Устройство ввода вывода

Устройства ввода и вывода данных

Устройства ввода и вывода  – устройства взаимодействия компьютера с внешним  миром: с пользователями или другими компьютерами. Устройства ввода позволяют вводить информацию в компьютер для дальнейшего хранения и обработки, а устройства вывода – получать информацию из компьютера.

Устройства ввода и вывода относятся к периферийным (дополнительным) устройствам.

Периферийные устройства – это все устройства компьютера, за исключением процессора и внутренней памяти.

Классификация периферийных устройств по месту расположения (относительного системного блока настольного компьютера или корпуса ноутбука):

• внутренние – находятся внутри системного блокакорпуса ноутбука: жесткий диск (винчестер), встроенный дисковод (привод дисков);
• внешние – подключаются к компьютеру через порты ввода-вывода: мышь, принтер и т.д.

По другому определению, периферийными устройствами называют устройства, не входящие в системный блок компьютера.

Устройства ввода и вывода разделяются на:

• устройства ввода,
• устройства вывода,
• устройства ввода-вывода.

Устройства ввода данных

Классификация по типу вводимой информации:

• устройства ввода текста: клавиатура;
• устройства ввода графической информации:
  • сканер,
  • цифровые фото- и видеокамера,
  • веб камера – цифровая фото- или видеокамера маленького размера, которая делает фото или записывает видео в реальном времени для дальнейшей их передачи по сети Интернет;
  • графический планшет (дигитайзер) – для ввода чертежей, графиков и планов с помощью специального карандаша, которым водят по экрану планшета;
• устройства ввода звука: микрофон;

Устройства-манипуляторы (преобразуют движение руки в управляющую информацию для компьютера):

• несенсорные:
  • мышь,
  • трекбол – устройство в виде шарика, управляется вращением рукой;
  • трекпойнт (Pointing stick) – джойстик очень маленького размера (5 мм) с шершавой вершиной, который расположен между клавишами клавиатуры, управляется нажатием пальца;
  • игровые манипуляторы: джойстик, педаль, руль, танцевальная платформа, игровой пульт (геймпад, джойпад);
• сенсорные:
  • тачпад (сенсорный коврик) – прямоугольная площадка с двумя кнопками, управляется движением пальца и нажатием на кнопки, используется в ноутбуках,
  • сенсорный экран – экран, который реагирует на прикосновение пальца или стилуса (палочка со специальным наконечником), используется в планшетных персональных компьютерах;
  • графический планшет (дигитайзер) – для ввода чертежей, схем и планов с помощью специального карандаша, которым водят по экрану планшета,
  • световое перо – устройство в виде ручки, ввод данных приконовением или проведением линий по экрану ЭЛТ-монитора (монитора на основе электронно-лучевой трубки). Сейчас световое перо не используется.

Устройства вывода данных

Классификация по типу выводимой информации:

• устройства вывода графической и текстовой информации:
  • монитор – для вывода на дисплей (экран монитора),
  • проектор – для вывода на большой экран,
  • устройства для вывода на печать:
    • принтер – для вывода информации на бумагу, а также на поверхность дисков;
    • широкоформатный принтер (“широкий” принтер) – для вывода на листах форматов:  А0, А1, А2 и А3,
    • плоттер (графопостроитель) – для вывода векторных изображений (различных чертежей и схем)  на бумаге, картоне, кальке;
    • каттер (режущий плоттер) – вырезает изображения из пленки, картона по заданному контуру;
• устройства вывода (воспроизведения) звука :
  • наушники,
  • колонки и акустические системы (динамик, усилитель),
  • встроенный динамик (PC speaker; Beeper) – для подачи звукового сигнала в случае возникновения ошибки.

Устройства ввода-вывода:

• жесткий диск (винчестер) (входящий в него дисковод) – для ввода-вывода информации на жесткие пластины жесткого диска;
• флэшка (флешка или USB-флеш-накопитель) – для ввода-вывода информации на микросхему памяти флэшки
• дисководод оптических дисков – для ввода-вывода информации на оптические диски, 
• дисководод гибких дисков – для ввода-вывода информации на дискеты,
• стример – для ввода-вывода информации на картриджи (ленточные носители);
• кардридер – для ввода-вывода информации на карту памяти;
• многофункциональное устройство (МФУ) – копировальный аппарат с дополнительными функциями принтера (вывод данных) и сканера (ввод данных)
• модем (телефонный) – для связи компьютеров через телефонную сеть;
• сетевая плата (сетевая карта или сетвой адаптер) – для подключения персонального компьютера к сети и организации взаимодействия с другими устройствами сети (обмен информацией по сети).

Другие устройства компьютера рассмотрены в статье “Аппаратное обеспечение компьютера”.

Источник: http://infoegehelp.ru/index.php%3Foption%3Dcom_content%26view%3Darticle%26id%3D248:vvod-vivod%26catid%3D50:ustr-comp%26Itemid%3D100

Изучение компьютера. Урок №3 — Дополнительные устройства

Приветствую вас на просторах блога о компьютерах – DayAfterNight.ru. В сегодняшнем третьем уроке мы поговорим о дополнительных устройствах, которые можно подключить к компьютеру.

Об основных устройствах компьютера вы можете узнать в первом уроке. Дополнительными могут быть устройства для ввода, вывода и ввода-вывода информации из компьютера.

Рассмотрим, какими же могут быть устройства для ввода и вывода информации. Возьмем основные, которые используют как начинающие, так и закоренелые пользователи компьютера.

Начнем с устройства, которое было упомянуто выше – принтер.

Принтер – это устройство, которое переводит текст и графику с компьютера на лист бумаги. Это и есть вывод информации с электронного вида в физический.

Колонки и наушники — звуковые устройства вывода, они преобразовывают электрический сигнал, который выдает компьютер в звук. Думаю, все с ними знакомы, не буду сильно углубляться.

Проектор – устройство для вывода графической и текстовой информации с компьютера. Проецирует изображение на плоской поверхности, увеличивая его в разы.

Также к устройствам вывода относится и монитор (дисплей), по сути, без него не возможно работать за компьютером (вы могли видеть его в первом уроке).

Устройства ввода

Самые используемые устройства ввода – мышь и клавиатура. Мышь можно назвать непрерывным устройством ввода, поскольку она достаточно часто и быстро меняет свое положение. Они являются основными, но в сегодняшней статье мы говорим о дополнительных устройствах, поэтому идем дальше.

Микрофон – устройство, которое преобразовывает звук в колебание электрического тока. Компьютер улавливает эти самые колебания тока и преобразовывает в информацию (в звуковую дорожку), которую вы можете записать и позже прослушать на тех же колонках.

Сканер – устройство, которое преобразовывает текст и графику из физического объекта в электронный. Проще говоря, сканер – противоположность принтера.

Джойстик – устройство ввода, которое используется зачастую в играх. Заменяет мышь и клавиатуру.

