20 Oct 2019 - 11:48--=[Computer]=----=[Computer]=----=[Musica]=----=[Musica]=----=[Geometra]=----=[Geometra]=----=[Download]=----=[Download]=----=[Link]=----=[Link]=----=[Articoli]=----=[Articoli]=--
Indice Computer Computer/ Hardware/ Dispositivi IO/


I principali dispositivi I/O sono:
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Un sistema informatico ha tre componenti principali: la CPU, le memorie (primaria e secondaria) e i dispositivi di I/O (Input/Output) come stampanti, scanner e modem.

Fisicamente gran parte dei PC e delle Workstation hanno una struttura simile a quella illustrata nella figura seguente.

Case

La costruzione tipica comprende una scatola di metallo con un grosso circuito stampato sul fondo, chiamato scheda madre. La scheda madre contiene un chip CPU, alcuni connettori nei quali si può inserire moduli DIMM e vari cip di supporto. Ci sono inoltre un bus su tutta la lunghezza e alcune prese su cui si possono inserire i connettori delle schede I/O. A volte ci sono due bus, uno ad alta velocità (per le schede I/O moderne), e una a bassa velocità (per le schede I/O più vecchie).
La struttura logica di un PC semplice è dotato di un bus unico che viene usato per collegare CPU, memoria e dispositivi I/O, gran parte dei sistemi hanno due o più bus.
Ogni dispositivo di I/O è composto da due parti: una contenenti tutte le parti elettroniche, chiamata controllore, e una che contiene il dispositivo I/O stesso, come l'unità disco. Il controllore si trova di solito su una scheda inserita sul bus, a parte i controllori che non sono opzionali (come la tastiera), che a volte si trovano sulla scheda madre.
Il lavoro di un controllore consiste nel controllare il suo dispositivo I/O e nel gestirne l'accesso al bus. Quando un programma richiede dei dati da un disco, per esempio, invia un comando al controllore del disco che, a sua volta, invia richieste di ricerca e altri comandi all'unità. Quando sono stati localizzati la traccia e il settore giusto, l'unità inizia ad inviare i dati come un flusso di bit seriali al controllore. è compito del controllore suddividere il flusso do bit in blocchi e scrivere ogni blocco nella memoria (un blocco comprende una o più parole). Un controllore che legge o scrive dati verso è da una memoria senza interventi da parte della CPU si dice che sta effettuando un Direct Memory Access, meglio conosciuto come DMA. Una volta completato il trasferimento il controllore normalmente effettua un interrupt, forzando la CPU a sospendere il funzionamento del programma in corso e ad iniziare una procedura speciale, chiamata interrupt handler, per controllare che non vi siano errori, effettuare qualunque azione speciale sia richiesta e informare il sistema operativo che l' I/O è terminato.

Sistema

Il bus non viene usato solo dai controllori I/O, ma anche dalla CPU per leggere istruzioni e dati. Se la CPU è un controllore I/O utilizzano il bus nello stesso momento un cip chiamato Arbitro del bus che decide chi ha la priorità ad usare il bus. In generale i dispositivi I/O hanno priorità sulla CPU, perché i dischi e gli altri dispositivi in movimento non si possono fermare facendoli aspettare perché si potrebbero perdere dei dati. Quando non ci sono procedure di I/O in atto la CPU ha tutti i cicli del bus per se per accedere alla memoria. In ogni caso quando qualche dispositivo di I/O è in funzione potrà chiedere e il bus gli verrà dato. Questo processo si chiama cycle staling (rubare un ciclo), rallentando il calcolatore.
Man mano che le CPU, le memorie e i dispositivi di I/O diventavano più veloci si è presentato un problema: il bus non era in grado di gestire il carico. Nel caso di un sistema chiuso, come una workstation, la soluzione era di progettare un bus nuovo più veloce per il modello successivo e, poiché nessuno spostava i dispositivi di I/O da un modello vecchio a quello nuovo, questo metodo andava bene. Questa situazione portò le aziende a creare macchine con bus multipli, uno dei quali era il vecchio bus ISA (Industry Standard Architecture), con il nuovo bus PCI (Peripheral Component Interconnect).

