6. tétel: Perifériák

Osztályozás:

• Beviteli (Input) perifériák
• Kiviteli (Output) perifériák
• Beviteli/kiviteli (Input/Output) perifériák

Beviteli perifériák feladata: a külső adathordozón lévő információk gépbe juttatása.

Leggyakoribb beviteli perifériák:

1. lyukkártyák

2. lyukszalagok

3. botkormány

4. egér

5. fényceruza

6. billentyűzet

7. Scanner

8. Mikrofon

9. Digitalizáló tábla

10. Érintő képernyő

1. Lyukkártya: szabvány méretű papírlemez, amelyen a lyukak hordozzák az információt. Vezérlése a XIX.sz.-ban Jacquard (ejtsd: zsákár) kártya néven terjedt el. Ez adta az ötletet a számítógép vezérlésére (1833. Charles Babbage), majd az információ földolgozására (1886. Herman Hollerith IBM). Pl.: amerikai népszámlálás. Mára már teljesen elavult

2. Lyukszalag: számítógép, telex vagy számvezérléses szerszámgép adathordozója. Elve hasonlít a lyukkártyára: az információt itt is a lyukak léte, ill. kódolja bináris formában, de a tárolható információ mennyiségét a szalag hossza határozza meg. Ismertebb formái : 5, ill. 8 lyukasok. Mára már teljesen elavult

3. Botkormány (joystick): a botkormány segítségével a képernyőn megjelenő kurzort mozgatni lehet. Játékprogramok futtatásánál használják főleg.

4. Egér: Jelenleg talán az egyik legfontosabb beviteli eszköz.

Manapság alapvetően két típust használunk::

1. A görgős (optomechanikus) egeret

2. Az optikai egeret

A görgős egér

Na belezzünk ki egyet!

Leszedtük a burkolatát	...ugyanez alulnézetből
Az vízszintes (x) illetve függőleges (y) irányú mozgást a golyóhoz nyomódó görgők továbbítják az érzékelőkhöz	A görgők ezt a kis "küllős" kereket forgatják
A forgó kerék szerepe a LED által kibocsátott infravörös fénynyaláb szaggatása. Ezt a szaggatott fénynyalábot az infravörös érzékelő fotodióda érzékeli, és áramimpulzusokká alakítja A LED-fotodióda párosból két példány van. Ez azért kell, mert nemcsak a kerék elfordulásának a mértékét, hanem annak forgásirányát is meg kell állapítani, ami egyetlen LED-fotodióda párossal nem lehetséges.	Ez a kis processzor kiszámítja az érzékelők által leadott áramimpulzusok alapján az egérkurzor x illetve y irányú elmozdulását, továbbá a kurzor sebességét. Ezeket az adatokat digitálisan kódolva továbbküldi a számítógépnek

Az optikai egér

1999-ben jelentek meg az optikai egerek, amelyek várhatóan ki fogják szorítani a hagyományos görgős egereket

Ez az egértípus egy miniatűr gyorsfényképezőgépet tartalmaz, amely másodpercenként 1500 képet készít arról a felületről, ami felett az egeret elhúzzuk. Az asztal felületét egy piros LED világítja meg

Az asztalfelület mintázatát egy úgynevezett CMOS érzékelő rögzíti és továbbítja az egértest belsejében található digitális jelfeldolgozó processzornak. Ez egy igen gyors processzor, amelynek jelfeldolgozási sebessége 18 MIPS (MIPS =Million Instructions per Second) Ez a processzor képes rögzíteni az asztalfelület mintázatát és azt, hogy ez hogyan változott a korábbi képhez képest. Ebből számítja ki az elmozdulás mértékét.

Az optikai egerek előnyei::

• Nem tartalmaznak mozgó alkatrészeket

• Nem koszolódnak a görgők (mivelhogy nem tartalmaznak görgőket...)