Устройства ввода-вывода

Эти устройства могут, как вводить информацию в компьютер, так и выводить. К этим устройствам принадлежат:

Флеш-накопитель (флешка) – устройство, которое хранит информацию. Этой информацией можно манипулировать. Например, копировать файлы с компьютера на флешку и наоборот.

Дисковод – позволяет записывать информацию с компьютера на носитель (диск), а после, копировать с носителя в компьютер (например, записали сотню любимых песен и подарили другу, он скопировал себе их в компьютер).

На этой оптимистической ноте заканчиваем экскурс по устройствам ввода и вывода. Что мы узнали в данном уроке?  Мы узнали, какие бывают дополнительные устройства компьютера, что такое устройства ввода и вывода, рассмотрели на примерах, какими они могут быть и их предназначение. Желаю легкого обучения без мучения!

Источник: http://DayAfterNight.ru/computer/study/dopolnitelnie-ustroistva-komputera-urok3

Устройства вывода и ввода информации: характеристика :

О том, что существуют устройства ввода и вывода информации, наверное, не нужно говорить никому.

Иначе как бы пользователь общался с компьютером? Однако далеко не все понимают, что на самом деле представляют собой устройства ввода и вывода информации, причем не только на физическом, но и на программном уровне. Тут нужно понимать несколько основных моментов, о которых далее и пойдет речь.

Устройства ввода и вывода информации: что это в общем понимании?

Любой компьютерной или мобильной системе, работающей под управлением определенной ОС в качестве основной платформы, требуется участие пользователя. Без его запросов по запуску приложений и откликов установленных программ результата выполнения определенной поставленной задачи добиться будет невозможно.

Означает это только то, что изначально нужно ввести запрос (input), после чего получить результат его выполнения в виде обработки данных, запуска программы и т. д. (output).

Каким образом юзер может задать компьютеру постановку задачи и получить решение по ее выполнению? Для этого и созданы устройства вывода и ввода. Правда, далеко не все могут их правильно идентифицировать.

Впрочем, кому это по большому счету нужно? Тем не менее в этом вопросе стоит разобраться, что называется, по существу.

Как осуществляется ввод данных?

К устройствам ввода и вывода информации относятся все «железные» устройства, а иногда и виртуальные компоненты.

Среди простейших, знакомых каждому пользователю средств, отвечающих за ввод, можно отметить клавиатуру, мышь, джойстик, тачпад, камеру, микрофон, сканер, стример и другие сопутствующие компоненты.

Каждый такой элемент позволяет решать узконаправленные задачи по добавлению информации или данных, которые на определенном уровне могли бы быть распознаны и обработаны компьютерной системой.

Но это только лишь самый поверхностный взгляд. И не стоит удивляться, что в списке присутствуют два последних устройства.

По сути, ведь мы задаем системе распознавание информации, а это уже есть ввод неких данных, которые должны быть определены системой.

Обработка информации

Дело в том, что основные устройства ввода-вывода нельзя идентифицировать только на уровне того, что пользователь видит перед собой в процессе общения с компьютерной системой.

На самом деле следует принять во внимание процессы, при которых происходит обработка тех же запускаемых программ или сохранение информации. Так, например, устройства ввода и вывода компьютера могут идентифицировать даже начальные параметры установленных компонентов, что производится в первичной системе BIOS (об этом будет сказано несколько позже).

С другой стороны, функционирование ни одного «железного» устройства невозможно без специальных управляющих программ, называемых драйверами. Их тоже смело можно причислить к той категории, которую в данном случае принято характеризовать как программные устройства ввода и вывода данных. Те же графические карты отвечают за изображение на мониторе.

А если взять в расчет, что ранее данные нужно было вводить исключительно с перфокарт, когда начальные системы инициализации созданы еще не были, можно себе представить, какими были все эти процессы в плане начального ввода, выполнения операций и выдачи результата.

На это требовалось не только время и вычислительные способности машины, а еще и специальные устройства, способные считывать информацию. Дискеты тоже оказались не наилучшими носителями в силу их слабой износостойкости, не говоря уже об ограниченном дисковом пространстве.

Хранение данных

Говоря о том, что представляют собой устройства хранения информации ввода-вывода, нельзя не отметить основные средства сохранения данных.

Как правило, для начального сохранения любого файла используется жесткий диск, называемый винчестером.

Он исполняет универсальную роль, являясь одновременно и средством ввода данных (новые файлы, копирование, перемещение), и промежуточным средством вывода, поскольку именно на нем хранятся все драйверы и та же самая операционная система.

Память устройства ввода/устройства вывода этого типа, напрямую зависит от объема, производителя и применяемой файловой системы. В большинстве случаев это NTFS, но для дисков с размеров 2 Тб и выше ее использовать нельзя. Тут потребуется инициализация на уровне GPT-раздела, иначе система такой «винт», будь он хоть SSD, не воспримет.

Характеристика устройств ввода-вывода данных: визуализация

С методами ввода вроде бы все понятно. Но с выводом данных у многих юзеров возникают проблемы, в частности, в вопросе понимания этого процесса как такового.

Как пользователь воспринимает информацию после обработки? Исходя из человеческих способностей, когда индивидуум, естественно, мысленно не может понять, какой именно процесс в данный момент совершает машина, и не способен подключиться к ее программным процессам, остается что? Разве что – увидеть результат выполнения запроса или программы в визуальном виде. Для этого и созданы компьютерные мониторы, за работу которых отвечают графические карты (интегрированные или дискретные). Иными словами, мы должны видеть то, что в данный момент совершается.

Мониторы

Источник: https://www.syl.ru/article/296904/ustroystva-vyivoda-i-vvoda-informatsii-harakteristika

Устройства ввода/вывода данных

Устройства ввода и вывода (ввода/вывода) являются обязательными элементами любой ЭВМ, поскольку имен­но они обеспечивают взаимодействие пользователя с вы­числительной системой.

С одной стороны, пользователь вводит команды или данные в компьютер через устройства ввода для их обработки, с другой стороны, вычислительная система выдает пользователю результаты своей работы посредством уст­ройств вывода.

Все устройства ввода/вывода ПК относятся к перифе­рийным устройствам, т. е. подключаемым к микропроцес­сору через системную шину и соответствующие контроллеры.

С развитием вычислительной техники существенное развитие получили и устройства ввода/вывода.

На сегодняшний день существуют целые группы устройств (например устройства местоуказания, мультимедиа), которые обеспе­чивают эффективную и удобную работу пользователя.

Читайте также:  Использование gpio выводов raspberry pi

К основным устройствам ввода относятся клавиатура, мышь, сканер, джойстик, трекбол, графический планшет.

Клавиатура предназначена для ввода алфавитно-циф­ровых данных и команд управления в интерактивном ре­жиме взаимодействия ПК и пользователя. Клавиатура — стандартное средство ПК, поэтому для реализации ее ос­новных функций не требуется наличие специальных сис­темных программ (драйверов).

