Периферійні пристрої для введення-виведення даних в КС

Периферійні пристрої комп’ютерів ділять на пристрої введення, пристрої виведення й зовнішні запам’ятовувальні пристрої. До пристроїв введення відносяться клавіатура, миша, сканер, дигітайзер та ін. Пристрої виведення представлені принтерами, плотерами (графобудівниками), дисплеями та ін.

Звичайно в автоматизованих системах користувачі працюють на автоматизованих робочих місцях (АРМ), на яких є комп’ютер з виходом у корпоративну мережу й необхідні периферійні пристрої. Типовий склад пристроїв АРМ: ПК або робоча станція з вінчестером; пристрої введення-виведення, що включають, як мінімум, клавіатуру, мишу, дисплей; додатково до складу АРМ можуть входити принтер, сканер, плотер і деякі інші периферійні пристрої.

АРМ відрізняються своєю орієнтацією на певні групи проектних або бізнес процедур і відповідно типами й характеристиками обчислювального та периферійного устаткування. Так, в АРМ, що вимагають обробки графічної інформації, у дисплеях використаються растрові монітори з кольоровими трубками. Типові значення характеристик моніторів перебувають у наступних межах: розмір екрана по діагоналі 17...24 дюйма. Розгортка монітора, тобто число помітних пікселей (окремих точок, з яких складається зображення), визначається кроком між отворами в масці, через які проходить до екрана електронний промінь в електронно-променевій трубці. Цей крок перебуває в межах 0,21...0,28 мм, що відповідає кількості пікселей зображення від 800х600 до 1600х1200 і більше. Чим вище розгортка, тим ширше повинна бути смуга пропускання електронних блоків відеосистеми при однаковій частоті кадрового розгортання. Смуга пропускання відеопідсилювача перебуває в межах 110...150 МГц і тому частота кадрового розгортання, як правило, знижується з 135 Гц для 640x480 до 60 Гц для 1600x1200. Відзначимо, що чим нижче частота кадрового розгорнення, а це є частота регенерації зображення, тим помітніше мерехтіння екрана. Бажано, щоб ця частота була не нижче 75 Гц.

Для уведення інформації в ЕОМ використовують дигітайзери, інтерактивні дошки, сканери, візуализатори, цифрові відеокамери (Web-камери).

Дигітайзери призначені для ручного уведення графічної інформації, у цей час їх застосовують досить рідко. Дигітайзер має вигляд кульмана, по його електронній дошці переміщається курсор, на якому розташований візир і кнопкова панель. Курсор має електромагнітний зв’язок із сіткою провідників в електронній дошці. При натисканні кнопки в деякій позиції курсору відбувається занесення інформації про координати цієї позиції. У такий спосіб може здійснюватися ручний ввід креслень.

Інтерактивна дошка (smart board), названа також інтелектуальною дошкою, дозволяє користувачам виводити на поверхню дошки вміст файлів з пам’яті комп’ютера, Internet-джерел, CD-ROM, редагувати виведене зображення, наносити поверх нього свої графічні й текстові фрагменти. Усе, що користувач намалював або написав на дошці, буде збережено у вигляді комп’ютерних файлів, може бути роздруковано, надіслано по електронній пошті, переміщено в Web-сторінку.

Інтерактивні дошки є зручним засобом подання, редагування й збереження навчальних матеріалів, формованих викладачем безпосередньо під час проведення навчальних занять. Крім того, за допомогою інтерактивної дошки викладач може управляти комп’ютером, вибираючи потрібні програми або файли простою вказівкою на екранну кнопку на поверхні дошки.

Для автоматичного уведення інформації з наявних текстових або графічних документів використовують сканери планшетного або протяжного типу й візуалізатори. Спосіб зчитування – оптичний. У скануючий голівці сканера розміщаються оптоволоконні самофокусуючі лінзи й фотоелементи. Розгортка у різних моделях становить від 300 до 2400 точок на дюйм (цей параметр часто позначають dpi). Зчитана інформація має растрову форму, програмне забезпечення сканера представляє її в одному зі стандартних форматів, наприклад tiff, gif, pcx, jpeg, і для подальшої обробки може бути виконана векторизація – переклад графічної інформації у векторну форму, наприклад, у формат dxf.

