[Alekseev_A.P.]_Informatika_2015(z-lib.org)

__________________________________________________________________________________

При считывании информации с оптического диска луч считывающего лазера отражается от поверхности диска, кроме мест, выжженных при записи. Отраженные лучи с помощью оптической системы, состоящей из призм и линз, направляются на фотодетектор. Делитель луча отправляет отраженный луч света по отдельной траектории к фотодетектору. Напряжение на выходе фотодетектора будет некоторым образом воспроизводить (повторять) впадины и бугорки, имеющиеся на оптическом диске.

Технология записи информации на перезаписываемые диски иная. Рассмотрим одну из них.

Запись информации в магнитооптических накопителях осуществляется на диск из стекла, на который нанесен магнитный слой из сплава тербия, железа и кобальта. Этот сплав имеет низкую температуру Кюри (около 145°С). Напомним, что температура Кюри — это такая температура, при которой появляется возможность перемагнитить данный сплав. Свое название эта температура получила в честь известного физика П. Кюри.

С помощью лазера нагревают небольшой участок диска до температуры Кюри и для записи информации прикладывают магнитное поле нужного направления. После остывания данный участок запоминает направление намагниченности (направление внешнего магнитного поля).

112 Внешние запоминающие устройства

__________________________________________________________________________________

Для считывания данных используют эффект Керра, который проявляется в изменении направления поляризации лазерного луча, отражённого

от намагниченной поверхности. Электронная Flash-память

позволяет переносить информацию с одной ЭВМ на другую. Flashпамять представляет собой микросхему, которая подключается к компьютеру через порт. Отсутствие механических деталей (а значит высокая надежность), малые габариты и большие объемы памяти (от нескольких сотен мегабайт до нескольких гигабайт) делает этот вид памяти весьма популярным среди пользователей. Безусловным достоинством Flash-памяти

является её энергонезависимость. Записанная информация может храниться в течении ста лет.

__________________________________________________________________________________

4.2.6. Устройства ввода информации

Мышь! Животное, путь которого усеян упавшими в обморок женщинами.

С.Джонсон

Пользователь может управлять работой компьютера при помощи различных устройств: клавиатуры, джойстика, трекбола, мыши, сенсорного экрана, микрофона, светового пера, тачпада. Перечисленные устройства относятся к устройствам ввода информации.

Устройства ввода информации служат также для преобразования информации, поступающей с периферийных устройств (например, датчиков температуры, давления), в цифровой вид.

Следующие устройства ввода информации: мышь, джойстик, трекбол, трекпойнт, трекпад, тачпад порой называют манипуляторами.

Самым известным устройством ввода информации является клавиатура. Нагрузка на это устройство, пожалуй, наибольшая. Клавиатура проектируется таким образом, чтобы каждая клавиша выдерживала 30—50 миллионов нажатий.

Мышью называют устройство, которое обеспечивает преобразование своего положения на плоской поверхности стола в позицию курсора на экране дисплея и позволяет управлять работой ЭВМ с помощью нескольких кнопок и колёсика.

Электромеханическая мышь преобразует своё пространственное положение в пространственное положение курсора с помощью шарика. При вращении шарика происходит перекрытие лучей света, идущих от светодиодов к фотодиодам. Наличие механических деталей приводит к быстрому загрязнению манипулятора.

Удачнее конструкция электронной мыши, которая использует фотоэлектрическую матрицу. По сути, такая мышь содержит в себе несложный фотоаппарат, с помощью которого происходит фотографирование всего, что находится под мышью. Фотоаппарат успевает делать несколько тысяч фотоснимков в секунду. Сопоставление соседних фотографий позволяет определить

направление и скорость движения манипулятора. Дополнительные элементы мыши позволяют, например, управлять работой музыкального проигрывателя. Связь мыши с ЖВМ осуществляется бесконтактно, например, с помощью технологии Bluetooth.

114 Устройства ввода информации

__________________________________________________________________________________

Трекбол (ручной шаровой манипулятор) представляет собой устройство, в котором перемещение курсора осуществляется вращением шарика, частично выступающего над плоской поверхностью. В результате поворотов шарика оптические датчики вырабатывают импульсы, соответствующие скорости и направлению вращения шарика. Трекбол — это перевернутая электромеханическая мышь, в котором шар вращается рукой.

