2.1.5. Устройства Ввода/Вывода

Человек не воспринимает электрические импульсы и очень плохо понимает информацию, представленную в форме последовательностей 0 и 1, следовательно в состав ПК должны входить специальные устройств ввода и вывода информации. Устройства ввода "переводят" информацию с языка человека на язык ПК, а устройства вывода, наоборот, "переводят" информацию с машинного языка в формы, доступные для человеческого восприятия.

УСТРОЙСТВА ВВОДА 

Устройства ввода подключаются к ПК физически с помощью РАЗЪЕМОВ и логически с помощью ПОРТОВ. ПОРТ  логическое устройство (микросхемы и пр.). Он выполняет 2 функции:

выступает "посредником" при передаче данных между ПК и устройствами ввода/вывода информации;

выдает процессору сигнал прерывания, по которому тот временно прекращает текущую работу и приступает к исполнению программы по обслуживанию устройства ввода (программы обработки прерывания).

Порты бывают стандартными и универсальными (рассчитаны на любое устройство, соблюдающее протокол работы с данным портом).

КЛАВИАТУРА (Кл) – универсальное устройство ввода числовой и текстовой информации. У нее есть свой аппаратный порт. Ей выделено свое "персональное" прерывание процессора. Поэтому Кл очень просто подключить – достаточно лишь присоединить разъем. При нажатии какой-либо клавиши в порт Кл передается СКАН-КОД, соответствующий этой клавише. Одновременно с этим порт выдает процессору прерывание. По номеру прерывания процессор узнает, где взять программы для обработки поступивших данных. Стандартная клавиатура имеет 101 клавишу. У каждой клавиши свое назначение. В зависимости от того, с какой программой работает ПК, действие клавиш может меняться. Обычно вводимая с клавиатуры информация отображается на экране монитора. Место ввода информации на экране помечается специальным значком, который называется КУРСОР. Вид курсора может быть различным, чаще всего это черточка или прямоугольник, возможно, мигающие.

КООРДИНАТНЫЕ УСТРОЙСТВА ВВОДА – МЫШЬ, ТРЕКБОЛ, ТАЧПАД для ввода графической информации.

Основным рабочим органом манипулятора типа ТРЕКБОЛ является массивный шар (металлический, покрытый резиной), который вращается непосредственно рукой. Вращение шара манипулятора превращается в движение указателя по экрану монитора. Манипуляторы имеют 1, 2 или 3 кнопки управления, которые используются при работе с графическим интерфейсом программ. Манипуляторы обычно подключаются к ПК через 1 из последовательных портов.

Манипулятор типа МЫШЬ по принципу устройства делятся на механические и оптические (лазерные). Механические мыши – более старый вариант, у которых основный рабочий орган является массивный шар (металлический, покрытый резиной) и он вращается при перемещении ее корпуса по горизонтальной поверхности. Недостаток механических мышей в том, что они быстро загрязняются, что ухудшает их работу. Оптические (лазерные) мыши намного функциональнее механических. Они снащены светодиодом и встроенным сканером, которые чутко реагируют на положение мыши. Основной принцип работы таких мышей состоит в следующем. С помощью светодиода под мышью подсвечивается участок поверхности. В свою очередь, миниатюрная цифровая камера делает снимки этой поверхности с высокой частотой. Информация с полученных снимков поступает на встроенный в мышь процессор, который после её обработки делает выводы о направлении перемещения мыши. Затем в компьютер направляются данные об имевших место передвижениях девайса, на основании которых по экрану ПК уже перемещается курсор. Преимущество лазерной мыши – её высокая чувствительность и способность работать на любой поверхности, кроме отражающей. Недостаток – повышенное энергопотребление. По способу подключения мыши имеют два основных вида портов: PS/2-порт и USB-порт. Выбирая мышь первого типа, потребуется установка драйверов, мышь с USB-портом устанавливается автоматически. Мыши также делятся на проводные и беспроводные. Беспроводные мыши работают на батарейках или аккумуляторах. Сигнал мыши передаётся с помощью радиоволн или инфракрасного порта. Если вы любите играть на компьютере, самый приемлемый выбор мыши – проводная. Качество и скорость передачи её сигнала не зависят от того, как долго мышь находится в покое. Сигнал беспроводной мыши ослабевает в состоянии покоя, в целях экономии энергии. Для программирования и рисования отлично подходит беспроводная мышь. С ней можно работать на расстоянии двух-трёх метров от компьютера. Минус беспроводной мыши в том, что она всегда должна находится в «поле зрения» компьютерного передатчика, то есть быть на прямой линии с компьютером, не загороженной посторонними предметами.

