Устройства ввода-вывода информации

 

Введение

 

Основное назначение ПУ - обеспечить поступление в ЭВМ из окружающей

среды программ и данных для обработки, а также выдачу результатов работы

ЭВМ в виде, пригодном  для восприятия человека или для передачи на другую

ЭВМ, или в  иной,  необходимой  форме. ПУ  в немалой степени определяют

возможности применения ЭВМ.

       ПУ ЭВМ включают в себя внешние  запоминающие   устройства,

предназначенные  для  сохранения  и  дальнейшего  использования  информации,

устройства  ввода-вывода,  предназначенные  для  обмена  информацией   между

оперативной памятью  машины и носителями информации, либо другими ЭВМ,   либо оператором. Входными устройствами могут быть: клавиатура,  сканер,  дисковая система,  мышь,  модемы,  микрофон,  цифровая  видео  камера;  выходными : дисплей,  принтер,  дисковая  система,  модемы,  звуковые  системы,   другие устройства. С большинством  этих  устройств обмен данными происходит  в цифровом формате. Для работы с разнообразными  датчиками  и  исполнительными устройствами     используются     аналого-цифровые     и     цифроаналоговые преобразователи для преобразования цифровых данных в аналоговые и наоборот.

       Цифровой интерфейс проще по  сравнению с  цифроаналоговым,  но  и  для

него требуются  специальные схемы. Различают последовательную и  параллельную

передачу данных, необходима синхронизация взаимодействующих  устройств.  Один из наиболее распространенных стандартов  RS-232C  (Reference  Standard  №232 Revision C). Последовательные интерфейсы применяются для передачи данных  на любые расстояния. Однако на короткие  расстояния  целесообразнее  передавать данные байтами, а не битами, для этого  используют  параллельные  интерфейсы ввода-вывода.

Устройствами ввода   являются  те  устройства,  посредством   которых  можно ввести   информацию    в    компьютер.    Главное    их   предназначение   -

реализовывать воздействие на  машину.   Разнообразие  выпускаемых  устройств

ввода породили целые  технологии:  от  осязаемых  до  голосовых.   Хотя  они

работают по различным  принципам,  но предназначаются для  реализации   одной

задачи -  позволить  пользователю связаться со своим компьютером.

Несколько десятилетий назад для ввода-вывода использовался  телетайп,

который при печати производил много  шума.  Сейчас  используется  клавиатура

для ввода данных и монитор  для наблюдения выводимых  данных.  Для  получения

документальной копии  используется принтер.

 

 

 

 

                                      Клавиатура

 

Главным устройством ввода  данных большинства компьютерных систем является клавиатура. До тех пор, пока системы распознавания голоса не смогут надежно воспринимать человеческую речь, главенствующее положение клавиатуры  вряд ли изменится, хотя в операционной  системе OS/2 MERLIN 4.0  встроена  система распознавания речи. В  техническом  аспекте клавиатура   представляет   собой   совокупность   механических    датчиков, воспринимающих давление на  клавиши  и  замыкающих  тем  или  иным  способом определённую электрическую цепь.

IBM  сначала  разработала,   по  крайней   мере,   восемь   разновидностей

клавиатур для своих  персональных  компьютеров.  В  основном  использовалась

клавиатура  типа XT, состоящая из 83 клавиш.  После  нескольких  лет   критики IBM    разработала    и представила новую клавиатуру  вместе  с новой моделью. Это была АТ.  Вместе  с  производством  модернизированных  АТ,  IBM начала  выпускать   новый   тип   клавиатуры,   названной   IBM   улучшенной клавиатурой, которую используют и  поныне.  Но  все  остальные  называют  ее расширенной клавиатурой.  Усовершенствование  вылилось  в  увеличение  числа клавиш.  Их  общее  количество  101,  что  соответствует  стандарту  США.  В настоящее время наиболее распространены два вида клавиатур:  с  механическим и мембранным переключателями. В  первом  случае  датчик  представляет  собой традиционный механизм с контактами из специального сплава.  Несмотря  на  то, что  эта  технология  используется   уже   несколько   десятилетий,   фирмы- производители постоянно работают над её  модификацией  и  улучшением.  Стоит отметить,  что  в  клавиатурах  известных   фирм   контакты   переключателей позолоченные, что значительно улучшает электрическую проводимость.    

Технология, основанная на мембранных переключателях, считается более

прогрессивной, хотя особых преимуществ не даёт.

 

Мышь

 

Для многих людей клавиатура представляется самым трудным и  непонятным атрибутом. Благодаря этому и тому, что интерфейсы  DOS  и  OS/2  не  прощают ошибок, теряется большое количество пользователей РС. Для  преодоления  этих недостатков было разработано графическое управление  меню  пользовательского интерфейса.

Эта разработка породила специальное  указывающее  устройство,  процесс

становления которого  длился  с  1957  по  1977  год.  Устройство  позволяло

пользователю  выбирать  функции меню, связывая его перемещение с перебором

функций на экране. Одна или  несколько  кнопок,  расположенных  сверху  этого

устройства,  позволяли   пользователю   указать   компьютеру   свой   выбор.

