Периферийные устройства

Периферийные устройства компьютеров и вычислительных систем (ВС) делят на устройства ввода, устройства вывода и внешние запоминающие устройства. К устройствам ввода относятся клавиатура, мышь, сканер, дигитайзер.Устройства вывода представлены принтерами, плоттерами (графопостроителями), дисплеями.

Обычно в автоматизированных системах пользователи работают на автоматизированных рабочих местах (АРМ), представляющих собой ВС, в которой имеются компьютер с выходом в корпоративную сеть и необходимые периферийные устройства. Типичный состав устройств АРМ: персональный компьютер или рабочая станция с винчестером; устройства ввода-вывода, включающие, как минимум, клавиатуру, мышь, дисплей; дополнительно в состав АРМ могут входить принтер, сканер, плоттер и некоторые другие периферийные устройства.

АРМ различаются своей ориентацией на определенные группы проектных или бизнес процедур и соответственно типами и характеристиками вычислительного и периферийного оборудования. Так, в АРМ, предназначенных для САПР, ГИС и других приложений, требующих обработки графической информации, в дисплеях используются растровые мониторы с цветными трубками. Типичные значения характеристик мониторов находятся в следующих пределах: размер экрана по диагонали 17...24 дюйма (фактически изображение занимает площадь на 5...8 % меньше, чем указывается в паспортных данных). Разрешающая способность монитора, т.е. число различимых пикселей (отдельных точек, из которых состоит изображение), определяется шагом между отверстиями в маске, через которые проходит к экрану электронный луч в электронно-лучевой трубке. Этот шаг находится в пределах 0,21...0,28 мм, что соответствует количеству пикселей изображения от 800×600 до 1600×1200 и более. Чем выше разрешающая способность, тем шире должна быть полоса пропускания электронных блоков видеосистемы при одинаковой частоте кадровой развертки. Полоса пропускания видеоусилителя находится в пределах 110...150 МГц и потому частота кадровой развертки обычно снижается с 135 Гц для разрешения 640x480 до 60 Гц для разрешения 1600x1200. Отметим, что чем ниже частота кадровой развертки, а это есть частота регенерации изображения, тем заметнее мерцание экрана. Желательно, чтобы эта частота была не ниже 75 Гц.

Для ввода информации в ЭВМ используют дигитайзеры, интерактивные доски, сканеры, визуализаторы, цифровые видеокамеры (Web-камеры).

Дигитайзеры предназначены для ручного ввода графической информации, в настоящее время их применяют довольно редко. Дигитайзер имеет вид кульмана, по его электронной доске перемещается курсор, на котором расположен визир и кнопочная панель. Курсор имеет электромагнитную связь с сеткой проводников в электронной доске. При нажатии кнопки в некоторой позиции курсора происходит занесение в память информации о координатах этой позиции. Таким образом может осуществляться ручная "сколка" чертежей.

Интерактивная доска (smart board), называемая также интеллектуальной доской, позволяет пользователям выводить на поверхность доски содержимое файлов из памяти компьютера, Internet-источников, CD-ROM, редактировать выводимое изображение, наносить поверх него свои графические и текстовые фрагменты. Все, что пользователь нарисовал или написал на доске, будет сохранено в виде компьютерных файлов, может быть распечатано, послано по электронной почте, помещено в Web-страницу.

Интерактивные доски являются удобным средством представления, редактирования и сохранения учебных материалов, формируемых преподавателем непосредственно во время проведения учебных занятий. Кроме того, с помощью интерактивной доски преподаватель может управлять компьютером, выбирая нужные программы или файлы простым указанием на экранную кнопку на поверхности доски.