ТАЧПАД ("сенсорная панель") представляет собой панель прямоугольной формы, чувствительную к нажатию пальцев. Он является более компактным, не требующим пространственного перемещения устройством ввода и идеально подходит для портативных ПК. Иногда, тачпад встраивают непосредственно в Кл для настольного ПК. Нажатие на поверхность тачпада эквивалентно нажатию на кнопку мыши. ДЖОЙСТИКИ предназначены для более удобного управления ходом компьютерных игр. Обычно они представляют собой рукоятку с кнопками на подставке.

СВЕТОВОЕ ПЕРО похоже на обычный карандаш, на кончике которого имеется специальное устройство. Если перемещать по экрану такое перо, можно рисовать или писать на экране, как на листе бумаги. Световое перо используется в карманных микрокомпьютерах.

ГРАФИЧЕСКИЙ ПЛАНШЕТ позволяет создавать рисунки так же, как на листе бумаги. С помощью специального пера на поверхности планшета создается рисунок. Одновременно копия рисунка воспроизводится на экране.

СКАНЕР используется для оптического ввода в ПК изображений, представленных в виде фотографий, рисунков, слайдов, а также текстовых документов и их преобразования в цифровую форму. Системы распознавания текстовой информации позволяют преобразовать отсканированный текст из графического формата в текстовый. Такие системы способны распознавать текстовые документы на различных языках, представленные в различных формах (например, таблицах) и с различным качеством печати (начиная от машинописных документов). Сканируемое изображение освещается белым светом (черно-белые сканеры) или 3 цветами (красным, зеленым и синим). Отраженный свет проецируется на линейку фотоэлементов, которая движется, последовательно считывает изображение и преобразует его в компьютерный формат. Существуют планшетные и ручные сканеры. Разрешающая способность сканеров составляет 600 dpi (dot per inch – точек на дюйм) и выше, т.е. на полоске изображения длиной 1 дюйм сканер может распознать 600 и более точек. Сканеры подключаются к ПК с помощью специальных плат или непосредственно к параллельному порту ПК.

ЦИФРОВЫЕ ВИДЕОКАМЕРЫ и ФОТОАППАРАТЫ позволяют получать видеоизображение и фотоснимки непосредственно в цифровом (компьютерном) формате. Цифровые видеокамеры могут быть постоянно подключены к ПК и обеспечивать запись видеоизображения на жесткий диск или его передачу по компьютерным сетям. Цифровые фотоаппараты способны хранить в своей памяти десятки изображений, которые могут быть сохранены на гибком диске, а затем скопированы на винчестер. 

МИКРОФОН используется для ввода звуковой информации и подключается к входу звуковой карты. Обычно звуковая карта имеет также дополнительную возможность синтезировать звук (в памяти звуковой карты хранятся звуки различных музыкальных инструментов, которые она может воспроизводить).

МОНИТОР предназначен для вывода на экран текстовой и графической информации и подключается к видеокарте (видеоадаптеру), которая устанавливается в системном блоке. Изображение в компьютерном формате хранится в видеопамяти, размещенной на видеокарте. Изображение формируется путем считывания содержимого видеопамяти ПК и отображения его на экране. Изображение на экране монитора на ЭЛТ создается пучком электронов, выпускаемых электронной пушкой. Этот луч разгоняется высоким электрическим напряжением и падает на внутреннюю поверхность экрана, покрытию люминофором.

Видеоадаптер предусматривает 2 возможных режима работы монитора – текстовой и графический. В ТЕКСТОВОМ режиме экран разбивается на 25 строк по 80 позиций в каждой строке. В каждую позицию (знакоместо) может быть выведен любой символ кодовой таблицы– прописная или строчная буква латинского или русского алфавитов, служебный знак, символ псевдографики, а также графический образ почти каждого управляющего символа. Каждой позиции на экране соответствует один из 16 цветов символа, выведенного в данную позицию.

В ГРАФИЧЕСКОМ режиме изображение формируется так же, как и на экране телевизора мозаикой, совокупностью точек, каждая из которых окрашена в тот или иной цвет. Основные характеристики изображения в графическом режиме:

разрешающая способность видеоадаптера, т.е. количество точек, выводимых по горизонтали и вертикали;

число возможных цветов каждой точки.

Минимальный элемент изображения на экране (точка) называется ПИКСЕЛЕМ. В зависимости от разрешения, пиксель может быть прямоугольным или квадратным. Изображение символов в текстовом режиме формируется теми же пикселями, которые образуют и графическую картинку. Разница в том, что в текстовом режиме программно-аппаратными средствами для каждого символа создается матрица из пикселей, и эта матрица как целое печатается на экране. Поэтому скорость вывода изображения в текстовом режиме гораздо выше, чем в графическом.

