Dispositivos de entrada e saída de dados

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Dispositivos de entrada e saída de dados

  1. 1. Dispositivos de Entrada e Saída de dados Introdução; Evolução histórica; Dispositivos; Sumário.IntroduçãoEntende-se dispositivo de entrada como um sistema que permite introduzir dados doexterior num computador ou outro sistema informático com o intuito de os processar oude servirem para controle do processamento. Ao contrário, dispositivo de saída équalquer sistema que permite ao computador disponibilizar informação para o exteriorpara que seja posteriormente utilizada. No entanto, por esta definição considerar-se-iaum interface de rede ou um modem como um dispositivo de introdução e saída dedados. Na realidade, considera-se que um dispositivo de entrada ou saída de dadostraduz (converte) elementos físicos utilizados pelo ser humano ou máquina, eminformação digital utilizável pelo computador propriamente dito. Considera-se porexemplo um teclado, ou um sensor de temperatura como um dispositivo de introduçãode dados. O teclado, converte a acção do utilizar sobre determinada tecla num sinaldigital correpondente. O sensor de temperatura converte uma grandeza mesurável emgraus (celcius ou fernheit) num valor digital correspondente.Apresentam-se em muitos tipos e funções, as abordagens de estudo poderiam ser muitase complexas, mas neste caso faremos talvez a mais simples e menos complexa e que éenumerar alguns e descrever a seu funcionamento genérico e situações de utilização.Evolução históricaTudo começou há muito tempo com o aparecimento dos primeiros computadores, querconsideremos a máquina de calcular de Babage ou os enormes computadores dos anos40 e 50. Qualquer um deles teve necessidade de introdução de dados, seja para executaras operações matemáticas, seja para o recenseamento civil ou a contabilidade. A questãoserá sempre: que dados processar?Um dos primeiros sistemas de introdução de dados foi o cartão perfurado. Trata-se deuma cartão onde são feitos furos segundo uma lógica predefinida e que representamcaracteres ou outro qualquer tipo de dados. A sua impressão era feita através demáquinas criadas com esse propósito (normalmente independentes do computador),tinham um teclado de máquina de escrever, mas em vez de imprimir o caracter
  2. 2. correspondente a cada uma das teclas imprimia num cartão o conjunto de furoscorrespondente a cada caracter. Os cartões eram depois introduzidas num leitorincorporado no computador que os lia e os convertia para informação digital.Posteriormente evoluiu-se para fitas perfuradas, em que os princípios e funcionamentoeram basicamente os mesmos mas em que as fitas tinham a vantagem de serem maisrápidas.O passo seguinte e talvez o mais famoso e duradouro foi o teclado electrónico. O seudesenvolvimento seguiu a lógica de curto-circuitar o uso de cartões e fitas perfuradas,pois existia uma máquina que "escrevia" os cartões perfurados e depois uma outra queos lia e convertia para sinais electrónicos. O teclado tem um mapa de sinais eléctricoscorrespondentes a cada caracter ou símbolo existente e possível de teclar. Quando talsímbolo é teclado, a sequência de impulsos eléctricos correspondente é enviada para ocomputador onde existe normalmente uma interface que os converte para informaçãodigital, o que invalida o usoo de suporte físico intermédio.No início, os dispositivos de saída limitavam-se a cartões e fitas perfuradas o quepermitia reutilizar esses cartões e fitas em posteriores inserções de dados, o quepressupõe a existência de dispositivos de impressão ligados ao computador.Consequentemente, para tal informação ser lida e posteriormente utilizada pelo Homem,era necessário convertê-la para caracteres e símbolos. Assim, criaram-seleitores/conversores da informação (existente nos cartões e fitas) em caracteresalfanuméricos, e que os imprimia depois em papel. Surgiram assim as impressoras.Nos anos sessenta surgiu o que ainda hoje é talvez o mais popular dispositivo de saídade dados, o ecrans de video. Quando os primeiros monitores apareceram, a suautilização baseava-se na apresentação de caracteres alfanuméricos, mas com o decorrerdos anos começou a ser possível a apresentação de gráficos o que permitiu em muitodesenvolver a utilidade prática dos computadores.Com o aparecimento e popularismo das interfaces gráficas, surgiu a necessidade dedispositivos de entrada mais intuitivos e rápidos. O mais popular dos dispositivoscriados com esse objectivo é talvez o rato, que é um dispositivo manual que funcionanuma superfície plana e que faz corresponder os seus movimentos nas coordenadas x e ya um apontador existente no monitor. O rato dispõe na parte inferior duma esfera que éaccionada pelo movimento. Esta esfera faz accionar dois eixos (correspondentes a x ey). Estes eixos por sua vez têm associados leitores de movimento, baseados natecnologia óptica.Estas são talvez, os principais marcos da evolução dos dispositivos de entrada e saída dedados em computadores. Apresentam-se de seguida alguns dos mais utilizados e as suasáreas de utilização.DispositivosDivendem-se os dispositivos em três grupos fundamentais:
  3. 3. Dispositivos de Introdução; Dispositivos de Saída; Dispositivos de Entrada e Saída.Dispositivos de Introdução Teclado; Rato; Track-ball; Joystick; Apontador; Light-pen; Touch-pad; Scanner.TecladoOs seus princípios de funcionamento mantêm-se idênticos ao descrito anteriormente, ouseja, existe no computador uma interface que converte a sequência de impulsoseléctricos em sinais digitais e que por meio de um interrupt transfere os dados para amemória. Figura 6.1 - Imagem dum teclado [fonte].As combinações de símbolos, teclas e funções tem vindo a aumentar, aproximando-sede 600, o que torna o teclado pouco prático para funções específicas e nas quais osdados a introduzir sejam em pequeno número.Apesar de ser pouco prático em ambiente específicos, é normalmente utilizado devido àsua versatilidade e resistência física.RatoÉ um dispositivo que funciona sobre uma superfície plana, tem uma esfera na parteinferior do seu interior e através de orifício entra em contacto com a superfície. Pelomovimento da esfera são gerados movimentos em dois eixos (x e y) que por sua vezestão ligados a sensores de posição. Estes sensores de posição, normalmente através de
  4. 4. tecnologia óptica, detectam o movimento e convertem-no em sinais digitais que enviapara o computador. Existem outras formas de detecção do movimento.Tem normalmente 2 ou 3 botões, que são usados em duas situações: Sozinho, como comando único, geralmente como acção de alteração de estados (tomada de decisões); Em complemento do movimento, possibilita que o movimento seja usado em diversas situações (arrastamento, selecção de objectos).Utilizam-se vulgarmente em sistemas com interface gráfica (ex: Windows), ou emsistemas de manipulação de informação sobre a forma gráfica (ex: CAD, GIS). Figura 6.2 - Imagem dum rato [fonte].Não se aconselha o sua utilização em ambientes industriais, visto que necessita de umacerta protecção e espaço de funcionamento.Track-ballTrack-Ball é uma versão do rato típico, que mais não é que um rato em que a esferapassa a estar na parte superiora e a base está fixa. O utilizador movimenta a esfera e nãoa base como acontecia com o rato. Figura 6.3 - Imagem de vários track-balls [fonte].Não necessita de espaço extra para além do seu tamanho e não não sofre problemas coma sujidade da superfície. Tem a desvantagem (aparente) de necessitar de grande tempode habituação.
  5. 5. JoystickJoystick, é um manípulo capaz de converter os movimentos realizados pelo utilizadorpara sinais digitais que irão ser posteriormente interpretados pelo sistema. Emboradetermine duas dimensões, os movimentos podem ser interpretados comotridimensionais. Figura 6.4 - Imagem de Joystick [fonte] Vários botões incorporados; Usado especialmente em software de diversão; Tem vindo a ter outras aplicações, nomeadamente na área da realidade virtual; Muito simples e intuitivo.ApontadorMinúsculo joystick que se coloca junto ao teclado, pelo que a sua aplicação se restringea computadores portáteis. Exige bastante habituação.Light-PenFunciona em conjunto com um monitor especial, e permite determinar a posição tocadapelo lápis. Bastante utilizada em computadores de bolso em complemento de OCR.Touch-Pad
  6. 6. É um pequeno ecran táctil, que faz corresponder o deslizar do dedo do utilizador a ummovimento dum apontador no ecran. É possível usar o próprio ecran como botão oubotões. Quando o ecran "sentir" um toque mais forte, o driver intrepeta-o como umtoque no botão esquerdo. Quanto ao toque no botão direito, é comum especificar a partedireita superiora (ver parte azul na fihura 6.5) como a parte correspondente ao toque nobotão direito. Figura 6.5 - Imagens de touch-pad [fonte].É muito utilizado em computadores portáteis, e exige menos habituação que o track-ballou o apontador, no entanto, a precisão é difícil de atingir devido ao deslizar inconstantedo dedo.ScannerBaseia-se na emissão de um feixe de luz sobre o objecto a ser analisado que por sua vez,em função da sua cor, reflectirá um feixe de luz diferente. Este será analisado por umsensores fotoeléctricos que converterão o feixe reflectido para um sinal digital.Um dos mais importantes factores de desempenho ou qualidade dum scanner é aquantidade de pontos lidos por polegada quadrada. A unidade de contagem denomina-seDPI (dots per inch). Figura 6.6 - Princípios básicos de funcionamento dum scanner.
