Periferiche di un sistema di calcolo per l'informatica industriale - Driver, Monitor, Tastiera, Mouse

informatica

Periferiche di un sistema di calcolo

per l'informatica industriale

Driver

Prima di parlare di qualsiasi tipo di periferica e' importante parlare di "driver", in quanto ogni periferica dispone di un driver dedicato che ne assicuri il corretto funzionamento.

Il ruolo del driver e' quello di tradurre i segnali elettrici provenienti dalla periferica in segnali comprensibili dal calcolatore.

Dal punto di vista dell'operatore, il driver trasforma un'azione a livello utente in una sequenza di operazioni in linguaggio macchina.

Questi sono programmi messi a d 727j97h isposizione, insieme agli eventuali aggiornamenti, dalla casa costruttrice della periferica medesima, e possono essere solitamente scaricati gratuitamente via web.

Alcune volte i nuovi driver di periferica, specialmente se abbastanza diffuse, possono essere reperiti anche su riviste specializzate.

Essi devono essere altamente funzionali, basti pensare che ad ogni pressione di un tasto, movimento del mouse e cosi' via,  il driver viene chiamato a funzionare.

Monitor

I parametri fondamentali secondo cui vengono caratterizzati i monitor sono :

risoluzione : le piu' comuni sono 800x600 e 1024x768

dimensioni : espresse in " (pollici). 1 " = 25.4 mm. Per i portatili si parte solitamente da dimensioni di 14" mentre per PC da tavolo generalmente si parte da 15"

costo : riportato per ultimo perche' legato alle precedenti caratteristiche

Per "risoluzione" si intende il numero di pixel (picture element) mostrati sul video in orizzontale e verticale. Più la risoluzione è alta e meglio verrà visualizzata l'immagine e minore sarà la necessità di usare le barre di scorrimento

Abbiamo due fondamentali tecnologie di realizzazione per i monitor :

CRT (Cathode Ray Tube), a tubo catodico, possono raggiungere dimensioni e risoluzione maggiore entro limiti di prezzo ragionevoli. Piuttosto ingombranti in profondità.

LCD (Liquid Crystal Display) a cristalli liquidi. Immagine più stabile e definita (TFT o matrice attiva), dimensioni limitate (sono piatti). Utilizzati soprattutto nei portatili. A parità di dimensioni gli LCD costano da circa il doppio dei CRT (15") fino a molte volte in più (schermi grandi). Presumibilmente destinati a soppiantare i monitor CRT in qualche anno.

Monitor al plasma. Questo tipo di monitor offre prestazioni altamente migliori rispetto alle altre due tecnologie ma i prezzi, che possono arrivare fino a circa 20.000,00 euro, sono praticamente proebitivi per l'utente medio e non ne verra' nemmeno discussa la tecnologia di funzionamento.

Tastiera

Le tastiere normalmente in uso vengono conesse alla porta PS/2 del calcolatore e nei casi di tastiere tradizionali alla porta seriale del PC.

Esistono tuttavia "tastiere grafiche" particolarmente evolute che mettono a disposizione un monitor LCD come fosse un foglio di carta per introdurre dati nel calcolatore (il loro prezzo si aggira verso i 2.400,00 euro). Questo particolare tipo di tastiera potrebbe essere collocata anche fra i monitor.

La loro conessione a calcolatore avviene tramite porta USB.

Diamo qualche informazione di base sul funzionamento delle tastiere classiche.

Esse comprendono al loro interno un sistema di codifica dei tasti che fa capo a un microprocessore/microcontrollore. Piuttosto diffuse sono le tastiere che fanno capo a processori di INTEL.

Innanzitutto e' importante dare quanlche indicazione su come vengono suddivisi i tasti; parliamoinfatti di tasti e tasti estesi (o di commutazione).

I tasti estesi sono fondamentalmente Ctrl, Alt, Blocco Numerico, Caps Lock, Blocco Scorrimento, Invio, frecce direzionali, F1...F12.

Associato ad ogni tasto abbiamo due codici di scanzione (scan code) : uno di pressione e l'altro di rilascio.

Un codice di scansione e' formato da due byte che vengono inviati dalla tastiera al calcolatore in sequenza (necessita' quindi di un buffer interno all tastiera).