Устройство  было довольно миниатюрным и легко  могло поместиться под   ладонью

с расположением  кнопок под пальцами.  Подключение  производится  специальным

кабелем,  который  придает устройству сходство с мышью  с длинным хвостом.   А

процесс  перемещения  мыши  и  соответствующего   перебора    функций   меню

заработал термин "проводка мыши". 

Мыши различаются  по трем характеристикам - числу кнопок,  используемой технологии  и типу  соединения  устройства  с центральным блоком. В первоначальной  форме в устройстве была  одна  кнопка. Перебор функций определяется перемещением мыши, но выбор функции происходит только  при  помощи  кнопки,   что  позволяет  избежать  случайного  запуска задачи   при   переборе   функций  меню.  С  помощью  одной   кнопки   можно реализовать   только  минимальные  возможности    устройства.   Вся   работа компьютера в этом случае заключается  в  определении положения  кнопки  - нажата она или  нет.  Тем  не  менее,  хорошо  составленное  меню  полностью позволяет реализовать управление компьютером. Однако две кнопки  увеличивают гибкость системы. Например, одна кнопка  может  использоваться  для  запуска функции, а вторая  для ее отмены. Вне  всяких  сомнений,   три   кнопки  еще более увеличат гибкость программирования. Но, с другой  стороны,  увеличение кнопок  увеличивает  сходство  устройства  с клавиатурой,   возвращая   ему недостатки последней. Практически три  кнопки  являются  разумным  пределом, потому  что  они  позволяют  лежать  указательному,   среднему,  безымянному пальцам на кнопках в то время   как  большой  и  мизинец  используются   для перемещения  мыши и удержании ее в ладони.  Большинство  моделей  снабжаются двумя или даже  одной  кнопкой.  Самые   популярные  -  двухкнопочные  мыши. Функционально  к  устройствам  типа  "мышь"  можно  отнести  джойстик,   шар трассировки, графический планшет, трекпойнт.

Трекболы, как и мыши,  являются  координаторными  устройствами  ввода

информации  в  компьютер.  Трекбол,  вообще   говоря,   представляет   собой

”перевёрнутую”  мышь, у трекбола приводится в движение не  корпус,  а только

его шар. Это  позволяет существенно повысить точность управления курсором.

Первая компьютерная мышь появилась еще в 1968 году задолго  до появления персонального компьютера и была похожа на утюг. В 1970 году мышь была уже в более современном  и компактном обличии. И только к середине 1980-х мышь стала важным дополнением персонального компьютера.

При покупке мышки пользователи чаще всего смотрят на количество кнопок. Долгое время на рынке существовал  классический тип трехкнопочной  мыши. Однако при работе с большинством программ нам вполне достаточно использовать две крайних клавиши мыши. С 1997 г. вновь стала актуальна третья (средняя) кнопка. Чаще всего третья кнопка на мыши стала выпускаться в виде колесика, потому что это оказалось очень удобно, особенно при работе с некоторыми программами, такими например, как Word, таблицы Excel, программы для просмотра страниц в интернете (Microsoft Internet Explorer, Mozilla Firefox, Opera). Удобство заключается в том, что с помощью колесика мыши можно перемещать окно текстов и страниц вверх, либо вниз.

Мыши  подразделяются на следующие категории:

Механическая  мышь.

Достаточно  дешевая и проста в использовании. В конструкцию такой мыши входит тяжелый металлический шарик, одетый в тонкую резиновую оболочку (его можно наблюдать с нижней поверхности мыши). Во время перемещения мыши по поверхности коврика или стола шарик вращается и приводит в движение два ролика, расположенных внутри корпуса мыши. Один ролик отвечает за движение стрелки мыши по-горизонтали, другой - по-вертикали. Компьютер сам суммирует сигнал от этих роликов и выдает результирующий сигнал движения мыши на экран монитора.

Оптическая  мышь

Данный тип  мыши значительно дороже механической, но и более надежный. по принципу работы такая мышь ничем не отличается от механической, за исключением одного момента: вместо тяжелого шарика в нижней поверхности мыши и роликов внутри корпуса, за движение курсора мыши на экране монитора отвечает световой луч.

Классификация мышей по типу подключения:

• Проводные - подключаются к компьютеру при помощи провода.
• Инфракрасные (или беспроводные). Подключается к компьютеру с помощью приемника инфракрасного сигнала, который устанавливается на системном блоке. Недостатком такой мыши является то, что ее время от времени приходится заряжать батарейками.

Также не маловажным показателем для мыши является ее эргономичность. Сейчас начали выпускать  мыши различной формы и конструкции. Также начали добавлять боковые  кнопки для дополнительных функций  при работе с программами и  играми.

 

Принтер

 

Для вывода результатов работы используют принтеры. В настоящее  время

используется  четыре принципиальных схемы нанесения  изображения  на  бумагу:

матричный, струйный, лазерный и термопереноса.