  7. 7. Os scanners podem caracterizar-se por vários parâmetros, sendo os mais importante noque respeita ao número de cores que converte ou o suporte físico: Escalas de cinzento, apenas quantificam a intensidade da cor, sendo portanto cada ponto mensurável em intensidades de cinzento. Os sensores apenas distinguem branco e preto, pelo que qualquer cor intermédia é convertida pela intensidade de reflexão em escalas de cinzento. Cor, tal como se apresenta na Figura 6.6, existem três sensores, um para cada cor primária, que quantificam cada uma das componenes. Slides. Devido ao tamanho e transparência do slide, este tipo de scanner tem propriedades distintas dos anteriores, nomeadamente: A luz não é reflectida mas atravessa a película; Existem lentes de aumento do tamnho; Resolução elevada em comparação com o típico.Quanto ao seu funcionamento básico, dizem-se: De mão, os quais se movimentam ao longo da imagem, por arrastamento imposto pelo utilizador ou em certos modelos por um motor incorporado: Largura da página A5; Menor qualidade; Mais baratos; Uso particular e amador; Em desuso; De lâmpada móvel. A página a ler está colocada sobre uma superfícietransparente, que é percorrida pelo movimento da lâmpada emissora (Figura 6.7): Assemelham-se a fotocopiadoras; Tamanho da folha A4, ou maior; Melhor qualidade; Caros; Utilizado para processamento de imagem; Figura 6.7 - Aspecto genérico dum scanner com lâmpada móvel [fonte] De lâmpada fixa. A lâmpada está fixa sendo a página a mover-se: Assemelham-se a um telefax; Tamanho da folha A4, ou maior; Melhor qualidade; Mais caros; Usado fundamentalmente em OCR automatizado.Quanto às aplicações distinguem três tipos fundamentais:
  8. 8. Códigos de barras: Funcionam segundo os mesmos princípios expostos anteriormente, mas devido à sua utilização específica a tecnologia usada não é tão sofisticada; Muito usado em pontos de venda e actualmente em expansão em controle e gestão de produção; Bastante simples de instalar em computador e em software; Apresentam-se em diversas formas: caneta, pistola, ecrã, ..., sendo o último o mais sofisticado e capaz de ler os códigos em posições muito diferentes, devido à utilização de vários feixes emissores e espelhos; Bastante económico. OCR (Optical Character Recognition): Tem por missão reconhecer caracteres alfanumérico em desenho e convertê-los para caracteres alfanumérico; Faz a junção de vários pontos contíguos de uma imagem e associa esse conjunto a caracteres específicos de uma tabela, permitindo assim o seu reconhecimento óptico e tradução para formato de texto; Normalmente são utilizados em formato de mesa, mas a sua aplicação depende mais do software utilizado do que propriamente do scanner. Existem grandes progressos nesta área, nomeadamente através do domínio da inteligência artificial. Imagem: Conversão o mais fiel possível da imagem em papel, para determinado formato de desenho (ex.: BMP, GIF, JPEG, TIFF, etc.); Exigem alta definição (mais pontos por polegada (DPI)); Leitor de marcas ópticas, permite detectar determinados riscos num papelespecialmente branco. Muito utilizado para leitura de formulários em grande escala,visto que a sua velocidade de leitura é bastante elevada, chegando nos casos maissimples às 600 páginas por minuto. Leitores de tinta magnética, permite a leitura de símbolos impressos com tintamagnética, os quais são facilmente identificáveis devido à energia que emitem.Dispositivos de Saída Monitores; Impressoras.MonitoresSão de todos os dispositivos de saída o mais conhecido e de tal forma especial que seoptou por referí-lo em especial noutra secção.Impressoras
