Тема урока: Периферийные устройства ввода-вывода. Классификация.

Цели:

1. Познакомить с понятием периферийных устройств ввода-вывода в ЭВМ.

2. Рассмотреть основные принципы классификации устройств ввода-вывода в ЭВМ.

3. Содействовать в ходе урока формированию мировоззренческого понятия познаваемости мира.

4. Развивать познавательные способности, интерес к предмету.

Методы: информационно-развивающие, действенно-практические.

Тип: Комбинированный.

Форма проведения: урок.

ТСО и материалы: Персональный компьютер.

Литература: МогилёвА.В., Пак Н.И., Хённер Е.К. Информатика: Учебное пособие для студентов пед.вузов.-М.,1999.-816 с.

Всё о компьютере/ В.Н.Мирошников. – М.: ООО «Издательство АСТ», 2003. – 319с.

Ход урока

1. Организационный момент

2. Объяснение нового материала Периферийные устройства ввода-вывода Классификация

Вопросы организации ввода/вывода в вычислительной системе иногда оказываются вне внимания потребителей. Это привело к тому, что при оценке производительности системы часто используются оценки только производительности процессора. Такое отношение к системам ввода/вывода, как к некоторым не очень важным понятиям, проистекает также из термина “периферия”, который к ним применяется.

Однако, очевидно, что одной из наиболее правильных оценок производительности системы является время ответа (время между моментом ввода пользователем задания и получения им результата), которое учитывает все накладные расходы, связанные с выполнением задания в системе, включая ввод/вывод.

Существует множество видов периферийных устройств.

Периферийное устройство – устройство, которое не относится к системе компьютер-дисплей-клавиатура, подключается через порт. Среди них можно выделить два больших класса: устройства ввода информации в ЭВМ и устройства вывода.

Устройства ввода предназначены для ввода данных и программ, а также для внесения исправлений в программу и данные, хранящиеся в памяти ЭВМ; подразделяются на неавтоматические (ручные) и автоматические. Автоматические характеризуются тем, что в них информация вводится автоматически: с магнитных носителей, с напечатанных текстов и графиков. Их быстродействие выше, чем у ручных. Ручные устройства отличаются меньшим быстродействием, но позволяют корректировать информацию в процессе ввода. К ним относятся различные пульты управления.

Устройства вывода служат для вывода из ЭВМ информации, результатов обработки данных в текстовой, графической, мультимедийной или цифро-аналоговой форме. Они разделяются на следующие виды:

• устройства вывода на промежуточный или машинный носитель (магнитные носители);

• устройства для вывода и фиксации информации в виде текстов, графиков, таблиц (печатающее устройство, графопостроитель);

• устройства вывода информации во внешнюю среду (ЦАП, вывод на линию связи).

Наиболее распространенными устройствами вывода являются: принтеры; графопостроители; стриммеры.

К устройствам ввода относятся: мыши; трэкболлы; джойстики; световые перья; дигитайзеры; цифровые камеры; сканеры.

Модем может служить как для ввода, так и для вывода информации.

Рассмотрим основные виды периферийных устройств.

Принтеры

Принтер – устройство для отображения информации на бумаге или специальной плёнке.

Существует несколько типов принтеров: матричные, струйные, лазерные, твёрдочернильные, термосублимационные и т.д.

Первичное разделение принтеров на классы обычно произ­водят по механизму нанесения отпечатков.

Матричные принтеры

Это самый старый из применяемых тип принтеров. Строка формируется за счет прохода по ней головки с вертикальным рядом иго­лок (точнее, тонких цилиндров), которые бьют по крася­щей ленте и оставляют отпечаток, как пишущая машинка. Любой символ формируется на базе матрицы точек размером m x n. По числу иголок различают два типа: 9- и 24-игольчатые. Были 48-игольчатые, но они не получили широкого распространения.