Se il primo byte inviato dala tastiera e' 0 allora significa che il tasto premuto (o rilasciato) e' esteso, mentre se e' diverso da 0 allora esso rapresenta il codice ASCII del tasto premuto, che non e' esteso.

Mouse

Il principio di funzionamento del mouse è abbastanza semplice : si tratta di tradurre il movimento sul piano orizzontale in un numero di impulsi elettrici proporzionale allo spostamento nelle due direzioni. Gli impulsi vengono poi "contati" dalla circuiteria elettronica del computer e tradotti nella misura dello spostamento che stabilisce la posizione del cursore sullo schermo.

I modelli più diffusi sono di tipo ottico/meccanico.

Il cuore è costituito da una pallina di gomma tenuta in posizione in un apposito alloggiamento da due rulli disposti orizzontalmente, uno in direzione longitudinale e l'altro in direzione trasversale.

La rotazione di ciascuno dei rulli è, in assenza di slittamenti, proporzionale allo spostamento del mouse nelle due direzioni, rispettivamente longitudinale e trasversale.

I due rulli terminano ciascuno con una rotella sul cui bordo sono ricavate numerose fessure radiali a distanza regolare. La rotazione della rotella viene convertita in impulsi elettrici da un trasduttore. Nei mouse di tipo ottico/meccanico, questo trasduttore e' un raggio a infarossi.

Per trasduttore si deve pensare semplicemente a un dispositivo in grado di convertire una grandezza fisica, ad esempio uno spostamento meccanico, in una grandezza elettrica, ad esempio una tensione impulsiva.

Il dispositivo ottico è leggermente più complicato in quanto è necessario non solo contare il numero di impulsi dovuti al passaggio delle fessure davanti al trasduttore ottico, ma anche il verso del moto. Quindi ogni rotella è dotata di due trasduttori leggermente sfasati che consentono, appunto, di determinare il verso di rotazione.

Il Mouse è poi dotato di pulsanti (da uno a tre, nei casi piu' comuni) che agiscono su microinterruttori contenuti nel mouse generando anch'essi dei segnali elettrici.

Per evitare che il computer sia sovraccaricato dal compito di contare i singoli impulsi generati dai trasduttori, la circuiteria interna al mouse codifica in modo opportuno i segnali (i dettagli di questa operazioni non sono facilmente reperibili perché vengono tenuti riservati dalle ditte produttrici), generando sequenze di caratteri che vengono inviati ad una porta del computer, solotamente porta seriale o PS/2.

La parte restante del processo viene svolta dal "driver" che analizza i caratteri ricevuti dalla porta, ne ricava i due contaggi di impulsi, il loro verso e lo stato dei pulsanti e li rende disponibili ai "programmi grafici" che sono cosí in grado di effettuare le azioni corrispondenti

Masterizzatore

E' quel dispositivo che permette di memorizzare informazioni di dipo audio, dati o entrambi, su un supporto CD.

La loro velocita' di funzionamento e il loro costo dipendono fortemente dal tipo di interfaccia che presentano verso il calcolatore.

I masterizzatori SCSI sono i piu' veloci ma i piu' costosi, mentre gli IDE/EIDE/ATAPI sono meno veloci ma decisamente meno costosi.

Possiamo avere anche masterizzatori portatili, esterni rispetto al case dei PC. Questi vengno solitamente connessi al calcolatore mediante porta USB.

Per eseguire una masterizzazione abbiamo bisogno di un CD che non sia stato precedentemente "chiuso" mediante opportuna opzione del software di masterizzazione. Possiamo masterizzare  CD riscrivibili o non riscrivibili.

Come si puo' semplicemente evincere dal nome, i CD riscrivibili, essendo realizzati per mezzo di una  particolare tecnologia, permettono di cancellare dal disco informazioni precedentemente memorizzate e di memorizzarne delle nuove in diverse sessioni di masterizzazione.

I CD solamente scrivibili possono essere scritti in piu' sessioni ma una volta scritto un dato, questo non puo' piu' essere cancellato.

Un masterizzatore funge anche da lettore di CD, ma generalmente la velocita' in lettura e in scrittura dei masterizzatori sono diverse fra loro.

La velocita' di un masterizzatore, cosi' come quella di un lettore CD, viene espressa in multipli di "x". Il "x" indica la velocita' di 150 KB/s.