• A jobb felbontás miatt érzékenyebbek a kis elmozdulásokra is

• Szinte bármilyen felületen üzemképesek, nem kell nekik speciális egérpad

Hátrány: néha gyorsabb mozdulatnál a Windows  lefagy tőle...

Az adattovábbítás

A régebbi PS/2-es egércsatlakozó lábkiosztása: Nem használt +5 Volt (a LED-ek és a chip működésének tápfeszültsége) Nem használt Órajel (a szinkronizációhoz) Földelés Adatvezeték A mostani egerek USB csatlakozókat használnak

De milyen adatokat továbbít az adatvezeték? Amikor az egeret megmozdítjuk vagy kattintunk, az 3 bájtos (24 bites) adatcsomagot továbbít a gépnek.

Ennek szerkezete a következő:

Az adatot az egér sorosan küldi a számítógépnek az adatvezetéken az órajellel együtt, amely jelzi, mikor kezdődik egy bájt és mikor ér véget. Minden bájtelküldéséhez 11 bitet használunk (1 startbit, 8 adatbit, 1 paritásbit, 1 stopbit).

Egy PS/2 egér legfennebb 1200 bit/sec adatátviteli sebességre képes. Ilyen sebesség mellett másodpercenként 40 ilyen 3 bájtos adatcsomagot képes elküldeni a számítógépnek az egér állapotáról

5. Fényceruza: Az egérnél bonyolultabb, de szolgáltatásaiban is teljesebb beviteli eszköz. A számítógép monitora elektronsugarat állít elő, amely másodpercenként kb. hatvanszor, illetve beállítástól függően végigpásztázza a képernyőt, de az emberi szem lassabb reakcióideje miatt ezt nem érzékeljük: a képernyőt folyamatosan fényesnek látjuk. A képernyő felületéhez érintve a fényceruzát, megnyomjuk annak gombját, az eszköz elektromos impulzusokká alakítja az érzékelt jelet, és továbbítja a számítógépnek. Fő alkalmazási területe kezdettől fogva a számítógépes grafika, tervezés terén van.

6. Billentyűzet: (tasztatúra, klaviatúra, keyboard): Az ember-gép kapcsolat fontos eszköze. A számítógép billentyűzetén keresztül adatok, vezérlő parancsok bevitele lehetséges.

Felépítése:

Lényegében egy sor kapcsoló, amely egy olyan mikroprocesszorhoz csatlakozik, amely e kapcsolók állapotát felügyeli, és a billentyű lenyomására illetve felengedésére reagál.

Ez a billentyűzetben található processzor. Közvetlenül a csatlakozó kábel után található

Így néz ki a billentyűzet, ha a hátlapját levesszük. Minden billentyűhöz külön áramkör tartozik, amely a billentyűgomb alatt meg van szakítva. Lenyomáskor zárul az áramkör.

Működése:

A kódoló áramkör un. scan-kódokat állít elő. Ezek a kódok mások, ha lenyomjuk a billentyűt, mintha felengedjük.  A lenyomási scan-kódok 1-83 közöttiek, a felengedésiek 128-cal (hexadecimális 80) többek. Pl. a Z betű lenyomva 44, felengedve (44+128=) 172. A gépeléskor a billentyűzet nem ismeri a lenyomott billentyűk jelentését  Az értelmezés, a számítógépben levő ROM-BIOS feladata.

A mikroprocesszor képes érzékelni az egyszeri lenyomás és az ismételt lenyomás közötti különbséget. A Windows vezérlőpultjáról be lehet állítani a karakterismétlések közötti késleltetést, így a karakterismétlési sebesség 2 karakter/sec és 30 karakter/sec között állítható.

 Továbbá a billentyűkombinációkat is le tudja kezelni. (pl. Shift-A, no meg a híres Ctrl-Alt-Del)

A régi-régi gépek ún.  XT billentyűzetén még csak 84, az AT-én már 101 billentyű volt, később ez kibővült 102-re, ma már forgalomban van 104 gombos is, ezek vagy multimédiás alkalmazásoknál segítenek, vagy a Windows speciális billentyűi. A billentyűzetnek van egy puffere, amely egy ideiglenes tároló hely (a leütött gombok jelei itt tárolódnak).