При выборе предметов (например, в магазине) человек порой показывает на нужный объект пальцем. Именно таким образом вводится информация в ЭВМ с помощью сенсорных экранов (СЭ).

По принципу действия СЭ разделяются на ультразвуковые, фотоэлектрические, резистивные и емкостные экраны. Главная задача СЭ состоит в определении координаты прикосновения пальца к экрану. Определив координату, дальше можно с помощью меню управлять работой ЭВМ.

Вультразвуковых СЭ по краям экрана размещаются ультразвуковые преобразователи (датчики), которые создают на поверхности экрана акустические волны. Ультразвуковые колебания расходятся по стеклу монитора подобно кругам на воде. Ультразвуковые преобразователи одновременно выполняют функции передатчика и приемника акустических волн. Время прохождения от передатчика до приемника постоянно, если акустическая волна не наталкивается на какой-либо возмущающий объект (палец). Точку прикосновения можно достаточно точно определить методом локации путем измерения времени прихода отраженных волн. Аналогично в аэропорту радиолокатор определяет расстояние до самолета.

Вфотоэлектрическом СЭ монитор освещается линейками светодиодов, расположенными по нижнему и правому краям дисплея. С левой и верхней сторон экрана установлены линейки фотодиодов. В результате образуется матрица из световых лучей, затемнение которых позволяет определить вертикальную и горизонтальную координаты точки прикосновения к экрану.

Емкостные СЭ представляют собой матрицу конденсаторов, которые изменяют свою емкость в месте прикосновения пальца к экрану. В резистивных СЭ измеряется электрическое сопротивление двух соприкасающихся пленок.

Цифровые (графические) планшеты — диджитайзеры обеспечивают перенос изображения с накладываемого листа бумаги в ЭВМ с помощью перемещения по планшету специального указателя. Диджитайзеры позволяют создавать чертежи сразу в электронном виде. Работа с графическим планшетом аналогична рисованию карандашом. Особенно они удобны для формирования штриховых рисунков и чертежей.

У графического планшета высокая разрешающая способность (свыше 4800 dpi). Заметим, что символы dpi означают — число точек на дюйм (dot per inch).

__________________________________________________________________________________

При контакте с поверхностью планшета указатель обретает чувствительность к нажатию (256 уровней или градаций) и наклону относительно плоскости планшета.

Ввод плоского изображения в ОЗУ обеспечивает сканер. Сканер исключает утомительную процедуру введения текста с помощью клавиатуры и формирование рисунка с помощью мыши. Полученную копию изображения можно редактировать: изменять масштаб, добавлять и удалять детали, изменять цвет и т. д. Электронную копию изображения можно длительное время хранить на магнитном, оптическом или электронном носителе.

По своему конструктивному исполнению сканеры бывают ручные, планшетные, барабанные, проекционные и др.

На рисунке показана упрощённая конструкция сканера.

Копируемое изображение освещается источником света (как правило, флуоресцентная лампа). При этом луч света осматривает (сканирует, разворачивает) каждый участок оригинала. Отраженный от бумажного листа луч света через оптическую систему попадает на прибор с зарядовой связью

(ПЗС).

ПЗС

В процессе сканирования на поверхности ПЗС формируется уменьшенное изображение копируемого объекта. ПЗС осуществляет преобразование оптической картинки в электрические сигналы.

ПЗС представляет собой матрицу (прямоугольную таблицу), которая содержит большое число полупроводниковых элементов (например, 2000 2000 элементов), чувствительных к световому излучению. При этом в

черно-белых штриховых сканерах на выходе освещенных элементов с помощью контроллера формируется сигнал логической единицы, а на выходе неосвещенных элементов — сигнал логического нуля. Штриховые черно-белые сканеры используются для копирования чертежей.

Существуют полутоновые черно-белые сканеры, в которых на выходе каждого элемента ПЗС с помощью ана- логово-цифрового преобразователя формируется несколько (например, 256) оттенков (уровней) серого цвета. Эта

конструкция сканеров позволяет копировать черно-белые фотографии и рисунки.

