного и электронного машиностроения таких, как телевизоры, стереофоническая аппаратура, пишущие машинки, полиграфическое оборудование и т. д. Конечно, формы, величины и скорости прохождения электрических сигналов в элементах компьютерных систем должны подчиняться специальным требованиям. Это, однако, не оказывает решающего влияния на средства производства вычислительных устройств.
Проектирование, производство и приемка таких устройств опираются на передовую технологию и знания в области механики, электротехники и электроники, накопленные обществом за время, прошедшее после промышленной революции. Что касается требований к точности при изготовлении вычислительного оборудования, то они могут быть удовлетворены только при использовании точной механики и точного машиностроения, развившегося из часовой промышленности.
Вспомогательные запоминающие устройства — внешние накопители.Рассмотрим так называемые внешние накопители ЭВМ. Типичные современные представители данного класса устройств — это накопители на магнитной ленте и накопители на магнитных дисках.
Для записи информации, используемой в компьютерах, подходит тот же принцип, который применяется в звуковых или видеомагнитофонах. Хотя протяжка ленты при считывании или записи данных в ЭВМ осуществляется с малой скоростью, машина успевает передать с ленты или на ленту большие объемы данных. Ленту можно вынуть из запоминающего устройства ЭВМ и переправить в другое место, превратив ее в портативное хранилище огромных массивов данных. Мы уже говорили, что программное обеспечение микрокомпьютеров, записанное на кассетах с магнитной лентой, свободно продается в фирменных магазинах.
Внешние накопители больших ЭВМ работают обычно с большими катушками (некассетного типа), предназначенными для широкой магнитной ленты очень большой длины.Технология изготовления вычислительных устройств, работающих с магнитными лентами, примерно аналогична технологии обычных звуковых и видеомагнитофонов.
Характеристики магнитных лент, используемых для ЭВМ, ничем особенным не отличаются.Запись музыкальных программ можно проводить не только на магнитную ленту, но и на грампластинки, в которых музыкальный сигнал записывается на специальные бороздки, прорезанные по спирали на поверхности пластмассового диска.
В компьютерной технике тоже применяются устройства записи-считывания, немного похожие на такие музыкальные проигрыватели, только на рабочей поверхности диска имеются не канавки, как на грампластинке, а нанесен слой специального магнитного материала, как на магнитной ленте.
В технике музыкальной записи получили распространение сначала грампластинки (то есть диски), а потом ленты, а в компьютерной технике, наоборот, сначала появились ленты, а уже после них — диски.
Магнитные диски, применяемые в вычислительной технике, могут иметь самые различные конструкции и размеры, начиная от легких и удобных гибких магнитных дисков, применяемых в микрокомпьютерах и мини-ЭВМ, и малогабаритных кассетных дисков до больших стоек с пакетами дисков, которые предназначены для больших компьютеров.
По сравнению с накопителями на магнитных лентах запоминающие устройства на магнитных дисках имеют меньшую емкость, но зато большее быстродействие. Основным коммерческим преимуществом гибких магнитных дисков, как и магнитных лент, является их портативность. Их можно снять с одной ЭВМ и поставить на другую, расположенную в другом месте. Стойки с пакетами дисков, как правило, устанавливаются стационарно и просто используются в качестве внешних запоминающих устройств большого объема.
Устройства на гибких магнитных дисках, сменная часть которых представляет собой один диск, обладают сравнительно небольшим быстродействием и могут рассматриваться просто как усовершенствованный вариант устройств на магнитной ленте.В дисковых запоминающих устройствах большой емкости пакеты содержат от 10 до 20 дисков, объединенных в единый конструктивный узел с общей осью. Каждому из дисков пакета в дисковом накопителе соответствует своя магнитная головка, которая осуществляет считывание информации с диска и запись ее на диск. Точнее, магнитный рабочий слой наносится на поверхность каждого диска с обеих его сторон и, таким образом, число магнитных головок, плавающих над рабочими поверхностями, вдвое превышает число дисков. На узких поверхностях таких дисков необходимо расположить максимально возможный объем информации, и эту информацию нужно записывать и считывать с максимально возможной скоростью. Поэтому в дисковых накопителях используются специальные методы сверхплотной записи.
Например, зазор между магнитной головкой и рабочей поверхностью диска измеряется единицами микрометров, то есть расстоянием меньше диаметра частички табачного дыма. Поэтому если во время вращения дисков в зазоры попадает табачный дым, при считывании или записи могут возникать сбои в передаче данных.
Влияние на работу дисковых накопителей могут оказывать не только табачный дым, но и пыль и даже сильные колебания температуры в помещении.Среди различных запоминающих устройств ЭВМ дисковые накопители больше всего похожи на запоминающую область человеческого мозга. Поэтому если в дисковом накопителе возникает отказ, это эквивалентно потере памяти, и работа компьютера оказывается парализованной. В этом смысле проблема технологии безотказных магнитных дисков для быстродействующих ЗУ большой емкости в современных компьютерных системах имеет важнейшее значение.
В будущем вместо магнитных дисков или наравне с ними предлагается использовать разрабатываемые уже сейчас внешние запоминающие устройства на магнитных пузырьках. По сравнению с накопителями на магнитных дисках в таких устройствах мало механических узлов, а в основном используются электромагнитные цепи, которые не подвержены износу и поэтому более долговечны и удобны в эксплуатации.