Billentyűcsoportok:

• alfanumerikus (írógép) billentyűk

•  funkció billentyűk (F1-F12)

•  kurzormozgató billentyűk

•  kurzorzormozgató blokkal kombinált numerikus billentyűk (Num Lock kapcsolja, 1-9)

•  vezérlő billentyűk (Esc, Enter, Back space)

•  módosító billentyűk (Shift, Alt, Ctrl, Caps lock)

Kiviteli perifériák

Kiviteli perifériák:

1. Monitorok
2. Nyomtatók
3. Rajzgépek

Monitorok

Három fő típus van forgalomban:

1. A hagyományos CRT (katódsugárcsöves) monitor (CRT=Cathode Ray Tube)
2. A folyadékkristályos monitor
3. A plazmakisüléses monitor

A CRT monitor működése:

A CRT monitor lényegében a hagyományos tv készülékek képcsöve. A képcső belsejében vákuum van.

Az úgynevezett elektronágyúval keltett, gyorsított elektronsugarakat külső mágneses tér segítségével irányítjuk a képernyő különböző pontjaira. Az elektronsugár nekicsapódik a képernyő belső homlokfalának, ahol egy ritkaföldfém bevonat van. Az elektronsugár láthatatlan, de a becsapódás hatására a bevonat rövid ideig felfénylik. A mágneses teret keltő tekercseket eltérítő tekercseknek nevezzük.

Az eltérítő tekercsekkel az elektronsugarat pásztázó mozgásra kényszerítjük. Így az állóképeket a CRT monitor soronként rakja össze. A pásztázás a képernyő bal felső sarkában kezdődik, és a jobb alsó sarkában fejeződik be. Egy jó monitor másodpercenként legalább 80 állóképet állít elő.

A színes monitorok három elektronágyúval dolgoznak, és a fluoreszkáló bevonat itt háromféle anyagból készül: az egyik az elektronsugarak hatására vörös, a másik zöld, a harmadik kék színben fénylik.  

Arról, hogy megfelelő elektronsugár a megfelelő színben fluoreszkáló tartományra essen, egy ólom rácsmaszk gondoskodik.

A CRT monitor jellemzésénél a következő szempontokat szokták figyelembe venni:

1. Képátmérő. A képernyő átmérője átlósan inch-ben megadva. (1 inch=2,54cm). Leggyakoribb értékek: 14”, 15”, 17”, 19”, 21”.

2. Pixelméret. Ez adja meg, hogy milyen finom a monitor felbontása. 0.31 mm, 0.28 mm, 0.26 mm a leggyakoribb adatok. A 0. 28 mm már jónak mondható. Minél kisebb, annál jobb.

3.  Maximális felbontás. Hányszor hány pixelt tud megjeleníteni.

4.  Maximális színmélység. Hány színt tud megjeleníteni. Minden SVGA monitor tudja a 16,7 millió színt (truecolor), ez 24 bites színmélységnek felel meg.

5.  Low radiation. LR-rel rövidítik. Alacsony sugárzást jelent, azaz a monitor egy megkövetelt szabványértéknél  alacsonyabb mértékben sugároz szét elektromágneses hullámokat a felhasználó irányába.

6.  Függőleges (vertikális) frissítési frekvencia. Megadja, hogy a monitor egy másodperc alatt hányszor frissíti a képernyőt, vagyis hány állóképet jelenít meg másodpercenként Ezt felbontásonként szokták megadni, minél magasabb, annál jobb

7. Vízszintes  frissítési frekvencia. (sorfrekvencia) A másodpercenként végigpásztázott képsorok száma.  Minél nagyobb, annál jobb.

