1.2 Периферийные устройства

Периферийные устройства подключаются к системному блоку и предназначены для выполнения вспомогательных операций. Благодаря им вычислительная система приобретает гибкость и универсальность. К периферийным устройствам относятся мониторы, клавиатура, мышь, принтеры, сканеры, модемы и некоторые другие устройства, предназначенные для ввода, вывода и хранения данных, а также для обмена данными.

Монитор, является основным периферийным устройством компьютера и служит как для отображения информации, вводимой с помощью устройств ввода, так и для выдачи пользователю сообщений, а также для вывода на экран результатов, полученных в ходе выполнения работы. Монитор подключается через видеокарту.

Существуют мониторы на основе электронно-лучевых трубок и жидкокристаллические мониторы (ЖК). ЖК мониторы полностью вытеснили ЭЛТ мониторы так как последние морально и технически устарели.

Основными техническими характеристиками ЖК дисплеев являются:

тип матрицы определяется технологией, по которой изготовлен ЖК-дисплей;

класс матрицы; стандарт ISO 13406-2 выделяет четыре класса матриц;

разрешение -- горизонтальный и вертикальный размеры, выраженные в пикселях. В отличие от ЭЛТ-мониторов, ЖК имеют одно фиксированное разрешение, остальные достигаются интерполяцией. (ЭЛТ-мониторы также имеют фиксированное количество пикселей, которые также состоят из красных, зеленых и синих точек. Однако из-за особенностей технологии при выводе нестандартного разрешения в интерполяции нет необходимости);

размер точки (размер пикселя) -- расстояние между центрами соседних пикселей. Непосредственно связан с физическим разрешением;

соотношение сторон экрана (пропорциональный формат) -- отношение ширины к высоте (5:4, 4:3, 3:2 (15ч10), 8:5 (16ч10), 5:3 (15ч9), 16:9 и др.);

видимая диагональ -- размер самой панели, измеренный по диагонали. Площадь дисплеев зависит также от формата: монитор с форматом 4:3 имеет большую площадь, чем с форматом 16:9 при одинаковой диагонали;

контрастность -- отношение яркостей самой светлой и самой тёмной точек при заданной яркости подсветки. В некоторых мониторах используется адаптивный уровень подсветки с использованием дополнительных ламп, приведённая для них цифра контрастности (так называемая динамическая) не относится к статическому изображению;

яркость -- количество света, излучаемое дисплеем (обычно измеряется в канделах на квадратный метр);

время отклика -- минимальное время, необходимое пикселю для изменения своей яркости. Составляется из двух величин:

время буферизации (input lag). Высокое значение мешает в динамичных играх; обычно умалчивается; измеряется сравнением с кинескопом в скоростной съёмке. Сейчас (2011) в пределах 20--50 мс; в отдельных ранних моделях достигало 200 мс;

время переключения. Указывается в характеристиках монитора. Высокое значение ухудшает качество видео; методы измерения неоднозначны. Сейчас практически во всех мониторах заявленное время переключения составляет 2--6 мс;

угол обзора -- угол, при котором падение контраста достигает заданного, для разных типов матриц и разными производителями вычисляется по-разному, и часто не подлежит сравнению. Некоторые производители указывают в тех. параметрах своих мониторов углы обзора такие к примеру как: CR 5:1 -- 176/176°, CR 10:1 -- 170/160°. Аббревиатура CR обозначает уровень контрастности при указанных углах обзора относительно перпендикуляра к экрану. При углах обзора 170°/160° контрастность в центре экрана снижается до значения не ниже чем 10:1, при углах обзора 176°/176° -- не ниже чем до значения 5:1.

Клавиатура - клавишное устройство управления персональным компьютером. Служит для ввода алфавитно-цифровых данных, а также команд управления.

Мышь - устройство управления манипуляторного типа. Перемещение мыши по плоской поверхности синхронизировано с перемещением указателя мыши по экрану монитора. Перемещения мыши и щелчки ее кнопок являются событиями с точки зрения ее программы-драйвера. Анализируя эти события, драйвер управляет работой компьютера. Помимо мышек встречаются другие устройства ввода аналогичного назначения: трекболы, тачпады, графические планшеты, сенсорные экраны. Выделяются два основных типа мышей оптическая и оптическо-лазерная:

Оптическая. Оптический датчик состоит из двойной оптопары -- светодиода и двух фотодиодов (обычно -- инфракрасных) и диска с отверстиями или лучевидными прорезями, перекрывающего световой поток по мере вращения. При перемещении мыши диск вращается, и с фотодиодов снимается сигнал с частотой, соответствующей скорости перемещения мыши. Разница фаз засветки между двумя фотодиодами определяет направление вращения. Аналогичный сенсор стоит на колесике прокрутки.

Оптическо-лазерная. Следом была разработана более совершенная разновидность оптического датчика, использующего для подсветки полупроводниковый лазер.

О недостатках таких датчиков известно мало, но известно об их преимуществах:

более высоких надёжности и разрешении;

отсутствии заметного свечения (сенсору достаточно слабой подсветки лазером видимого или, возможно, инфракрасного диапазона);

низком энергопотреблении;

имеются полностью интегрированные решения, когда лазер подсветки выполняется на том же кристалле, что и сенсор.

