CAPÍTULO 4: PERIFÉRICOS Introdução A palavra "periférico" é usada para se referir a qualquer dispositivo externo conectado a um computador. Neste contexto, o computador consiste da Unidade Central de Processamento (CPU), a memória principal e os canais de Entrada e Saída, se houverem. Funcionalmente, os periféricos podem ser divididos em duas categorias. A primeira categoria contém os dispositivos que realizam as operações de entrada e saída do computador. Tais dispositivos são os teclados, impressoras, terminais de vídeo, etc. A segunda categoria contem os dispositivos usados para armazenamento secundário de dados (memória de massa ou secundária). Como a informação entra no equipamento Os dispositivos de entrada convertem dados e informação em sinais elétricos que o computador pode utilizar, armazenar e processar. São divididos em manuais e automáticos. Os principais tipos estão na tabela da figura 1. Dispositivos de Entrada Manual Para poder inserir dados, de forma manual, no sistema, é preciso um dispositivo de conversão entre uma ação humana e o computador. Portanto, o que caracteriza um equipamento de entrada manual é justamente a necessidade da intervenção direta e continuada de pessoas para que os dados sejam gerados. O dispositivo converte ações de uma pessoa em sinais inteligíveis pelo sistema. São chamados manuais porque, exceto nos de reconhecimento de voz, a ação do usuário é realizada manualmente. O teclado O teclado é o meio mais comum e o padrão para entrada de dados. Porém é lento; uma exímia datilógrafa insere no máximo 90 palavras por minuto, ou seja, menos de 8 CPS - Caracteres por Segundo, muito pouco comparado com 20 CPS que uma pessoa normal consegue ler. Outro problema é que os teclados são inconvenientes para inserir dados gráficos e movimentar o cursor na tela. Para contornar esses inconvenientes foram desenvolvidos outros dispositivos de entrada manuais não tão lentos e mais apropriados para gráficos e movimentos. 67
teclado TIPOS DE DISPOSITIVOS DE ENTRADA MANUAIS: Teclado Digitalizador: mesa digitalizadora ou mesa gráfica, digitalizador de imagem ou dispositivo de varredura manual Telas ou superfícies sensíveis ao toque Canetas luminosas ou eletrônicas Alavanca, bastão e/ou botão de controle - joystick, paddle Mouse ou dispositivo para apontar e posicionar Reconhecimento de voz AUTOMÁTICOS: Dispositivos de Entrada/Saída: Unidade de Disco Unidade de Fita Modem - Modulador/Demodulador Dispositivos de Varredura Ótica - Scanners: Leitora de caractere ótico impresso com tinta magnética - MICR Leitora de caractere ótico - OCR Leitora de código de barras Leitora de cartão perfurado Leitora de fita perfurada Sensores Fig. 1 - Tipos de Dispositivos de Entrada Digitalizadores Para entrada de dados na forma gráfica e imagens em geral são utilizados os digitalizadores com interface para linguagens ou programas gráficos. Podem ser divididos em dois tipos: as mesas digitalizadoras ou mesas gráficas e o digitalizador de imagem ou dispositivo de varredura manual. Mesas Digitalizadoras ou Mesas Gráficas: Dispositivos para criar e manipular imagens; possuem uma rede de fios embutidos na sua superfície. A interseção desses fios corresponde aos pontos elementares - pixels - da tela ou monitor de vídeo. Quando se percorre a su- 68
perfície da mesa com uma caneta especial, conectada à mesa, a posição dos pontos de interseção dos fios percorridos pela caneta é enviada para o computador que coloca um ponto luminoso na posição da tela correspondente. A imagem ou desenho criado sobre a mesa é digitalizado. Digitalizador de Imagem ou Dispositivo de Varredura Manual: Muito parecido com os anteriores mas, em vez de uma caneta, usa uma lente ou outro objeto para executar a varredura manual de um desenho. O processo de varredura da imagem é de uma linha por vez e, além dos pontos, identifica o nível do brilho das linhas; dessa maneira, digitaliza a imagem armazenando todos os pontos pelo seu nível de brilho, transparência ou opacidade. Essa imagem digitalizada pode então ser manipulada por um programa desenvolvido para trabalhar com imagens desse tipo, que utiliza o processo inverso para gerar na tela a imagem digitalizada. Não importa o que foi digitalizado - números, letras, símbolos gráficos, desenhos ou ilustrações -, os pontos com tinta no papel original estão armazenados de uma forma digital. Periféricos relativamente baratos possuem programas capazes de analisar os dados armazenados e reconhecê-los quando o seu conteúdo for formado por caracteres alfanuméricos. Reconhecem caracteres impressos com formas