Connessione

Tale bus può essere usato in molte configurazioni come quelle in figura. In questo caso la CPU dialoga con un controllore di memoria per mezzo di un collegamento dedicato ad alta velocità. Il controllore dialoga con la memoria a e con il bus PCI direttamente quindi il traffico fra CPU e memoria non passa attraverso il bus PCI. Le periferiche ad alta larghezza di banda (cioè un alto flusso di dati), come i dischi SCSI, si possono collegare direttamente al bus PCI. Inoltre il bus PCI ha un ponte che lo collega al bus ISA in modo che si possono usare i controllori ISA, e i loro dispositivi. Una macchina con questa configurazione conterrebbe tre o quattro connettori PCI vuoti ed altri tre o quattro connettori Isa vuoti per permettere agli utenti di inserire entrambi delle vecchie schede di I/O ISA (solitamente per dispositivi lenti) e nuove schede di I/O PCI (solitamente per dispositivi veloci).
Oggi sono disponibili molti tipi di dispositivi di I/O. Nella pagina verranno esaminati i più comuni.

Terminali Terminali

I terminali dei calcolatori si compongono di due parti: una tastiera e uno schermo. Nel mondo dei mainframe queste parti sono spesso integrate in un dispositivo singolo e collegate al calcolatore principale per mezzo di una linea seriale o telefonica. Diffusi negli uffici, negli aeroporti, ecc.
Nel settore dei personal computer la tastiera e lo schermo sono dispositivi separati.

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Tastiere Tastiere

Vi sono molti tipi di tastiere. Il PC IBM originale aveva una tastiera dotata di un interruttore sotto ogni tasto che dava un riscontro tattile ed emetteva un clic se il tasto veniva premuto abbastanza. Oggi le tastiere più economiche hanno tasti dotati di un tasto meccanico quando vengono premute. I modelli migliori hanno uno strato di materiale elestometrico (un tipo di gomma) fra i tasti e la scheda stampata sottostante. Sotto ogni piccolo tasto c'è una piccola volta che si piega quando viene premuta abbastanza. Un piccolo punto di materiale conduttivo all'interno della volta chiude il circuito. Alcune tastiere hanno un magnete sotto ogni tasto che, quando viene premuto, passa attraverso una induttanza e crea una corrente elettrica.
Sul PC quando si preme un tasto viene generato un interrupt e viene avviato il gestore degli interrupt della tastiera (un componente software che fa parte del sistema operativo).
La tastiera è considerata come il principale dispositivo di immissione (input).
Essa si divide in più parti:
Tastiera funzionale, normalmente posta sulla parte superiore, i suoi tasti sono contrassegnati dalle sigle F1, F2, F3,.......F12. Questi tasti sono impiegati generalmente per attivare le funzioni di un programma o di un sistema operativo.
Tastiera alfanumerica è la parte centrale ed è costituita da 26 caratteri dell'alfabeto, dai simboli di punteggiatura e dai tasti per l'inserimento dei caratteri nazionali che personalizzano l'alfabeto di ogni singolo paese (nel caso dell'alfabeto italiano sono: "è, ò, à, ù,ì").
I tasti alfabetici, nella maggior parte delle tastiere sono posizionati secondo lo standard internazionale QWERTY, ma esistono anche tastiere che adottano lo standard QZERTY (come le tastiere dei computer della APPLE).
Tastierino numerico, è posto sulla parte destra, consente l'immissione veloce di dati numerici.

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Monitor Monitor

Monitor CRT

Un monitor è una scatola contenente un CRT (Cathode Ray Tube) e il suo alimentatore. Il CRT contiene un cannone che spara un raggio di elettroni contro uno schermo fosforescente vicino alla parte anteriore del tubo (I monitor a colori hanno tre cannoni di elettroni, uno per ognuno dei colori rosso, verde e blu).


