Архитектура ЭВМ. Курс лекций Томск 2013 2 Оглавление
 Скачать 1.9 Mb.
|
|
TRIM — команда, позволяющая операционной системе уведомить твердотельный накопитель о том, какие блоки данных уже не содержатся в файловой системе и могут быть использованы накопителем для физического удаления. • Невозможность восстановить информацию при перепаде напряжения. Так как контроллер и носитель информации в SSD находятся на одной плате, то при превышении или перепаде напряжения чаще всего сгорает весь SSD носитель с безвозвратной гибелью информации. Напротив, в жёстких дисках чаще сгорает 74 только плата контроллера, что делает возможным восстановление информации с приемлемой трудоёмкостью. Вообще, если произошёл аппаратный отказ SSD из-за выхода из строя чипа контроллера или флеш-памяти, это делает процесс восстановления информации практически неосуществимым. В настоящее время твердотельные накопители используются в компактных устройствах: ноутбуках, коммуникаторах и смартфонах, но могут быть использованы и в стационарных компьютерах для повышения производительности. Существуют и так называемые гибридные жесткие диски, появившиеся, в том числе, из-за текущей, пропорционально более высокой стоимости твердотельных накопителей. Такие устройства сочетают в одном устройстве HDD и твердотельный накопитель относительно небольшого объёма, в качестве КЭШа (для увеличения производительности и срока службы устройства, снижения энергопотребления). 10.3.4. Стримеры Стримеры — это накопители на магнитной ленте. Их отличает сравнительно низкая цена. К недостаткам стримеров относят малую производительность (она связана, прежде всего, с тем, что магнитная лента — это устройство последовательного доступа) и недостаточную надежность (кроме электромагнитных наводок, ленты стримеров испытывают повышенные механические нагрузки и могут физически выходить из строя). 10.4. Средства ввода-вывода информации Среди устройств ввода-вывода информации можно выделить: • средства обмена с документами, • средства непосредственного взаимодействия с ЭВМ. Параметрами классификации устройств обмена с документами являются: • тип информации (текстовый, графический), • функциональное назначение (ввод, вывод), • степень автоматизации процесса ввода, • тип носителя информации (печатный документ, электронный документ). Основным параметром классификации средств непосредственного взаимодействия с ЭВМ является способ взаимодействия (рис.46). 75 Рис. 46. Классификация средств ввода/вывода Основная совокупность устройств связи с пользователями представлена в следующей таблице. Устройства вывода Устройства ввода Интерактивные устройства На бумажные носители: • принтер, • плоттер. На электронные носители: • монитор Синтезаторы звука Устройства ввода символьных данных: • клавиатура, • специальные клавиатуры. Устройства ввода графических данных: • сканер, • графические планшеты (диджитайзеры), • цифровые видеокамеры. Устройства командного управления (манипуляторы): • мышь, • трекбол, • джойстик, • тачпад, Терминалы ЖК-планшет с сенсорным вводом Интерактивная доска Интерактивный проектор Интерактивная приставка средства ввода-вывода текста ввод текста вывод текста средства ввода-вывода графики ввод графики вывод графики средства ввода-вывода информации средства ввода-вывода с документов средства непосредственного взаимодействия с ЭВМ средства ручного ввода средства отображения информации средства акустического ввода-вывода средства связи с реальными объектами 76 • пенмаус, • световое перо. Устройства ввода звуковой информации 10.4.1. Устройства ввода 10.4.1.1. Устройства ввода символьной информации Клавиатура - важнейшее из устройств ввода. Подавляющее большинство современных клавиатур являются полноходовыми контактными, т.е. клавиша утапливается при нажатии и замыкает контакт между двумя металлическими пластинками, покрытыми, во избежание окисления, пленкой благородного металла. Хорошая клавиатура рассчитана на несколько десятков миллионов нажатий каждой клавиши. Как правило, внутри корпуса любой клавиатуры, кроме датчиков клавиш, расположены электронные схемы дешифрации и микроконтроллер. Основной принцип работы клавиатуры заключается в сканировании переключателей клавиш. Замыканию и размыканию любого из этих переключателей соответствует уникальный цифровой код - скан-код. При нажатии клавиши генерируется связанный с ней код, заносимый в соответствующий буфер памяти, а при ее отпускании – другой код, что позволяет перепрограммировать назначение клавиш, вводя новую таблицу соответствия этих кодов. Ряд клавиш при совместном нажатии пары из них генерируют специальный код, отличный от того, который генерируется при нажатии каждой клавиши в отдельности. Это позволяет значительно увеличить возможности клавиатуры. Вспомним, что для передачи всех возможностей при байтовой системе кодирования могло бы понадобиться 256 клавиш, чего нет ни на одной клавиатуре благодаря указанным совмещениям. Большинство клавиатур имеют стандартные группы клавиш: • клавиши пишущей машинки – для ввода букв, цифр и других знаков; • служебные клавиши, перенацеливающие действия остальных (переключатели регистров, переходы с латинского шрифта на русский и другие); • функциональные клавиши F1 – F12 (иногдаих меньше), назначение которых задает разработчик прикладной программы; • дополнительные цифровые клавиши для большего удобства в работе. Важным свойством клавиатуры, благодаря которому пользователь может работать не один час подряд, является эргономичность. Этим термином задается совокупность характеристик, определяющих удобство (в широком смысле слова) устройства. По отношению к клавиатуре это: • дизайн, • отсутствие бликов, • удобное взаиморасположение и размеры клавиш, • и многое другое. Специальные клавиатуры. Клавиатуры, имеющие специальную форму, рассчитанную с учетом требований эргономики, называют эргономичными клавиатурами. Их целесообразно применять на рабочих местах, предназначенных для ввода большого количества знаковой информации. На практике подобными клавиатурами оснащают только специализированные рабочие места. По методу подключения к системному блоку различают проводные и беспроводные клавиатуры. Передача информации в беспроводных системах осуществляется инфракрасным лучом. Обычный радиус действия таких клавиатур составляет несколько метров. 