Необходимое программное обеспечение для работы с клавиатурой находится в микро­схеме постоянной памяти в составе базовой системы ввода-вывода BIOS. Стандартная клавиатура включает от 101 до 104 клавиш, размещенных по стандарту QWERTY (в верх­нем левом углу алфавитной части клавиатуры находятся клавиши Q, W, E, R, T, Y).

Клавиши клавиатуры разбиты на несколько функциональных групп:

• алфавитно-цифровые;

• функциональные;

• управления курсором;

• служебные;

• клавиши дополнительной панели.

Алфавитно-цифровые клавиши (русские и латинские символы, цифры, специальные символы) используются для ввода знаковой (символы алфавита) информации и команд, которые набираются по буквам, при этом каждая клавиша может работать в двух режимах (регистрах). Переключе­ние между нижним регистром (ввод маленьких символов) и верхним регистром (ввод больших символов) осуществля­ется при нажатии клавиши (нефиксированное пе­реключение) или с помощью клавиши (фик­сированное переключение).

Группа функциональных клавиш включает двенадцать клавиш с обозначением F1-F12, расположенных в верх­ней части клавиатуры. Функции этих клавиш зависят отработающей в текущий момент времени программы, а в некоторых случаях и от операционной системы.

Клавиши управления курсором (Т, ->, -I,

Источник: https://poznayka.org/s14299t1.html

Устройства ввода

Разное

Алфавитно-цифровая клавиатура

Назначение: ввод алфавитно-цифровых символов, управление курсором.

Курсор — специальный значок на экране дисплея (чёрточка, стрелка, подсвеченный прямоугольник, крестик и пр.), который отмечает место, где появится символ, введённый с клавиатуры, или обозначение команды (программы, документа), которую надо выполнить.

Принцип работы. Клавиши клавиатуры подключены к матрице контактов. Каждой клавише или комбинации клавиш присвоен свой номер (код). Внутри клавиатуры находится отдельный микропроцессор.

Каждое нажатие на клавишу замыкает контакт. При этом в соответствии с матрицей контактов микропроцессор генерирует код нажатой клавиши.

Этот код запоминается в специальной области (буфере микропроцессора) и становится доступным для обработки программными средствами.

Клавиатуры бывают механические, полумеханические и мембранные. Одни клавиатуры при нажатии на клавишу издают механический щелчок, другие — молчат.

Основные пользовательские характеристики:

• количество нажатий каждой клавиши до ее отказа,
• дизайн и удобство в работе (эргономичность).

Манипулятор мышь

Назначение: управление курсором (указателем) мыши, ввод управляющей информации.

С появлением графических оболочек мышь стала необходимой для эффективной работы на компьютере.

Принцип работы. Мышь — небольшая коробочка с кнопками. В ней — шарик, катающийся по поверхности стола. К шарику прижаты два взаимно перпендикулярных ролика, которые он вращает.

Датчики поворота ролика передают сигналы в компьютер. «Хвост» из проводов, по которым идут сигналы, дал устройству имя «мышь». Курсор мыши управляется перемещением мыши по столу.

Управляющая информация вводится нажатием на кнопки мыши.

Мыши бывают одно-, двух-, трёхкнопочные. Они могут соединяться с компьютером проводом или при помощи радиопередатчиков (беспроводные). Существуют оптические мыши без шарика, оснащённые фотоэлементами, и оптомеханические мыши. Разновидностью мыши можно считать трэкбол (trackball), который можно сравнить с мышью, которая лежит на спине шарообразным брюшком вверх.

Основные пользовательские характеристики:

• количество нажатий кнопки до её отказа;
• реакция на движение руки или баллистический эффект;
• разрешающий шаг (разрешение);
• дизайн и удобство в работе (эргономичность).

Разрешение измеряется в dpi (dot per inch — количество точек на дюйм). Если мышь имеет разрешение 900 dpi и её передвинули на 1 дюйм (2,53 см) вправо, то привод мыши получает через микроконтроллер информацию о смещении на 900 единиц вправо. Нормальное разрешение мыши — от 200 до 900 dpi.

Баллистическим эффектом называется зависимость точности позиционирования мыши от скорости её перемещения.

Программная поддержка. Драйвер мыши поставляется вместе с устройством. Современные операционные системы содержат драйверы для большинства манипуляторов этого типа и автоматически при включении компьютера подбирают наиболее подходящий из них.

Тачпад (англ. touchpad — сенсорная площадка), сенсорная панель

— указательное устройство ввода, применяемое, чаще всего, в ноутбуках.

Как и другие указательные устройства, тачпад обычно используется для управления «указателем», перемещением пальца по поверхности устройства. Тачпады имеют различные размеры, но обычно их площадь не превосходит 50 см².

Работа тачпадов основана на измерении ёмкости пальца или измерении ёмкости между сенсорами. Ёмкостные сенсоры расположены вдоль вертикальной и горизонтальной осей тачпада, что позволяет определить положение пальца с нужной точностью.

Поскольку работа устройства основана на измерении ёмкости, тачпад не будет работать, если водить по нему каким-либо непроводящим предметом, например, основанием карандаша. В случае использования проводящих предметов тачпад будет работать только при достаточной площади соприкосновения. (Попробуйте касаться тачпада пальцем лишь чуть-чуть). Влажные пальцы затрудняют работу тачпада.

Трекбол (англ. trackball)

— указательное устройство ввода информации об относительном перемещении для компьютера. Аналогично мыши по принципу действия и по функциям. Трекбол функционально представляет собой перевернутую механическую (шариковую) мышь.

Шар находится сверху или сбоку и пользователь может вращать его ладонью или пальцами, при этом не перемещая корпус устройства.

Несмотря на внешние различия, трекбол и мышь конструктивно похожи — при движении шар приводит во вращение пару валиков или, в более современном варианте, его сканируют оптические датчики перемещения (как в оптической мыши).

В настоящее время трекболы достаточно редко применяются в домашних и офисных компьютерах, однако нашли применение в промышленных и военных компьютерах, где пользователю приходится работать в условиях недостатка места и наличии вибрации. Так, трекболы используются в кабинах управления ракетного комплекса С-300.

Джойстик (англ. Joystick = Joy + Stick)

— устройство ввода информации в электронное устройство, манипулятор, часть интерфейса пользователя. Служит для изменения позиции элемента интерфейса (в частности курсора), также для перебора элементов списков.

Является одним из стандартных средств ввода для компьютеров и многих мобильных телефонов. Широкое применение получил в компьютерных играх. Представляет собой рычаг на основании, который можно перемещать в одном, двух, трёх плоскостях.

На рычаге обычно располагаются кнопки и переключатели различного назначения.

По количеству степеней свободы и, соответственно, плоскостей, в которых возможно изменение положения контролируемого объекта, джойстики подразделяются на:

• одномерные (управление перемещением объекта либо вверх-вниз, либо влево-вправо)
• двухмерные (управление объектом в двух плоскостях)
• трёхмерные (управление объектом во всех трёх плоскостях)

Графический планшет (или дигитайзер)

Это устройство для ввода рисунков от руки непосредственно в компьютер. Состоит из пера и плоского планшета, чувствительного к нажатию или близости пера. Также может прилагаться специальная мышь.