usuais, como os produzidos por máquinas elétricas, impressos em revistas ou livros, isto é, o dispositivo é capaz de ler e armazenar o texto como se tivesse sido digitado manualmente. Telas ou Superfícies Sensíveis ao Toque Esses sistemas representam na tela retângulos correspondentes a opções. Estas opções podem estar relacionadas com um menu, funções e operações em geral, ou ainda reproduzirem partes do teclado ou outro dispositivo de entrada. Desta maneira basta "tocar" no retângulo representado na tela para ter a operação correspondente realizada. Princípio idêntico pode estar presente em outra superfície que não a tela. Um exemplo do uso do dispositivo é o terminal de consultas de saldos de bancos. Várias técnicas são usadas para fabricar esses dispositivos, como: Infravermelho - A tela é cercada por pares de célula fotoelétrica e diodo que emitem luz infravermelha, criando uma rede ou conjunto de retículas invisíveis. Quando a tela é tocada, a luz emitida e captada por alguns desses pares é interrompida e o sistema calcula qual a posição em que isso ocorreu. Pressão - A superfície da tela é coberta por duas camadas de uma material não-visível, separadas por um espaço muito pequeno, e com uma rede de fios também não-visíveis em cada camada. A aplicação de uma pequena pressão na tela provoca o contato entre os fios das duas camadas e fecha o circuito no local da pressão. Capacitivas - Mesma lógica das anteriores, mas com sensores de mudança da capacitância quando e onde a tela é tocada com um dedo ou outro objeto como uma caneta que provoque a mudança. Canetas Luminosas ou Eletrônicas Quando usadas para entrada de dados na forma gráfica, se comporta como um digitalizador que utiliza a tela do monitor do sistema no lugar de uma mesa digitalizadora. Utiliza os mesmos princípios que as telas sensíveis ao toque, mas funciona com uma caneta que apre- 69
senta na ponta um mecanismo sensível à luz, bem mais preciso que o dedo. Portanto, uma combinação de digitalizador com tela sensível ao toque. Alavanca, Bastão e/ou Botão de Controle Podem ser encontrados com muitas combinações de bastões e de botões, desde botões tipo liga/desliga até os que podem ser girados, como nos paddles, para controlar a posição horizontal ou vertical do cursor na tela. Já o bastão ou alavanca, quando movimentado, gera dados analógicos correspondentes às coordenadas X-Y (pontos num plano de duas dimensões). O dispositivo converte esses movimentos em pontos ou linhas de um plano - a tela do sistema. Uma utilização destes dispositivos são os jogos eletrônicos. Esses dispositivos são também úteis para aplicações mais técnicas como geração de imagens e controle do cursor em geral e vários sistemas de CAD/CAM (Computer Aided Design/Computer Aided Manufacturing) incorporam dispositivos deste tipo. Mouse ou Dispositivo para Apontar e Posicionar Construído com um tamanho para caber na palma da mão, aproximadamente o de um maço de cigarros, contém uma esfera na sua base, exceto nos óticos, que rola sobre uma superfície onde é apoiado. Seus movimentos controlam a posição do cursor na tela. Deslocando o mouse, o cursor se desloca na mesma direção na tela e uma tecla na parte superior do mouse quando pressionada, indica que a posição desejada está assinalada. A utilidade do mouse está associada com o software que o utiliza, podendo criar nova e avançada interface com o usuário, como no Macintosh, eliminando operações com as teclas para acionar comandos e movimentar cursor. mouse Sistemas de Reconhecimento de Voz A voz humana, ou qualquer outro som, é uma onda mecânica - uma vibração que se propaga mecanicamente no meio (no caso, o ar). Esta onda é facilmente transformada em sinais elétricos por um processo denominado piezoeléctrico - eletricidade obtida de um cristal sob pressão. O sinal elétrico pode ser digitalizado, isto é, transformado em sinais digitais - o mesmo processo utilizado nos discos digitais de leitura ótica por raios laser. Estando na forma digital, o som pode ser armazenado na memória principal, num disco magnético, ou outro meio de armazenamento. A saída da informação via voz pode ser realizada de duas maneiras distintas. Pela codificação da voz, os dispositivos simplesmente produzem palavras ou frases pré-gravadas por pessoas. Já, pela sintetização da voz, realizam a mesma tarefa através de fonemas gerados sem o auxílio da pré-gravação. 70