77 10.4.1.2. Устройства ввода графических данных Сканеры . Принцип действия и классификация сканеров Сканирование — это процесс оцифровки изображения, иными словами, перевод его в компьютерный вид. Сканер позволяет вводить в компьютер образы изображений, представленных в виде текста, рисунков, слайдов, фотографий или другой графической информации. Принцип действия Сканируемый объект кладется на стекло планшета сканируемой поверхностью вниз. Под стеклом располагается подвижная лампа, движение которой регулируется шаговым двигателем. Свет, отраженный от объекта, через систему зеркал попадает на чувствительную матрицу (специализированную аналоговую интегральную микросхему), далее - на алфавитно-цифровой преобразователь (АЦП) и через интерфейс передается в компьютер. За каждый шаг двигателя сканируется полоска объекта; отсканированные образы полосок объединяются программным обеспечением в общее изображение. Далее изображение сканируется в формат RAW (cырой, необработанный, содержащий полную информацию о хранимом сигнале, не имеющую чёткой спецификации) , после чего конвертируется в обычный графический формат с применением текущих настроек яркости, контрастности, и т. д. Эта конвертация осуществляется либо в самом сканере, либо в компьютере — в зависимости от модели конкретного сканера. На параметры и качество RAW-данных влияют такие аппаратные настройки сканера, как время экспозиции матрицы, уровни калибровки белого и чёрного, и т. п. Таким образом, сканеры – это, по существу, настольные аналого-цифровые преобразователи. Они превращают аналоговые графические объекты – документы, страницы журнала, фотографии, служебные удостоверения – в цифровые растры, которые распознает система ПК. Соответствующее программное обеспечение позволяет изменять параметры изображения (яркость, контрастность, цветовой тон и использовать спецэффекты). В настоящее время все сканеры широкого применения – цветные. Имеются сканеры с 32, 36 и даже 42-битным представлением цвета. Классификация сканирующих устройств может быть проведена по нескольким признакам. Область применения: • Сканеры для дома и небольшого офиса. Основная задача таких сканеров - быстрый ввод текста и сканирование несложной графики с приемлемым качеством. • Бизнес-класс. Эти сканеры, помимо распознавания текста, должны как минимум уметь качественно и быстро оцифровать фотографии образцов продукции или, к примеру, фотоснимки с банкета, посвященного выставке либо дню фирмы. Почти все модели допускают установку слайд-приставки и устройства автоматической подачи документов. • Область работы художников и дизайнеров. К оцифрованному изображению предъявляются достаточно жесткие требования по качеству и достоверности цветопередачи. Интеллект программных средств должен быть также достаточно развит, чтобы обеспечить необходимые корректировки уже в процессе сканирования. • Сканеры этой категории - рабочий инструмент издателя. Такой сканер должен отличаться безупречно четким изображением, насыщенными, правдивыми цветами и хорошей проработкой в критических областях. • Сканеры, ориентированные на инженерные задачи, когда работа ведется, как правило, с крупноформатными изображениями. От сканера не требуется 78 исключительно точная цветопередача, на первом плане - четкость линий, умение отсечь помехи и корректная работа с инженерными пакетами. • Сканеры, основная задача которых - обеспечить быстрый и качественный ввод больших объемов текстовой информации для представления в электронном виде. Сканеры этого классаориентированы на банковские, налоговые, государственные структуры, почтовые и транспортные ведомства, а также на другие предприятия с большим документооборотом. Их функциональное оснащение позволяет с высокой скоростью вести обработку больших объемов документов без участия оператора. Степень прозрачности вводимого оригинала изображения: • непрозрачные оригиналы (фотографии, рисунки, страницы книг и журналов), • прозрачные оригиналы (слайды, негативы, пленки). Тип вводимого изображения: • черно-белые (штриховые или полутоновые); • цветные. Кинематический механизм (способ считывания): • Ручные сканеры. Перемещение оптической системы осуществляется пользователем вручную. Поэтому неудивительно, что сканирование получается не очень качественное, если дрожит рука. При работе со сканером необходимо медленно (чтобы успевал очиститься буфер текущей строки) и с постоянной скоростью вести его головку вдоль сканируемого документа. Переполнение буфера контролируется светодиодом: в нормальной ситуации он постоянно горит, при заполнении буфера начинает мигать, а при потере информации гаснет, и сканирование следует повторить. Ширина головки ручного сканера невелика (около 100 мм), поэтому для сканирования стандартного листа А4 требуется 2 или 3 прохода. Ручное сканирование – это тяжелая, утомительная физическая работа, которая требует определенных навыков. Преимуществами ручного сканера является низкая цена, а также возможность сканирования толстых книг, которые другими моделями отсканировать нельзя. Ручные сканеры могут использоваться в комплекте с портативными компьютерами, если нужно сканировать документы в командировке, в полевых условиях, в дороге, в тесноте. • Планшетные сканеры - наиболее популярные и универсальные приборы Они выглядят как прямоугольная коробка, под крышку которой помещается лист бумаги формата А4 (иногда большего). Предназначены для ввода графической информации с прозрачного или непрозрачного листового материала и обеспечивают наибольшую точность сканирования, так как документ при сканировании неподвижен, а оптическая система осуществляет прецизионное движение. На таких сканерах можно сканировать страницы журналов и не очень толстых книг. В случае толстых книг качество сканирования падает (как и в ксероксах), так как не удается обеспечить плотное прилегание сканируемого листа вблизи корешка книги. К недостаткам планшетных сканеров следует отнести то, что приходится укладывать сканируемые листы вручную. Основными потребительскими параметрами планшетных сканеров являются: разрешающая способность; производительность; динамический диапазон; максимальный размер сканируемого материала. 