Графические планшеты применяются как для создания изображений на компьютере способом, максимально приближённым к тому, как создаются изображения на бумаге, так и для обычной работы с интерфейсами, не требующими относительного ввода (хотя ввод относительных перемещений с помощью планшета и возможен, он зачастую неудобен).

Кроме того, их удобно использовать для переноса (отрисовки) уже готовых изображений в компьютер.

Сканер

Устройство, которое, анализируя какой-либо объект (обычно изображение, текст), создаёт цифровую копию изображения объекта. Процесс получения этой копии называется сканированием.

Назначение. Сканер — устройство для перевода графической информации в цифровую. Функция сканера — получение электронной копии документа, созданного на бумаге.

Ввод данных в компьютер — это одна из самых утомительных и подверженных ошибкам операций, сканеры облегчают эту работу.

Принцип работы. Лампа освещает сканируемый текст, отражённые лучи попадают на фотоэлемент, состоящий из множества светочувствительных ячеек. Каждая из них под действием света приобретает электрический заряд. Аналого-цифровой преобразователь ставит в соответствие каждой ячейке числовое значение, и эти данные передаются в компьютер.

Сканеры бывают ручные, портативно-страничные, планшетно-офисные, сетевые (скоростные), широкоформатные; они могут быть чёрно-белые (до 64 оттенков серого) и цветные (256 – 16 млн. цветов).

Ручные сканеры внешне напоминают «мышь» большого размера, которую пользователь двигает по сканируемому изображению. Однако ручное перемещение устройства по бумаге, небольшой размер охватываемой области сканирования не обеспечивают достаточной скорости и требуют тщательной состыковки отдельных участков изображения. ручной сканер

К настольным сканерам относятся планшетные, роликовые (портативно-страничные), барабанные и проекционные сканеры.

Основной отличительный признак планшетного сканера — сканирующая головка перемещается относительно неподвижной бумаги. Они просты и удобны в эксплуатации, позволяют сканировать изображения как с отдельных листов, так и с книг, журналов.

У портативно-страничных сканеров бумага перемещается относительно сканирующей головки. Они довольно компактны, но отсканировать с их помощью рисунок из книги вряд ли получится. Этот тип сканеров используется для ввода страниц документов форматом от визитной карточки до А4, система автоматической подачи бумаги обеспечивает равномерное сканирование по всей ширине листа.

Основные пользовательские характеристики:

• разрешающая способность (оптическое разрешение), то есть количество распознаваемых точек (пикселей) на дюйм (измеряется в dpi — dots per inch). Обычно составляет 600-1200 dpi;
• скорость сканирования — показатель быстродействия, который равен времени, затрачиваемому на обработку одной строки изображения;
• размеры сканируемого листа (область сканирования);
• разрядность битового представления — определяет максимальное число цветов или оттенков серого, которые может воспринимать сканер.

Веб-камера

Цифровая видео или фотокамера, способная в реальном времени фиксировать изображения, предназначенные для дальнейшей передачи по сети интернет (в программах типа Instant Messenger или в любом другом видеоприложении).

Помимо очевидного применения в видеоконференцсвязи, вебкамеры быстро обрели популярность в качестве средства, позволяющего одним пользователям Интернета созерцать мир через камеры, подключённые к Интернету другими пользователями.

Существуют камеры, транслирующие через Интернет изображения птичьих гнёзд, городских улиц, частных жилищ, сельской местности, офисов, городских панорам, извергающихся вулканов, канатных дорог, пекарен и т. п. На сегодняшний день веб-камеры есть даже в космосе (например, на Международной космической станции).

Цифровой фотоаппарат

— устройство, являющееся разновидностью фотоаппарата, в котором светочувствительным материалом является матрица или несколько матриц, состоящая из отдельных пикселей, сигнал с которых представляется, обрабатывается и хранится в самом аппарате в цифровом виде.

Цифровые фотоаппараты можно поделить на несколько классов:

• Компактные ( «мыльница» традиционных размеров). Характеризуются малыми размерами и весом. Малый физический размер матрицы означает низкую чувствительность или высокий уровень шумов. Также этот тип камер обычно отличает отсутствие или недостаточная гибкость ручных настроек экспозиции.

• Сверхкомпактные, миниатюрные. Отличаются не только размерами, но часто и отсутствием видоискателя и экрана.

• Встроенные в другие устройства. Отличаются отсутствием собственных органов управления.

• Псевдозеркальные — внешним видом напоминают зеркальную камеру, а также, как правило, помимо цифрового дисплея, оснащены видоискателем-глазком. Изображение в видоискателе такого аппарата формируется на отдельном цифровом экране, или на поворачивающемся основном экране. Как правило, имеют резьбу на объективе для присоединения насадок и светофильтров (пример — Konica Minolta серия моделей Z).

• Полузеркалка — жаргонный термин, описывающий класс аппаратов, в которых имеется наводка по матовому стеклу через съёмочный объектив, однако нет возможности объектив менять. В таких аппаратах оптическая схема содержит светоделительную призму, которая направляет от 10 до 50 % светового потока на матовое стекло, а остальное передается на матрицу. (примеры — Olympus E-10, E-20)

Устройство ввода звуковой информации

Микрофо́н (от микро- и phōnē — звук) — электроакустический прибор, преобразовывающий звуковые колебания в колебания электрического тока. Подключается к микрофонному входу на звукой плате. Звуковая плата преобразует электрический сигнал с микрофона в цифровой дискретный сигнал.

Разное

Мой канал на youtube Усть-Куломская школа Усть-Куломский район Коноплев О.О.

© 2016 Рассыхаев А.А.

Источник: http://www.rassyhaev.ru/stati/raznoe/ustrojstva-vvoda/

Устройства ввода вывода информации

Персональный компьютер

Персональный компьютер – универсальная техническая система. Его конфигурацию можно гибко изменять по мере необходимости. Тем не менее, существует понятие базовой конфигурации.

Базовая конфигурация ПК – минимальный комплект аппаратный средств, достаточный для начала работы с компьютером.

– Системный блок;

– Монитор;

– Клавиатура;

– Мышь.

Системный блок

Системный блок – основной блок компьютерной системы. В нем располагаются устройства, считающиеся внутренними . Устройства, подключающиеся к системному блоку снаружи, считаются внешними .

Устройства ввода – вывода

Устройства ввода:

– Клавиатура

– «Мышь»

– Сканер

– Цифровые камеры

Читайте также:  Работа с дисплеем от nokia 3310

– Микрофон

Устройства вывода:

– Монитор

– Акустические колонки и наушники

Клавиатура

Клавиатура – это стандартное устройство ввода числовой и текстовой информации, а также команд управления. Клавиатура относится к стандартным средствам ПК и не нуждается в поддержке специальными системными программами. Информация вводится в виде алфавитно-цифровых символьных данных.