Символ в строке печатается за один проход печатающей головки при низком качестве печати – режим Draft (черновик), и за несколько проходов – при нормальном и высоком качестве печати. Этой особенностью матричных принтеров объясняется низкое быстродействие.

Достоинства матричных принтеров:

низкая стоимость отпечатка (в силу дешевизны крася­щей ленты); нетребовательность к бумаге.

Недостатки:

отсутствие цветности (иногда применяют двухцветные ленты); шумность; медлительность;

относительно низкое качество печати.

Матричные принтеры выходят из употребления. Фактически, наследниками матричных принтеров являются струйные.

Струйные принтеры

Принцип работы принтеров этого типа основан на разбрызги­вании микроскопических капелек чернил на бумагу сквозь тонкие сопла (или дюзы) в печатающей головке. Печатающая головка при печати перемещается поступательно слева направо, а отпечатав строку, передвигается вниз по листу. Работают эти принтеры прак­тически бесшумно.

С труйные принтеры подразделяются на устройства непрерыв­ного действия (continuous drop) и дискретного (drop-on-demand) дей­ствия. Ввиду менее высокой цены более распространенными явля­ются принтеры второго типа, в свою очередь, подразделяющиеся на пьезоэлектрические (piezo-ink) и пузырьковые (bubble-jet).

В пьезоэлектрических печатающих головках в каждое их сопло установлен пьезокристалл, связанный с диафрагмой. Под воздей­ствием короткого импульса электрического тока он деформирует­ся, и часть чернил выталкивается из красочного резервуара че­рез сопло на бумагу. Наиболее рас­пространенные принтеры, рабо­тающие по этой технологии, про­изводит японская фирма Epson.

Достоинством пьезоэлектри­ческих принтеров является до­статочно высокое качество изо­бражения, а недостатком — засорение сопел засыхающей краской (правда, большинство таких принтеров оснащено спе­циальным механизмом, само­стоятельно выполняющим чист­ку головок перед печатью).

В пузырьковых печатающих головках каждое сопло обору­довано термоэлементом, кото­рый под воздействием электри­ческого тока практически мгновенно нагревается до высокой температуры. При этом чернила закипают, образуются газовые пу­зырьки, выталкивающие микрокапли чернил наружу. После этого термоэлемент остывает, пузырьки уменьшаются и из красочного резервуара подается новая порция чернил. Достоинством этого типа принтеров является вы­сокая долговечность (исключая печатающие головки, которые изна­шиваются очень быстро и заменяются вместе со сменой чернильного картриджа), а недостатком — недостаточная резкость получаемых отпечат­ков. Эту технологию использует большинство принтеров, произ­веденных фирмами Hewlett-Pac­kard, Canon и Lexmark.

Печать цветных изображе­ний на струйных принтерах про­исходит путем смешения четырех основных цветов — голубого, пурпурно­го, желтого и черно­го. Эти цвета часто называют базовыми триадными цветами, а в полиграфии это называется цветовой моделью CMYK (от ан­глийских названий цветов Cyan, Magenta, Yellow, Blасk). В дорогих моделях принтеров используют­ся дополнительные два цвета — либо светло-голубой и светло-пур­пурный, либо оранжевый и зеленый (такие модели называют так­же фотопринтерами: они отличаются повышенным качеством цветопередачи). Хороший струйный фотопринтер на сегодняшний день обеспечивает вполне приемлемую альтернативу дорогим цвет­ным лазерным устройствам.

Отметим, что струйные принтеры очень критичны к качеству бу­маги, поэтому здесь следует придерживаться рекомендаций произ­водителя принтера. Наивысшее качество струйной печати достига­ется на специальной фотобумаге, отличающейся достаточно высокой ценой. В результате себестоимость хорошего цветного струйного отпечатка составляет около 1,5-2 евро.

