Навигация
Устройства ввода информации: клавиатура, мышь, манипуляторы
50608
знаков
0
таблиц
5
изображений
2. Устройства ввода информации: клавиатура, мышь, манипуляторы
Клавиатура
Клавиатура пока является основным устройством ввода информации в компьютер. Это устройство представляет собой совокупность механических датчиков, воспринимающих давление на клавиши и замыкающих определенную электрическую цепь. Наиболее распространены два типа клавиатур: с механическими и с мембранными переключателями. Внутри корпуса любой клавиатуры, помимо датчиков клавиш, расположены электронные схемы дешифрации и микроконтроллер клавиатуры. Подключение клавиатуры к системной плате осуществляется посредством либо 5-контактных разъемов DIN, применяющихся в материнских платах формата AT, либо 6-контактных разъемов miniDIN (их иногда называют разъемами типа PS/2), которые применяются преимущественно в материнских платах формата ATX (форм-фактор плат), более современные клавиатуры подключаются к разъему USB.
В подавляющем большинстве современных ПК используется так называемая улучшенная (Enhanced) клавиатура (это название было введено, чтобы отличить ее от клавиатуры, применявшейся на IBM XT). Она содержит 101 или 104 клавиши.
Принцип действия
Клавиатура является одним из важнейших устройств, определяющим условия комфортабельной работы на компьютере. В нее встроен контроллер. Независимо от того, как механически реализован процесс нажатия клавиш, сигнал при нажатии клавиши регистрируется контроллером клавиатуры (например, 8049) и передается в виде так называемого скэн-кода на материнскую плату. Скэн-код — это однобайтное число, младшие 7 бит которого представляют идентификационный номер, присвоенный каждой клавише . На материнской плате персонального компьютера для подключения клавиатуры также используется специальный контроллер. Для персональных компьютеров типа AT обычно применяется микросхема типа UPI 8042.
Когда скэн-код поступает в контроллер клавиатуры (8042), то инициализируется аппаратное прерывание (IRQ1), процессор прекращает свою работу и выполняет процедуру, анализирующую скэн-код. Данное прерывание обслуживается специальной программой, входящей в состав ROM BIOS. При поступлении скэн-кода от клавиш сдвига (<Alt>,<Ctrl>) или переключателя (<Shift>, <CapsLock>) изменение статуса записывается в оперативнуюпамять. Во всех остальных случаях скэн-код трансформируется в код символа (так называемые коды ASCII или расширенные коды). При этом обрабатывающая процедура сначала определяет установку клавиш и переключателей, чтобы правильно получить вводимый код ("а" или "А"). Затем введенный код помещается в буфер клавиатуры, представляющий собой область памяти, способную запомнить до 15 вводимых символов, пока прикладная программа не может их обработать. Буфер организован по принципу FIFO (первый вошел — первый вышел).
Каждая клавиша генерирует два типа скэн-кода "код нажатия", когда клавиша нажимается, и "код освобождения", когда клавиша опускается. Для "кодов нажатия" и "кодов освобождения" используется одна и та же цепочка битов, коды освобождения состоят из двух байтов, первый из которых всегда равен 0F0H.
Контролер на материнской плате может не только принимать, но и передавать данные, чтобы сообщить клавиатуре различные параметры, например частоту повтора нажатой клавиши и др.
Контроллер 8049 отвечает не только да генерирование скэн-кодов, но он необходим для выполнения функций самоконтроля и проверки нажатых клавиш в процессе загрузки системы. Процесс самоконтроля отображается однократным миганием трех индикаторов LED клавиатуры во время выполнения программы POST. Таким образом, неисправность клавиатуры выявляется уже на стадии загрузки персонального компьютера.
