Спілкування з комп'ютером, або Як працюють пристрої введення

Комп'ютер - машина, здатна виконувати зазначену, чітко сформульовану послідовність операцій. Ці машини щільно увійшли в наше повсякденне життя, замінивши людини практично у всіх сферах. Однак, навіть спілкуючись з комп'ютером кожен день, багато хто до кінця не розуміють, як працює система.

«Мозок» комп'ютера

Якщо добре подумати, то за будовою і способом роботи це винахід цілком схоже на людину. Як і людина, комп'ютер може отримувати, обробляти та зберігати інформацію, а також на основі заздалегідь підготовлених алгоритмів робити висновки. Серце будь-якого обчислювального пристрою, від калькулятора до стаціонарного комп'ютера - процесор. На вигляд він являє собою кремінну пластинку з імплантованими транзисторами. Чіп або кристал процесора, сторона якого дорівнює 25 сантиметри, може містити мільйони транзисторів. У цьому процесор походить на спрощену модель людського мозку, через який проходить близько 200 мільйонів нервів. В структуру нервової тканини входить нейрон - клітина, здатна приймати, кодувати, зберігати і передавати інформацію. До того ж нерви, як дроти, проводять по тілу людини електричний струм, а точніше електричні імпульси, без яких м'язи просто не будуть скорочуватися. На цьому принципі заснована робота комп'ютера. Процесор включає в себе шини адреси і даних, регістри, лічильник команд, кеш, арифметико-логічне та математичне пристрій. Давайте спробуємо розібратися!

Що таке шина?

Передача даних між процесором і будь-яким іншим оперативним блоком здійснюється за допомогою шини. Вона складається з численних сигнальних ліній, різних за протоколом передачі даних і електричних характеристик, об'єднаних за призначенням (передача даних або адрес). Розрядність, спосіб передачі даних, пропускна здатність, тип і кількість підтримуваних пристроїв, протокол роботи, призначення (внутрішнє або інтерфейсна) - все це різні характеристики різних шин. Розрізняють два виду: шину передачі даних або адрес. До того ж усі їх можна розділити на 3 групи: шини типу «процесор-пам'ять», шини вводу-виводу і системні шини.

Типи шин комп'ютера

Для зв'язку центрального процесора з кеш-пам'яттю або основною пам'яттю машини використовується шина типу «процесор-пам'ять». Інтенсивний обмін даними процесора з пам'яттю вимагає найбільшої пропускної здатності даного елемента. У машинах на базі процесора Pentium пропускна здатність такої деталі може становити 66-800 МГц. В окремих випадках ці функції може виконувати системна шина. Взаємодія пристроїв вводу/виводу з процесором забезпечується шинами scsi або pci. Пристрій вводу або виводу не вимагає високої швидкості. Ліній в шинах введення/виводу в рази менше, ніж у тій же процесорної, але це не погіршує роботу комп'ютера. В деяких моделях з метою зниження вартості машини використовують лише одну загальну «системну» шину. Вона об'єднує функції обох, причому нітрохи не втрачаючи в продуктивності. Кількість ліній в системній шині може досягати декількох сотень, а їх сукупність можна умовно розбити на 3 функціональні групи: шину адрес, шину даних і шину управління. До останньої відносять лінії, що живлять системні модулі.

Кодування інформації

Вся інформація в системі комп'ютера обробляється і передається у вигляді електричних імпульсів. Ось тільки людина здатна сприймати електричні сигнали як інформацію, тому для спілкування з комп'ютером використовується двійковий код, добре зрозумілий машині, для кодування інформації і таблиці перекодування для представлення користувачеві набору нулів та одиниць, шляхом порівняння, в буквах і цифрах. Всього виділяють 4 основні таблиці кодування: ДКОИ-8 ASCII, CP1251 Unicode. Кожної букви, цифри, знаку пунктуації присвоюється певний номер. Під час перекодування інформації система порівнює букву з даними таблиці і представляє її як послідовність електронних імпульсів. На виведення відбувається зворотна процедура порівняння з цифри, букви за таблицею. Важливо використовувати одну таблицю при роботі з текстом. В іншому випадку на виході будуть виходити не слова, а набір ієрогліфів, що пояснюється відмінністю набору цифр, що привласнюються символу, в різних таблицях. Для переходу з однієї таблиці в іншу використовують конвертори.