79 • Листовой сканер позволяет обрабатывать только один лист, протягивая его между барабанами. Принцип работы схож с работой сканера, так как изображение равномерно протягивается через сканер посредством специального механизма. Данный вид – нечто среднее между ручным и планшетным сканером. По сравнению с первым видом сканеров, протяжной вид позволяет получать более высокое качество изображение, также удобен в использовании, по сравнению с планшетными моделями – более компактные размеры. Такой тип сканеров иногда интегрируется в современное МФУ (многофункциональное устройство – сканер-копир-принтер-факс). • проекционные сканеры - вводимый документ кладется на поверхность сканирования изображением вверх, при этом блок сканирования также находится сверху, а перемещается только сканирующее устройство (возможно сканирование проекций трехмерных предметов). • штрих -сканеры. Эта разновидность ручных сканеров предназначена для ввода данных, закодированных в виде штрих-кода. Такие устройства имеют применение в розничной торговой сети. Тип используемого интерфейса Графический планшет , диджитайзер (graphics tablet, digitizer - оцифрователь) — это устройство для ввода графических данных от руки непосредственно в компьютер. Диджитайзер (или дигитайзер) состоит из пера и плоского планшета, чувствительного к нажатию или близости пера. Также может прилагаться специальная мышь. Устройство может быть основано на разных технических принципах, но при использовании любого из них контур изображения обводится специальным пером. Диджитайзер достаточно редко используемое периферийное устройство, однако, незаменимое в случаях, когда необходимо ввести в компьютер точные данные, представленные в двухмерном виде. Замечание Часто в качестве устройства ввода упоминают электронное перо, напоминающее обычную школьную ручку. Однако, электронное перо не может работать без графического планшета, так же как сам графический планшет оказывается бесполезной вещью без электронного пера. Поэтому, несмотря на то, что два этих термина существуют отдельно, на самом деле за ними стоит один прибор, состоящий из электронного пера и графического планшета. Их можно рассматривать, как две детали одной системы. Пенмаус - представляет собой аналог шариковой авторучки, на конце которой вместо пишущего узла установлен узел, регистрирующий величину перемещения. Световое перо — один из инструментов ввода графических данных в компьютер, разновидность манипуляторов. Внешне имеет вид шариковой ручки или карандаша. Обычно на световом пере имеется одна или несколько кнопок, которые могут нажиматься рукой, удерживающей перо. Ввод данных с помощью светового пера заключается в прикосновениях или проведении линий пером по поверхности экрана монитора. В наконечнике пера устанавливается фотоэлемент, который регистрирует изменение яркости экрана в точке, с которой соприкасается перо, за счёт чего соответствующее программное обеспечение вычисляет позицию, «указываемую» пером на экране и может, в зависимости от необходимости, интерпретировать её тем или иным образом, обычно как указание на отображаемый на экране объект или как команду рисования. Кнопки используются аналогично кнопкам мыши — для выполнения дополнительных операций и включения дополнительных режимов. Световое перо невозможно использовать с обычными ЖК мониторами. Для этого нужен специальный экран, который может реагировать на световое перо. 80 Цифровые видеокамеры и фотоаппараты - это устройства, позволяющие получать видеоизображение и фотоснимки непосредственно в цифровом формате. Имеют память, аналогичную компьютерной. Благодаря этому изображения сразу можно вводить в компьютер для хранения на жестком диске, или для преобразования, или для передачи по компьютерным сетям (веб-камера). Веб-камера (Web-камера) — цифровая видео или фотокамера, способная в реальном времени фиксировать изображения, предназначенные для дальнейшей передачи по сети Интернет. 10.4.1.3. Устройства командного управления Мышь — механический манипулятор, преобразующий движение в управляющий сигнал. В частности, сигнал может быть использован для позиционирования курсора или прокрутки страниц. Получила широкое распространение в связи с появлением графического интерфейса пользователя на персональных компьютерах. Принцип действия Мышь воспринимает своё перемещение в рабочей плоскости (обычно — на участке поверхности стола) и передаёт эту информацию компьютеру. Программа, работающая на компьютере, в ответ на перемещение мыши производит на экране действие, отвечающее направлению и расстоянию этого перемещения. В разных интерфейсах (например, в оконных) с помощью мыши пользователь управляет специальным курсором — указателем, который является манипулятором элементами интерфейса. В дополнение к датчику перемещения, мышь имеет одну и более кнопок, а также дополнительные детали управления Шаровой привод В шаровом приводе движение мыши передается на выступающий из корпуса обрезиненный стальной шарик (его вес и резиновое покрытие обеспечивают хорошее сцепление с рабочей поверхностью). Два прижатых к шарику ролика снимают его движения по каждому из измерений и передают их на датчики угла поворота, преобразующие эти движения в электрические сигналы. Основной недостаток шарового привода — загрязнение шарика и снимающих роликов, приводящее к заеданию мыши и необходимости в периодической её чистке (отчасти эта проблема сглаживалась путём металлизации роликов). Несмотря на недостатки, шаровой привод долгое время доминировал, успешно конкурируя с альтернативными схемами датчиков. В настоящее время шаровые мыши почти полностью вытеснены оптическими мышами. Оптические мыши с матричным сенсором В нижней части мыши установлена специальная быстрая видеокамера. Она непрерывно делает снимки поверхности стола и, сравнивая их, определяет направление и величину смещения мышки. Специальная контрастная подсветка поверхности светодиодом или лазером облегчает работу камеры. Оптические мыши работают практически на любых поверхностях, кроме зеркальных или прозрачных. Пыль и ворс на оптике сенсора могут привести к ошибкам движения или эффекту мелких движений в состоянии покоя, что проявляется дрожанием указателя на экране, иногда с тенденцией сползания в ту или иную сторону. Некоторые модели оборудуются двумя датчиками перемещения сразу, что позволяет, анализируя изменения сразу на двух участках поверхности, исключать возможные ошибки. Такие мыши иногда способны работать на стеклянных, оргстеклянных и зеркальных поверхностях (на которых не работают другие мыши). Оптические лазерные мыши В последние годы была разработана новая, более совершенная разновидность оптического датчика, использующего для подсветки полупроводниковый лазер. 