Ввод/вывод
С информатике, ввод/вывод (в англ. языке часто используется сокращение I/O — input/output) означает взаимодействие между обработчиком информации (например, компьютер) и внешним миром, который может представлять как человек, так и любая другая система обработки информации. Ввод — сигнал или данные, полученные системой, а вывод — сигнал или данные, посланные ею (или из нее). Термин также может использоваться как обозначение (или дополнение к обозначению) определенного действия: «выполнять ввод/вывод» означает выполнение операций ввода или вывода. Устройства ввода-вывода используются человеком (или другой системой) для взаимодействия с компьютером. Например, клавиатуры и мыши — специально разработанные компьютерные устройства ввода, а мониторы и принтеры — компьютерные устройства вывода. Устройства для взаимодействия между компьютерами, как модемы и сетевые карты, обычно служат устройствами ввода и вывода одновременно.
Стоит отметить, что назначение устройства в качестве устройства ввода или вывода зависит от перспективы. Мыши и клавиатуры принимают физическое взаимодействие, осуществляемое человеком-пользователем (кстати, относительно него это будут действия по выводу информации), и превращает его в сигналы, понятные компьютеру. Вывод информации из этих устройств является вводом ее в компьютер. Аналогично, принтеры и мониторы получают на входе сигналы, которые выводит компьютер. Затем они преобразуют эти сигналы в такой вид, который человек сможет увидеть или прочитать. (Для людей-пользователей процесс чтения или просмотра подобных вариантов представления информации является вводом или получением информации).
В компьютерной архитектуре объединение процессора и основной памяти (то есть памяти, из которой процессор может читать и записывать в нее напрямую с помощью особых инструкций) составляет «мозг» компьютера, и с этой точки зрения, любой обмен информацией с этим объединением, например, с дисковым накопителем, подразумевает ввод-вывод. Процессор и его сопутствующие электронные цепи реализуют ввод-вывод с распределением памяти, используемый в низкоуровневом программировании при реализации драйверов устройств.
Высокоуровневая операционная система и программное обеспечение используют другие, более абстрактные концепции и примитивы ввода-вывода. Например, большинство операционных систем реализуют прикладные программы через концепцию файлов. Языки программирования Си и C++, а также операционные системы семейства Unix, традиционно абстрагируют файлы и устройства в виде потоков данных, из которых можно читать и в которые можно записывать, или и то и другое вместе. Стандартная библиотека языка Си реализует функции для работы с потоками для ввода и вывода данных.
Альтернативой специальным простейшим функциям служит монада ввода-вывода, которая позволяет программам просто описывать ввод-вывод, а действия выносятся за рамки программы. Это весьма примечательно, так как функции ввода-вывода имеют побочные эффекты в любом языке программирования, но сейчас получило распространение чисто функциональное программирование.
Содержание
Интерфейс ввода-вывода
Интерфейс ввода-вывода требует управления процессором каждого устройства. Интерфейс должен иметь соответствующую логику для интерпретации адреса устройства, генерируемого процессором.
Установление контакта должно быть реализовано интерфейсом при помощи соответствующих команд типа (ЗАНЯТ, ГОТОВ, ЖДУ), чтобы процессор мог взаимодействовать с устройством ввода-вывода через интерфейс.
Если существует необходимость передачи различающихся форматов данных, то интерфейс должен уметь конвертировать последовательные (упорядоченные) данные в параллельную форму и наоборот.
Должна быть возможность для генерации прерываний и соответствующих типов чисел для дальнейшей обработки процессором (при необходимости).
Компьютер, использующий ввод-вывод с распределением памяти, обращается к аппаратному обеспечению при помощи чтения и записи в определенные ячейки памяти, используя те же самые инструкции языка ассемблера, которые компьютер обычно использует при обращении к памяти.
Режимы адресации
Существует несколько способов, которыми данные могут быть прочитаны или помещены в память. Каждый метод представляет собой режим адресации и имеет собственные преимущества и ограничения.
Режимы адресации делятся на множество типов, как например, прямая адресация, косвенная (непрямая) адресация, непосредственная адресация, индексная адресация, базовая адресация, базово-индексная адресация, предполагаемая адресация и т. д.
Прямая адресация
В этом типе адрес данных сам является частью инструкции. Когда процессор декодирует инструкцию, он получает адрес ячейки памяти, откуда может быть считана (куда может быть записана) требуемая информация.
В данном случае операнд Addr указывает на область памяти, содержащее данные и копирует их в указанный регистр Reg.