Параметр, харак­теризующий величину наименьших деталей изображения, кото­рые принтер спосо­бен передавать без искажений, называется разрешением. Из­меряют его обычно в точках на дюйм (dpi). Заметим, что разрешение прин­тера соответ­ствует числу фи­зических точек черного либо одного из ос­новных цветов, наноси­мых на бумагу. Для печати промежуточных оттенков принтер при­бегает к растрированию полутонов. С точки зрения пользователя это означает, что только 1-битное черно-белое (либо голубо-бе­лое, пурпурно-белое, желто-белое) изображение (bitmap) без по­лутонов может быть напечатано с разрешением, равным заявляе­мому разрешению принтера, а полутоновое изображение должно иметь разрешение в 6-8 раз меньше.

Иначе говоря, для качественной струйной печати полутонового или цветного изображения с разрешением 120 dpi необходим принтер с разрешением 720 dpi, а для изображения с разреше­нием 180 dpi — принтер на 1440 dpi. Заметим, что реальное фи­зическое разрешение головок принтеров Epson со­ставляет 720 dpi (1440 у высших моделей), а за счет половинного перемещения головки достигает­ся разрешение 1440x720 dpi (соответственно, у высших моделей 2880 х 1440 dpi).

Реальное физическое разрешение струйных принтеров Hewlett Packard составляет всего 300 dpi (при черно-белой струйной печати -600 dpi). Правда, за счет переменного диаметра капель и нескольких проходов головки визуально от­печаток выглядит ненамного хуже соответствующе­го отпечатка принтера Epson, но в светах и осо­бенно на градиентных заливках разница видна четко.

Физическое разре­шение струйных пузырь­ковых принтеров Canon составляет 1200 dpi, но за счет недостатков са­мой технологии bubble-jet отпечатки Canon смотрятся чуть хуже от­печатков Epson.

Учитывая большой объем данных, необхо­димых для качественной цветной струйной печати, такие принтеры оснащаются оперативной памятью объемом 32—64 Мб с возможно­стью расширения путем покупки до­полнительных специальных модулей памяти SIMM для принтеров.

Как у всякой современной тех­ники, у «струйников» есть свои не­достатки. Скорость их печати до­вольно невысока — от одной до трех страниц в минуту. Это ско­рость для одноцветной печати. А скорость цветной печати еще ни­же — распечатка одной страницы производится за 3-5 минут. К дру­гим существенным недостаткам струйных принтеров следует отне­сти высокую стоимость одного листа, требовательность к качеству бумаги (особенно для цветной печати) и достаточно малый ресурс картриджа с чернилами (заметим, что последние модели картри­джей к струйным принтерам имеют развитые системы слежения за уровнем чернил, не позволяющие перезаправлять кончившиеся картриджи).

В целом в низшей ценовой кате­гории на субъективный взгляд лидирующее положение при­надлежит Epson, второе тесто держит Canon и третье — Hewlett-Packard.

Лазерные принтеры

В настоящее время наиболее современный, универсальный, вы­сококачественный и самый дорогой принтер для персонального компьютера — это лазерный принтер. Следует оговориться, что це­ны на некоторые модели лазерных принтеров на момент написа­ния книги составляют около 600 евро.

Принцип печати в лазерных прин­терах напоминает принцип работы копировального аппарата фирмы «Ксе­рокс». Одним из важ­ных элементов этого типа принтеров являет­ся барабан — метал­лический цилиндр, по­крытый тонким слоем полупроводника. При печати барабан рав­номерно электризует­ся, затем лазерный луч, которым упра­вляет электронная си­стема, отражаясь от вращающегося зеркала, попадает на барабан и в нужных местах изменяет его статический заряд за счет фотоэффекта. Таким образом на бара­бане получается виртуальная копия изображения. Затем при помощи другого барабана, непонятно почему на­зываемого девелопером (англ, developer - «разработчик»), на фотобарабан наносится порошкообразное вещество тонер. В результате притяжения под действием электриче­ского поля частицы тонера прилипают к поверхности фотобарабана в тех точках, где про­изошла лазерная экспозиция поверхности. После этого подается бумага, которой в хо­де прохождения через тракт принтера сооб­щается статический за­ряд, противоположный по знаку заряду засве­ченных точек. В ре­зультате тонер пере­ходит с барабана на бумагу, которая затем «запекается» при темпе­ратуре около 200° С, что и фиксирует тонер на бумаге окончательно. Весь этот процесс, такой долгий для описания, про­исходит за считанные секунды, после чего заряд с барабана сни­мается, оставшийся тонер счищается и принтер начинает печать следующего листа.