81 Элементы управления мыши Кнопки Кнопки — основные элементы управления мыши, служащие для выполнения основных манипуляций: • выбора объекта (нажатиями), • активного перемещения (то есть перемещения с нажатой кнопкой), • для рисования • и т. п.). Количество кнопок на мыши определяет концепция их использования. Долгое время противостояли друг другу двух- и трёхкнопочные концепции. Это противостояние закончилось после появления прокрутки экрана (скролла). На двухкнопочной мыши появилась небольшая средняя (третья) кнопка для включения и выключения скроллинга, которая вскоре трансформировалась в колесо прокрутки, нажатие на которое работает как средняя кнопка. Дополнительные кнопки Производители постоянно стараются добавить на модели дополнительные кнопки, чаще всего — кнопки под большой или указательный и реже — под средний палец. Некоторые кнопки служат для внутренней настройки мыши (например, для изменения чувствительности) или двойные-тройные щелчки (для программ и игр), другие – для выполнения системных функций, например: • горизонтальная прокрутка; • двойное нажатие; • навигация в браузерах и файловых менеджерах; • управление уровнем громкости и воспроизведением аудио- и видеоклипов; • запуск приложений; • и т. п. Другие элементы управления Большинство элементов, не являющихся кнопками, служат для прокрутки (скроллинга) web-страниц, документов, списков, л и т. п.), в окнах приложений и элементах интерфейса. Среди них можно выделить несколько типов. Колеса и потенциометры — диски, выступающие из корпуса, доступные для вращения. Потенциометры, в отличие от колёс, имеют крайние положения. Наличие одного колеса между кнопками (или «скролла»; для вертикальной прокрутки) на сегодняшний день является стандартом де-факто. Такое колесо может отсутствовать у моделей, имеющих для прокрутки иные конструктивы. Колёса и потенциометры могут быть использованы для регулировки, например, громкости. Мини джойстик — рычаг с двумя кнопками или сдвоенное под прямым углом плечо, ориентированное в четырёх основных направлениях). Плечо может иметь центральный рычажок или, наоборот, центральное углубление (аналогично джойстикам игровых пультов). Кроме вертикальной и горизонтальной прокрутки, джойстики мыши могут быть использованы для альтернативного перемещения указателя или регулировок, аналогично колёсам. Существуют следующие интерфейсы подключениямыши. Беспроводные мыши. Сигнальный провод мыши иногда рассматривается как мешающий и ограничивающий фактор. Этого фактора лишены беспроводные мыши. Однако беспроводные мыши имеют серьёзную проблему — вместе с сигнальным кабелем 82 они теряют стационарное питание и вынуждены иметь автономное, от аккумуляторов или батарей, которые требуют подзарядки или замены, а также увеличивают вес устройства. Аккумуляторы беспроводной мыши могут подзаряжаться как вне мыши, так и внутри неё (точно так же, как аккумуляторы в мобильных телефонах). В последнем случае, мышь должна периодически подсоединяться к стационарному питанию. Радиосвязь. Наиболее массовым в настоящее время является второе поколение радиомышей. Оно использует свободный частотный диапазон 2,45 ГГц и строится на базе высокоинтегрированных скоростных радиоканалов. Основным недостатком считается необходимость в специальном USB-донгле , в котором находится приемник мышки. Такой донгл занимает USB-слот на компьютере. Потеря донгла делает мышку недееспособной из-за несовместимости методов радиосвязи разных производителей. Третье поколение радиомышек использует стандартные радиоинтерфейс. Современные компьютеры оснащаются этим интерфейсом, поэтому мышки с таким интерфейсом не нуждаются в донгле. Другое достоинство — не требуется специальных драйверов. Недостаток — высокая цена и большее энергопотребление. Индукционные мыши. Индукционные мыши чаще всего имеют индукционное питание от специальной рабочей площадки («коврика») или графического планшета. Но такие мыши являются беспроводными лишь отчасти — планшет или площадка всё равно подключаются кабелем. Таким образом, кабель не мешает двигать мышью, но и не позволяет работать на расстоянии от компьютера, как с обычной беспроводной мышью. Достоинства индукционной мыши: • Очень низкая цена (по сравнению с остальными устройствами наподобие сенсорных экранов); • Пригодность для длительной работы. • Высокая точность позиционирования курсора. • Возможность осуществления разных манипуляций — двойные и тройные щелчки, перетаскивание , нажатие одной кнопки во время перетаскивания другой и т. д. Поэтому в одной руке можно сконцентрировать большое количество органов управления — многокнопочные мыши позволяют осуществлять управление, вообще без привлечения клавиатуры. Недостатки индукционной мыши: • Для работы требуется ровная гладкая поверхность достаточных размеров; • Неустойчивость к вибрациям. По этой причине мышь практически не применяется в военных устройствах Трекбол (trackball) функционально представляет собой перевернутую механическую (шариковую) мышь. Шар находится сверху или сбоку, и пользователь может вращать его ладонью или пальцами, не перемещая корпус устройства. Несмотря на внешние различия, трекбол и мышь конструктивно похожи — при движении шар приводит во вращение пару валиков или, в более современном варианте, его сканируют оптические датчики перемещения (как в оптической мыши). В настоящее время трекболы достаточно редко применяются в домашних и офисных компьютерах, однако нашли применение в промышленных и военных компьютерах, аппаратах ультразвуковой диагностики, где пользователю приходится работать в условиях недостатка места и возможной вибрации Джойстик (joystick — «ручка управления самолётом») представляет собой качающуюся в двух плоскостях ручку. Наклоняя ручку вперёд, назад, влево и вправо, пользователь может передвигать что-либо по экрану. На ручке, а также в платформе, на которой она крепится, обычно располагаются кнопки и переключатели различного назначения. Помимо координатных осей X и Y, 83 возможно также изменение координаты Z, за счет вращения рукояти вокруг оси, наличия второй ручки, дополнительного колёсика и т. п. Основным предназначением джойстиков является управление в играх