Косвенная адресация
В этом случае адрес может храниться в регистре. Инструкции будут обращаться к регистру, содержащему адрес. То есть, для получения данных, инструкция должна декодировать данные соответствующего регистра. Содержимое регистра будет обработано как адрес, используя который, будет считана/записана информация из/в соответствующую область памяти.
Ввод-вывод с распределением (вводимой информации) по портам (памяти)
Ввод-вывод с распределением (вводимой информации) по портам (памяти) обычно требует применения инструкций, специально разработанных для выполнения операций ввода-вывода.
Источник
Устройства ввода / вывода (УВВ или I/OU)
ВВЕДЕНИЕ.
§1 Концепция расширенной машины.
Под машиной будем подразумевать компьютер, те средство сбора, переработки, хранения и предоставления информации.
Компоненты компьютерной системы:
1)АППАРАТУРА
2)ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ (далее ПО) (расширение Аппаратуры позволяющее работу с ней без знания ее устройств)
Аппаратура и Программное обеспечение вместе составляют РАСШИРЕННУЮ МАШИНУ (далее РМ).
Программное обеспечение делится на ОПЕРАЦИОННУЮ СИСТЕМУ (далее ОС) и Прикладное ПО (далее ППО).
Концепция Расширенной машины состоит в следующем :
1) Любой уровень РМ можно детализировать.
2) Детализацию проводится до уровня необходимого для понимания сути процессов в нем происходящих.
Аппаратура
Аппаратура состоит из следующих компонентов:
2) ОСНОВНАЯ ПАМЯТЬ – место хранения информации, обрабатываемой ЦПУ.
RAM (Random Access Memory)
ROM (Read Only Memory).
5) УСТРОЙСТВА ВВОДА / ВЫВОДА (внешние носители информации) (Input / Output Unit) (далее I/OU или УВВ).
ШИНЫ И КОТРОЛЛЕРЫ I/O
7) Шины – коммуникации между устройствами
Контроллеры I/O – процессоры малой мощности, ориентированные на работу I/OU (разгружают ЦПУ).
Программное обеспечение.
УПРАВЛЯЮЩИХ программ – набор команд и данных для управления ресурсами КС с целью повышения ее производительности.
СЕРВИСНЫХ программ – набор программ для сокращения усилий пользователя по написанию, отладки и эксплуатации ПО. (Обычно от ППО их отличает то, что они поставляются с дистрибутивами ОС, хотя есть ППО также поставляемое производителем ОС совместно с ней.)
Ресурсы делятся на Аппаратные (время ЦПУ, Память, Устройства I/O) и информационные (данные, доступные ОС, использующиеся программами…)
Управляющие программы отвечают за распределение ресурсов между выполняющимися в ОС (многозадачных, например Windows, OS/2. ) программами.
Например несколько программ требуют доступ к звуковой карте, но только активная его получает…
Разделяя ОС на две части нужно сказать о ВНУТРЕННЕЙ и ВНЕШНЕЙ РМ.
В состав Внутренней РМ входят аппаратура и управляющие программы. Внешняя же РМ включает в себя также сервисные программы (те всю ОС).
Внутренняя РМ представляет собой минимальную конфигурацию машины, на которой могут выполняться программы. Таким образом, не всякому ППО требуются сервисные программы.
В КС по концепции РМ возможно взаимодействие только соседних уровней, те каждые два соседних уровня взаимодействуют между собой посредством интерфейсных средств (уникальных для этих 2 уровней). То есть верхний уровень не нужен для эксплуатации нижнего уровня. (Такой же подход используется в модульном программировании (Сокрытие информации), когда при взаимодействии между программа не знает по какому механизму обрабатываются данные).
· Физический – взаимодействие ОС с аппаратурой на уровне ее физических устройств
· Логический (машинно-независимый) – взаимодействие сервисных программ управляющих (на уровне логических связей).
Задание – либо команда, либо пакет команд, состоит из интерфейсного взаимодействия с КС.
ЦПУ выполняет арифметические, логические и управляющие операции, обрабатывая только ту информацию, которая находится в его регистрах.
Регистры – устройство процессора, для хранения информации учавствующей в обработке:
· Регистры общего назначения (РОН) – для работы с целыми числами.
· Регистры для чисел с плавающей точкой (РПТ)
В КС единицей информации является бит. Бит может принимать значения 0 или 1.
Регистр ЦПУ состоит из нескольких бит, и их количество определяет архитектуру процессора:
· Если РОН рассматривается, как 16 бит, то говорят о 16-ти битовой архитектуре (разрядности) процессора.