Schermi a pannello piatto

I CRT sono troppo ingombranti e pesanti per essere utilizzati nei notebook computer, quindi si applica una tecnologia completamente diversa per questi schermi. Quella più diffusa è l'LCD (Liqid Crystal Display). Questi monitor sono formati da cristalli liquidi (molecole organiche vischiose che scorrono come un liquido, ma hanno anche una struttura spaziale, come un cristallo).
Uno schermo con display LCD si compone di due lastre di vetro parallele la cui intercapedine sigillata contiene un cristallo liquido. Elettrodi trasparenti sono attaccate ad ambedue le lastre. Una luce (naturale o artificiale) situata dietro la lastra posteriore illumina lo schermo da dietro. Gli elettrodi trasparenti attaccate alle lastre di vetro vengono usati per creare campi elettrici nel cristallo liquido. Le diverse parti dello schermo ricevono voltaggi diversi a seconda dell'immagine desiderata. Sulla parte anteriore e posteriore dello schermo vi sono dei polarizzatori, perché questa tecnologia richiede l'uso di luce polarizzata.

Monitor piatto

Esistono due tipi di monitor LCD:
  • A matrice attiva;
  • A matrice passiva.


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Mouse Mouse

Un mouse è una piccola scatola di plastica che permette all'utente di muoversi con maggior facilità attraverso i diversi menù tramite l'utilizzo di un puntatore visualizzato nello schermo. Il mouse ha uno, due o tre bottoni sulla parte superiore che permettono di selezionare le voci nei vari menù.
Sono stati prodotti tre tipi di mouse: mouse meccanici, mouse ottici e mouse optomeccanici.
I primi erano dotati di due ruote in gomma situate sulla parte inferiore. Quando il mouse veniva spostato parallelamente all'asse principale girava una ruota. Quando invece si spostava perpendicolarmente all'asse principale si muoveva l'altra ruota. Ogni ruota attivava una resistenza variabile (potenziometro). Misurando i cambiamenti nella resistenza era possibile vedere quanto aveva girato intorno a all'asse la ruota e calcolare di quanto si era spostato il mouse in ogni direzione.
Il secondo tipo di mouse è un dispositivo ottico e non ha sfere o ruote, ma un LED(Light Emitting Diode), è un fotolettore sulla parte inferiore. Il mouse ottico viene usato su uno speciale pannello di plastica contenente una griglia rettangolare di linee molto vicine. Mentre il mouse si sposta sulla griglia, il fotolettore identifica il passaggio di una linea, perché cambia la quantità di luce del LED che viene riflessa.
Il terzo tipo di mouse è optomeccanico. Questo dispositivo è dotato di una sfera che fa girare due assi allineati a 90°. Gli assi sono collegati a dei decodificatori di fessure attraverso può passare la luce. Mentre il mouse si muove le barre ruotano e impulsi di luce colpiscono il sensore quando una fessura ritrova tra un LED e il sensore.

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Stampanti Stampanti

Esistono due diversi tipi di stampanti: monocromatiche e a colori. Nelle stampanti monocromatiche si possono raggruppare svariate stampanti tra cui la stampante a matrice che si basa su una testina di stampa contenete tra i 2 i 24 aghi azionati elettromagneticamente mentre la testina si muove su ogni riga di stampa, la qualità della stampa si può migliorare usando più aghi e facendo sovrapporre i punti. Le stampanti a matrice hanno 3 applicazioni principali. La stampa su formulari prestampati di grandi dimensioni. La stampa su piccoli pezzi di carta. La stampa su formulari continui a più segmenti con carta carbone inserita fra le copie.
Le stampanti a getto d'inchiostro hanno una testina di stampa mobile che porta una cartuccia d'inchiostro, questa viene passata in modo orizzontale sulla carta, mentre l'inchiostro viene spruzzato da minuscoli ugelli. All'interno di ogni ugello una goccia d'inchiostro viene riscaldata elettricamente fino al punto di ebollizione e poi scoppia. A questo punto l'inchiostro può solo fuoriuscire dal foro anteriore dell'ugello e arrivare alla carta. La bocchetta viene poi raffreddata e il vuota creato risucchia un'altra goccia d'inchiostro.La velocità della stampante è limitata dalla velocità con cui si ripete il ciclo di ebollizione/raffreddamento. Le stampanti a getto d'inchiostro hanno risoluzioni che vanno da 300 dpi (dots per inch - punti per pollice), a 720 dpi anche se si trovano le stampanti con una risoluzione di 1440 dpi.
La stampante laser. Questo dispositivo combina in una periferica un'immagine di alta qualità e buona velocità.