Візуалізатор служить для зчитування інформації з документа і її передачі на вхід комп’ютера для збереження в пам’яті (режим сканера) або на вхід мультимедийного проектора для збільшеного зображення на екрані під час презентацій або навчальних занять. Як документ можуть використатися не тільки плоскі сторінки з текстом, малюнками, кресленнями, але й інші предмети, наприклад, деталі механічних або електронних пристроїв порівняно невеликих розмірів. Можна накладати зображення з визуалізатора на інші зображення, що надходять із комп’ютера.

Для зйомки відеофрагментів з метою їхнього наступного включення в мультимедійні навчальні матеріали використають цифрові відеокамери.

Для виведення інформації у вигляді твердих копій застосовують принтери й плотери (графобудівники). Перші з них орієнтовані на одержання документів малого формату (А3, А4), другі – для виведення графічної інформації на широкоформатні носії.

У цих пристроях переважно використається растровий (тобто порядковий) спосіб виведення із струминною технологією друку. Друкуюча система в струминних пристроях містить у собі картридж і голівку. Картридж – балон, заповнений чорнилом (у кольорових пристроях є кілька картриджів, кожний із чорнилом своїх кольорів). Голівка – матриця із сопл, з яких дрібні чорнильні краплі надходять на носій. Фізичний принцип дії голівки термічний або п’єзоелектричний. При термодруці викидання крапель із сопла відбувається під дією його нагрівання, що викликає утворення пари й викидання крапельок під тиском. При п’єзоелектричному способі пропуск струму через п’єзоелемент приводить до зміни розміру сопла й викидання краплі чорнила. Другий спосіб дорожчий, але дозволяє одержати більш високоякісне зображення.

Типова розгортка принтерів і плотерів перебуває в межах від 300 до 2400 dpi. Швидкість друку в монохромному режимі від 10 до 18 сторінок у хвилину, у кольоровому режимі – менша.

Дигітайзери, сканери, принтери, плотери можуть входити до складу АРМ або розділятися користувачами декількох робочих станцій у складі локальної обчислювальної мережі.

Вивід інформації на екран збільшених розмірів, що потрібно під час презентацій і навчальних занять, виконується за допомогою мультимедійних проекторів. Вони відрізняються від відеопроекторів тим, що сприймають не відеосигнали, а цифрові сигнали від комп’ютера.

 

Клавішні пристрої

Клавішні пристрої введення інформації призначені для ручного введення алфавітно-цифрових символів з метою їх подальшого перетворення в електричні сигнали. Клавішні пристрої можуть виконуватись як автономні, конструктивно завершені одиниці, так і у вигляді вбудованих блоків. В загальному вигляді клавішний пристрій має одну або декілька клавіатур, шифратори, мультиплексори, інтерфейсні регістри, пристрої пам’яті, схему керування, індикатори контролю за станом клавіатури та ряд інших вузлів (рис.19.1).

 

ДШ – дешифратор; МПС - мультиплексор сигналів вибору клавіші;

 G - генератор тактових імпульсів; ЛЧ - лічильник імпульсів;

 ПД – протидребезгова схема; RG – регістр; МП – мікропроцесор; П - пам’ять; ІНТ – інтерфейс

 

Рисунок 19.1 – Структура клавіатури

Клавіатура має модульну конструкцію і є частиною робочого місця оператора, яке повинно відповідати ряду ергономічних вимог. Клавіатура повинна розташовуватись під кутом біля 15 градусів до горизонтальної площини в доступній для оператора зоні та мати клавіші з вільним ходом 4 – 7мм, зусиллям натиску 0,9Н.