Все вышеописанное относилось к черно-бе­лым лазерным принтерам. Цветные аппараты, по сути, представля­ют собой четыре черно-белых аппарата с одним общим фотобарабаном. Соответственно, имеется четыре емкости для тонера каждого из основных цветов — голубого, пурпурного, желтого и черного. В старых аппаратах краски каждого из этих цветов по­следовательно наносились на фотобарабан и бумагу, в результа­те лист печатался за 4 прогона. В более современных цветных ла­зерных принтерах отдельными прогонами краски наносятся только на барабан, а на бумагу с него переносятся все сразу.

Типичные значения разрешения лазерных принтеров составляют 300 и 600 dpi (в высших моделях до 1200 dpi) для черно-белой пе­чати и 200 и 400 dpi (в высших моделях до 600 dpi) для цветной пе­чати. Естественно, для обработки изобра­жений такого разрешения необходим солидный объем оперативной памяти. Действительно, черно-белые принтеры ос­нащаются 8-32 Мб, а цветные — 64-256 Мб «оперативки» с воз­можностью расширения спе­циальными принтерными мо­дулями SIMM.

В прямой зависимости от цены лазерного принте­ра находится его скорость: чем он дороже, тем бы­стрее идет процесс печа­ти. Так, самые дешевые ла­зерные принтеры печатают от 4 до 12 страниц в минуту, более серьезные принтеры для рабочих групп — от 12 до 24 страниц в минуту, а специальные принтеры для организаций с большим документооборотом — свыше 32 страниц в минуту (правда, и цена их иногда оказывается намного дороже обычно­го цветного «лазерника»). По­следние обычно представляют собой не просто принтеры, а це­лые компьютеры с собственным микропроцессором и жестким диском.

Дорогие лазерные принтеры часто оснащаются устройством двусторонней (дуплексной) печа­ти, а в обычных иногда имеется возможность дооснащения прин­тера устройством дуплекса. На самом деле качественная печать с обеих сторон бумажного листа возможна исключительно при наличии этого устройства: при ручном переворачивании листа для запечатки его оборотной стороны, во-первых, возможно попадание полузапекшегося тонера на барабан (эти частицы не снимаются стан­дартным устройством счистки вви­ду их повышенной плотности и вызывают появление на после­дующих листах полос), а во-вто­рых, возможно застревание ли­ста бумаги в принтере за счет его изменившихся физических свойств при первой запечатке. В последнем случае приходится останавливать работу принтера и извлекать застрявший лист бу­маги с риском запачкаться не­запекшимся тонером.

На Западе использованные картриджи для лазерного прин­тера возвращают компании-производителю. В России до­вольно успешно существуют комании, занимающиеся дозаправкой использованных картри­джей. Причем необходимо отме­тить, что дело это менее безна­дежное, чем, к примеру, заправка картриджей для «струнников»: лазерные картриджи действи­тельно выдерживают 2-3 за­правки тонером, причем перезаправленный картридж печатает ненамного хуже нового. После этого использованный картридж все же необходимо выбросить, потому что за такой срок фото­барабан, как правило, приходит в негодность. Не стоит соблаз­няться перспективой заменить барабан: практика показывает, что после замены картридж не выдерживает более 1-2 заправок. Но в целом с учетом всего вы­шеописанного «шаманства» себестоимость одной страницы лазер­ного принтера оказывается су­щественно ниже аналогичной для «струйника».