требующих точное позиционирование элемента управления – авиа- и космических симуляторах. Сенсорная панель (или тачпад - touchpad) - это устройство ввода, применяемое в ноутбуках, служит для перемещения курсора в зависимости от движений пальца пользователя. Используется в качестве замены компьютерной мыши и выполняют те же функции что колеса с трекболами, но не имеют движущихся частей. Работа сенсорной панели основана на измерении емкости пальца или измерении емкости между сенсорами. Емкостные сенсоры расположены вдоль вертикальной и горизонтальной осей панели, что позволяет определять положение пальца с нужной точностью. Поскольку работа устройства основана на измерении емкости, оно не будет работать, если водить по нему каким-либо непроводящим предметом, например, основанием карандаша. В случае использования проводящих предметов сенсорная панель будет работать только при достаточной площади соприкосновения, поэтому, например, работа с влажными пальцами весьма затруднена. Преимуществами сенсорных панелей являются: • отсутствие необходимости в ровной поверхности, как для мыши; • расположение сенсорной панели, как правило, фиксировано относительно клавиатуры; • для перемещения курсора на весь экран достаточно лишь небольшого перемещения пальца; • работа с ними не требует особого привыкания, как, например, в случае с трекболом. Недостатком же сенсорных панелей является низкое разрешение, что затрудняет работу в графических редакторах и 3D-играх. Пенмаус - представляет собой аналог шариковой авторучки, на конце которой вместо пишущего узла установлен узел, регистрирующий величину перемещения. Световое перо — один из инструментов ввода графических данных в компьютер, разновидность манипуляторов. Внешне имеет вид шариковой ручки или карандаша. Обычно на световом пере имеется одна или несколько кнопок, которые могут нажиматься рукой, удерживающей перо. Ввод данных с помощью светового пера заключается в прикосновениях или проведении линий пером по поверхности экрана монитора. В наконечнике пера устанавливается фотоэлемент, который регистрирует изменение яркости экрана в точке, с которой соприкасается перо, за счёт чего соответствующее программное обеспечение вычисляет позицию, «указываемую» пером на экране и может, в зависимости от необходимости, интерпретировать её тем или иным образом, обычно как указание на отображаемый на экране объект или как команду рисования. Кнопки используются аналогично кнопкам мыши — для выполнения дополнительных операций и включения дополнительных режимов. Световое перо невозможно использовать с обычными ЖК мониторами. Для этого нужен специальный экран, который может реагировать на световое перо. Средства речевого ввода позволяют пользователю вместо клавиатуры, мыши и других устройств использовать речевые команды (или проговаривать текст, который должен быть занесен в память в виде текстового файла). Возможности таких устройств достаточно ограничены, хотя они постоянно совершенствуются. Проблема не в том, чтобы записать речь, подвергнуть ее дискретизации и ввести коды в компьютер (при современном уровне техники это несложно), а чтобы распознать смысл речи и представить ее, например, в текстовой форме, допускающей последующую компьютерную обработку. 84 Многие специалисты связывают с прогрессом устройств речевого ввода будущее компьютерной техники, считая такие устройства ведущими элементами ее интеллектуализации. 10.4.2. Устройства вывода 10.4.2.1. Устройства вывода на бумажные носители Принтер (print - печатать) – устройство для вывода на печать текстовой и графической информации. Классификация устройств 1) В зависимости от порядка вывода информации на носитель записи различают посимвольные, построчные и постраничные принтеры. Посимвольные принтеры выводят алфавитно-цифровую информацию на носитель записи последовательно символ за символом, при этом за один цикл печати формируется один знак. Построчные принтеры формируют и выводят за один цикл печати всю строку, делая ее доступной для восприятия пользователем сразу же после завершения процесса. Постраничные принтеры формируют и выводят за один цикл печати целиком страницу. 2) По принципу формирования изображений символов на носителе записи различают литерные (полносимвольные) и матричные (знакосинтезирующие) принтеры. В литерных принтерах изображение формируют одновременно по всей поверхности символа при единичном воздействии на носитель записи печатающей головки, например, молоточка. В матричных принтерах изображение символов формируют из отдельных элементов - точек последовательно или последовательно-параллельно при многократном воздействии на носитель записи. 3) По физическому принципу (технологии печати) - различают принтеры ударного и безударного действия. В принтерах ударного действия изображение символьной и графической информации получают в результате механического воздействия (удара) печатающего элемента (печатающего знака, молоточка, стержня) на бумагу, как правило, через красящую ленту, из которой выдавливается краситель. В ряде устройств используется прямая печать, при которой краситель (краска) наносится (накатывается) непосредственно на поверхность литеры и далее при ударе переносится на бумагу. Принтеры ударного принципа действия разработаны двух классов - посимвольные и построчные. В принтерах безударного действия изображение на носителе записи получают в результате физико-химического или другого вида воздействия на конечный носитель записи, поступающий к пользователю, или на некоторый промежуточный носитель записи, входящий, как правило, неотъемлемой частью в состав принтера. С промежуточного носителя записи или с его помощью информацию переносят на оконечный носитель записи. Печатающие устройства ударного действия Наиболее распространенным типом принтеров ударного действия являются матричные принтеры. Принцип печати этих устройств таков: печатающая головка принтера содержит вертикальный ряд тонких металлических стержней (иголок). Головка движется вдоль печатаемой строки, а стержни в нужный момент ударяют по бумаге через красящую ленту, заправленную в специальную кассету (картридж). Это и обеспечивает формирование на бумаге символов и изображений. Переход к следующей строке достигается синхронизированным движением бумаги (рис.47.). 