Виды клавиатур:

– Мембранные

В них нажатие клавиш приводит к прикосновению двух мембран, через которые проходит слабый ток.

– Механические

Механические клавиатуры основаны на механических переключателях (наиболее качественные).

“Мышь”

“Мышь” – устройство «графического» управления. При перемещении мыши по коврику на экране перемещается указатель мыши, при помощи которого можно указывать на объекты и/или выбирать их. Используя клавиши мыши, можно задать тот или иной тип операции с объектом.

Сканер

Сканер – устройство ввода, которое переводит документы (текст, графика) в цифровую информацию, понимаемую компьютером.

Сканеры бывают двух типов:

– Ручные

– Планшетные.

Цифровые камеры и фотоаппараты

Цифровые видеокамеры и фотоаппараты, устройства позволяющие получать видеоизображение и фотоснимки непосредственно в цифровом формате и имеют память аналогичную компьютерной. Благодаря этому изображения сразу можно вводить в компьютер для хранения на жестком диске, или для преобразования, или для передачи по компьютерным сетям.

Микрофон

Микрофон – используется для ввода звуковой информации, подключается к входу звуковой карты.

Монитор

Монитор – устройство для визуального воспроизведения символьной и графической информации. Служит в качестве устройства вывода.

Виды мониторов:

– Мониторы на электронно-лучевой трубке

Изображение на экране монитора создается пучком электронов, испускаемых электронной пушкой. Монитор является источником высокого статического электрического потенциала, электромагнитного и рентгеновского излучений, которые могут оказать неблагоприятное воздействие на здоровье человека;

– Жидкокристаллические мониторы

В портативных и карманных компьютерах применяют плоские мониторы на жидких кристаллах. Преимущество ЖК – мониторов перед мониторами на ЭЛТ состоит в отсутствии вредных для человека электромагнитных излучений и компактности;

– Сенсорные мониторы

В этих типах мониторов общение с компьютером осуществляется путём прикосновения пальцем к определённому месту чувствительного экрана. Сенсорные экраны часто встречаются в современных цифровых камерах.

Основные характеристики мониторов:

– Размер экрана монитора измеряется в дюймах (1 дюйм – 2,54 см) и обычно составляет 14, 15, 17, 19, 20, 21 дюйм. Чем больше размер экрана монитора, тем комфортней за ним работать, особенно тем, кто занимается компьютерной графикой;

– Максимальная частота регенерации изображения показывает, сколько раз в течение секунды монитор может полностью сменить изображение. Частоту регенерации измеряют в герцах (Гц) и минимально допустимым значением для комфортной работы за экраном монитора считают значение 75 Гц, (75 раз в секунду) нормой – 85 Гц (85 раз в секунду) и комфортным – 100 Гц (100 раз в секунду) и более;

– Класс защиты соответствие санитарно-гигиеническим требованиям.

Принтеры

Принтер – это устройство для вывода на бумагу числовой, текстовой и графической информации.

Виды принтеров:

– Матричные;

– Струйные;

– Лазерные.

Основные характеристики

– Способ печати

– Скорость печати

– Качество печати

– Надёжность

Матричный принтер

Матричные — это принтеры ударного действия. Изображение на бумаге будет формироваться из оттисков, образующихся из следов от ударов маленьких стержней (обычно 9 или 24) через красящую ленту. Печатающая головка такого принтера перемещается вдоль бумаги, оставляя строку символов.

Недостатки:

– низкое качество печати;

– медленная работа;

– много шума.

Струйный принтер

Струйные — это принтеры, в которых используется чернильная печатающая головка.

Принцип работы такой печатающей головки заключается в следующем: микрокапли чернил выбрасываются на бумагу под давлением, которое развивается за счет парообразования.

Изображение на бумаге формируется из таких капель и может быть как черно-белым так и цветным. Печатающая головка также перемещается вдоль листа бумаги и оставляет строку символов.

Преимущества перед матричными принтерами:

– Качество изображения высокое (зависит от разрешающей способности принтера);

– Простота и надежность его конструкции;

– Относительно низкая стоимость;

– Высокая скорость печати (несколько страниц в минуту);

– Низкий уровень шума.

Лазерный принтер

Лазерный — принтер, выполняющий постраничную печать, то есть печатающий страницу целиком.

Преимущества перед другими принтерами:

– Имеет очень высокую скорость печати – до 20 страниц в минуту;

– Высокое типографическое качество печати (обеспечивается за счет высокой разрешающей способности, которая может достигать 1200 dpi (точек на дюйм) и более);

– Изображение формируется из отдельных точек.

– Практически бесшумны и могут распечатывать как черно-белые, так и цветные картинки.

Акустические колонки и наушники

Используются для вывода звука и подключаются к выходу звуковой платы. Звуковая плата — это наиболее позднее устройство персонального компьютера, которое выполняет вычислительные операции, связанные с обработкой звука, речи, музыки.

Использован адрес сайта: http://imc.rkc-74.ru/catalog/res/982325f0-9fd8-cfd6-f151-2d800210c34e/view/.

Источник: http://MirZnanii.com/a/308762/ustroystva-vvoda-vyvoda-informatsii

2.5. УСТРОЙСТВА ВВОДА/ВЫВОДА ИНФОРМАЦИИ

2.5.1.ДИСПЛЕЙ

Дисплей (монитор) – необходимое устройство вывода информации. Это устройство аналогично телевизору (электронно-лучевая трубка). Любое изображение на экране дисплея состоит из множества светящихся точек – пикселей.

Дисплей характеризуется разрешающей способностью экрана – максимальное количество пикселей, используемых для создания изображения. Измеряется как количество точек по горизонтали на количество точек по вертикали.

В современных ПК наиболее часто используют дисплеи с разрешающей способностью 320х200, 640х200, 640х480, 800х600, 1024х768. Дисплеи бывают цветными и монохромными. Цветное изображение получается на экране как комбинация трех основных цветов – красного, зеленого, синего.

Поэтому цветные дисплеи также называют RGB-дисплеями (Red, Green, Blue).

Дисплей может работать в 2-х режимах:

• текстовый режим –
  для вывода символов. Экран разбивается на 80 вертикальных полосок, каждая из них, как правило, разбита на 25 частей по горизонтали (иногда – 43 или 45).

  Каждый полученный прямоугольник называется знакоместом.
  В нем размещается 1 символ. Знакоместо состоит из пикселей. Часть пикселей

  используется для изображения символа (передний
  план), а остальные образуют фон. Для изображения символа в текстовом режиме используется 16 цветов, а для

  изображения фона – 8 цветов. Текущую
  позицию (знакоместо, в котором появится следующий введенный с клавиатуры

  символ) указывает мигающая метка – курсор.
  После вывода символа в этом знакоместе курсор смещается на одну позицию
  (знакоместо) вправо.