Egy mai monitornak legalább 1024x768-as felbontást kell tudnia,  80 Hz függőleges frissítési frekvencia mellett

Folyadékkristályos (LCD) monitorok

A folyadékkristályok olyan vegyületek, amelyek folyadékként viselkednek, de külső elektromos tér hatására kristályszerű szerkezetbe rendeződnek. A külső elektromos tér hatására a folyadékkristályos cella "átlátszósága" szabályozható, de csak akkor, ha a kristályra polarizált fényt engedünk.

Mi az a polarizált fény? A természetes fény különböző rezgésirányú elektromágneses hullámok keveréke. A polarizációs szűrő , vagy polarizátor egy speciális kristály, amely csak egy adott irányú rezgéseket enged át. Az olyan fényt, amely csak egyetlen irányban rezeg, polarizált fénynek nevezzük. Az emberi látás a polarizálatlan és polarizált fény között semmilyen különbséget nem érzékel.

A folyadékkristályos cella működése: A folyadékkristályt két, egymásra merőleges polarizátor közé zárjuk. A fény így nem jut át a cellán, mivel az első szűrő csak a vízszintes irányú rezgéseket engedi át, a második csak a függőlegeseket. Az első polarizátoron átjutó fényhullám így csak vízszintes irányban rezeg, függőleges irányban nem. A második szűrő viszont nem engedi át a vízszintes irányban rezgő hullámokat. Ha az vékonyréteg tranzisztor (TFT) bekapcsol, akkor a folyadékkristály molekulák az elektromos tér hatására átrendeződnek, és elforgatják a fény rezgési síkjának irányát. A térerősségtől növelésével így egyre több fényt enged át a második polarizációs szűrő

Az LCD képernyőt hátulról egyenletesen meg kell világítanunk fehér háttérfénnyel. A képernyő háttérfénye egy úgynevezett polarizációs szűrőre esik, amely csak azokat a fényhullámokat engedi át, amelyek egy adott síkban rezegnek. Ez a fény átmegy az üveg hordozórétegen és az átlátszó elektródán, és bejut a folyadékkristályba. Minden cellára egy tranzisztor segítségével külön-külön kapcsolhatjuk ki-be a feszültséget. Ez egy speciális, vékonyréteg tranzisztor.  (TFT=Thin Film Transistor). Ezért a tranzisztor ki-bekapcsolásával a fényt  vagy átengedjük, vagy nem. Az áthaladó fehér fényből a képernyő elején elhelyezett színszűrők állítják elő a három alapszínt, amelyek keverésével előállítjuk az összes színárnyalatot. Minden cella külön vezérelhető.

A képernyő háttérvilágítását ilyen kisméretű fluoreszcens  fénycsövek adják:. Ezekben a fénycsövekben alacsony nyomású higanygőz van, amely a kisülés hatására UV fényt bocsát ki. Az UV fény nem látható, de a cső belső falán van egy ásványbevonat, mely az UV fény hatására látható fényt bocsát ki. Az energiatakarékos égők is lényegében így működnek.   A méretüket a mellette lévő ceruza jól érzékeli A fénycső fényét egy átlátszó, matt üveglap egyenletesen szétteríti a képernyő hátsó falára.

Plazmakisüléses monitor

A plazmakisüléses képernyő tulajdonképpen apró fluoreszcens lámpák sokaságából áll. (lásd fennebb) Egy fénykibocsátó cella szerkezete a következő: A két üveglap között (lásd az ábrát) neon, xenon vagy argon gáz található. A két, vezető anyagból készült szalagelektródára (cím- illetve képernyőelektróda) feszültséget kapcsolunk, ennek következtében a cellában elektromos kisülés jön létre. A kisülés következtében a gázban ibolyántúli sugárzás (UV sugárzás) keletkezik, amelyet az emberi szem nem érzékel. Ezt a cella hátsó falára felvitt fluoreszcens bevonat ("foszfor") elnyeli, és látható fényt bocsát ki. A látható fény színe függ a bevonat kémiai összetételétől. Háromféle bevonatot alkalmazunk: Az ittrium-vanádium bevonat vörösen fénylik. A cink-szulfid zöldessárga,  A kálcium-wolfram kék fényt ad.