Мышь
Большинство фирм, производящих подобные устройства, обеспечивают совместимость по системе команд либо с Microsoft Mouse (две управляющие клавиши), либо с Mouse Systems Mouse (три управляющие клавиши), а чаще всего с ними обеими. Мышь делает очень удобным процесс управления такими широко распространенными в графических пакетах объектами, как окна, меню, кнопки, пиктограммы и т. д.
Подавляющее число компьютерных мышек используют оптико-механический принцип кодирования перемещения. С поверхностью стола соприкасается тяжелый, покрытый резиной шарик сравнительно большого диаметра. Ролики, прижатые к поверхности шарика, установлены на перпендикулярных друг другу осях с двумя датчиками. Датчики, представляющие собой оптопары (светодиод-фотодиод), располагаются по разные стороны дисков с прорезями. Порядок, в котором освещаются фоточувствительные элементы, определяет направление перемещения мыши, а частота приходящих от них импульсов - скорость. Хороший механический контакт с поверхностью обеспечивает специальный коврик.
Более точного позиционирования курсора позволяет добиться оптическая мышь. Для нее используется специальный коврик, на поверхности которого нанесена мельчайшая сетка из перпендикулярных друг другу темных и светлых полос. Расположенные в нижней части мыши две оптопары освещают коврик и по числу пересеченных при движении линий определяют величину и скорость перемещения. Оптические мыши не имеют движущихся частей и лишены такого присущего оптико-механическим мышам недостатка, как перемещение курсора мыши рывками из-за загрязнения шарика. Разрешающая способность применяемого в мыши устройства считывания координат составляет 400 dpi (Dot per Inch) точек на дюйм и выше, превосходя аналогичные значения для механических устройств.
При помощи мыши удобно выделять объекты, перемещать их, рисовать. Устройством ввода мыши являются клавиши, их обычно две или три. Электронная схема управления мыши следит за ее перемещением, эти данные поступают в компьютер, обрабатываются процессором, который производит перемещение указателя мыши на экране дисплея. При перемещении мыши по коврику тяжелый, покрытый резиной шарик приводится в движение и вращает соприкасающиеся с ним валики вертикального и горизонтального перемещения. На этих валиках закреплены диски с прорезями. С разных сторон от диска установлены излучатель света (светодиод) и приемник света (фототранзистор). При движении мыши приемник принимает световые импульсы и преобразует их в электрические сигналы. По количеству импульсов определяются координаты мыши при ее движении по вертикали и горизонтали.
Существуют беспроводные мышки, которые осуществляют передачу данных в радио или инфракрасном диапазоне с расстояния 2 - 3 метра
Трекбол
Трекбол (Trackball) представляет собой «перевернутую» мышь, так как у него приводится в движение не корпус устройства, а только его шар увеличенного по сравнению с мышью размера, что позволяет существенно повысить точность управления курсором. Первое устройство подобного типа было разработано компанией Logitech. Миниатюрные трекболы получили сначала широкое распространение в портативных ПК. Встроенные трекболы могут располагаться в самых различных местах корпуса ноутбука, внешние крепятся специальным зажимом, а к интерфейсу подключаются кабелем. Большого распространения в ноутбуках трекболы не получили из-за своего недостатка - постепенного загрязнения поверхности шара и направляющих роликов, которые бывает трудно очистить и, следовательно, вернуть трекболу былую точность. Впоследствии их заменили тачпады и трекпойнты.
Трекпойнт
Трекпойнт (TrackPoint) - координатное устройство, впервые появившееся в ноутбуках IBM, представляет собой миниатюрный джойстик с шершавой вершиной диаметром 5-8 мм. Трекпойнт - рычажок, расположенный на клавиатуре между клавишами, управляется нажатием пальца.
Тачпад
Тачпад (touchpad) - сенсорная панель, с помощью которой курсор на экране двигается согласно перемещению пальца по этой панели. Некоторые так привыкают к тачпаду, что даже дома используют его вместо мыши.
3.Накопитель на жестких магнитных дисках
Накопитель на жестких магнитных дисках хранит всю необходимую для работы компьютера и прикладных программ информацию, с него загружается в оперативную память компьютера его операционная система.