Nelle caratteristiche tecniche vengono descritte le velocita' del masterizzatore secondo il seguente schema : scrittura - lettura/scrittura CD riscrivibili - lettura.

Valori abbastanza tipici sono : 32x - 12x - 48x.

Modem

Il compito di questa periferica e' quello di adattare i segnali comprensibili al calcolatore alla linea di trasmissione dei segnali telefonici messa a disposizione da TELECOM o societa' analoghe.

Questo avviene tramite una tecnica chiamta modulazione (in trasmissione) e demodulazione (in ricezione). Da questo il nome MODEM (MOdulation DEModulazion).

Essi vengono programmati tramite una serie particolare di comandi chiamati AT.

Abbiamo almeno due diverse tipologie di MODEM.

Modem esterno
Il modem esterno è collegato ad una porta seriale del computer.
Prende la sua alimentazione da un alimentatore esterno e può collegarsi al calcolatore sia con un cavo con 25-pin sia con 9-pin alla porta seriale.

Modem interno
Il modem interno è installato in uno slot vuoto nella scheda madre del computer. Ha la sua porta seriale, e perciò è necessario che nessuna altra periferica sia collegata alla corrispondente porta seriale presente sulla scheda madre del PC. Inoltre preleva l'alimentazione dalla scheda madre ed e' slitamente inserito in uno slot PCI.

Stampanti

Caratteristiche tecniche importanti nella scelta delle stampanti sono :

la risoluzione di stampa espressa un DPI, cioe' Dot (punti) Per Inch (pollice).Un valore abbastanza tipico oggigiorno e' 600x600,ma possiamo avere risoluzioni ben maggiori, tipo 2400x1200

velocita' di stampa, espressa in PPM, cioe' Pages (pagine) Per Minute (minuto). Abbiamo stampanti di diverse velocita' a seconda delle disponibilita' e delle eseigenze dell'utente. Un valore PPM 10/15 puo' essere in generale ritenuto valido.

Passiamo in rassegna ora le tecnologie piu' diffuse per la realizzazione delle stampanti, dando maggiore rilievo alla getto d'inchiostro (DeskJet) e laser, riportando il caso delle stampanti ad aghi solo per completezza.

Stampante a getto di inchiostro

Il principio di funzionamento si basa su due diverse tecnologie di base, atte a spruzzare l'inchiostro sul foglio di stampa.

Ogni carattere viene formato da minuscoli punti, che formano una matrice ad esempio 18X36 punti per ogni carattere, nella carta vengono spruzzati minuscole gocce d'inchiostro che a contatto con l'aria si asciugano, formando punti quindi i caratteri.

Tecnologia basata sul calore

Questa tecnologia, meglio nota come Bubble Jet, è stata ideata e sviluppata dalla societa' Canon; essa provvede a creare la pressione per proiettare l'inchiostro sul foglio con il calore.

La goccia d'inchiostro viene riscaldata all'interno degli ugelli di stampa da un termoresistore, cioè da un dispositivo che si riscalda quando viene percorso da corrente elettrica, fino a formare progressivamente una bolla di gas la quale espandendosi spinge l'inchiostro al di fuori degli ugelli; il vuoto lasciato dalla goccia proiettata verso il foglio con una velocità di circa 5 - 8 m/s (tra i 18 e i 29 Km/h), richiama altro inchiostro dai rispettivi serbatoi. Il dispositivo riscaldatore viene ovviamente disattivato in attesa che il nuovo inchiostro riempia nuovamente gli ugelli.
Questo tipo di tecnologia impone l'uso di particolari inchiostri termo-resistenti, cioè resistenti al calore, e il rispetto dei tempi dettati dal transitorio termico che si crea nelle fasi di: riscaldamento inchiostro - raffreddamento del dispositivo termico - riscaldamento della nuova goccia; questo transitorio è quello che condiziona maggiormente la velocità di stampa in funzione, ovviamente, delle caratteristiche della testina di stampa. Gli stampati presentano, in generale, un caratteristico e leggero effetto "bagnato", dato che i tempi di essiccazione dell'inchiostro, a causa del suo riscaldamento, sono in media più lunghi rispetto a quelli riscontrabili con altre tecnologie; questo si traduce in una maggiore diffusione dell'inchiostro sulla carta comune e quindi in risoluzioni di stampa inferiori.