Rullo

Al centro della stampante c'è un tamburo di precisione ruotante. All'inizio di ogni ciclo pagina, il tamburo viene caricato elettricamente fino a 1000 volt e ricoperto di materiale fotosensibile. Una luce laser viene fatta scorrere per tutta la lunghezza del tamburo quasi come un raggio di elettroni in CRT, solo che, invece di ottenere una deflessione orizzontale per mezzo della corrente, viene usato uno specchio ottagonale per deflettere il raggio laser lungo il tamburo. Il raggio di luce viene modulato per produrre una configurazione di punti chiari e scuri. I punti dove colpisce il raggio perdono la loro carica elettrica.
Dopo aver eseguito una riga di punti, il tamburo ruota una frazione di grado per poter effettuare la linea seguente infine la prima riga di punti raggiunge il torner, un contenitore di polvere nera elettrostaticamente sensibile. Il torner viene attirato dai puntini che sono ancora carichi e così si forma un'immagine della riga. Il tamburo ricoperto di torner viene premuto contro la carta e trasferisce la polvere nera sulla carta. La carta viene poi fatta passare attraverso dei rulli riscaldati che fissano permanentemente il torner alla carta, fissando così l'immagine. Più avanti nella rotazione il rullo viene scaricato a ripulito di eventuali residui di torner ad è così pronto per essere ricaricato e ricoperto per a pagina seguente.
Stampanti a colori. I colori primari delle stampanti a colori sono tre: ciano, magenta e giallo. In teoria si possono produrre tutti i colori mischiando inchiostro ciano giallo e magenta. In pratica è difficile ottenere degli inchiostri abbastanza puri da ottenere il nero. Per questo motivo i sistema di stampa a colori utilizzano 4 inchiostri: ciano, magenta, giallo e nero. Questi sistemi si chiamano stampanti CMYK (K sta per blak per evitare confusione con il blu). L'insieme di colori che una stampante è in grado di riprodurre si chiama gamma. Nessun dispositivo dispone di una gamma che corrisponde al mondo reale, poiché ogni colore ha al massimo 256 intensità offrendo quindi solo 16.777.216 colori discreti.
Le tecniche più diffuse per le stampe a colori sono cinque e si basano sul sistema CMYK.
  • Stampante a getto d'inchiostro a colori, funziona allo stesso modo delle stampanti monocromatiche, sono dotate di quattro cartucce (per C, M, Y e K), invece di una;
  • Stampanti ad inchiostro solido. Queste stampanti accettano quattro blocchi solidi di un inchiostro speciale a base di cera, che vengono poi sciolti a caldo in contenitori per l'inchiostro. I tempi di avviamenti di questa stampanti possono arrivare a dieci minuti, il tempo necessario a sciogliere i blocchi di cera. L'inchiostro caldo viene spruzzato sulla carta dove si attacca e si fonde con la carta quando viene passata attraverso due rulli duri;
  • Stampante laser a colori, funziona come il modello monocromatico tranne che vengono generate immagini C, Y, M e K separate a poi trasferite ad un rullo che utilizza quattro torner differenti.
  • La stampante a cera. Utilizza un largo nastro di cera a quattro colori, viene tagliato in bande delle dimensioni di una pagina. Migliaia di elementi di riscaldamento sciolgono la cera mentre la carta passa al di sotto. La cera viene fissata alla carta sotto forma di pixel utilizzando il sistema CMYK;
  • Stampante a sublimazione. Definisce il passaggio da uno stato solido ad uno gassoso senza passare attraverso lo stato liquido. In una stampante a sublimazione di inchiostro, un contenitore che contiene i colori CMYK passa sopra una testina di stampa termica contenente migliaia di elementi di riscaldamento programmabili. Gli inchiostri vengono vaporizzati e assorbiti da una carta speciale. Ogni elemento di riscaldamento è in grado di produrre 256 temperature diverse. Più è alta la temperatura più colore viene depositato e più alta è l'intensità.