Пристрої введення

Тепер що стосується пристроїв введення/виведення інформації. Компанія IBM, яка розробила перший персональний комп'ютер, використовувала принцип «відкритої архітектури», що дозволило розділити основні компонують системи з метою заміни окремих частин у разі поломки. При цьому основні схеми, а також алгоритми роботи, IBM надала в загальний доступ. З часом технології розвивалися, дозволяючи удосконалювати і створювати нові пристрої введення/виведення інформації. Всі зовнішні, або, як їх ще називають, периферійні пристрої можна розділити на 3 групи. До першої групи відносять пристрої введення інформації в ПК: маніпулятори, клавіатура, мікрофони, камери і т. д. Пристрої введення перетворюють інформацію в зрозумілий для машини двійковий код. До другої групи відносять пристрої виведення інформації: монітори, динаміки, навушники і т. д. В третій групі складаються пристрої, які служать одночасно для введення і виведення інформації. До цієї групи належать дисководи, знімні накопичувачі, модеми. Система знаходить зовнішнє пристрій за адресою (можливо, по групі адрес), яких в комп'ютері зарезервовано близько тисячі.

Принцип роботи клавіатури

Розглянемо принцип роботи елементарного пристрої введення - клавіатури. Виявляється, вона теж оснащена процесором. Але процесор клавіатури, що складається всього лише з однієї мікросхеми, здатний виконувати тільки елементарні завдання, а саме відстежувати замикання електричного ланцюга і відправляти номер натиснутою клавіші в центральний комп'ютер, де вже відбувається обробка і складається висновок відповідно до закладеної програми.

Принцип роботи маніпулятора

Найпоширеніший маніпулятор - мишу - працює трохи складніше. Мишки поділяють на 3 типи за принципом дії: механічні, оптико-механічні і оптичні. Розглянемо принцип роботи кожної з них.

Механічні миші

При переміщенні по поверхні столу механічного маніпулятора приводиться в рух каучуковий м'яч. З кулею стикаються 2 ролика, розташованих перпендикулярно відносно один одного. За кульками розташовані датчики, що вловлюють і передають на плату з електронною схемою (елементарним процесором) рух кульок. В залежності від отриманих даних розраховуються координати і передаються на центральний процесор. У справжні час механічні маніпулятори як такі майже повністю вийшли з ужитку внаслідок швидкого зносу каучукового кулі, з-за чого частенько курсор просто переставав рухатися.

Оптичні маніпулятори

На зміну механічним прийшли оптичні миші. Каучукового кульки у них немає. Замість нього встановлено 2 фотодатчика, що складаються з світлодіода (фотопередатчика) і фотоелемента (фотоприймача). Один світлодіод випромінює червоне світло, у той час як інший випромінює інфрачервоне. Фотоелементи налаштовані так, що кожен приймає тільки свій світ. При переміщенні маніпулятора світло відбивається, притому змінюється його інтенсивність в залежності від наближення або віддалення від лінії килимка. Зміна інтенсивності світла свідчить про переміщення маніпулятора по осі X або Y. Датчики зчитують і передають дані на плату миші, звідки сигнал надходить в центральний процесор.

Оптико-механічні мишки

Оптичні мишки зношуються в рази повільніше, проте скрізь є своє «але». Використовувати оптичну вкрай незручно на гладкій поверхні. В цьому випадку набагато ефективніше буде використовувати оптико-механічну миша. Як і механічна, вона оснащена кулькою порівняно великого розміру, до якого щільно притиснуті ролики, розташовані під кутом в 90 градусів відносно один одного з двома фотодатчиками (світлодіод - фотодіод) по різні сторони диска з прорізами. Залежно від напрямку руху миші приводиться в дію один або обидва ролика відразу. Кожен з двох датчиків фокусує швидкість руху свого ролика і відправляє їх на плату миші, де вираховуються координати, які потім відправляються в центральний процесор.