Canon ha comunque recentemente sviluppato una interessante tecnologia, denominata PPOP, ossia Plain Paper Optimized Printing, in grado di bloccare il processo di assorbimento e relativa diffusione dell'inchiostro anche su carta comune, migliorando sensibilmente la qualità delle stampe. I maggiori produttori che hanno abbracciato questo metodo di stampa sono Canon e HP (Hewlett-Packard).

Tecnologia piezo-elettrica

Una scarica elettrica riscalda un componente ceramico speciale, che si dilata "schiacciando" l'inchiostro nella cartuccia e provocandone l'espulsione attraverso gli ugelli aperti. Gli ugelli sono i piccoli fori disposti in una o due file sulla testina di stampa. Attraverso questi "fori" viene spruzzato l'inchiostro.

Questa particolare tecnologia è stata sviluppata, ed è attualmente utilizzata, dalla società Epson.

Non è una tecnologia termica, ma bensì elettro-meccanica e consente, in generale, di ottenere un miglior controllo sul processo di formazione della goccia di inchiostro. Il principio di funzionamento si basa sulla caratteristica piezoelettrica di alcuni cristalli, cioè sul fatto che alcuni cristalli si possono elettricamente polarizzare se elasticamente deformati (effetto piezoelettrico diretto) oppure, processo inverso utilizzato per le stampanti, possono elasticamente deformarsi se sottoposti a particolari campi elettrici (effetto piezolelettrico inverso).

L'inchiostro viene inviato nella testina di stampa di forma tronco-conica attraverso una particolare camera che è a stretto contatto con l'elemento piezoelettrico; qui, con appositi campi elettrici, generati sulla base dei segnali inviati dal PC, si opera la deformazione dell'elemento piezoelettrico che si traduce in un aumento della pressione nell'inchiostro; quest'ultimo viene proiettato, attraverso la testina di stampa e gli ugelli, verso il foglio. Non essendo una tecnologia basata sul calore, l'inchiostro arriva sul foglio a temperatura ambiente e quindi tende ad asciugarsi in tempi più ristretti rispetto al processo termico, eliminando quasi del tutto l'effetto "foglio bagnato".
Sfruttando questa tecnologia possiamo ottenere gocce di ridottissime dimensioni, perfettamente sferiche, in grado di asciugarsi rapidamente riducendo l'effetto diffusivo dell'inchiostro sul foglio a vantaggio della elevata qualità di stampa anche su carta comune.
Mentre nella tecnologia Bubble Jet il transitorio termico era l'elemento condizionante la velocità del processo di stampa, con la tecnologia piezoelettrica questo limite viene dettato da problemi legati alle vibrazioni meccaniche che nascono a causa delle elevate frequenze con cui l'elemento piezoelettrico viene deformato nel tempo.

Queste due particolari tecnologie, Bubble Jet e Piezo-Elettrica, si sono ovviamente perfezionate nel tempo e le case che le hanno adottate sono oggi in grado di rendere disponibili prodotti molto competitivi sia in termini di risoluzione, di velocità, di qualità di stampa per testi, grafica ed immagini fotografiche, e di economicità.

Stampanti laser

Si basano sullo stesso principio delle fotocopiatrici.

La stampante laser sfrutta il medesimo principio della fotocopiatrice ossia l'attrazione che esercitano vicendevolmente cariche elettriche di segno opposto.

La fotocopiatrice riflette l'immagine del documento da duplicare su una superficie cilindrica, detta Drum, costituita di materiale fotosensibile : essa è in grado di alterare il suo stato elettrico superficiale là dove colpito dalla luce.
Una superficie di questo tipo, sulla quale venga inizialmente indotta una carica elettrostatica uniforme e in seguito inviata la luce riflessa da un foglio stampato, è in grado di creare una immagine elettrostatica del documento, costituita dalle cariche originarie, laddove l'inchiostro scuro ha impedito la riflessione luminosa e una carica di segno opposto laddove il candore del foglio ha riflesso la luce.
Infine, ancora grazie a un processo di attrazione elettrostatica, questa immagine latente di inchiostro in polvere viene fatta trasmigrare con assoluta precisione su un foglio di carta, la cui superficie sia stata sollecitata con una carica uniforme ma di segno opposto a quella del toner.
La fusione a caldo del materiale plastico di cui è in gran parte costituito il toner permetterà in ultimo di fissare definitivamente l'inchiostro sul foglio, creando in tal modo uno stampato indelebile e stabile nel tempo.
La sostanziale differenza tra la copiatrice e la stampante laser è la sorgente luminosa: nel primo caso si tratta dell'immagine riflessa di un foglio opportunamente illuminato; nel secondo, di una matrice di punti luminosi generata da un raggio laser il quale, riga per riga, accendendosi e spegnendosi, mitraglia la superficie fotoconduttiva del drum

Stampanti ad aghi

Ogni carattere che appare sullo schermo è formato da una determinata quantità di punti, ad esempio 6 x 9 oppure 9 x 18 e così via.

