Опишите устройства ввода-вывода информации ЭВМ

2. Опишите устройства ввода-вывода информации ЭВМ

К основным устройствам ввода информации в персональный компьютер относятся следующие устройства: клавиатура, мышь, шар (track-ball), сканер, графический планшет (digitizer) и т. д.

Рассмотрим подробнее назначение и принципиальное устройство каждого из них.

Клавиатура.

Является одним из первым и наиболее необходимым на настоящий момент устройством для ввода буквенно-символьной информации в ПК.

По расположению клавиш настольные клавиатуры делятся на два основных типа, функционально ничуть не уступающие друг другу:

Функциональные клавиши располагаются в двух вертикальных рядах, отдельных групп клавиш управления курсором нет. Всего в такой клавиатуре 84 клавиши. Некоторые считают этот стандарт устаревшим.

Усовершенствованная (расширенная), имеет 101 или 102 клавиши. Клавиатурой такого типа снабжаются сегодня почти все настольные персональные компьютеры. Количество функциональных клавиш в усовершенствованной клавиатуре не 10, а 12. Логично выделены группы клавиш для работы с текстами и управления курсором, продублированы некоторые специальные клавиши, позволяющие более эргономично работать обеими руками.

Другое дело портативный компьютер, в котором клавиатура обычно является встроенной частью конструкции. Клавиатуры портативных компьютеров в той или иной степени похожи на оба типа клавиатур настольных компьютеров, хотя из-за недостатка места в самих компактных моделях компьютеров типа subnotebook и palmtop конструкторы вынуждены идти на сокращения количества и размеров клавиш.

Расположение буквенных клавиш на компьютерных клавиатурах стандартно. Сегодня повсеместно применяется стандарт QWERTY – по первым шести латинским буквенным клавишам верхнего ряда. Ему соответствует отечественный стандарт ЙЦУКЕН расположения клавиш кириллицы, практически аналогичный расположению клавиш на пишущей машинке.

Стандартизация в размере и расположении клавиш нужна для того, чтобы пользователь на любой клавиатуре мог без переучивания работать «слепым методом». Слепой десятипальцевый метод работы является наиболее продуктивным, профессиональным и эффективным. Увы, клавиатура из-за низкой производительности пользователя оказывается сегодня самым «узким местом» быстродействующей вычислительной системы.

Устройство. Клавиатура представляет собой совокупность датчиков, воспринимающих давление на клавиши и замыкающих определенную электрическую цепь, со стандартным разъемом (PS/2, USB) и интерфейсом для подключения к системной плате компьютера. Длительное время выпускались клавиатуры с механическими датчиками. Современные клавиатуры – мембранного типа. Переключатель представляет собой набор мембран: активная – верхняя, пассивная – нижняя, разделяющая.

Внутри корпуса клавиатуры помимо датчиков расположены электронные платы дешифрации сигнала. Обмен данными между клавиатурой и системной платой осуществляется 11-битовыми блоками (8 разрядов плюс служебная информация) по 2-проводному кабелю (сигнал и земля). Клавиатура содержит внутренний контроллер, позволяющий производить самотестирование в момент подключения (одновременная индикация светодиодов «NumLock», «CapsLock», «ScrollLock»), управляющий индикаторами и обеспечивающий связь с системной платой ПК посредством последовательного интерфейса.

Принцип работы. Принцип работы клавиатуры заключается в сканировании переключателей клавиш. Замыканию и размыканию любого из переключателей соответствует уникальный цифровой код (scan code) размером 1 байт. На системной плате прием и обработку сигналов от клавиатуры выполняет специальная микросхема – контроллер клавиатуры.

Внутренний микропроцессор клавиатуры обрабатывает специальный сигнал, поступающий к нему после нажатия любой клавиши и, преобразуя его, последовательно передает центральному процессору сканируемый код. Каждое нажатие клавиши формирует два кода: один по нажатию, другой – по освобождению клавиши.

Компьютер получает эти коды через специальный порт ввода-вывода. Когда сигналы кода достигают центрального блока, контроллер клавиатуры объявляет микропроцессору, что коды доступны, чтобы он мог обработать прерывания. Когда это случается, центральный блок обрабатывает полученные сигналы и определяет какие клавиши нажаты и в какой комбинации. Программы, реализующие данную функцию, являются частью BIOS. Компьютер запоминает состояние нажатых клавиш путем изменения специальных областей памяти.