В цветных сканерах освещение копируемого изображения осуществляется либо от трех разноцветных источников света, либо от источника белого света, но поочередно через трехцветный фильтр.

При цветном сканировании происходит формирование изображения в полутоновом (сером) режиме с различными фильтрами или источниками света (красным, синим, зеленым). Сигнал с выхода каждого элемента ПЗС кодируется восьмью битами, что дает 256 оттенков серого цвета. В результате такого преобразования можно получить более 16,7 миллионов возможных цветовых оттенков (24-битное кодирование, 3 цвета по 8 бит).

__________________________________________________________________________________

4.2.7. Устройства вывода информации

После введения пользователем исходных данных компьютер должен их обработать в соответствии с имеющейся программой и вывести полученные результаты для восприятия их оператором или для использования автоматическими устройствами.

Выводимая информация может отображаться на экране монитора, печататься на бумаге с помощью принтера или плоттера, воспроизводиться в виде звуков с помощью акустических колонок или головных телефонов, регистрироваться в виде тактильных ощущений (технология виртуальной реальности), распространяться в виде управляющих сигналов (устройства автоматики), передаваться в виде электрических сигналов по сети.

Наиболее распространенными устройствами вывода информации являются мониторы (дисплеи). Мониторы для формирования изображения используют электронно-лучевые трубки (ЭЛТ) или жидкокристаллические матрицы.

Существуют мониторы, основанные на других физических принципах: плазменные, люминесцентные и др.

Например, мониторы, изготовленные по технологии FED (Field Emission Display) базируются на эффекте создания эмиссии по всей поверхности экрана. В отличие от ЭЛТ источником электронов является не отдельная точка (электронная пушка), а целая излучающая поверхность. Облучение производится через маску, в которой число отверстий равно числу пикселей. За счет такой конструкции удается получить яркость изображения такую же, как у мониторов с ЭЛТ, а габариты (толщину) — как у жидкокристаллических мониторов.

Перспективной считается новая технология изготовления мониторов

— OLED (Organic Light Emitting Diodes). Конструкция этих мониторов ос-

нована на использовании светоизлучающих диодов.

Принтеры, в зависимости от порядка формирования изображения, подразделяются на последовательные, строчные и страничные. Принадлежность принтера к той или иной группе зависит от того, формирует ли он на бумаге символ за символом или сразу всю строку, а то и целую страницу.

По физическому принципу действия принтеры делятся на следующие типы: термографические, лепестковые (ромашковые), матричные (игольчатые), струйные и лазерные.

Конструкция первых трех типов принтеров морально устарела, и они практически уже не используются.

В матричных принтерах изображение формируется из точек ударами иголок по красящей ленте. Под действием управляющих сигналов, поступающих на электромагниты, иголки «выколачивают» краску из ленты, ос-

118 Устройства вывода информации

__________________________________________________________________________________

тавляя следы на бумаге. В зависимости от конструкции печатающая головка матричного принтера может иметь 9, 18 или 24 иголки. Все символы формируются из отдельных точек.

Печатающие головки струйных принтеров вместо иголок содержат тонкие трубочки — сопла, через которые на бумагу выбрасываются капельки чернил. Печатающая головка струйного принтера содержит от 12 до 64 сопел, диаметры которых тоньше человеческого волоса.

Известно несколько принципов действия струйных печатающих головок.

Водной из конструкций на входном конце каждого сопла расположен маленький резервуар с чернилами. Позади резервуара располагается нагреватель (тонкопленочный резистор). Когда резистор нагревается проходящим по нему током до температуры 500 °С, окружающие его чернила закипают, образуя пузырек пара. Этот расширяющийся пузырек выталкивает из сопла капли чернил диаметром 50—85 мкм со скоростью около 700 км/ч.

Вдругой конструкции печатающей головки источником давления служит мембрана, приводимая в движение пьезоэлектрическим элементом. Подача электрического напряжения на пьезоэлемент вызывает его деформацию, которая используется для распыления чернил.