В основе функционирования винчестера лежит принцип магнитной записи (считывания) сигналов на вращающийся диск, покрытый магниточувствительным рабочим слоем. Каждая сторона диска, покрытая рабочим слоем, называется рабочей поверхностью.
При записи цифровые данные преобразуются в аналоговые электрические сигналы, создающие с помощью головки записи участки с различной намагниченностью, расположенные вдоль окружности по всей рабочей поверхности вращающегося диска (так называемые треки или дорожки). Размеры участков и расстояние между соседними дорожками определяют поверхностную плотность записи данных.
При чтении участки диска движутся под магнитной головкой и индуцируют в ней электрические сигналы, которые преобразуются в цифровые данные.
Типичный современный накопитель на жестких дисках состоит из блока (пакета) дисков, шпиндельного двигателя привода вращения дисков, блока головок записи/чтения, предусилителя-коммутатора головок и контроллера (печатной платы с электронными схемами управления).
В нерабочем состоянии головка прижимается поводком к поверхности диска в специальной нерабочей зоне, называемой зоной парковки. Первые модели винчестеров требовали выполнения специальной операции парковки головок, инициируемой программным обеспечением.
В современных винчестерах операция вывода головок в зону парковки выполняется автоматически при снижении скорости вращения двигателя ниже номинальной или при пропадании напряжения питания, а вывод головок в рабочую зону разрешается только после достижения номинальной скорости вращения дисков. Зазор между головкой и поверхностью диска в современных винчестерах составляет несколько сотых долей микрометра.
В большой степени максимальная плотность записи зависит от конструкции и характеристик головок записи/чтения. Раньше в винчестерах использовались магнитные головки, представляющие собой миниатюрные катушки индуктивности, намотанные на магнитный сердечник.
Позднее стали использовать тонкопленочные магнитные головки, а в современных винчестерах используются высокочувствительные магниторезистивные головки чтения (принцип их работы основан на эффекте анизотропии некоторых полупроводниковых материалов в магнитном поле), конструктивно объединенные с тонкопленочными головками записи. Головки собираются в блок.
В современных винчестерах используется система позиционирования блока головок с поворотной подвижной катушкой, помещенной в зазоре мощного постоянного магнита, которая и является исполнительным элементом системы позиционирования.
В основе этой системы лежит предварительная (произведенная при изготовлении винчестера) запись специальных цифровых последовательностей, которые называются сервометками, в специально отведенные для этого на каждой дорожке сектора. Во время работы контроллер винчестера ориентируется на эти сервометки, вырабатывая управляющие сигналы, подаваемые в подвижную катушку, и поворачивает головку таким образом, чтобы она установилась точно над дорожкой, а затем удерживает ее на этой дорожке до поступления команды о переводе головки в новое положение.
Не менее 16% суммарной рабочей поверхности дисков отводится под служебную информацию, которая обеспечивает нормальную работу винчестера. В первую очередь это инженерная зона (секторы конфигурации, таблицы дефектов, рабочие программы винчестера).
Оставшееся дисковое пространство делится на зоны (для большинства винчестеров – от 8 до 20) с различным числом секторов в каждой зоне. Не все секторы используются в качестве рабочих. Часть секторов являются запасными. При первоначальной разметке дисков на заводе-изготовителе производится проверка поверхности диска и информация об обнаруженных дефектных участках записывается в таблицу дефектов, которая размещается в инженерной зоне.
В процессе функционирования винчестера эта таблица используется для переназначения (переадресации) обращения к дефектным участкам (секторам) на обращение к хорошим секторам, которые как раз и размещаются на запасных дорожках. Ввиду важности служебной информации инженерная зона различных моделей накопителей может содержать от 2 до 6 копий, а сервометки прописываются с запасом по количеству и более сильным магнитным полем.