  9. 9. São os dispositivos mais comuns de saída de informação para suporte físico como éneste caso o papel. Por mais que se possa pensar que o papel está condenado adesaparecer nos próximos anos, a verdade é que a maior parte dos fabricantescontinuam a investir milhões em investigação e protótipos de novas tecnologias comvista à sua adaptação a tarefas de impressão. Por ouro lado, com o advento do laser e dacor disponíveis a preços impensáveis há poucos anos, cada vez mais uma boaapresentação em papel é bem vista.Os diversos tipos de impressoras dividem-se em três grandes grupos: Impressoras de caracteres, que significa que a unidadae básica de escrita é o caracter, bastando portanto que chegue à impressora um caracter de cada vez, ao ritmo que se desejar. As impressoras de caracteres, sejam eles gráficos ou alfanuméricos, à medida que se recebem do computador são impressos imediatamente. Algumas implementações têm um buffer correspondente a mais ou menos uma linha de impressão, mas não é isso que as converte numa impressora de linhas. As tecnologias mais comuns utilizadas são: Agulhas (9 ou 24); Daisy Chain; Jacto de tinta. Impressoras de linhas, que significa que ante de ser impressa determinadalinha, toda a informação respeitante tem que estar já na impressora. As impressoras delinhas são pouco habituais no mercado. Funcionam basicamente por aquecimento deuma folha que contém tinta (tipo químico em escrita manual), que quando aquecida noslocais a imprimir transfere a tinta para a folha de papel; Impressoras de página implica que toda a página tenha que estar em memóriada impressora antes de se iniciar a impressão. São hoje em dia baseadasfundamentalmente em tecnologia laser. Qualquer página antes de ser impressa épreviamente armazenada em memória da própria impressora e convertida para formatoadequado ao hardware. Isto deve-se ao facto de os mecanismos ópticos, de laser, dearrefecimento, etc, necessitarem de funcionar a determinada velocidade com intervalosde variação mínimos, não podendo por isso estar à espera que a informação chegue docomputador a quantidades e velocidades aleatórias. As impressoras de página maiscomuns são as impressoras térmicas, das quais se destacam as impressoras a laser.Impressoras de CoresImporta salientar as diferenças utilização da cor em monitores e impressoras.Fundamentalmente, a diferença coloca-se na cor existente no suporte antes de qualquerprocedimento: No monitor existe o preto, ou seja, não existe cor pelo que todo o espectro de cor dos raios de luz são absorvido logo vemos o preto. Nas impressoras, o suporte normal é uma folha de papel branco, o que qur dizer que todo o espectro de cor é reflectido, logo vemos branco (junção de todas as cores).Assim, enquanto nos monitores o processo de escrita é a adição de cor, no suporte empapel o princípio é o da absorção de determinada parte do espectro.
  10. 10. Observe-se a Tabela 6.1 onde se criam as três cores secundárias, através da adição dastrês primárias: R G Y R + B = M G B C Tabela 6.1 - Adição de duas cores primárias e respectivos valoresNo entanto, sendo o papel branco, toda a cor é reflectida, pelo que se usa ocomplemento desta tabela para se conseguir as cores desejadas. Cor Reflecte Absorbe Impressa Y R G B M R B G C G B R Tabela 6.2 - Relação de cores secundárias com as reflectidas e absorvidasAssim, as cores com que se imprime, são o Amarelo (Y), Magenta (M) e Cyan.Por exemplo, se for desejado um ponto com a cor vermelha, então deve imprimir oponto com tinta que absorva as outras duas (Verde e Azul), ou seja, duas cores que nãodeixem ver essas duas cores. Assim, os pigmentos usados serão o Amarelo-absorve oAzul e o Magenta-absorbe o Verde (Figura 6.8). Figura 6.8 - Princípios básicos de funcionamento duma impressora a cores.Dispositivos de Introdução e Saída de Dados Monitores tácteis (Touch Screen); Outros.