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Modem Modem

Con l'incremento dei calcolatori negli ultimi anni spesso si pone il problema di far comunicare un calcolatore con un altro. Molti hanno il calcolatore in casa, per esempio, e lo usano per comunicare con il loro calcolatore al lavoro, con il provider del servizio di Internet o con la banca. Una linea telefonica semplice non è però adatta alla trasmissione di dati digitali, che generalmente rappresentano uno 0 con 0 volt e un 1 con da 3 a 5,5 volt (come in figura a). I segnali su due livelli vengono significativamente distorti durante la trasmissione per mezzo di una linea telefonica di qualità adatta alla voce umana e quindi si possono verificare errori di trasmissione. Un segnale ad onda sinusoidale pura con una frequenza da 1000 a 2000Hz, chiamato carrier (portante), può però essere trasmesso con poca distorsione e quindi viene utilizzato come base per gran parte dei sistemi a telecomunicazione.

Frequenze

Un'onda sinusoidale pura non trasmette alcuna informazione. Variando però l'ampiezza, la frequenza o la fase si può trasmettere una sequenza di 1 e di 0 (come in figura). Questo processo si chiama modulazione. Nella modulazione di ampiezza (figura b) vengono usati due voltaggi diversi rispettivamente per 0 e per 1. Nella modulazione di frequenza (figura c) la tensione è costante, ma la frequenza della portante è diversa per 1 e per 0.
Nella Modulazione di fase (figura d). L'ampiezza e la frequenza non cambiano, ma la fase della portante viene invertita di 180° quando i dati passano da 0 a 1 o da 1 a 0. In sistemi a modulazione di fase più sofisticati, chiamati dibit, all'inizio di ogni intervallo di tempo viene improvvisamente spostata la fase della portante di 45°, 135°, 225° o 315° per permettere 2 bit per ogni intervallo di tempo. Il numero di intervalli di tempo (cioè il numero dei cambiamenti del segnale in un secondo) si chiama baud. Se ci sono 2 o più bit per ogni intervallo, la velocità in bit al secondo supera la velocità in baud.
Se i dati da trasmettere sono composti da una serie di caratteri di 8 bit sarebbe meglio avere un collegamento in grado di trasmettere 8 bit contemporaneamente, cioè otto paia di fili. Poiché le linee telefoniche adatte alla voce umana forniscono un canale solo, i bit devono essere inviati in modo seriale, uno dopo l'altro. Il dispositivo che accetta i caratteri dal calcolatore sotto forma di segnali a due livelli, un bit per volta e che trasmette i bit in gruppi di uno o due, sotto forma di modulazione di ampiezza, frequenza o fase, è il modem. Per segnalare l'inizio e la fine di ogni carattere, un carattere da 8 bit viene solitamente inviato facendolo precedere da un bit di inizio e facendolo seguire da un bit di fine per un totale di 10 bit in tutto.
Il modem che trasmette, invia i bit di un carattere ad intervalli di tempo regolari. 9600 baud, per esempio, significa un cambiamento di segnale ogni 104 sec. Un altro modem, che si trova dall'altra parte, viene usato per convertire una portante modulata in un numero binario.
I modem moderni hanno velocità di trasmissione che vanno da 28.800 bit/sec a 57.600 bit/sec, solitamente a baud molto inferiori e usano una combinazione di tecniche per inviare più di un bit per baud, modulando l'ampiezza , la frequenza e la fase. Quasi tutti sono full-duplex, cioè trasmettono in ambedue le direzioni contemporaneamente. Modem o linee di trasmissione che trasmettono solo in una direzione alla volta si chiamano half-duplex. Le linee che trasmettono sono in una direzione si chiamano simplex.

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