USB (Universal Serial Bus)

Физически USB представляет из себя две скрученные пары проводов для передачи данных в каждом направлении (дифференциальное включение) и линию питания (+5 В). Структура стандарта USB была описана выше. Один порт может адресовать до 63 устройств через цепочку концентраторов (hubs). Передача данных может осуществляться как в асинхронном, так и в синхронном режимах. USB может обеспечить скорость до 12 Мбит/с. Одним из преимуществUSB является, в частности, возможность соединения с цифровой телефонной линией без дополнительных, плат. Все подключенные к USB устройства должны конфигурироваться автоматически.

Инфракрасный порт

Для связи портативных компьютеров с настольными, а также для подключения к ним лазерных принтеров стал использоваться беспроводной интерфейс, работающий в инфракрасном диапазоне волн. Принцип работы инфракрасного порта довольно прост:- светодиод (LED), работающий в инфракрасном диапазоне волн, излучает последовательность импульсов, которую принимает соответствующий фотодиод, и затем преобразует обратно в электрические сигналы. Подобная связь имеет ряд преимуществ, например низкая цена и невысокое энергопотребление. К тому же она вполне безопасна для здоровья и не вносит дополнительную лепту в электромагнитную несовместимость устройств.

Соответствующая ассоциация IrDA (Infrared Data Association) была основана еще в 1993 году. Тогда ее членами стали свыше 100 компаний. Целью этой организации было создание стандарта на недорогое соединение с использованием инфракрасного света между различными устройствами. Первый такой стандарт появился в июне 1994 года. Он основывался на технологии, предложенной компанией Hewlett Packard — SIR (Serial Infra Red Technology). В частности, данная спецификация определяла следующие ключевые параметры: скорость передачи, расстояние между устройствами и угол передачи. Для обеспечения низкой стоимости SIR базируется на стандартном последовательном порте, который имеется у большинства компьютеров и периферийных устройств. Диапазон скоростей передачи составляет от 9600 до 115 200 бит/с. Невысокое энергопотребление накладывает ограничение на предельное расстояние между устройствами: оно не может превышать одного метра. Довольно небольшой угол (30 градусов) позволяет избегать интерференции волн при работе других SIR-устройств.

В апреле 1995 года ассоциация IrDA предложила два расширения существующего стандарта, которые получили название FIR (Fast IR). Скорости передачи в данном случае могут составлять 1,152 или 4,0 Мбита/с. Однако любая система на базе нового стандарта должна обладать обратной совместимостью для работы на скорости 115,2 Кбит/с.

Игровой порт

Игровой (game) порт, или адаптер, как правило, расположен либо на звуковой, либо на многофункциональной плате ввода-вывода (Multi I/O Card). Основным элементом игрового адаптера является аналого-цифровой преобразователь, который позволяет подключать к компьютеру определенные аналоговые устройства, например джойстик. Этот адаптер принимает до четырех цифровых входов типа "включено-выключено" (Например, для нажатия кнопок) и до четырех аналоговых входов (изменение параметров).

Одной из особенностей разъема на game-адаптере является то, что к нему в отличие, например, от разъемов последовательного или параллельного порта могут подключаться два джойстика одновременно. Такое соединение выполняется обычно посредством так называемого Y-кабеля. Для тех, кто увлекается компьютерными играми, нет нужды объяснять необходимость наличия именно двух джойстиков. В адресном пространстве портов для игрового адаптера зарезервировано поле адресов от 200h до 207h. На самом деле для этого адаптера достаточно только одного адреса. Для PC/XT это, как правило, 200h, а для PC/AT — 20In.

Устройства ввода

Клавиатуры

Как известно, клавиатура является пока основным устройством ввода информации в компьютер. В техническом аспекте это устройство представляет собой совокупность механических датчиков, воспринимающих давление на клавиши и замыкающих тем или иным образом определенную электрическую цепь.