Для автоматического ввода информации с имеющихся текстовых или графических документов используют сканерыпланшетного или протяжного типа и визуализаторы (документ-камеры). Способ считывания - оптический. В сканирующей головке сканера размещаются оптоволоконные самофокусирующиеся линзы и фотоэлементы. Разрешающая способность в разных моделях составляет от 300 до 2400 точек на дюйм (этот параметр часто обозначают dpi). Считанная информация имеет растровую форму, программное обеспечение сканера представляет ее в одном из стандартных форматов, например tiff, gif, pcx, jpeg, и для дальнейшей обработки может выполнить векторизацию - перевод графической информации в векторную форму, например, в формат dxf.

Визуализатор служит для считывания информации с документа и ее передачи на вход компьютера для сохранения в памяти (режим сканера) или на вход мультимедийного проектора для увеличенного изображения на экране во время презентаций или учебных занятий. В качестве документа могут использоваться не только плоские страницы с текстом, рисунками, чертежами, но и другие предметы, например, детали механических или электронных устройств сравнительно небольших размеров. Можно накладывать изображения с визуализатора на другие изображения, поступающие из компьютера.

Для съемки видеофрагментов с целью их последующего включения в мультимедийные учебные материалы используют цифровые видеокамеры.

Для вывода информации в виде твердых копий применяют принтеры и плоттеры (графопостроители). Первые из них ориентированы на получение документов малого формата (А3, А4), вторые - для вывода графической информации на широкоформатные носители.

В этих устройствах преимущественно используется растровый (т.е. построчный) способ вывода со струйной технологией печати. Печатающая система в струйных устройствах включает в себя картридж и головку. Картридж - баллон, заполненный чернилами (в цветных устройствах имеется несколько картриджей, каждый с чернилами своего цвета). Головка - матрица из сопел, из которых мельчайшие чернильные капли поступают на носитель. Физический принцип действия головки термический или пьезоэлектрический. При термопечати выбрасывание капель из сопла происходит под действием его нагревания, что вызывает образование пара и выбрасывание капелек под давлением. При пьезоэлектрическом способе пропускание тока через пьезоэлемент приводит к изменению размера сопла и выбрасыванию капли чернил. Второй способ дороже, но позволяет получить более высококачественное изображение.

Типичная разрешающая способность принтеров и плоттеров находится в пределах от 300 до 2400 dpi. Скорость печати в монохромном режиме от 10 до 18 страниц в минуту, в цветном режиме - несколько меньше.

Дигитайзеры, сканеры, принтеры, плоттеры могут входить в состав АРМ или разделяться пользователями нескольких рабочих станций в составе локальной вычислительной сети.

Вывод информации на экран увеличенных размеров, что требуется во время презентаций и учебных занятий, выполняется с помощью мультимедийных проекторов. Они отличаются от видеопроекторов тем, что воспринимают не видеосигналы, а цифровые сигналы от компьютера.

В жидкокристаллических проекторах изображение формируется при прохождении света через жидкокристаллические матрицы, управляемые информацией, считываемой из памяти компьютера. В современных мультимедийных проекторах, как правило, используют три матрицы, каждая для одного из цветов (красный, зеленый, синий).

В проекторах, построенных по технологии DLP (Digital Light Processing), изображение формируется в результате отражения света от множества миниатюрных зеркал, колеблющихся под воздействием информации, поступающей от компьютера. Зеркала соответствуют пикселам изображения. Чем ярче должен быть пиксел, тем большую часть периода колебаний соответствующее зеркало отражает свет на систему фокусировки и далее на экран. Оставшуюся часть периода луч направляется на светопоглощающее устройство. В одноматричных проекторах на пути отраженного луча света ставится светофильтр в виде вращающегося диска с секторами красного, зеленого и синего цветов. Частота переключения зеркал значительно выше частоты вращения светофильтра и каждому сектору диска соответствует свое распределение времен засветки экрана и светопоглощающего устройства. Для глаза человека засветка от всех секторов сливается и человек видит тот или иной цветовой оттенок практически без мерцания. В трехматричных проекторах для каждого из трех цветов используется своя матрица зеркал.