• графический
  режим – каждый пиксель экрана используется отдельно. Обычно курсор не
  выводится. Но в некоторых задачах возможен вывод на экран графического курсора (он
  отличается по виду от текстового курсора).

  Дисплей подключается к ПК через устройство сопряжения – видеоадаптер. Видеоадаптер имеет собственную память для хранения изображения, выводимого на экран. Объем этой памяти определяет количество цветов в цветовой палитре и разрешающую способность экрана. Наиболее известны видеоадаптеры CGA, EGA, VGA, SVGA.

  2.5.2. КЛАВИАТУРА

  Клавиатура – это необходимое устройство ввода информации в ПК. Все устройства ввода служат для преобразования информации, поступающей с периферийных устройств, в цифровой вид. Сейчас наиболее часто используется 101-клавишная клавиатура. На ней выделяют следующие основные группы клавиш:

• функциональные клавиши – [F1] – [F12]. За каждой из них в каждой конкретной задаче может быть закреплена своя функция, отличная от функции этой клавиши в других задачах.

• символьная клавиатура – для ввода символов (верхний и нижний регистры) и пробела.

• управляющие клавиши – нажатие которых изменяет значение других клавиш. [Shift] – перевод регистров. [CapsLock] – фиксирование верхнего регистра. [Ctrl], [Alt] – в различных комбинациях с другими клавишами изменяют их значение (регистр, язык).

  [Esc] – обычно используется для выхода из текущего режима работы компьютера. [Tab] – передвигает курсор на шаг табуляции или для других функций. [Backspace] – стирает последний набранный символ.

  [Enter] – указывает, что закончен ввод данной строки, и набранные данные поступают для обработки в компьютер.

• цифровая клавиатура – может находиться в одном из 2-х режимов (переключается клавишей [NumLock]): режиме ввода цифр и режиме управления курсором.

• специальные и дополнительные клавиши – [PageUp], [PageDown] – постраничный просмотр. Клавиши управления курсором – для изменения положения курсора на экране. [Pause] –пауза.

  [ScrollLock] – режим прокрутки экрана. [PrintScreen] – в комбинации с клавишей [Shift] является командой печати копии экранного изображения на принтере. [Del] – удаление символа над курсором.

  [Ins] – режимы вставки и замены.

  При нажатии на клавишу в системный блок ПК поступает сигнал, указывающий, какая клавиша нажата. Этот сигнал преобразуется в двоичный код, который поступает в память ПК. Из памяти извлекаются команды, создающие на экране дисплея изображение символа, соответствующего этому двоичному коду по таблице ASCII.

  Полезные комбинации клавиш:

  [Shift]–[PrintScreen] – печать копии экрана на принтер;

  [Ctrl]–[NumLock], [Ctrl]–[S] – приостановка выполнения программы;

  [Ctrl]–[Break], [Ctrl]–[C] – прерывание выполнения программы;

  [Ctrl]–[Alt]–[Del] – мягкая перезагрузка компьютера.

  2.5.3. ДРУГИЕ УСТРОЙСТВА ВВОДА

  Мышь – устройство, которое преобразует свое положение на плоской поверхности стола в позицию курсора на экране дисплея.

  Перемещение мыши по столу приводит во вращение шар, находящийся снизу в теле мыши. Вращение шара преобразуется в сигнал, управляющий движением курсора мыши на экране дисплея.

  Ввод информации в компьютер осуществляется с помощью кнопок, встроенных в тело мыши (двух или трех).

  Трекбол – представляет собой перевернутую на «спину» мышь. Шар, управляющий движением курсора, находится сверху. Пользователь вращает шар ладонью или пальцем, и в соответствии с этим курсор перемещается по экрану. Трекбол удобен тем, что его не надо двигать по столу.

  Сканеры –используются для ввода в ПК различных изображений – текстов, рисунков и другой графической информации, нанесенных на бумагу или какую-нибудь поверхность.

  Считывающая головка сканера равномерно движется над изображением. Специальное устройство преобразует изображение в цифровые коды, которые поступают в ПК. Бывают ручные и настольные.

  Существует много различных моделей сканеров обоих типов.

  Джойстик, руль – манипуляторы,используемые в компьютерных играх.

  Световые перья, сенсорные экраны – достаточно коснуться пальцем поверхности экрана, чтобы указать компьютеру требуемое место на экране.

  Графические планшеты (диджитайзеры) – обеспечивают перенос изображения с накладываемого листа бумаги в ЭВМ с помощью перемещения по планшету специального указателя.

  2.5.4. ДРУГИЕ УСТРОЙСТВА ВЫВОДА ИНФОРМАЦИИ

  Принтер – печатающее устройство. Шрифты, которыми осуществляется печать, определяются специальными программами. Существует несколько различных способов деления принтеров на типы. В зависимости от порядка формирования изображения:

• последовательные
  – формируют символ за символом;
• строчные;
• страничные.

  По физическому принципу действия:

• матричные – изображение формируется из точек ударами иголок по красящей ленте. Можно получать сразу несколько копий (копировальная бумага). Печатающая головка может иметь 9, 18 или 24 иголок.

• Струйные – печатающие головки вместо иголок содержат тонкие трубочки – сопла, через которые на бумагу выбрасываются капельки чернил. Может быть от 12 до 64 сопел, диаметры которых тоньше человеческого волоса.

• Лазерные – изображение на бумаге создается с помощью лазерного луча. Достоинства: высокое качество и большая скорость печати, водоупорный отпечаток.

  Плоттер (графопостроитель) – устройство, предназначенное для изображения выводимых из компьютера графиков, диаграмм, чертежей на бумаге. Плоттеры делятся на:

• Фрикционные – бумага подается в вертикальном направлении, а рисующее устройство движется в горизонтальном направлении.

• Планшетные – бумага не движется, а рисующее устройство перемещается вдоль обеих осей – вертикальной и горизонтальной, нанося изображение на бумагу.

• Барабанные – рулонная бумага непрерывно подается в графопостроитель с помощью специального устройства. Рисующее устройство работает так же, как и во фрикционных.

  2.5.5. МОДЕМ

  Модем (модулятор-демодулятор) – это устройство, предназначенное для преобразования сигналов телефонной сети в сигналы компьютера и наоборот. Данные поступают из передающего компьютера в виде двоичных чисел.

  Модем принимает эти данные и разделяет их на информацию, которая должна быть передана в телефонную линию, и команды, определяющие характер передачи информации. Команды выполняются модемом. Передаваемая информация преобразуется модулятором модема и поступает в линию.

  Сигнал, выходящий из модема в телефонную линию, имеет две различные частоты: для передачи единиц – большая, нулей – меньшая. Модем принимающего ПК демодулирует приходящий сигнал, т.е. преобразовывает сигнал телефонной линии в двоичный сигнал и посылает его в ПК.