85 Рис. 47. Принцип действия матричного принтера Такой подход к формированию символа на носителе записи определяет практически неограниченное разнообразие (номенклатуру) и число наборов символов, печатаемых принтером, возможность вывода не только алфавитно-цифровой, но и графической информации, возможность вывода многоцветных и полутоновых изображений. При этом качество получаемого изображения благодаря возможности повышения плотности печати во многих случаях не уступает полиграфическому. Современные игольчатые принтеры используют печатающую головку с 9 или 24 иглами, управляемыми при помощи магнитов. Быстродействие последних и количество печатающих игл в основном определяют скорость печати. Быстродействие данных принтеров при печати простейшими шрифтами, особенно 24-игольчатых, очень высоко и достигает нескольких десятков листов, в минуту. Игольчатые принтеры имеют гибкие возможности вывода других шрифтов программно с применением соответствующих драйверов и различных форматов матрицы символа, с управлением межсимвольным и междустрочным расстоянием. Современные принтеры данной группы предусматривают работу с форматами бумаги А4 или А3, различные способы подачи бумаги, печатают на прямом и обратном ходе каретки, имеют удобный пользовательский интерфейс. Эти принтеры очень надежны и имеют низкие эксплуатационные расходы. Матричные принтеры, несмотря на то, что многие считают их устаревшими, все еще активно используются для печати в лабораториях, банках, бухгалтериях, в библиотеках для печати на карточках, для печати на многослойных бланках (например, на авиабилетах), а также в тех случаях, когда необходимо получить второй экземпляр документа через копирку (обе копии подписываются через копирку одной подписью для предотвращения внесения несанкционированных изменений в финансовый документ). Принтеры стали “интеллектуальными”, т.е. имеют собственное ОЗУ и электронный блок управления для того, чтобы разгрузить основное ОЗУ и не отнимать в процессе печати время у центрального процессора. Существуют ударные точечно-матричные принтеры цветной печати. В них используются 4-цветные ленты, и каждая точка изображения формируется четырьмя последовательными ударами иголки разной силы. Таким образом, можно сформировать на бумаге точки всех основных цветов и множества оттенков. Печатающие устройства безударного принципа действия Применяются три класса принтеров безударного принципа действия - посимвольные, строчные и постраничные. Во всех классах таких принтеров изображения символьной и графической информации синтезируют из отдельных точек - элементов изображения. Наибольшее распространение при реализации безударных принтеров получили следующие способы формирования изображения: печатающая головка красящая лента электромагнит бумага барабан 86 • струйный, • электрографический (электрофотографический), • магнитографический (феррографический), • электростатический, • термический. Струйные принтеры Принцип действия струйных принтеров похож на матричные принтеры тем, что изображение на носителе формируется из точек. Но вместо головок с иголками в струйных принтерах используется матрица, печатающая жидкими красителями. В струйных принтерах краска под давлением выбрасывается из отверстий (сопел) в печатающей головке и затем прилипает к бумаге. При этом формирование изображения происходит как бы из отдельных точек - "клякс", таким образом, соответствующая матрица печати представляет собой набор сопел, с которыми соединены емкости для чернил и управляющие механизмы (рис. 48). Рис.48. Принцип действия струйного принтера Струйные принтеры нашли очень широкое применение в цветной печати, поскольку струйный способ позволяет реализовывать не только одноцветную, но и многоцветную печать. Для этого в блоке головок располагают, как правило, четыре группы сопл, каждая из которых связана с емкостью, заполненной чернилами одного из четырех цветов: черного, синего, пурпурного и желтого, что позволяет получать 7-цветные изображения. При тонкой дозировке и формировании одного элемента изображения из большого количества микрокапель получают изображения, состоящие из еще большего числа цветов. Достоинства струйного способа печати: • более высокое качество печати по сравнению с матричными принтерами, • относительно небольшое количество движущихся механических частей и, соответственно, простоту и надежность механической части устройства, • меньший уровень шума при работе, • относительно низкую стоимость. Недостатки: • нестабильность получаемого разрешения, что ограничивает возможность их применения в черно-белой полутоновой печати, отклоняющие пластины управление данные бумага валик пьезоэлектрический кристалл сопло ультразвуковой генератор фокусирующий электрод сборник отработанных чернил насос резервуар для чернил ускоряющее напряжение 87 • необходимость тщательного ухода и обслуживания, поскольку при длительном простое принтера происходит высыхание остатков красителя на соплах печатающей головки, • противоречивые и высокие требования к краскам, • сильная зависимость качества изображения от типа бумаги, • характерна высокая стоимость расходных материалов. Электрографические и магнитографические принтеры. Основное отличие между этими типами устройств состоит в том, что в электрографическихпринтерахсоздают скрытое электрическое изображение, а в магнитографических - магнитное. Электрографические принтеры. Во всех электрографических устройствах создается скрытое электрическое изображение на промежуточном носителе записи с фотопроводниковым слоем на поверхности, далее это изображение визуализируют мелкодисперсным красящим порошком – тонером. Получающееся при этом порошковое изображение переносят на оконечный носитель записи - бумагу, где и закрепляют - фиксируют, например, термическим способом. На фотопроводниковый носитель записи действуют электромагнитным излучением, источниками которого могут быть лазеры, светодиоды, светоклапанные системы или электронно-лучевые трубки. Часто электрографические принтеры различают именно по виду используемого в них источника излучения (лазерные, светодиодные и т.