· Если РОНрассматривается, как 32 бит, то говорят о 32-ти битовой архитектуре (разрядности) процессора.
Бывают и другие архитектуры в том числе 64-х битовые. А можно использовать часть регистра и моделировать другую разрядность.
Процессор обрабатывает только информацию, содержащуюся в его регистрах, те для того, чтобы обработать хранящуюся у него в оперативной памяти информацию, ее необходимо сначала перенести в регистры, и затем после обработки опять поместить в оперативную память.
Современные машины снабжены так называемой КЭШ-памятью. КЭШ-память имеет структуру регистра, принадлежит процессору, и предназначена для хранения «сверхоперативной информации», те информации, наиболее часто передаваемой на обработку процессору (например, Группы пользователей данного компьютера в ОС WINDOWS). Перенос из КЭШ-памяти в регистр много быстрее, чем перенос из оперативной памяти.
1.4 Основная память
RAM + ROM
В памяти машины вся информация представлена, как набор битов(bit). Наименьшей единицей адресуемой информации в программе является байт(Byte), содержащий 8 бит. Двоичное слово (в зависимости от разрядности машины имеющее длину 2b (16bit), 4b (32bit), 8b (64bit) и т.д.) начинается с четного, кратного длине слова байта (нумерация ведется от 0). На примере 32-разрядной машины некоторые существующие единицы информации:
Слово 4 байта
Полуслово 2 байта
Двойное слово 8 байт
Параграф 16 байт
Страница 512 байт
Килобайт 1024 байт
Мегабайт 1024 Кбайт
Физический сегмент адресуемой памяти равен 64Kb.
Память компьютера делится на 2 части. Правая часть отводится по ОС, ядро ОС или системную память, а вторая является динамической областью, предназначенная для размещения в памяти программ под управлением ОС. Различия между этими областями в том, что к первому пользователь не имеет прав обращаться или они не задокументированны, а ко второй свободно может обращаться.
Устройства ввода / вывода (УВВ или I/OU)
УВВ относятся к устройствам периферии и предназначены для ввода/вывода информации в оперативную память и для хранения оперативной информации. Существует много УВВ, грубо они делятся на два класса:
· Медленные – байт-ориентированные: работают с небольшим количеством информации (порядка одного дв. слова); блок-ориентированные: для значительных объектов.
· Быстрые – например, магнитный диск. (Существуют еще три устройства со сравнимой скоростью и той же логической организацией, отличающиеся физическим строением.)
Магнитный диск (МД)
МД устроен как пакет круглых, посаженных на общую несущую ось. Поверхности пластин покрыты магнитным слоем. Информация хранится на дорожках (в виде концентрических окружностей). Каждая такая окружность является дорожкой. Для считывания и записи существуют устройства (гребенки) со считывающими и записывающими головками. Начала всех (записей) дорожек лежит на одном луче и помечены магнитным маркером. Емкость дорожек одинакова, различается плотность записи. Дорожки разбиваются на блоки (сектора в х86 машинах). Каждый блок имеет одинаковую длину. Существует межблоковое пространство, для технических нужд…(особо хитрый пользователь может выгодно его использовать, например для сокрытия информации от менее хитрого пользователя, т.к. размещенная на междисковом пространстве информация недоступна из ОС). Длина блока подфирается для оптимального баланса между количеством участков между блоками (для блоков малой длины) и временем обработки (для блоков большой длины).
Все дорожки разматываются от центра на разных уровнях, так к ним можно обращаться без перемещения головки по цилиндру. Блок – элемент физической памяти. Физический адрес блока – номер цилиндра (CYL) (сколько дорожек на одной поверхности, столько и цилиндров), номер дорожки (TRK) (столько, сколько магнитных поверхностей) и номер блока (BLK).
Для работы с диском необходимо наличие на нем разметки, т.е. на нем должна быть создана файловая система.
Физически диск не зависит от ОС, так же как и разметка диска. Любая файловая структура имеет три основных элемента:
· Метка тома (том – вся файловая система, метка идентифицирует носители ОС)
· Оглавление (содержит информацию о всех данных на этом носителе и о свободном месте)
· Содержание (туда записываются данные)
С устройствами – хранителями пользователь работает на логическом уровне.
Контроллеры и Шины
Шины – коммуникации между внешними устройствами, на которые подаются данные. Есть шина данных (для передачи данных) и управляющей информации.
Если говорить о 32-х битовой архитектуре процессора, он имеет 52 бита; из них шине принадлежат 32 разряда.