Клавиатура в своей собственной специальной памяти запоминает, какая клавиша была нажата (обычно в памяти клавиатуры может храниться до 20 кодов нажатых клавиш, если процессор не успевает ответить на прерывание). После передачи кода нажатой клавиши процессору эта информация из памяти клавиатуры исчезает.

Кроме нажатия клавиатура отмечает также и отпускание каждой клавиши, посылая процессору свой сигнал прерывания с соответствующим кодом. Таким образом, компьютер «знает», держат клавишу или она уже отпущена. Это свойство используется при переходе на другой регистр. Кроме того, если клавиша нажата дольше определенного времени, обычно около половины секунды, то клавиатура генерирует повторные коды нажатия этой клавиши.

Ввод символов с клавиатуры осуществляется только в той точке экрана, где располагается курсор.

Манипуляторы.

Хотя клавиатура еще вовсе не утратила значения для общения пользователя с компьютером, другое устройство ручного ввода информации – мышка – становится все более весомой и важной. Можно с уверенностью утверждать, что на современном компьютере работать без мышки стало почти невозможно: вы тут же увязните в графическом интерфейсе Windows и многих прикладных программ, работающих с окнами, меню, иконками и диалоговыми боксами (если только вы не ас клавиатурных сокращений).

Управлять курсором или маркером на экране с помощью одной клавиатуры бывает чудовищно нелепо, когда для этого есть специальные устройства-указатели: «мышка» или трекбол, которые «по-умному» принято называть координатными манипуляторами, – это самые распространенные сегодня устройства для дистанционного управления графическими изображениями на экране. В принципе, мышка и трекбол похожи на джойстик, известный всякому, кто увлекается компьютерными играми. Набирать какие-либо команды не нужно, достаточно при работе в программе указать мышкой нужную операцию меню или иконку в окне на экране, а затем щелкнуть кнопкой. Вот и все, что требуется, а остальное сделает программа.

Мышки бывают с двумя и тремя кнопками. Вообще-то практически для всех случаев жизни на мышке достаточно двух кнопок. Делом вкуса является также цвет и дизайн корпуса мышки. Выбор здесь огромный. Над этим старательно работают дизайнеры множества фирм, так что выбрать тут есть из чего.

Трекбол мало чем отличается от мышки. В сущности – это та же самая мышка, но перевернутая «вверх ногами», точнее – перевернутая вверх шаром. Если мышку надо возить по столу и, катая шарик, управлять перемещением маркера на экране, то в трекболе надо просто крутить пальцами или ладонью сам шарик в разные стороны.

В портативных компьютерах трекбол нередко встраивается прямо рядом с клавиатурой либо пристегивается с боку или спереди клавиатуры компьютера. Впрочем, и для настольных компьютеров выпускаются клавиатуры с «встроенным трекболом». А в самых портативных компьютерах вместо мышки и трекбола теперь используют крошечный пойнтер – небольшой цветной штырек, торчащий среди клавиш на клавиатуре, который, словно джойстик, можно нажимать в разные стороны.

А самый последний писк мышиной моды в портативных компьютерах – в место пойнтера используется клавиша с буквой J. Это клавиша – «J-пойнтер» – как раз и служит таким джойстиком, воспринимающим нажатия в разные стороны, а окружающие клавишу J другие буквенные клавиши выполняют роль кнопок отсутствующей мышки или трекбола.

Мышки вообще, как правило, более удобны, чем трекболы, но трекболы требуют меньше свободного места на рабочем столе. И если стол завален документами, книгами, чертежами, найти свободное место для мышки порой оказывается непросто

Помимо традиционных мышек, подключенных к компьютеру тоненьким кабелем, выпускаются беспроводные мышки, передающих информацию с помощью инфракрасных или радиолучей.

Сканер.

Вводить изображение в компьютер можно разными способами, например используя видеокамеру или цифровую фотокамеру. Еще одним устройством ввода графической информации в компьютер является оптическое сканирующее устройство, которое обычно называют сканером. Сканер позволяет оптическим путем вводить черно-белую или цветную печатную графическую информацию с листа бумаги. Отсканировав рисунок и сохранив его в виде файла на диске, можно затем вставить его изображение в любое место в документе с помощью программы текстового процессора или специальной издательской программы электронной верстки, можно обработать это изображение в программе графического редактора или отослать изображение через факс-модем на телефакс, находящейся на другом конце света.

Сканер – это глаза компьютера. Первоначально они создавались именно для ввода графических образов, рисунков, фотоснимков, чертежей, схем, графиков, диаграмм. Однако, помимо ввода графики, в настоящее время они все шире используются в довольно сложных интеллектуальных системах OCD (Optical Character Recognition), то есть оптического распознания символов. Эти «умные» системы позволяют вводить в компьютер и читать текст.