  Обмен информацией между двумя ПК может осуществляться двумя способами:

  Читайте также:  Датчик температуры и влажности с использованием модуля wi-fi esp8266

• Полудуплексный способ
  – компьютеры передают информацию друг другу по очереди.
• Дуплексный способ – обмен информацией происходит одновременно. При этом сигналы от компьютеров не смешиваются, т.к. каждый ПК передает данные на своих частотах, отличных от

  частот другого ПК.

  2.6. ОБЩАЯ СХЕМА АППАРАТНОЙ ЧАСТИ КОМПЬЮТЕРА

Источник: http://computer-lectures.ru/osnovnye-ponyatiya-informatiki/2-5-ustrojstva-vvoda-vyvoda-informacii/

Подсистема ввода-вывода. Файловые системы

Аннотация: Устройства ввода-вывода. Назначение, задачи и технологии подсистемы ввода-вывода. Согласование скоростей обмена и кэширования данных. Разделение устройств и данных между процессами. Обеспечение логического интерфейса между устройствами и системой. Поддержка широкого спектра драйверов. Динамическая загрузка и выгрузка драйверов.

Поддержка синхронных и асинхронных операций ввода-вывода. Многослойная (иерархическая) модель подсистемы ввода-вывода. Драйверы. Файловые системы. Основные понятия. Архитектура файловой системы. Организация файлов и доступ к ним. Каталоговые системы. Физическая организация файловой системы. Физическая организация и адресация файла. Физическая организация FAT-системы.

Файловые операции. Контроль доступа к файлам.

Внешние устройства, выполняющие операции ввода-вывода, можно разделить на три группы:

• устройства, работающие с пользователем. Используются для связи пользователя с компьютером. Сюда относятся принтеры, дисплеи, клавиатура, манипуляторы (мышь, трекбол, джойстики) и т.п.;
• устройства, работающие с компьютером. Используются для связи с электронным оборудованием. К ним можно отнести дисковые устройства и устройства с магнитными лентами, датчики, контроллеры, преобразователи;
• коммуникации. Используются для связи с удаленными устройствами. К ним относятся модемы и адаптеры цифровых линий.

По другому признаку устройства ввода-вывода можно разделить на блочные и символьные [10].

Блочными являются устройства, хранящие информацию в виде блоков фиксированного размера, причем у каждого блока есть адрес и каждый блок может быть прочитан независимо от остальных блоков.

Символьные устройства принимают или передают поток символов без какой-либо блочной структуры (принтеры, сетевые карты, мыши и т.д.).

Однако некоторые из устройств не попадают ни в одну из этих категорий, например, часы, мониторы и др.

И все же модель блочных и символьных устройств является настолько общей, что может использоваться в качестве основы для достижения независимости от устройств некоторого программного обеспечения операционных систем, имеющего дело с вводом-выводом.

Например, файловая система имеет дело с абстрактными блочными устройствами, а зависимую от устройств часть оставляет программному обеспечению низкого уровня.

Следует также отметить существенные различия между устройствами ввода-вывода, принадлежащими к разным классам, и в рамках каждого класса. Эти различия касаются следующих характеристик:

• скорость передачи данных (различия на несколько порядков);
• применение. Каждое действие, поддерживаемое устройством, оказывает влияние на программное обеспечение и стратегии операционной системы (например, диск, используемый для хранения файлов или для страниц виртуальной памяти, требует различного программного обеспечения);
• сложность управления. Для принтера требуется относительно простой интерфейс управления, для диска – намного сложнее. Влияния этих отличий на ОС сглаживается усложнением контроллеров ввода-вывода;
• единицы передачи данных. Данные могут передаваться блоками или потоками байтов или символов;
• представления данных. Различные устройства используют разные схемы кодирования данных, включая разную кодировку символов и контроль четности;
• условия ошибки. Природа ошибок, способ сообщения о них, их последствия и возможные ответы резко отличаются при переходе от одного устройства к другому.

Такое разнообразие внешних устройств приводит, по сути, к невозможности разработки единого и согласованного подхода к проблеме ввода-вывода как с точки зрения операционной системы, так и с точки зрения пользовательских процессов.

Устройства ввода-вывода, как правило, состоят из электромеханической и электронной части. Обычно их выполняют в форме отдельных модулей – собственно устройство и контроллер (адаптер). В ПК контроллер принимает форму платы, вставляемой в слот расширения.

Плата имеет разъем, к которому подключается кабель, ведущий к самому устройству. Многие контроллеры способны управлять двумя, четырьмя и даже более идентичными устройствами.

Интерфейс между контроллером и устройством является официальным стандартом (ANSI, IEEE или ISO) или фактическим стандартом, и различные компании могут выпускать отдельно котроллеры и устройства, удовлетворяющие данному интерфейсу.

Так, многие компании производят диски, соответствующие интерфейсу IDE или SCSI, а наборы схем системной логики материнских плат реализуют IDE и SCSI-контроллеры.

Интерфейс между контроллером и устройством часто является интерфейсом очень низкого уровня, т.е. очень специфичным, зависящим от типа внешнего устройства. Например, видеоконтроллер считывает из памяти байты, содержащие символы, которые следует отобразить, и формирует сигналы управления лучом электронной трубки, сигналы строчной и кадровой развертки и т.п.

Каждый контроллер взаимодействует с драйвером системным программным модулем, предназначенным для управления данным устройством.

Для работы с драйвером контроллер имеет несколько регистров, кроме того, он может иметь буфер данных, из которого операционная система может читать данные, а также записывать данные в него. Каждому управляющему регистру назначается номер порта ввода-вывода.

Используя регистры контроллера, ОС может узнать состояние устройства (например, готово ли оно к работе), а также выдавать команды управления устройством (принять или передать данные, включиться, выключиться и т.п.).

Обмен данными между пользователями, приложениями и периферийными устройствами компьютера выполняет специальная подсистема ОС – подсистема ввода-вывода. Собственно, для выполнения этой задачи и были разработаны первые системные программы, послужившие прототипами операционных систем.

Основными компонентами подсистемы ввода-вывода являются драйверы, управляющие внешними устройствами, и файловая система. В работе подсистемы ввода-вывода активно участвует диспетчер прерываний. Более того, основная нагрузка диспетчера прерываний обусловлена именно подсистемой ввода-вывода, поэтому диспетчер прерываний иногда считают частью подсистемы ввода-вывода.

Файловая система – это основное хранилище информации в любом компьютере. Она активно использует остальные части подсистемы ввода-вывода. Кроме того, модель файла лежит в основе большинства механизмов доступа к периферийным устройствам.

На подсистему ввода-вывода возлагаются следующие функции [5, 17]:

• организация параллельной работы устройств ввода-вывода и процессора;
• согласование скоростей обмена и кэширование данных;
• разделение устройств и данных между процессами (выполняющимися программами);
• обеспечение удобного логического интерфейса между устройствами и остальной частью системы;
• поддержка широкого спектра драйверов с возможностью простого включения в систему нового драйвера;
• динамическая загрузка и выгрузка драйверов без дополнительных действий с операционной системой;
• поддержка нескольких различных файловых систем;
• поддержка синхронных и асинхронных операций ввода-вывода.