Контроллеры – процессоры малой мощности, выполняющие команды ввода/вывода. Различаются на программируемые и непрограммируемые(с зашитой программой). Чем «интеллектуальнее» контроллер, тем больше свободы дается процессору.
Источник
Устройства ввода информации
Вы будете перенаправлены на Автор24
Процессор ПК содержит порты, через которые обменивается данными с внешними устройствами ввода-вывода.
Устройства ввода информации – это устройства, которые информацию из формы, понятной человеку, преобразуют в цифровую форму, которая воспринимается компьютером.
Клавиатура
Самым главным и практически незаменимым устройством ввода информации в ПК является клавиатура, которая считается одним из основных составляющих ПК.
Клавиатура – это устройство для ввода числовой и текстовой информации, а так же управления компьютером, которое содержит стандартный набор клавиш и дополнительные клавиши – управляющие, функциональные клавиши, клавиши управления курсором и малую цифровую клавиатуру.
Указательные (координатные) устройства ввода
Устройства, с помощью которых осуществляется непосредственный ввод информации посредством указания курсором на экране монитора команды или места ввода данных. С помощью данных устройств пользователь перемещает курсор или другие объекты программ по двухмерному пространству экрана монитора.
Такие устройства ввода образуют группу манипуляторов.
Компьютерная мышь
Компьютерная мышь является традиционным устройством ввода и позволяет синхронно с перемещением мыши по столу перемещать курсор по экрану монитора.
Используя клавиши мыши, можно задать тот или иной тип операции с объектом. Основной характеристикой мыши является ее разрешение, которое измеряется в точках точек на дюйм.
Разнообразие манипуляторов последнее время поражает.
По типу устройств и способу функционирования мыши классифицируются на:
Готовые работы на аналогичную тему
Трекбол
Трекбол напоминает мышку «наоборот», т.е. само устройство остается неподвижным, а управление перемещением курсора осуществляется вращением шарика, который находится в верхней части трекбола. При этом такое управление позволяет более точно позиционировать курсор. Применяются трекболы в основном при работе с графическими пакетами, пакетами для автоматизированного проектирования и т.п.
Тачпад
Встроенный манипулятор для портативных ПК, перемещение курсора осуществляется путем прикосновения к тачпаду пальцев. Является альтернативой мыши в ноутбуках.
Игровые устройства ввода информации
Джойстик
Манипулятор для управления в компьютерных играх выполненный в виде рычага на подставке, который можно отклонять в двух плоскостях. Кроме компьютерных игр применяется в программах-тренажёрах и обучающих симуляторах.
Геймпад
Манипулятор для компьютерных игр. Выполнен в виде пульта, который удерживается двумя руками и управляется большими пальцами рук.
Компьютерный руль
Устройство, которое имитирует автомобильныйруль для игры в автосимулятор (компьютерная игра).
Танцевальная платформа
Плоское устройство ввода, предназначенное для использования в танцевальных играх.
Световой пистолет
Устройство, предназначенное для использования в телевизионных игровых приставкак, которое позволяет «стрелять» в экран телевизора с возвратом результата «попал-промахнулся».
Сенсорные устройства ввода
Выполнены в виде чувствительных поверхностей, покрытых специальным слоем и связанные с датчиком. Курсор приводится в движение перемещением пальца по поверхности датчика.
Сенсорный экран или тачскрин
Является неотъемлемой частью любого сенсорного устройства или оборудования. Выполнен в виде стеклянной или пластиковой пластины, которая специальным образом прикреплена поверх экрана монитора или встроена внутрь корпуса. Датчики, связаны с пластиной, собирают информацию с поверхности экрана. Контроллер, который поставляется в комплекте с сенсорным экраном, обрабатывает информацию, принятую от датчиков, и передает ее в ПК.
Использование сенсорного экрана автономно от других устройств ввода. Предоставляет пользователю высокую скорость управления, надежность и устойчивость к жестким внешним воздействиям.
Световое перо
Разновидность манипуляторов для ввода графических данных в ПК. Выполнен в виде шариковой ручки или карандаша, который соединен проводом с одним из портов ввода-вывода ПК.
Ввод данных заключается в прикосновениях или при ведении линий пером по поверхности экрана монитора с помощью фотоэлемента, установленного на конце пера, который регистрирует изменение яркости экрана в точке. Часто световое перо поставляется в комплекте графического планшета (дигитайзера).
Применяется в карманных ПК, системах проектирования и дизайна.