п.). В настоящее время наилучшее (близкое к типографскому) качество печати достигается в лазерных принтерах. В этих принтерах для печати используется принцип ксерографии: изображение переносится на бумагу со специального барабана, к которому электрически притягиваются частички краски. Отличие лазерного принтера от обычного ксерокопировального аппарата состоит в том, что печатающий барабан электризуется с помощью лазера по командам из компьютера. Лазерные принтеры формируют изображение путем позиционирования точек на бумаге (растровый метод). Первоначально страница формируется в памяти принтера, и лишь затем передается в механизм печати. Растровое представление символов и графических образов производится под управлением контроллера принтера. Каждый образ формируется путем соответствующего расположения точек в ячейках сетки или матрицы. В лазерных и светодиодных печатающих устройствах используется свойство фоточуствительности ряда материалов, которые изменяют свой поверхностный электростатический заряд под воздействием света (рис.49.). Один из основных узлов лазерного принтера – вращающийся фото-барабан, на внешней поверхности которого нанесен специальный светочувствительный материал. Фото-барабан представляет собой металлический цилиндр, покрытый тонкой пленкой из фотопроводящего полупроводника (обычно оксид цинка). По поверхности барабана равномерно распределяется статический заряд. 88 Рис.49. Принцип действия лазерного принтера 1. Управляемый электронным блоком (микроконтроллером) луч лазера, отражаясь от вращающегося зеркала, пробегает по фото-барабану и засвечивает на нем элементарные площадки (точки); в результате фотоэлектрического эффекта в этих точках изменяется электрический заряд. 2. На следующем рабочем шаге с помощью другого барабана, называемого девелопером (developer), на фотобарабан наносится тонер - мельчайшая красящая пыль. Под действием статического заряда мелкие частицы тонера легко притягиваются к поверхности барабана в точках подвергшихся экспозиции, и формируют на нем изображение. 3. Далее лист бумаги из подающего лотка помощью системы валиков перемещается к барабану. Затем листу сообщается статический заряд, противоположный по знаку заряду засвеченных точек на барабане. При соприкосновении бумаги с барабаном частички тонера с барабана переносятся (притягиваются) на бумагу. 4. Для фиксации тонера на бумаге листу вновь сообщается заряд и он пропускается между двумя роликами нагревающими его до температуры около 180' - 200'С. После собственно процесса печати барабан полностью разряжается, очищается от прилипших частиц тонера и готов для нового цикла печати. Описанная последовательность действий происходит очень быстро и обеспечивает высокое качество печати. Особенности данного процесса, такие, как формирование точки изображения лучем света, а далее - мелкодисперсным специальным порошком красителя, предопределяют возможность очень малых размеров точки матрицы изображения и соответственно - разрешающую способность лазерных принтеров, которая на практике составляет 300-1200 точек на дюйм. В целом высокая разрешающая способность принтеров данной группы позволяет использовать их для печати разнообразной текстовой и графической информации, вплоть до изготовления полиграфических макетов и форм. Для обеспечения печати графики лазерные устройства, как правило, имеют буферную память. от ЭВМ символьные данные к он тр ол л ер видео данные твердотельный лазер многогранно е зеркало светочувствительный барабан накопитель бумаги кассета с тонером Аппарат для термического закрепления тонера приемо- комплектующее устройство 89 Достоинства лазерных принтеров: 1. Лазерные принтеры - рекордсмены по части количества воспроизводимых шрифтов и качеству рисунков благодаря высочайшей разрешающей способности. 2. Существуют как черно-белые, так и цветные лазерные принтеры. 3. Лазерный принтер работает почти бесшумно. 4. Высокая скорость печати (печатают быстрее струйных и др. принтеров). 5. Относительно небольшое время, необходимое для приведения оборудования в состояние готовности. 6. Возможность использования разной (например, текстурной) бумаги и плёнки. 7. Отпечатки с лазерного принтера более стойки к влаге, агрессивным средам. Недостатки: 1. Поскольку тонер термически напекается на носитель, со временем может происходить осыпание изображения, особенно если бумага подвергается механическому воздействию. 2. Для лазерных принтеров краситель (тонер) является не единственным расходным материалом. Регулярной замены требует фото-барабан. Светодиодные принтеры. Принцип действия светодиодных принтеров похож на принцип действия лазерных принтеров. Разница заключается в том, что источником света является не лазерная головка, а линейка светодиодов. Электростатические принтеры. Электростатическая регистрация состоит в создании скрытого электрического изображения на специальной диэлектрической поверхности оконечного или промежуточного носителя. Наибольшее распространение получили электростатические устройства без промежуточного носителя. В них запись ведется на специальную электростатическую бумагу, рабочая поверхность которой имеет тонкой диэлектрический слой. Основная область применения таких устройств - вывод графической информации, включая схемную и конструкторскую документацию. Феррографические принтеры. Структурные схемы феррографических устройств аналогичны схемам электрографических устройств. Основное отличие между этими ти- пами устройств состоит в том, что в феррографических принтерах создают скрытое магнитное, а не электрическое изображение. Термические принтеры. Эти принтеры очень близки по механизму к матричным (они используют печатную головку, оснащенную матрицей нагревательных элементов, и специальную бумагу, пропитанную термочувствительным красителем). Способ термопечати основан на воздействии на носитель теплотой, выделяемой записывающей (термопечатающей) головкой, которая содержит от нескольких единиц до нескольких тысяч отдельных элементов. Все большее распространение находят термопечатающие устройства, исполь- зующие промежуточный носитель. По этой схеме между термопечатающей головкой и оконечным носителем, в качестве которого используют бумагу, пластмассовую пленку и т.