  11. 11. Monitores tácteis (Touch Screen)Funcionam como dispositivos de entrada e saída de dados, e têm as características desaída equivalentes aos monitores normais, mas permitem a introdução de dados atravésde toques na área de ecran. É fundamentalmente utilizado em aplicações gráficas e multimédia; Interface é muito simples e intuitiva; Usados fundamentalmente em ambientes públicos.Existem vários tipos: Condensador; Infravermelhos; Acústicos; Força; Resistivos.CondensadorFuncionam pelo princípio de que o corpo humano actua como um condensador(bateria). Quando o corpo humano toca num objecto conductor com uma tensão(Voltagem) diferente, gera-se uma corrente de energia. No entanto, se tensão do serhumano for mais alta que a do objecto, o ser humano não sente a corrente eléctrica.Assim, se se dotar o monitor com um sistema de condutores, e em cada um dos cantosuma voltagem constante e igual, é possível determinar onde é que o utilizador tocou noecran, pois cada canto irá "sentir" o toque com diferentes intensidade (intensidade dacorrente). Bastantes resistentes; Simplesde funcionamento: Só condensadores como o corpo humano accionam o sistema, pelo que o uso de luvas pode impossibilitar o seu uso.
  12. 12. Figure 6.9 - Touch screen baseado em condensadores.InfravermelhosFuncionam através de emissores e receptores de raios infravermelhos cada qual emposições opostas do ecrã. Quando qualquer dos feixes de luz é interrompido (não érecebido no fotosensor) é sinónimo de que o ecrã foi tocado, e cada um dos feixesinterrompidos indica a posição do toque. Os emissores e receptores têm de estar colocados bastante separados do vidro do ecrã devido, pois devido à sua curvatura poderia ele próprio cortar o feixe emitido; Devido ao anterior, o utilizador não necessita de tocar no ecrã para que este seja actuado, o que causa problemas na gestão do toque a nível de software; É possível determinar vários toques simultâneos; Muito simples e barato. Figure 6.10 - Touch Screen por infravermelhos
  13. 13. AcústicosPartem do princípio de que as ondas acústicas viajam a um velocidade constante. Oemissor envia um impulso minúsculo ao longo de um dos lados. Cada um dos lados temvários reflectores a 45º que reflectem o impulso para o outro lado do ecrã fazendopassar cada uma dessas reflexões através do centro do ecrã. No outro lado do ecrãexistem reflectores que direcionam o sinal para o receptor, que mediante a recepção detodos os sinais, determina se algum deles foi interrompido. É possível determinar vários toques simultâneos; Bastante lentos na definição do ponto de toque; Bastante sensíveis a arranhões e defeitos na superfície do ecrã, pois provocam perturbação na onda acústica; A qualidade de visualização é superior à dos anteriores, pelo que os torna indicados para aplicações multimédia; Tem um longo período de vida. Figure 6.11 - Touch Screen por ondas acústicasForçaO monitor tem colocado nos seus quatro cantos sensores de força, que medem a pressãocom que o ecrã é tocado. Em função da posição de toque, cada um dos sensores sofreráuma força diferente. Da relação entre os qutro valores é possível determinar a posiçãode toque tal como no tipo baseado em condensador. Tende-se a usar em complemento dos ecrãs por infravermelhos e acústicos, pois permite a ultrapassar os problemas destes relacionados com o momento e duração do toque; Muito simples; Acessível.
  14. 14. Figure 6.12 - Touch Screen baseado em sensores de forçaResistivosTêm a ligar os seus cantos uma resistência eléctrica que através de um sistemacomplexo de leituras das resistências conseguem determinar razoavelmente a posição detoque. Muito complexos; Muito frágeis; Exigem uma certa força no toque; Não importa qual o objecto que os toca; Obsoletos. Figure 6.13 - Touch Screen por malha de resistênciasOutros
  15. 15. Existem deviersos dispositivos de simultanemanete de introdução e saída de dados,sendo os mais comuns relacionados quer com a realidade virtual quer com o lazer(jogos). Alguns desses mecanismos são: Joystick, que para além do tradicional tem a capacidade de fazer sentir força ao utilizador em determinada direcção. O mesmo se passa com os volantes que exercem determinada força contrária à di utilizador. Data glove (luvas de dados), que permitem ao utilizador receber informação táctil, assim como passar para informação para o computador; Os fatos utilizados em testes de realidade virtual, semelhantes às luvas, mas o número de capacidades incorporadas e de sensores é bastante superior; Capacetes e óculos que permitem visualizar virtualmente espaços tridimensionais. Os mais evoluidos têma capacidade de determinar o local para onde o utilizador está a olhar e actuar em conformidade.Sumário Compreender o conceito de dispositivo de entrada ou saída de dados; Conhecer o conjunto principal de dispositivos de entrada, saída e entrada-saída; Compreender o seu funcionamento básico; Compreender o princípio de adição e subtracção de cores.Última actualização: 02 Maio 2005

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