Графический планшет (дигитайзер)
Выполнен в виде планшета. Применяется для поточечного координатного ввода изображений в системах автоматического проектирования, в компьютерной графике, анимации и рукописного текста в ПК. Может применяться для ввода готовых бумажных изображений в ПК.
Другие устройства ввода информации
Сканер
Устройство преобразования графических данных (текстов, рисунков, слайдов, фотографий, чертежей) в цифровые.
Классифицирутся по способу перемещения считывающей головки и изображения относительно друг друга на ручные, рулонные, планшетные и проекционные. Разновидностью проекционных сканеров являются слайдсканеры.
Цифровые фото- и видеокамеры
Вместо пленки используется специальный элемент памяти, сохраняющий переданные с объектива фото- или видеоданные в виде несжатого или сжатого файла с последующей передачей в ПК.
Микрофон
Устройство для преобразования звуковых колебаний в электрические, подключаемое к входу звуковой платы. Применяется в телефонах, радио, телевизионных системах, системах звукоусиления и звукозаписи.
Веб-камера
Цифровая фото- или видеокамера небольшого размера, которая способна фиксировать изображения в реальном времени для последующей передачи по компьютерной сети.
Перечень устройств ввода информации в ПК не ограничивается вышеперечисленными элементами, многообразие которых не перестает удивлять.
Источник
Описание и виды устройств ввода информации
Компьютеры и другие электронные приборы могут управляться разнообразными устройствами ввода информации, позволяющими выполнять различные функции. Рассказываем про основные из них.
Для чего нужны устройства ввода информации
Устройство ввода – оборудование, которое используется для внесения каких-либо данных или сигналов в компьютер, телефон или другое электронное устройство во время его работы.
Принцип их работы заключается в переводе информации с языка, понятного человеку, на язык, воспринимаемый компьютером. Эта информация может быть в форме чисел, текста, графики, звуков, видео, действий.
Осторожно! Если преподаватель обнаружит плагиат в работе, не избежать крупных проблем (вплоть до отчисления). Если нет возможности написать самому, закажите тут.
Разновидности устройств ввода информации
Выделяют ряд категорий таких механизмов:
По способу управления выделяют устройства следующих видов:
Основные виды устройств ввода информации, их характеристика
Клавиатура
Клавиатура – средство, которое используется для набора текстовых, цифровых данных, а также управления компьютером при помощи клавиш.
Трекбол
Трекбол – приспособление, курсор при использовании которого управляется через вращение специального шарика, расположенного в верхней части трекбола. Используется в основном при работе с графикой различной сложности.
Тачпад
Тачпад – механизм, встроенный в пк, перемещение мыши осуществляется за счет прикосновения и движения по тачпаду пальцев.
Компьютерная мышь
Компьютерная мышь – средство, которое позволяет перемещать по экрану курсор. Перемещение курсора осуществляется синхронно с движениями мыши по поверхности.
Джойстик
Джойстик – средство, которое используется для управления в компьютерных играх. Выглядит как рычаг на подставке, который можно отклонять в разные стороны.
Геймпад
Геймпад – пульт, предназначенный для использования в компьютерных играх, который пользователь держит двумя руками и управляет большими пальцами рук.
Компьютерный руль, танцевальная платформа, световой пистолет
Тачскрин
Тачскрин, или сенсорный экран – приспособление, назначение которого заключается в вводе информации через прикосновение к нему.
Световое перо
Световое перо используется при работе с планшетами, карманными ПК, ввод информации осуществляется через прикосновение пером к экрану устройства, для которого он предназначен.
Графический планшет
Графический планшет, или дигитайзер – приспособление, предназначенное для ввода рисунков от руки и рукописного текста непосредственно в компьютер. Чаще всего используется художниками, дизайнерами.
Сканер
Сканер – механизм, который позволяет переводить графическую информацию в цифровую. Проще говоря, предназначен для оптического ввода в компьютер различных сведений, размещенных на бумаге (фотографий, документов, рисунков, чертежей).
Фотоаппарат, видеокамера
Цифровой фотоаппарат – средство для создания графических данных, а также для передачи их на компьютер для дальнейшей обработки.
Видеокамера используется для создания видеофайлов, а также имеет возможность передачи полученных файлов на компьютер для последующей работы с ними.
Веб-камера
Веб-камера – оборудование, предназначенное для фиксирования видеоизображений и звуков для дальнейшей передачи по компьютерной сети в реальном времени.
Микрофон
Микрофон – оборудование для ввода и записи звуковой информации. Подключается ко входу звуковой карты.
Источник