Il carattere è generato da una testina composta da una colonna di aghi (di solito 9 o 24) che si sposta orizzontalmente sul foglio. Per ogni posizione della testina viene attivato un certo numero di aghi che compongono una colonna del carattere.

Il movimento verticale sul foglio è dato dal rullo che trascina la carta, spesso a modulo continuo.

Questo concetto, che sta alla base delle stampanti ad aghi, è proprio quello delle matrici e proprio per questo vengono spesso chiamate stampanti a matrice.

I caratteri infatti vengono formati da minuscoli punti impressi sulla carta da piccolissimi aghi dislocati sulla testina di stampa che si muove a destra e sinistra lungo il rullo.

I programmi del computer e soprattutto l'elettronica all'interno della stampante stessa provvedono a muovere gli aghi in modo tale che questi, spostandosi formano il carattere. Uno dei pregi è quello sicuramente di rendere possibile la stampa di qualsiasi figura o carattere, anche grande, in quanto la tecnica usata è confrontabile a quella degli schermi.

L'ottimizzazione della stampa significa che, se una riga è piena solo per metà, la testina arriva solo fino alla fine del testo, senza continuare fino alla fine della corsa. In questo modo si velocizza molto l'operazione di stampa. Un'altra opzione molto comoda è la funzione di "parcheggio".

Quasi tutte le stampanti ad aghi offrono la possibilità di stampare sia su moduli continui, cioè fogli attaccati l'uno all'altro e separabili lungo una perforatura, sia su fogli singoli.

Possiamo avere stampanti a due vie, o bidirezionale, significa che la stampante stampa sia quando la testina si muove da destra a sinistra sia quando si muove da sinistra a destra. Questo dimezza i tempi di stampa.

Le stampanti a margherita

Questo tipo di stampanti è il più vecchio , nel senso che si tratta delle prime stampanti prodotte . Il nome di stampante a margherita si deve al fatto che i martelletti sui quali si trovano i caratteri sono disposti come i petali di una margherita .

In pratica queste stampanti usano lo stesso metodo seguito dalle macchine da scrivere : ogni carattere viene prodotto da un martelletto che batte sulla carta .

I soli caratteri che possono essere stampati sono quelli che si trovano sui martelletti.

Non è possibile produrre grafici o caratteri al di fuori di quelli offerti dalla dotazione della stampante.

Plotter

Utilizzati per disegno tecnico professionale, inizialmente per la maggiore risoluzione, in quanto disegnavano con una penna. Attualmente sono in pratica delle grosse stampanti a getto di inchiostro.

Quelli a penna erano di due tipi: in quelli XY, un braccetto meccanico disegnava con la penna su un foglio che era appoggiato su un piano. In quelli a rullo la carta veniva spostata avanti e indietro dalla rotazione di un rullo su cui è appoggiata e la penna si muoveva in orizzontale sul foglio.

Attualmente sono a rullo con una testina a getto di inchiostro al posto del portapenne.

Scanner

Uno scanner e' un dispositivo di input in grado di rendere disponibile al calcolatore un'immagine esterna che viene "fotografata" con un procedimento simile a quello della fotocopiatrice.

La differenza sostanziale fra uno scanner e una fotocopiatrice risiede nel fatto che il risultato di una "scansione" e' un'immagine in formao elettronico.

Generalmente connessi ala calcolatore tramite porta parallela o USB, gli scanner vengono scelti in funzione della risoluzione e della velocita' di scansione.

Parametro tipico per la risoluzione e' 1200 DPI, mentre per la velocita' dipende fortemente dal tipo di documento che vogliamo acquisire. Genralmente una decina di secondi sono sufficienti per avere una anteprima della scansione finale desiderata.