На сегодняшний день широко применяется шесть технологий  для  цветной

печати. Они  реализуются в ударных (”игольчатых”)  матричных  принтерах  (dot

matrix), в струйных  принтерах  с  жидкими   чернилами  (liquid  ink-jet),  в

принтерах с  термопереносом  восковой  мастики  (thermal  wax  transfer),  в

принтерах с    термосублимацией    красителя(dye  sublimation),  в  струйных

принтерах с  изменением фазы красителя (phase-change  ink-jet)  и  в  цветных

лазерных принтерах (colour laser).

Матричные принтеры.

Dot Matrix.

Как известно, идея матричных  печатающих устройств заключается  в

том, что требуемое  изображение воспроизводится из  набора  отдельных  точек,

наносимых на бумагу тем или иным способом. Напомним также,  что  практически

все печатающие устройства (за исключением, пожалуй, страничных)  могут  быть

ударными  (impact)  и  безударными  (non-impact).  Принцип  работы   цветных

ударных матичных принтеров заключается в том, что вертикальный ряд (или  два

ряда) игл ”вколачивает”  краситель с ленты  прямо  в  бумагу.  В  отличие  от

обычных монохромных  устройств, в последнем случае используется  многоцветная

лента. Система  управления этих принтеров заботится  не  только  о  конкретной

иголке, но и  цвете ленты. Сразу отметим, что  помимо  шума,  присущего  всем

ударным устройствам, скорость, палитра и качество цветов  в  данном  случае,

как правило, неудовлетворительные. Это, впрочем, касается не только  бумаги,

но  и  пленок.  Заметим  также,  что  со  временем   воспроизводимые   цвета

становятся  более тусклыми, поскольку в прямой зависимости  от  срока  службы

лента загрязняется. Это связано в основном с прямым  контактом  многоцветной

ленты с выводимым  цветным изображением. К  достоинствам  подобных  устройств

можно   отнести   надежность,   низкую   стоимость   страницы   изображения,

возможность печати на обычной бумаге. Ударные цветные матричные  принтеры  в

основном находят  применение при выводе  несложных  изображений.  Цена  таких

устройств относительно невысока - около 800 долларов.

Струйные  принтеры.

Liquid ink-jet.

Струйная технология печати является на сегодняшний  день  самой

распространенной  для  реализации  цветных  устройств.  Струйные  чернильные

принтеры  подразделяются  на  устройства  непрерывного   (continuous   drop,

continuous jet) и дискретного (drop-on-demand) действия. Последние опять  же

делятся на две  категории: с нагреванием чернил  (”пузырьковая”    технология

bubble-jet или  thermal  ink-jet)  и  основанные  на  действии  пьезоэффекта

(piezo).

В  простейшем  случае  принцип  действия  устройства  по   технологии

continuous jet основан на том, что струя чернил,  постоянно  испускаемая  из

сопла  печатающей  головки,  направляется  либо  на  бумагу  (для  нанесения

изображения), либо в специальный приемник, откуда чернила  снова  попадают  в

общий  резервуар.  В  рабочую  камеру  чернила  подаются   микронасосом,   а

элементом,  задающим  их  движение,  является,  как  правило,   пьезодатчик.

Описанный выше принцип действия печатающего  устройства  использует  сегодня

очень  небольшое  количество  принтеров.  Производством  цветных  принтеров,

использующих  данную технологию, занимается, например, фирма Iris Graphics.

При реализации bubble-jet-метода в каждом  сопле  печатающей  головки

находится элемент (например, тонкопленочный резистор). При  пропускании  тока

через   тонкопленочный   резистор   последний   за   несколько   микросекунд

нагревается до температуры около 500  градусов  и  отдает  выделяемое  тепло

непосредственно окружающим его чернилам. При  резком  нагревании  образуется

чернильный  паровой  пузырь,  который  старается  вытолкнуть  через  выходное

отверстие  сопла  каплю  жидких  чернил.  Поскольку  при   отключении   тока

тонкопленочный  резистор также быстро остывает, паровой  пузырь, уменьшаясь  в

размерах, ”подсасывает”  через входное отверстие сопла  новую  порцию  чернил,

которые занимают место ”выстрелянной” капли. Цветные  принтеры от фирм  Canon

и Hewlett-Packard используют именно эту технологию.

Как уже было сказано, второй метод для управления соплом  основан  на

действии  диафрагмы,  соединенной  с   пьезоэлектрическим   элементом.   Как

известно, обратный  пьезоэффект заключается в деформации пьезокристалла  под

воздействием  электрического   поля.   Изменение   размеров   пьезоэлемента,

расположенного  сбоку выходного отверстия сопла  и  связанного  с  диафрагмой,

приводит к выбрасыванию  капли  и  приливу  через  входное  отверстие  новой

порции чернил. Подобные устройства выпускаются  компаниями  Epson,  Brother,

Data-products  и  Tektronix.  Кстати  фирмой  Epson  предложен   новый   тип

многослойной  пьезоэлектрической головки,  которая  устраняет  ”сателлиты”  -

маленькие капельки, сопровождающие основную каплю. Четкость  в  этом  случае

повышается  в основном для монохромных изображений.

Заметим,  что  сопла  (канальные  отверстия)  на  печатающей  головке