Сперва текст вводится в компьютер с бумаги как графическое изображение, затем компьютерная программа обрабатывает это изображение по сложным алгоритмам и превращает в обычный текстовый файл, состоящий из символов ASCII. А это значит, что текст книги или газетной статьи можно быстро вводить в компьютер, вовсе не пользуясь клавиатурой.

Сканеры бывают различных конструкций.

Программное обеспечение устройств ввода информации.

Каждое устройство, будь то простая мышь или сложный высокочувствительный сканер требует набор определенных команд, посредством которых компьютер распознает устройство и получает инструкцию по его применению. Такой набор команд в быту именуют драйверами устройства.

В настоящее время возможности подключаемых устройств настолько возросли, что ограничиваться только драйверами значит ограничить их использование простым пользователем. Поэтому производители устройств дополнительно снабжают свое детище подробной инструкцией пользователя в виде графической (часто мультимедийной) оболочки, которая доступно вводит его в курс дела и исключает неграмотное использование и именуется программным обеспечением.

Так большинство сканеров имеют программное обеспечение, позволяющее их использование в отсутствие профессиональных и дорогостоящих программ по распознаванию текста или обработке графических материалов.

Простая и неказистая мышь с помощью дополнительного программного обеспечения превращается в колоссальное орудие управления компьютером или программами, поддерживающими так называемый «язык жестов».

Принтеры можно классифицировать по их качеству, скорости, технологии, предназначению, весу, выводимому цвету и многим другим неисчисляемым признакам. При классификации принтеров одним из самых важных является вопрос: касается ли механизм бумаги при нанесении на нее изображения. Принтеры делятся на ударные и безударные. Контактный принтер бьет бумагу. Бесконтактные принтеры прижимают бумагу и давят ее и даже бьют ее электрическим током, но никогда не ударяют по ней резко. Отличие между этими технологиями определяет качество, надежность и даже уровень шума работающего устройства.

Контактные принтеры имеют много общего с пишущими машинками. Они наносят изображения на бумагу при помощи ударов молоточков по бумаге через красящую ленту. Контактные принтеры имеют свои достоинства:

они могут использовать для печати любые вещества, имеющие свойства чернил;

работать с любой бумагой;

легко получить нужное число копий, используя копировальную бумагу.

При работе контактные принтеры порождают шумы при ударе молоточка по красящей ленте и бумаге. Эти звуки превосходят по тональности диапазон нормального разговора.

Бесконтактные принтеры используют другую технологию. Наиболее широкое распространение получили следующие виды принтеров: струйные, термические и лазерные.

Струйные принтеры – это электронные устройства, которые разбрызгивают чернила наподобие миниатюрных реактивных двигателей, оставляющих цветной след, состоящий из крошечных чернильных точек. Чернила поступают из эквивалентно крошечных отверстий.

Термические переводные принтеры (иногда называются термовосковыми принтерами), используют специальные широкие резиновые валики, покрытые слоем воскового чернила. Тепло, поступающее от головки принтера, плавит воск и проявляет его отпечаток на бумаге, где он, охлаждаясь, фиксируется. Такие принтеры на сегодняшний день обеспечивают самые сочные, полноцветные и четкие изображения.

Лазерные принтеры выросли из электростатической копировальной технологии, формируя изображение на экране с помощью крошечного лазерного луча. Выход полупроводникового лазера модулируется изображением, которое необходимо напечатать. Лазерный луч фокусируется на специальный оптический светочувствительный барабан. Вращающееся зеркало заставляет луч быстро сканировать барабан. Слой краски реагирует на лазерный луч, преобразуя поступающий свет в электрический заряд. Барабан затем покрывается специальным пигментом, который электростатически фиксируется в засвеченных областях, а с других затем удаляется. Бумага подается на барабан, и при помощи тепла частицы пигмента припаиваются к бумаге. После удаления бумаги с барабана и с лазерного принтера на ней остается изображение, сформированное частицами пигмента.

Хотя этот механизм очень сложен, лазер можно точно сфокусировать, что позволяет обеспечить высокое качество; а операцию сканирования выполнить очень быстро, что дает большую производительность устройству.