Основным назначением клавиатуры любого компьютера является уведомление его о том, что одна или несколько из ее клавиш нажаты или отпущены. Сведения о том, что клавиша отпущена, не менее важно, чем сведения о том, что она нажата. Это особенно важно для клавиш <Shift> (которые изменяют регистр символов, соответствующих нажимаемым клавишам, если одна из этих кнопок находится в нажатом положении в момент нажатия на клавишу символа), а также для клавиш, одновременное нажатие которых образует определенную управляющую комбинацию (называемую аккордом или сочетанием клавиш).

Существуют различные способы реализации клавиатур, отличающиеся способом уведомления пользователя о том, что нужная клавиша была нажата или отпущена. В зависимости от назначения, существует множество разновидностей клавиатур. В настоящее время наиболее распространены два типа клавиатур: с механическими и с мембранными переключателями. В первом случае, датчик представляет из себя традиционный механизм с контактами из специального сплава. Несмотря на то, что эта технология используется уже несколько десятилетий, фирмы-производители постоянно работают над ее модификацией и улучшением. Стоит отметить, что в клавиатурах известных фирм контакты переключателей имеют позолоченное покрытие, что существенно улучшает электрическую проводимость.

Технология, основанная на мембранных переключателях, считается более прогрессивной, хотя особых преимуществ, вообще говоря, не дает. Переключатель в этом случае может представлять собой набор мембран: активная — верхняя, пассивная — нижняя, которые разделены третьей мембраной — прокладкой. Известны также модули, в которых тонкие посеребренные листки пластика разделены небольшим воздушным зазором и проводящей жидкостью.

Но наиболее распространенными являются клавиатуры, изготовленные с применением формованного эластичного полимера. В этих клавиатурах между клавишами и печатной платой располагается прослойка из эластичного полимера (искусственной резины). На прослойке под клавишами клавиатуры расположены бугорки, образованные за счет изгиба прослойки. При нажатии на клавишу бугорок продавливается, и его внутренняя сторона прижимается к печатной плате. При этом токопроводящая прокладка, расположенная с обратной стороны каждого бугорка, замыкает контакты, расположенные на печатной плате, и посылает компьютеру сигнал о нажатии клавиши. При правильном подборе параметров характеристики клавиатур данного типа приближаются к параметрам лучших клавиатур "со щелчком", но при этом имеют гораздо меньшую стоимость. Этим объясняется их широкое распространение.

Как правило, внутри корпуса любой клавиатуры помимо датчиков клавиш расположены электронные схемы дешифрации и микроконтроллер клавиатуры. Обмен информацией между клавиатурой и системной платой осуществляется 11-битовыми блоками (8 разрядов данных плюс служебная информация). Несмотря на то, что физически связь осуществляется только по двум проводам (сигнал и "Земля") последовательно, сам интерфейс отличается от стандартного порта RS-232C. В качестве микроконтроллера клавиатуры обычно используются микросхемы 8048, 8049 (со встроенной ROM-памятью) или совместимые с ними.

Основной принцип работы клавиатуры вместе с микросхемой контроллера заключается в сканировании переключателей клавиш. Замыканию и размыканию любого из этих переключателей (то есть нажатию или отпусканию клавиши) соответствует уникальный цифровой код — скэн-код (размером один байт). Скэн-код — это однобайтное число, младшие семь битов которого представляют собой идентификационный номер, присвоенный каждой клавише. Для клавиатур компьютеров PC и PC/XT старший бит кода говорит о том, была клавиша нажата (1) или отпущена (0). Клавиатура для PC/AT работает немного по-другому. В обоих случаях посылается один и тот же скэн-код, который предваряется кодом FOh, когда клавиша отпускается.