A cellák az ábrán látható elrendezésben követi egymást. A különböző típusú bevonatokat a rajzon azzal a színnel ábrázoltuk, amilyen színű fényt kibocsátanak. A cellák itt is külön-külön vezérelhetők, és a lehetséges színárnyalatokat itt is a három alapszínből keverjük.

A plazmakisüléses monitorok egyik komoly hátránya abból fakad, hogy az elemi cella méretét nem lehet 0,3 mm alá szorítani, ezért ezeket inkább nagyméretű monitorokként, óriáskivetítőkként  alkalmazzuk.

A modern LCD, illetve a plazmakisüléses monitorok élattartamát 60 000 órára becsülik.  

Nyomtatók

Jelenleg kétféle nyomtatótípust használunk:

1. Tintasugaras nyomtatókat
2. Lézernyomtatókat

A tintasugaras nyomtató

A berendezés legfontosabb eleme egy úgynevezett piezokristály, amely elektromos feszültség hatására alakot változtat. Ennek hatására a fúvókában a nyomás megnő, és így a tinta nagy sebességgel kiáramlik a fúvókából. A kiáramló cseppek elektromos töltést is kapnak, így az elektródák segítségével előállított elektromos térben a megfelelő irányba téríthetők. A tintacseppek a papírra csapódnak, és kevesebb, mint egy perc alatt megszáradnak.

A festékszóró fej egy másik típusában egy igen kisméretű ellenállás felhevíti a tintát, ami kitágul, és a tinta a szórófejen keresztül nagy sebességgel cseppek formájában kiszóródik.

Az alábbi képen a kettős nyomtatófej látható. A nyomtatófejek közül egy a fekete-fehér, a másik a színes nyomtatáskor üzemel:	A nyomtatófejet egy léptetőmotor mozgatja:
A léptetőmotor a nyomtatófejet egy ilyen fogasszíj segítségével mozgatja:	A papírt egy görgőrendszer viszi előre:
A nyomtató tartalmaz egy mikroprocesszort és néhány kisegítő áramkört, amely a részegységek vezérléséért, összehangolásáért felelős:	A modern nyomtatók USB porton keresztül csatlakoznak a számítógép felé, de még igen sok nyomtató használja a párhuzamos portot is. Az ábrán egy párhuzamos csatlakozó látható:

A lézernyomtató 

Elvi működése

Egy félvezető bevonattal ellátott hengert 1000 V-on elektromosan feltöltenek. A forgó henger felületét végigpásztázza egy lézersugár, a nyomtatandó képnek megfelelően.

Ahol a fénysugár éri a hengert, ott az erősségének megfelelően a henger felülete elveszti a töltését. Ezután a forgó hengerfelület elhalad a festékport tartalmazó tartály előtt.

A festékpor szemcséi azonos töltésűek a hengerrel, így a festék csak oda tapad, ahol nincs töltés. A töltött felület taszítani fogja a festékszemcséket, ezért oda azok nem tapadnak. A henger felszínén így létrejött képet a papírra visszük, majd a papírt forró hengerek között vezetjük át, és így a festékpor megolvad és véglegesen ráég a papírra.   A henger felülete ezután áthalad a tisztító illetve a kisütőfej előtt, és minden kezdődik elölről.

A színes lézernyomtató hasonlóképpen működik, csak itt a kép nem kerül egyből a papírra, hanem először egy átmeneti szalagra. Az egyes színeket (bíborlila, enciánkék, sárga, fekete lásd: CMYK) négy egymásutáni menetben nyomtatjuk az átmeneti szalagra, majd erről a szalagról kerül át a színes kép a papírra egyetlen menetben.

A papírt itt is átvezetjük az égetőhengereken, amelyek a képet ráégetik a papírra.

A HP cég egyik lézernyomtatója:

A lézernyomtató szerkezete