Матричные принтеры являются альтернативой принтерам с жестко заданной формой символов. Исходным элементом, из которого формируется изображение символов на бумаге, служит тот же элемент, используемый и при формировании изображения на экране. Из некоторого множества точек можно составить любой символ, который нужно напечатать. Чтобы обеспечить алгоритм печати (и его разработку), принтеры, формирующие символы из точек, обычно размещают их в матрицы. Так как символы формируются из точек матрицы, правомерно называть их точечно-матричными принтерами. Они используют печатные головки, которые ходят вперед и назад по всей ширине бумаги. Некоторое число тонких печатных иголок действуют, как молоточки, нанося чернила с красящей ленты на бумагу.

Печатающая игла в обычном положении находится в стороне от красящей ленты и бумаги. Ее движение вперед происходит под воздействием силы постоянного магнита. Магнит обмотан витком провода, образуя электромагнит. Полярность электромагнита противоположна постоянному магниту. Их поля нейтрализуют друг друга. Поле постоянного магнита образует составляющую, удерживающую иглу в нормальном положении. Подача энергии в электромагнит приводит к тому, что игла направляется к красящей ленте и оставляет отпечаток на бумаге. После этого электромагнит обесточивается, и постоянный магнит возвращает иглу в позицию ожидания, готовя ее к следующему акту. Этот принцип реализуется с одной целью – удерживать иголки в позиции ожидания при отсутствии питания на принтере.

Печатающая головка матричного принтера образуется некоторым числом печатающих игл. Большинство первых принтеров персональных компьютеров, а также много нынешних принтеров работают с девятью иглами, образующими вертикальный столбик. Для обеспечения высокого качества используется большее число игл в современных контактных матричных принтерах, обычно от 18 до 24. Они обычно располагаются параллельными рядами с вертикальной регулировкой. Но некоторые устройства используют другую конфигурацию игл.

Чтобы напечатать строку символов, принтерная головка движется горизонтально по бумаге и каждая игла ударяет в строго заданной позиции для получения нужного символа. Удар иглы происходит в заданное время, когда она будет занимать точно заданное положение в матрице. Игла выстреливает на ленту – головка принтера никогда не останавливается до тех пор, пока она не достигнет границы бумаги.

Время необходимое для возможности последующего использования каждой печатающей иглы, является физическим ограничением того, как быстропечатающая головка может передвигаться по бумаге. Головка не может перемещаться к следующей точечной позиции, прежде чем все ее иголки не придут в состояние готовности. Для увеличения производительности некоторые контактные матричные принтеры печатают в двух направлениях: один ряд – слева направо, а следующий – справа налево. Такой режим функционирования устраняет потерю времени, затрачиваемого на возврат каретки с левой границы бумаги к исходному столбцу. Такой принтер должен иметь достаточно памяти для полного хранения строки текста, чтобы прочесть его в обратном порядке.

Символы, формируемые матричными принтерами, часто смотрятся довольно грубыми по сравнению с изображением, получаемым по технологии с жестко заданной формой символов. Качество символов, получаемое матричным принтером, главным образом определяется числом точек в матрице. Чем больше плотность матрицы (больше число точек в данной площади), тем лучше смотрится символ.

Программное обеспечение устройств вывода информации. Развитие операционных систем значительно облегчило работу пользователя по использованию печатающих устройств. Наличие универсальных библиотек драйверов принтеров существенно сократило процесс установки и настройки принтера при подключении его к компьютеру, так называемый метод Plug-and-Play (подключи и используй). Но усложнение конструкции, расширение возможностей зачастую требует наличия драйверов конкретного наименования устройства и это относится особенно к последним моделям принтеров. Использование стандартных драйверов приводит к потере многих функций принтера, например двусторонняя печать, режим экономии тонера, выбор разрешающей способности принтера и др.

В настоящее время большинство принтеров использует для подключения USB-порт, что позволяет осуществлять «горячее» подключение, т. е. без выключения и перезагрузки компьютера, что было немыслимо при использовании LTP-порта.

Однако применение драйверов не ограничивается только описанием возможностей принтера. Ведь чтобы принтер правильно вывел информацию на бумагу, он должен быть грамотен. Для этого ему загружают так называемый «язык управления». В данный момент популярны два языка: PCL и PostScript. Оба языка призваны помочь принтеру правильно и красиво вывести информацию.

Основные характеристики:

тип печати;

интерфейс подключения;

максимальное разрешение;

максимальный формат печати;

тип материала для печати;

плотность материала;

время выхода первой страницы;

скорость печати;

ресурс принтера;

область печати;

подача бумаги;

потребляемая мощность;

уровень шума;

поддержка ОС.