Когда скэн-код попадает в контроллер клавиатуры (8042), тут же инициируется аппаратное прерывание IRQ1. Процессор моментально прекращает свою работу и выполняет процедуру, анализирующую скэн-код. Данное прерывание обслуживается специальной подпрограммой, входящей в состав ROM BIOS. Кстати, эта подпрограмма может быть вызвана также через программное прерывание INT 9. Когда поступает код от клавиши сдвига (Shift) или переключателя (Caps Lock), изменение статуса записывается в специальную область памяти. Во всех остальных случаях скэн-код трансформируется в код символа при условии, что он подается при нажатии клавиши, в противном случае скэн-код отбрасывается. После этого введенный код помещается в буфер клавиатуры, который является областью памяти, способной запомнить до 15 вводимых символов, пока программа не может их обработать.

Трудно описать все многообразие клавиатур, выпускаемых в настоящее время. Даже Microsoft выпустила клавиатуру собственной разработки Microsoft Natural Keyboard, которая имеет 104 клавиши. Коротко перечислим другие интересные клавиатуры.

Существуют клавиатуры с дополнительными программируемыми клавишами. Выпускаются клавиатуры, которые умеют читать штриховые коды (bar code) и магнитные карточки, отвечающие стандарту ISO 3554. Для мультимедиа-приложений разработаны даже клавиатуры со встроенными микрофоном и акустическими системами.

В последнее время большой интерес проявляется к так называемым эргономичным клавиатурам, в конструкции которых учтено большинство рекомендаций медиков и специалистов. Такие клавиатуры обычно разбиты на две секции, причем каждая из них может подстраиваться по боковым и фронтальным разворотам индивидуально. Обе секции имеют площадки для отдыха кистей рук.

Отечественных пользователей IBM PC-совместимых компьютеров, видимо, могли бы заинтересовать клавиатуры, называемые обычно Coffee Proof. Дело в том, что конструкция их корпуса такова, что не позволяет жидкости (например, пролитому кофе) проникнуть в электронную "начинку" клавиатуры. При помощи специального устройства клавиши легко снимаются, а влага удаляется обыкновенной тряпкой.

Мыши и трекболы

Трекболы и мышки являются манипуляторными устройствами ввода информации в компьютер. Разумеется, полностью заменить клавиатуру они не могут. Первую компьютерную мышку создал молодой талантливый ученый Дуглас Энджелбарт. Произошло это событие в 1963 году в Стэндфордском исследовательском центре. Первый трекбол (trackball) появился значительно позже на фирме Logitech.

Не секрет, что своей популярностью мышка обязана главным образом громадному спросу на прикладные графические программные системы, а также широкому распространению графического интерфейса пользователя, чему в немалой степени способствует экспансия Windows.

Теперь немного о мышиной "анатомии". Как известно, первая мышка каталась на двух колесиках, которые были связаны с осями переменных резисторов. Перемещение такой мышки было прямо пропорционально изменению сопротивления переменных резисторов. В дальнейшем конструкция мышки претерпела значительные изменения. Колесики (ролики) были перенесены внутрь корпуса, а с поверхностью стал соприкасаться тяжелый обрезиненный или просто сделанный из твердой резины шарик сравнительно большого диаметра. Ось вращения одного из роликов вертикальна, а другого — горизонтальна. Ролики, прижатые к поверхности шарика, установлены на оси с датчиками, с помощью которых и определяются направление и скорость перемещения мыши. (рис. 17).

Рис.17 Вид роликов мыши.

Некоторое время в качестве датчиков использовались непроводящие диски с нанесенными печатным способом контактами, которые поочередно могли соприкасаться с одним неподвижным контактом. При таком внутреннем устройстве мышка была практически полностью механической. Но, как известно, механика — вещь не очень надежная, поэтому впоследствии (да и до сих пор) подавляющее число компьютерных мышек стали использовать оптико-механический принцип кодирования перемещения. На смену механическим шифраторам пришли оптопары: светодиод-фотодиод, или фоторезистор, а в некоторых случаях даже фототранзистор. Такая пара располагается по разные стороны диска с прорезями. Порядок, в котором освещаются фоточувствительные элементы, определяет направление перемещения мыши, а частота приходящих от них импульсов — скорость.