Физические характеристики монитора:

размер зерна люминофора 0.39, 0.31, 0.28 мм;

размер экрана по диагонали 14, 15, 17, 20'' (1 дюйм = 2.54 см).

Стандарты монитора:

EGA – разрешение 640х350 точек;

VGA – разрешение 640х480 точек;

SVGA – разрешение 640х480, 800х600, 1024х768 точек; -

LCD – плоские мониторы на жидких кристаллах для портативных и карманных ПК.

Гигиенические требования зафиксированы в стандартах безопасности ТСО'99 и MPR II. В портативных и карманных ПК применяют плоские мониторы на жидких кристаллах (ЖК). Преимущество ЖК мониторов состоит в отсутствии вредных для человека электромагнитных излучений.

ПРИНТЕР предназначен для вывода информации на бумагу. Наибольшее распространение получили принтеры 3 типов:

1) МАТРИЧНЫЕ – обеспечивающие удовлетворительное качество печати. В нем много механических деталей, которые при интенсивной эксплуатации быстро ломаются. Матричные принтеры принтеры ударного действия. Печатающая головка состоит из вертикального столбца маленьких стержней (9 или 24), которые под воздействием магнитного поля "выталкиваются" из головки, ударяют по бумаге (через красящую ленту). Перемещаясь, печатающая головка оставляет на бумаге строку символов.

2) В черно-белых и цветных СТРУЙНЫХ принтерах используется чернильная печатающая головка, которая под давлением выбрасывает чернила из ряда мельчайших отверстий на бумагу. Перемещаясь вдоль бумаги, печатающая головка оставляет строку символов или полоску изображения. Качество печати определяется разрешающей способностью, которая составляет 600 dpi (точек на дюйм) и более.

3) Высокую скорость печати (до 20 страниц в мин.) ЛАЗЕРНЫЕ принтеры достигают за счет постраничной печати, при которой страница печатается сразу целиком. Разрешающая способность – 1200 dpi и более.

Принцип работы 

Важнейшим, конструктивным элементом лазерного принтера является вращающийся печатающий барабан, с помощью которого производится перенос изображения на бумагу. Барабан представляет собой металлический цилиндр, покрытый тонким фотопроводящим полупроводником (оксид цинка). По поверхности барабана равномерно распределяется статический заряд. Для этого служит тонкая проволока или сетка – коронирующий провод. На этот провод подается высокое напряжение, вызывающее возникновение вокруг него светящейся ионизированной области – короны. Лазер, управляемый микроконтроллером, генерирует тонкий световой луч, отражающийся от вращающегося зеркала. Этот луч, приходя на барабан, изменяет его статический заряд в точке прикосновения. Таким образом, на барабане возникает скрытая копия изображения. На следующем рабочем шаге на фотонаборный барабан наносится тонер с мельчайшей красящей пылью. Под действием статического заряда эти мелкие частицы легко притягиваются к поверхности барабана в точках, подвергшихся экспозиции, и формируют изображение. Бумага втягивается из подающего лотка и с помощью системы валиков перемещается к барабану. Затем бумага соприкасается с барабаном и притягивает, благодаря своему заряду, частички тонера от барабана.

Для фиксации тонера бумага вновь заряжается и пропускается между двумя роликами с температурой около 180 С°. После процесса печати барабан полностью разряжается, очищается от прилипших лишних частиц, и готов для нового процесса печати. Принтеры подключаются к параллельному порту ПК.

ПЛОТТЕРЫ используются для вывода сложных и широкоформатных графических объектов (плакатов, чертежей, электрических и электронных схем и т.д.). Принцип действия у плоттера такой же, как и у струйных принтеров.

ДИНАМИК, АКУСТИЧЕСКИЕ КОЛОНКИ и НАУШНИКИ используются для вывода звука и подключаются к выходу звуковой платы.

УСТРОЙСТВА ДЛЯ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ 

Очень часто данные с одного ПК требуется передать на другой. С этой целью ПК объединяют в компьютерные сети. Устройства передачи данных преобразуют выходную информацию ПК таким образом, чтобы ее можно было передавать по различным каналам связи. Обычно в качестве канала связи для передачи данных используют телефонную сеть, что требует преобразования выходной информации ПК в сигнал, который может передаваться по телефонным линиям связи. Это преобразование осуществляет специальное устройство, называемое МОДЕМОМ. При получении информации из сети модем выполняет обратное преобразование информации, облекая ее в форму, понятную ПК. Модем является неотъемлемым компонентом современного ПК. Модем может быть расположен внутри или вне системного блока. В зависимости от этого он называется внутренним или внешним.