п., размещают промежуточный носитель - копировальную пленку, которая представляет собой тонкую пластмассовую пленку, покрытую со стороны, обращенной к оконечному носителю, красящим слоем. Особенностью этого слоя является низкая (менее 100° С) температура оплавления связующего вещества красящего слоя, в котором распределен краситель. При контакте оконечного носителя с красящим слоем промежуточного носителя и при кратковременном прогреве его термопечатающей головкой красящий слой локально оплавляется и практически полностью переходит на оконечный носитель, создавая на нем элемент изображения. Его цвет определяется цветом красящего вещества. При 90 последовательном переносе элементов на один и тот же оконечный носитель с про- межуточных носителей разных цветов получают многоцветные изображения. Допускается наложение одних отпечатков на другие, что расширяет цветовую гамму изображения Достоинствами термопринтеров являются малый уровень шума при работе, компактность, надежность, отсутствие заправляемых расходных материалов. Недостатками такого принтера является часто недостаточная яркость и контрастность изображения, номенклатура доступных типов бумаги. Замечание. Существуют принтеры, работающие на других физических принципах, но по распространенности в настоящее время они значительно уступают тем, которые обсуждались выше. Принцип работы 3D принтера Трехмерный или 3D принтер - это устройство вывода трехмерных данных (как правило, объемной геометрии). То есть результатом его работы является некоторый физический объект. Существует несколько технологий объемной (трехмерной, 3D) печати, но в основе любой из них лежит принцип послойного создания твердой геометрии. Принцип работы одного из типов 3D принтеров более всего схож с работой обычного струйного принтера. Основное отличие заключается в том, что вместо нанесения чернил из печатающей головки на очередной лист бумаги в принтере связующее вещество через печатающую головку наносится на очередной тонкий (около 0,1 мм) слой порошка, создавая одно сечение объекта. В тех местах, где было нанесено связующее вещество, порошок твердеет. Следующее сечение "склеивается" с предыдущим и так далее, пока не будет сформировано полностью твердое тело. После окончания работы 3D принтера изделие извлекается из массы порошка Плоттер или графопостроитель (plotter, от to plot — вычерчивать чертежи),— это устройство вывода графической информации из ЭВМ на бумажный носитель. Эти устройства нужны для вывода схем, сложных архитектурных чертежей, художественной и иллюстративной графики, карт, трехмерных изображений. Они часто используются для производства высококачественной цветной документации и являются незаменимыми для художников, дизайнеров, оформителей, инженеров, проектировщиков. Плоттеры является устройством вывода, которое применяется только в специальных областях. Они обычно используются совместно с программами САПР (Системы Автоматизированного Проектирования). Результат работы практически любой такой программы - это комплект конструкторской и/или технологической документации, в которой значительную часть составляют графические материалы. Размеры выходных документов на плоттере гораздо больше документов, которые можно вывести из ПК, используя принтер. Максимальная длина печатаемого материала, как правило, зависит от длины рулона бумаги, а не от размеров и конструкции самого плоттера. Так же как и у принтеров, изображение на бумаге формируется при помощи печатающей головки. Точка за точкой изображение наносится на бумагу (кальку, пленку). Большинство плоттеров имеют пишущий узел перьевого типа. Используются специальные фломастеры с возможностью их автоматической замена (по сигналу программы) из доступного набора. Кроме фломастеров, применяются чернильные, шариковые пишущие узлы и т.д. Плоттеры подключаются к компьютеру через параллельный или последовательный интерфейс, либо в слот расширения встраивается плата. Классификация плоттеров 1. По принципу формирования изображения: • Плоттеры векторного типа имеют пишущий узел, способный перемещаться относительно бумаги сразу по двум направлениям (вертикали и 91 горизонтали), и изображение на бумаге формируется непосредственно вычерчиванием нужных прямых и кривых в любых направлениях. • Плоттеры растрового типа имеют пишущий узел, который перемещается относительно бумаги только в одном направлении, и изображение формируется строка за строкой из последовательно наносимых точек. 2. По конструкции все современные плоттеры можно отнести к двум большим классам: • Планшетные для формата А3-А2 (реже А1-А0) с фиксацией листа электрическим, реже магнитным или механическим способом, и пишущим узлом. Таким образом, если, например, необходимо провести линию, то печатающий узел перемещается в её начальную точку, опускается штифт с пером, соответствующим толщине и цвету проводимой линии, и затем перо перемещается до конечной точки линии. • Барабанные (рулонные) плоттеры с шириной бумаги формата А1 или А0, роликовой подачей листа, механическим и/или вакуумным прижимом и с пишущим узлом. Барабанные плоттеры используют рулоны бумаги длиной до нескольких десятков метров и позволяют создавать длинные рисунки и чертежи. 3. По принципу действия: • Перьевые плоттеры используют для получения изображения обычные перья. Для получения цветного изображения используется несколько перьев различного цвета. • Струйные плоттеры формируют изображение подобно струйным принтерам, разбрызгивая капли чернил на бумагу. Качество печати, превосходящее возможности перьевых плоттеров, определяет широкое распространение струйных плоттеров в различных областях человеческой деятельности, включая автоматическое проектирование, инженерный дизайн. • Электростатические плоттерысоздают изображение с помощью электрического заряда. Электростатические плоттеры очень дороги и используются, когда требуется высокое качество выходных документов. • Плоттеры с термопереносом создают двухцветное изображение, используя теплочувствительную бумагу и электрически нагреваемые иглы. • Карандашные плоттеры используют для получения изображения обычный грифель. Они самые дешевые и требуют дешевого расходного материала. К основным характеристикам плоттеров относятся: • скорость вычерчивания изображения, измеряемая в миллиметрах в секунду; • скорость вывода, определяемая количеством листов, распечатываемых в минуту; • разрешающая способность, измеряемая, аналогично принтеру. 10.4.2.2. Устройства вывода на электронные носители Мониторы Прежде всего, определим два понятия, которые часто и неточно используют как синонимы – дисплей и монитор. Дисплей (display — показывать, визуализировать) — электронное устройство, предназначенное для визуального отображения информации. Дисплеем в большинстве случаев можно назвать |