Принтер - это устройство вывода текстовой и графической информации на бумажный носитель. Принтеры бывают матричные, лазерные, струйные и 3D-принтеры.

Матричные принтеры ударяют иголками через красящую ленту по бумаге. Они работают медленно и часто издают много шума. Матричные принтеры бывают только монохромные (двухцветные), в зависимости от цвета красящей ленты.

Струйные принтеры обладают лучшим качеством печати и бесшумны. В этих принтерах из пишущих головок (картриджей) распыляются чернила через специальные форсунки (сопла). Такие принтеры могут быть монохромные и цветные.

На лазерном принтере лазер рисует изображение документа, которое должно быть напечатано, на специальном барабане. В тех местах, где лазер облучает барабан, создается электростатический заряд. Затем на барабан напыляется красящий порошок, при этом частицы прилипают к заряженным участкам барабана. На следующем этапе барабан прокатывает лист бумаги, и частицы порошка переносятся на бумагу. Для закрепления изображения лист бумаги проходит через печку, где частицы порошка спекаются, образуя четкое несмываемое изображение.

К основным параметрам лазерных принтеров относятся:

разрешающая способность, измеряемая количеством точек на дюйм;

производительность (количество страниц в минуту);

формат используемой бумаги;

объем собственной оперативной памяти.

3D-принтер -- устройство, использующее метод послойного создания физического объекта по цифровой 3D-модели. В зарубежной литературе данный тип устройств также именуют фабберами, а процесс трехмерной печати -- быстрым прототипированием.

3D-печать может осуществляться разными способами и с использованием различных материалов, но в основе любого из них лежит принцип послойного создания (выращивания) твёрдого объекта.

Технологии, применяемые для создания слоев:

Лазерная:

Лазерная стереолитография -- ультрафиолетовый лазер постепенно, пиксель за пикселем, засвечивает жидкий фотополимер, либо фотополимер засвечивается ультрафиолетовой лампой через фотошаблон, меняющийся с новым слоем. При этом жидкий полимер затвердевает и превращается в достаточно прочный пластик.

Лазерное сплавление -- при этом лазер сплавляет порошок из металла или пластика, слой за слоем, в контур будущей детали.

Ламинирование -- деталь создаётся из большого количества слоёв рабочего материала, которые постепенно накладываются друг на друга и склеиваются, при этом лазер вырезает в каждом контур сечения будущей детали.

Струйная:

Застывание материала при охлаждении -- раздаточная головка выдавливает на охлаждаемую платформу-основу капли разогретого термопластика. Капли быстро застывают и слипаются друг с другом, формируя слои будущего объекта.

Полимеризация фотополимерного пластика под действием ультрафиолетовой лампы -- способ похож на предыдущий, но пластик твердеет под действием ультрафиолета.

Склеивание или спекание порошкообразного материала -- похоже на лазерное спекание, только порошковая основа (подчас на основе измельченной бумаги или целлюлозы) склеивается жидким (иногда клеющим) веществом, поступающим из струйной головки. При этом можно воспроизвести окраску детали, используя вещества различных цветов. Существуют образцы 3D-принтеров, использующих головки струйных принтеров.

Густые керамические смеси тоже применяются в качестве самоотверждаемого материала для 3D-печати крупных архитектурных моделей.

Биопринтеры -- печать 3D-структуры будущего объекта (органа для пересадки) производится стволовыми клетками. Далее деление, рост и модификации клеток обеспечивает окончательное формирование объекта.

Также применяются различные технологии позиционирования печатающей головки:

Декартова, когда в конструкции используются три взаимно-перпендикулярные направляющие, вдоль каждой из которых двигается либо печатающая головка, либо основание модели.

При помощи трёх параллелограммов, когда три радиально-симметрично расположенных двигателя согласованно смещают основания трёх параллелограммов, прикреплённых к печатающей головке. (см. статью Дельта-робот)

Автономная, когда печатающая головка размещена на собственном шасси, и эта конструкция передвигается целиком за счет какого-либо движителя, приводящего шасси в движение.

Ручная, когда печатающая головка выполнена в виде ручки/карандаша, и пользователь сам подносит её в то место пространства, куда считает нужным добавить выделяемый из наконечника быстро затвердевающий материал. Назван такой прибор «3D-ручка», и к 3D-принтерам может быть отнесён с известной натяжкой. Существуют варианты с использованием термополимера, застывающего при охлаждении, и с использованием фотополимера, отверждаемого ультрафиолетом.

Сканер - устройство для ввода графической информации в компьютер. Он создает в компьютере электронную копию изображения, считываемого с бумаги. Изображение может быть текстом, рисунком, фотографией, диаграммой, проекцией трехмерного предмета на плоскость или чем-нибудь другим. Оно считывается многоэлементными фотоприемными линейками с использованием протяженного осветителя и объектива. Число фотоприемников в линейке может составлять 2000 и выше.

Самые простые сканеры - ручные. Пользователь должен сам перемещать сканер по изображению. С их помощью нельзя за один проход ввести полностраничное изображение, поскольку их стандартная ширина - 105 мм. Значительно удобнее планшетный сканер. На него можно положить лист бумаги, который будет автоматически считан.

Для работы со сканером нужно специальное программное обеспечение. Текст, введенный с помощью сканера, представляется в памяти компьютера в виде графического изображения. Для преобразования его в текст используются специальные программные средства распознавания символов.