Эволюция ввода-вывода может быть представлена следующими этапами [17].

1. Процессор непосредственно управляет периферийным устройством.
2. Устройство управляется контроллером. Процессор использует программируемый ввод-вывод без прерываний (переход к абстракции интерфейса ввода-вывода).
3. Использование контроллера прерываний. Ввод-вывод, управляемый прерываниями.
4. Использование модуля (канала) прямого доступа к памяти. Перемещение данных в память (из нее) без применения процессора.
5. Использование отдельного специализированного процессора ввода-вывода, управляемого центральным процессором.
6. Использование отдельного компьютера для управления устройствами ввода-вывода при минимальном вмешательстве центрального процессора.

Проследив описанный путь развития устройств ввода-вывода, можно заметить, что вмешательство процессора в функции ввода-вывода становится все менее заметным. Центральный процессор все больше освобождается от задач, связанных с вводом-выводом, что приводит к повышению общей производительности компьютерной системы.

Для персональных компьютеров операции ввода-вывода могут выполняться тремя способами.

1. С помощью программируемого ввода-вывода. В этом случае, когда процессору встречается команда, связанная с вводом-выводом, он выполняет ее, посылая соответствующие команды контроллеру ввода-вывода. Это устройство выполняет требуемое действие, а затем устанавливает соответствующие биты в регистрах состояния ввода-вывода и не посылает никаких сигналов, в том числе сигналов прерываний. Процессор периодически проверяет состояние модуля ввода-вывода с целью проверки завершения операции ввода-вывода.

   Таким образом, процессор непосредственно управляет операциями ввода-вывода, включая опознание состояния устройства, пересылку команд чтения-записи и передачу данных.

   Процессор посылает необходимые команды контроллеру ввода-вывода и переводит текущий процесс в состояние ожидания завершения операции ввода-вывода.

   Недостатки такого метода – большие потери процессорного времени, связанные с управлением вводом-выводом.

2. Ввод-вывод, управляемый прерываниями. Процессор посылает необходимые команды контроллеру ввода-вывода и продолжает выполнять текущий процесс, если нет необходимости в ожидании выполнения операции ввода-вывода. В противном случае текущий процесс приостанавливается до получения сигнала прерывания о завершении ввода-вывода, а процессор переключается на выполнение другого процесса. Наличие прерываний процессор проверяет в конце каждого цикла выполняемых команд.

   Такой ввод-вывод намного эффективнее, чем программируемый ввод-вывод, так как при этом исключается ненужное ожидание с бесполезным простоем процессора. Однако и в этом случае ввод-вывод потребляет еще значительное количество процессорного времени, потому что каждое слово, которое передается из памяти в модуль ввода-вывода (контроллер) или обратно, должно пройти через процессор.

3. Прямой доступ к памяти (direct memory access – DMA). В этом случае специальный модуль прямого доступа к памяти управляет обменом данных между основной памятью и контроллером ввода-вывода. Процессор посылает запрос на передачу блока данных модулю прямого доступа к памяти, а прерывание происходит только после передачи всего блока данных.

В настоящее время в персональных и других компьютерах используется третий способ ввода-вывода, поскольку в структуре компьютера имеется DMA-контроллер или подобное ему устройство, обслуживающее, как правило, запросы по передаче данных от нескольких устройств ввода-вывода на конкурентной основе.

DMA-контроллер имеет доступ к системной шине независимо от центрального процессора, как показано на рис. 7.1.

Контроллер содержит несколько регистров, доступных центральному процессу для чтения и записи (регистр адреса памяти, счетчик байтов, управляющие регистры).

Управляющие регистры задают порт ввода-вывода, который должен быть использован, направление переноса данных (чтение или запись в устройство ввода-вывода), единицу переноса (побайтно, пословно), а также число байтов, которые следует перенести за одну операцию.

Перед выполнением операции обмена ЦП программирует DMA-контроллер, устанавливая его регистры (шаг 1 на рис. 7.1). Затем ЦП дает команду дисковому контролеру прочитать внести данные во внутренний буфер и проверить контрольную сумму. После этого процессор продолжает свою работу. Когда данные получены и проверены контроллером диска, DMA может начинать работу.

DMA-контроллер начинает перенос данных, посылая дисковому контроллеру по шине запрос чтения (шаг 2). Адрес памяти уже находится на адресной шине, так что контроллер знает, куда пересылать следующее слово из своего буфера. Запись в память является еще одним стандартным циклом шины (шаг 3).

Когда запись закончена, контроллер диска посылает сигнал подтверждения контролеру DMA (шаг 4). Затем контроллер DMA увеличивает используемый адрес памяти и уменьшает значение счетчика байтов. После этого шаги 2, 3 и 4 повторяются, пока значение счетчика не станет равным нулю.

По завершению цикла копирования контроллер DMA инициирует прерывание процессора, сообщая ему о завершении операции ввода-вывода.

Рис. 7.1. Работа DMA

Необходимо обратить внимание на работу шины в этом процессе обмена данными. Шина может работать в двух режимах: пословном и поблочном. В первом случае контроллер DMA выставляет запрос на перенос одного слова и получает его.

Если процессору также нужна эта шина (не забывайте, в основном он работает с кэш-памятью), ему приходится подождать.

Этот механизм называется захватом цикла, потому, что контроллер устройства периодически забирает случайный цикл шины у центрального процессора, слегка тормозя его.

Ниже на рис. 7.2 показана позиция цикла команд, в которых работа процессора может быть приостановлена. В любом случае приостановка процессора происходит только при необходимости использования шины.

После этого устройство DMA выполняет передачу слова и возвращает управление процессору. Однако это не является прерыванием: процессор не сохраняет контекст с переходом к выполнению другого задания.

Он просто делает паузу на время одного цикла шины.

Рис. 7.2. Точки прерывания DMA

В блочном режиме работы контроллер DMA занимает шину на серию пересылок (пакет). Этот режим более эффективен, однако при переносе большого блока центральный процессор и другие устройства могут быть заблокированы на существенный промежуток времени.

При большом количестве устройств ввода-вывода от подсистемы ввода-вывода требуется спланировать в реальном масштабе времени (в котором работают внешние устройства) запуск и приостановку большего количества разных драйверов, обеспечив при этом время реакции каждого драйвера на независимые события контролеров внешних устройств. С другой стороны, необходимо минимизировать загрузку процессора задачами ввода-вывода.

Решение этих задач достигается на основе многоуровневой приоритетной схемы обслуживания прерываний. Для обеспечения приемлемого уровня реакции все драйверы распределяются по нескольким приоритетным уровням в соответствии с требованиями по времени реакции и временем использования процессора. Для реализации приоритетной схемы задействуется общий диспетчер прерываний ОС.

Источник: http://www.intuit.ru/studies/courses/631/487/lecture/11059