Лазерный принтер — доволь­но быстрое устройство, поэтому для его подключения рекомен­дуется использовать скоростные порты USB или сетевые порты с соответствующими принт-сер­верами. Для еще большего ускорения работы можно вос­пользоваться специальным про­граммным растеризатором (raster image processor, RIP), который пе­рекладывает работу по созда­нию растровой карты со встро­енного в принтер процессора «на плечи» центрального про­цессора компьютера.

Достоинства лазерных принтеров:

• высокая скорость печати; большой ресурс работы; высокое качество печати.

Заметим, что растровый характер изоб­ражения, получаемого на таком принтере, меньше, чем у матричных, но больше, чем у сублимационных.

К недостаткам лазерных принтеров можно отнести:

• большой расход энергии (поэтому принтер нельзя пи­тать через источник бесперебойного питания в силу не­достаточной мощности последнего);

• дороговизну; громоздкость; большую электризацию воздуха.

Эти принтеры наилучшим образом подходят для офисной работы, где их недостатки не имеют большого значения.

Принтеры на светодиодах

Как вариант лазерного принтера можно рассматривать так на­зываемый светодиодный принтер, где для засвечивания барабана используется неподвижная линейка светодиодов (порядка несколь­ких тысяч), формирующих изображение не по отдельным точкам, а целой строкой. На основе этой технологии работают принтеры японской фирмы OKI .

В данных принтерах метод нанесения отпечатков схож с методом, используемым в лазерных, только единицей обра­ботки является строка, чей наэлектризованный образ создает ряд светодиодов. По сравнению с лазерными принтерами, эти принтеры более простые и дешевые, так как не нужна слож­ная оптическая система для управления лазерным лучом. Кроме того, они существенно меньше электризуют воздух.

К недостаткам относится трудность реализации цвета.

Сублимационные принтеры

Эти принтеры специально используются для распечатки фотографий и обычно имеют небольшие размеры, поэтому не могут использоваться как универсальные.

Изображение наносится на бумагу за счет испарения (суб­лимации) красителя со специальной пленки.

Красителем непрерывно покрывается вся рабочая часть бу­маги (в отличие от дискретных красящих кружочков у дру­гих классов принтеров), что повышает качество отпечатков. Особенно заметна разница на светлых участках, где субли­мационная печать обеспечивает и плавность переходов, и хорошую проработку деталей. У других классов принтеров в таких местах будут только редкие точки (для осветления) и, соответственно, плохая проработка мелких деталей.

Достоинством принтеров является высокое качество, осо­бенно на светлых участках изображения.

К недостаткам следует отнести:

• невозможность печатать текстовые документы (из-за ограниченных размеров бумаги и ее дороговизны);

• высокую цену принтера (за счет сложности конструк­ции) и расходных материалов.

Т вердочернильные принтеры

Твердочернильные (Solid Ink) принтеры были разработаны в по­пытке устранить основные недостатки цветных лазерных принтеров, а именно низкую скорость печати за счет совершения 4 проходов барабана по бумаге. Перед началом работы такого принтера твер­дые красители плавятся, затем поступают в пе­чатающую головку и переносятся на бумагу, где практически мгновенно застывают (в этом состоит их существенное отличие от струйных принтеров, в которых краситель растекается по бумаге, за счет чего изображение может получаться более темным, чем необходимо).

Разрешение таких принтеров составляет 600 и 1200 dpi, а ско­рость печати — около 6-10 страниц в минуту. Отпечаток, сделан­ный на твердочернильном принтере, получается немного зернистым из-за физических свойств кра­сителя (как правило, это цветной воск), зато очень насыщенным и хорошо передает полутона. Ти­пичными представителями этого типа являются устройства Tektronix фир­мы «Ксерокс».