Клавіші, що використовуються в клавіатурах, поділяються на дві групи: контактні та безконтактні. Контактні клавіші знайшли широке застосування у якості елементів клавіатур. Вони поділяються за видом перемикачів на електромеханічні, герконові, мембранні, гумові.

Електромеханічні клавіші відрізняються простотою конструкції, їх основою є контактний перемикач, що забезпечує значну потужність перемикання. В той же час він має явні недоліки: наявність “дребезгу”, невисоку частоту перемикання, непостійність електричного опору між контактами, велике зусилля натискання, невеликий термін служби.

Більш надійними є герконові клавіші (рис.19.2), в яких комутація здійснюється герметизованими в склі контактами – герконами. Як відомо, герконовий контакт замикається під дією на нього магнітного поля. Тому в склад клавіші вводиться спеціальний кільцевий магніт. Геркон спрацьовує якщо постійний магніт опускається навколо нього при натискуванні клавіші.

В герконових клавіатурах використовують геркони типу КЕМ2, КЕМ3. Така клавіатура відрізняється простотою та великим терміном служби.

Рисунок 19.2 – Герконова клавіша

 

Мембранні клавіші (рис.19.3) побудовані на базі плоского перемикача, мають дві пластинки з еластичного матеріалу на які нанесені контакти та провідники. Між пластинками знаходиться тонка ізоляційна прокладка з отвором у зоні контактів. Ця прокладка перешкоджає замиканню контактів у ненатисненому стані. Натискання верхньої пластинки призводить до замикання контактів. Мембранні клавіші компактні та технологічні при виготовленні.

Рисунок 19.3 – Мембранна клавіша

Перемикачі на основі провідної гуми виготовляються у вигляді силіконових клавіш. Клавіші кріпляться прямо на друковану плату, на якій технологічним шляхом нанесено контакти перемикача та схема їх з’єднання. При натисканні клавіші провідна гума основи клавіші притискається до плати та замикає необхідні контакти.

До безконтактних перемикачів відносяться перемикачі у яких механічні переміщення клавіш перетворюються у зміну ємності, індуктивності або опору і, в подальшому, у зміну напруги або струму. Найбільш перспективними є клавіатури ємнісного типу, клавіатури на основі магніторезисторів, оптоелектричні клавіатури, клавіатури з використанням датчиків Холла, сенсорні клавіатури.

Магніторезистивна клавіша має рухливу частину, аналогічно герконовій клавіші, де змонтовано постійний магніт. В нижній частині клавіші розміщено магніторезистор та електронну схему. При зміні магнітного потоку від натискання клавіші в магніторезисторі відбувається зміна опору більш ніж в п’ять раз (40 Ом * 5 =200 Ом). Це приводить до зміни електричної напруги на виході електронної схеми з логічного нуля до логічної одиниці. Максимальна частота перемикання такої клавіатури досягає 10 Гц при ресурсі 10⁷ перемикань. До недоліків відносять температурну залежність матеріалу магніторезистора.

Ємнісна клавіатура забезпечує найвищі показники надійності. Вона працює на принципі зміни ємності між двома провідниками при натисканні та відпусканні клавіш. Зміна ємності приводить до зміни амплітуди імпульсного сигналу, який пропускається по цій ємності від спеціального генератора. Недолік – низька перешкодостійкість.

Оптоелектронні клавіатури мають у своєму складі джерела та приймачі оптичного випромінювання та клавішу – заслонку. У якості випромінювачів можуть використовуватись світлодіоди, а у якості приймачів – фотодіоди та фоторезистори. Максимальна частота роботи оптичної клавіатури лежить на рівні 12 Гц.

Електронні сенсорні клавіатури являють собою пристрої, в яких процес перемикання викликається дотиком пальців оператора, що приводить до зміни ємності або опору в електронному колі перемикання клавіші. Перевагою таких клавіатур є повна відсутність рухливих частин, високий термін служби, а також малі габарити клавіатур, внаслідок використання інтегральної технології.