Сегодня не все мышки используют одинаковый способ перемещения. Например, мышка Honeywell имеет уникальный запатентованный дизайн: вместо обычного шара ей "приделаны" две "ножки". Эти "ножки" являются частью X-Y-механизма оптико-механического шифратора.

Но существуют и полностью оптические мышки. Полностью оптическая мышка является более сложным и дорогим устройством, однако она обладает и существенными достоинствами. Во-первых, в ней отсутствуют движущиеся части, что делает эту мышку практически безотказной, и, во-вторых, как правило, такая мышка обеспечивает более "тонкое" управление курсором на экране. Наиболее распространены мышки либо с двумя, либо с тремя кнопками.

В настоящее время можно выделить три основных способа подключения мышки: через последовательный порт (интерфейс RS-232C, EIA-232D), USB, PS/2. Связи между мышкой и компьютером обеспечивает уже упоминаемая микросхема контроллера 8042.

Беспроводные (cordless) мышки используют передачу данных в радио- или инфракрасном диапазоне волн на расстоянии 1,5—2 м. Во избежание интерференции каждая такая мышь может использовать не один (до четырех) частотный канал. Широкого распространения эти устройства пока не получили. Таким образом, наибольший интерес для массового пользователя представляют только те мышки, которые подключаютсячерез последовательный порт компьютера.

Драйвер определяет направление движения мышки: вверх или вниз, вправо или влево. Это вполне возможно сделать, поскольку 8-разрядные приращения перемещений кодируются в дополнительном коде, и соответственно максимальный диапазон перемещения составляет от -128 до +127 единиц. С учетом скорости передачи за каждые 20 мс мышка может передвигаться на 0,62 дюйма. Эта величина вполне достаточна даже при быстром перемещении мышки по коврику. Следует отметить, что, например, некоторые мышки Logitech, использующие последовательный интерфейс, работают на скорости 2400 бит/с.

Современные мышки от Microsoft и Logitech имеют оптимальное аппаратное разрешение 400 cpi. Когда иные фирмы декларируют разрешение на уровне 1800 cpi, то речь, видимо, идет о программном разрешении, то есть о значении, которое может обеспечить соответствующий драйвер.

Сканеры

Сканером называется устройство, позволяющее вводить в компьютер образы изображений, представленных в виде текста, рисунков, слайдов, фотографий или другой графической информации. Кстати, несмотря на обилие различных моделей сканеров, в первом приближении их классификацию можно провести всего по нескольким признакам (или критериям). Во-первых, по степени прозрачности вводимого оригинала изображения, во-вторых, по кинематическому механизму сканера (конструкции механизма движения), в-третьих, по типу вводимого изображения и, в-четвертых, по особенностям программного и аппаратного обеспечения сканера.)

Джойстики

Как известно, английское слово joystick состоит из двух слов: joy (радость) и stick (палка). Вообще говоря, джойстик является аналоговым координатным устройством ввода информации. Впрочем, первые модели джойстиков были, можно сказать, "цифровые". Дело в том, что они были основаны на нескольких микропереключателях. При перемещении рукоятки джойстика в зависимости от направления замыкался тот или иной переключатель. Практически любую современную модель джойстика технически можно представить как два реостатных датчика. Рукоятка джойстика связана с двумя переменными резисторами. Один резистор определяет перемещение по координате X, а другой — по Y. В задачу адаптера джойстика входит преобразование изменения параметра сопротивления в соответствующий цифровой код. Разумеется, что разнообразие дизайна джойстиков практически не влияет на их внутреннее устройство.

Устройства вывода

Принтеры

Пожалуй, самым популярным устройством вывода информации для IBM PC-совместимых компьютеров является принтер. Делаете вы высококачественные иллюстрации или просто выводите на печать текстовые данные, вам в любом случае требуется устройство, именуемое принтером. Разумеется, в каждом конкретном случае может потребоваться модель печатающего устройства, которая использует соответствующую технологию печати, имеет определенную производительность, разрешающую способность и т.п.