В процессе эксплуатации происходит постепенное разрушение магнитной поверхности диска, начинают появляться новые сбойные секторы, что приводит к так называемому вырождению магнитной среды. О неполадках такого рода свидетельствуют периодически возникающие ошибки чтения/записи.
Износ или повреждение подшипников шпиндельного двигателя приводит к тому, что пластины начинают слегка покачиваться. Это вызывает попеременное увеличение/уменьшение расстояния между головками и поверхностями дисков, что является причиной роста числа «мягких» ошибок и увеличения вероятности падения головок на поверхности дисков.
Если двигатель винчестера начал шуметь или прослушиваются периодические удары механизма позиционирования головок об ограничители значит, довольно скоро можно ожидать лавинообразных отказов в работе винчестера.
Нередко причиной выхода винчестеров из строя является нарушение их температурного режима работы. Скорость вращения пакетов дисков достигает 15 000 об/мин, а для улучшения динамических характеристик применяются достаточно мощные шпиндельные двигатели и приводы позиционирования, которые выделяют значительное количество тепла. Кроме того, тепло выделяет опорный подшипник.
Головки «летят» над диском на высоте всего лишь 0,1...0,12 мкм. Любой удар может сократить это расстояние до нуля? Дорожка движется под магнитной головкой со скоростью 90...125 км/час, 1 мм дорожки – это около 2 Кб данных.
Даже если повреждение невелико, выбитые при ударе частицы магнитной среды еще долго будут летать внутри корпуса диска, создавая опасность новой аварии, причем большая часть мелких частиц вообще не улетает с диска, оставаясь «примагниченной» к его поверхности и приводя к дальнейшему разрушению рабочей поверхности.
Кроме того, при соприкосновении головки с поверхностью диска происходит мгновенный перегрев головки. Совместно с радиальным механическим воздействием на головку это, как правило, приводит к обрыву головки.
В большинстве современных винчестеров реализована технология самотестирования SMART (Self-Monitoring Analysis and Reporting Technology). Ее суть заключается в том, что винчестер самостоятельно диагностирует свое состояние, заранее предупреждая о предаварийном состоянии. Большинство SMART HDD контролируют от 3 до 30 атрибутов надежности, например, количество позиционирований головок, высоту их полета над поверхностью диска, число переназначений сбойных секторов, число ошибок позиционирования и т.п.
Похожие работы
... ввод ложного сообщения (даже ранее записанного с того же голоса) легко обнаруживается по изменению содержания. Технические требования предъявляемые к системе взаимодействия периферийных устройств при обработке данных в стандарте DES. Система взаимодействия с периферийными устройствами должна работать в режиме открытой и закрытой передачи. В открытом режиме на передаче информация не шифруется, ...
... Еще возможно комплексное решение - опрос готовности устройств (polling) по периодическим прерываниям, например, от системного таймера. Устройство, для которого обнаружена готовность - обслуживается, не готовое - пропускается до следующего прерывания. Периферийные устройства ввода информации Клавиатура является основным устройством ввода информации в ПК. Это первое из внешних устройств ...
... типы периферийных устройств, подключаемых к компьютерной системе, играют важную роль в ее работе. Они в значительной степени определяют возможности использования компьютеров и их технические характеристики. Широкий ассортимент выпускаемых периферийных устройств позволяет выбирать те из них, с которыми профессиональные компьютеры используются наиболее эффективно в различных областях деятельности. В ...
... MODCR; FCK ~ тактовая частота микроконтроллера. где (ONTIM) - число, код которого записан в разрядах ONTIM4 - ONTIM0 регистра MODCR; FCK ~ тактовая частота микроконтроллера. работа периферийных устройств Скважность сигнала DC, определяемая по формуле где Т - период следования импульсов, задается кодом, записанным в разрядах MCONF2-MCONF0 регистра MODCR в соответствии с табл. 20. В ...
0 комментариев