Во всех конструкциях принтеров электромеханические устройства перемещают печатающие головки и бумагу таким образом, чтобы печать происходила в нужном месте.

Влазерных принтерах используется электрографический принцип создания изображения. Процесс печати включает в себя формирование невидимого рельефа электростатического потенциала в полупроводниковом слое барабана с последующей его визуализацией. Визуализация (проявление) осуществляется с помощью частиц сухого порошка — тонера, наносимого на бумагу. Наиболее важными частями лазерного принтера являются полупроводниковый барабан, лазер и прецизионная оптико-механическая система, перемещающая луч.

Лазер генерирует тонкий световой луч, который, отражаясь от вращающегося зеркала, формирует электронное изображение на светочувствительном полупроводниковом барабане.

Поверхности барабана предварительно сообщается некоторый статический заряд. Для создания электростатического заряда используется сетка или тонкий провод. При подаче на провод высокого напряжения возникает коронный разряд, в результате которого вокруг провода появляется ионизированная область пространства. За счет коронного разряда поверхность барабана равномерно заряжается.

Для получения изображения на барабане лазер должен включаться и выключаться в соответствии с формируемым изображением, что обеспечивается схемой управления. Управляющие сигналы поступают из ЭВМ в со-

__________________________________________________________________________________

ответствии с хранящимся в памяти изображением. Вращающееся зеркало служит для разворота луча лазера в строку, формируемую на поверхности барабана.

Когда луч лазера попадает на предварительно заряженный полупроводниковый барабан, заряд «стекает» с освещенной поверхности. Таким образом, освещаемые и неосвещаемые лазером участки барабана имеют разный заряд. В результате сканирования всей поверхности полупроводникового барабана на нем создается скрытое (электронное, не видимое для человека) изображение.

Ролик температурной фиксации тонера

Поворот барабана на новую строку осуществляет прецизионный шаговый двигатель. Это смещение определяет разрешающую способность принтера и может составлять, например, 1/300, 1/600 или 1/1200 дюйма.

На следующем этапе работы принтера происходит проявление изображения, то есть превращение скрытого электронного изображения в видимое изображение. При проявлении изображения используется следующее физическое явление. Заряженные частицы тонера притягиваются только к тем местам барабана, которые имеют противоположный заряд по отношению к заряду тонера.

120 Устройства вывода информации

__________________________________________________________________________________

Когда видимое изображение на барабане построено, и он покрыт тонером в соответствии с изображением оригинала, подается лист бумаги, заряженный таким образом, что тонер с барабана притягивается к бумаге. Прилипший порошок закрепляется на бумаге за счет нагрева частиц тонера до температуры плавления. В результате этого формируется водоупорный отпечаток.

Цветные лазерные принтеры формируют изображение, последовательно нанося голубой, пурпурный, жёлтый и чёрный тонеры на фоточувствительный барабан (цветовая модель CMYK).

Вчетырехпроходном цветном принтере скорость печати существенно меньше, чем у черно-белого принтера. В однопроходном цветном принтере четыре картриджа с тонером установлены в одной плоскости друг за другом, каждый рядом со своим бараном. Все цвета наносятся за один проход вместо четырех, поэтому скорость формирования изображения повышается.

Кроме лазерных принтеров, существуют так называемые LEDпринтеры (Light Emitting Diode), которые получили свое название из-за того, что полупроводниковый лазер в них заменён «гребёнкой» (линейкой) светодиодов. В этом случае не требуется сложная механическая система вращения зеркала. Изображение одной строки на полупроводниковом барабане формируется одновременно.

Втабл. 1 приведены ориентировочные характеристики принтеров различной конструкции.

Плоттеры (или графопостроители) — устройства вывода графической информации. Плоттеры используют для оформления больших плакатов, чертежей, географических карт, эскизов печатных плат, диаграмм, гистограмм, рекламных баннеров.

Работа плоттера основана на механических и немеханических способах вывода графической информации. При механическом способе применяются карандаши, перья с чернилами. Аналогично принтерам в немеханических графопостроителях применяются термический, матричный, струйный и лазерный способы печати.