Dispositivos de Entradas de Dados Automáticos Esses dispositivos permitem utilizar meios onde os dados já foram previamente colocados e têm a capacidade de convertê-los em dados inteligíveis pelo sistema de forma automática. Os tradicionais são: Leitora de cartão perfurado Leitora de fita perfurada Unidade de fita magnética Unidade de disco Os dispositivos acima serão estudados na parte sobre memórias secundárias. Modernamente, com a evolução das comunicações, surgiu o MODEM (MOdulador-DEModulador), um dispositivo de entrada/saída de dados automático. Surgiram ainda dispositivos voltados para os processos de automação, a saber: Dispositivos de Varredura Ótica - Scanners: Leitora de caractere ótico impresso com tinta magnética - MICR, Leitora de caractere ótico - OCR, Leitora de códigos de barras; Sensores. OCR - Optical Character Recognition Para automação de escritório surgiram os dispositivos que utilizam a técnica de reconhecimento de caracteres óticos (OCR - Optical Character Recognition). Esses dispositivos permitem a leitura de caracteres de forma e orientação fixas e alguns permitem que os caracteres a serem reconhecidos sejam programados para poder reconhecer impressos com tipos de letras não pré-programadas. A grande diferença entre o dispositivo de varredura manual já apresentado e a leitora de caractere ótico é que o dispositivo agora varre toda a folha de forma automática, como numa máquina copiadora. Um dispositivo semelhante ao OCR é o fac-símile - um dispositivo de varredura automático que digitaliza a imagem ou informação armazenando-a para processamento ou transmissão. A diferença é que o fac-símile digital não reconhece o que digitalizou, isto é, só realiza a primeira parte do processo OCR que, além de digitalizar, reconhece os caracteres alfanuméricos impressos. Sensores Para automação industrial, os sensores funcionam como "olhos do sistema" para aquisição de dados através da capacidade de codificar um evento físico em dados inteligíveis pelo computador. Os sensores para controle industrial coletam uma seqüência contínua de dados analógicos que alimentam um conversor analógico/digital e que, por sua vez, alimenta o computador do sistema de automação industrial. Outros tipos de sensores são as células fotoelétri- 71
cas, sensores de pressão, microfones (sensores de som), câmaras de vídeo para reconhecimento de imagem. Leitora de código de barras Para automação comercial, os leitores de código de barras são os dispositivos mais importantes. Os leitores podem ser manuais usando os chamados wands - uma espécie de caneta que é passada manualmente sobre o código; são baratos e confiáveis. Podem ser automáticos como nos scanners de varredura automática por raios laser. O uso clássico do código de barras é nos supermercados e lojas de departamentos que, nos EUA, têm a grande facilidade de já terem praticamente todos os produtos com o código impresso na embalagem. O padrão americano é o UPC - Universal Product Code, que designa um número formado pelo número do fabricante mais o número de cada um de seus produtos. Esse número único para cada produto é convertido, pelas regras do UPC, num código de barras que é então impresso pelo fabricante na embalagem do produto. O custo dessa impressão pelo fabricante é praticamente nulo, uma vez que teria que ser impressa uma embalagem de qualquer forma. Tendo armazenado no computador dados dos produtos que comercializa, como os números do UPC, custo, preço de venda, descrição, quantidade etc., o supermercado pode então conectar o caixa ao seu computador. Esse caixa interligado ao computador é chamado PDV - terminal ponto de venda. O leitor de código de barras (manual ou automático) passa a funcionar como um periférico do PDV, que pode reconhecer o número e, como conseqüência, o produto, sem a necessidade de digitá-lo. O PDV reconhece o número, envia para o computador e recebe de volta o preço do produto. Como a automação pioneira no Brasil foi a bancária, que é uma mistura da comercial com a de escritório, ela também foi a pioneira na utilização de alguns desses dispositivos, como por exemplo nos cheques e na comunicação por modems. Os cheques têm impressos na última linha todas as informações necessárias para processar as transações. Dispositivos magnéticos de varredura automática lêem esses dados (números do banco, agência, conta corrente e cheque) para processamento posterior. E quando apresentamos o cheque para saque, o caixa passa manualmente o cheque numa leitora e no seu terminal aparecem todos os dados, restando portanto digitar o valor para verificar o saldo e completar a transação. O padrão usado para esse código de barras é magnético e chama-se CMC-7. MICR - Magnetic Ink Character Recognition Alguns países utilizam um sistema OCR e a maioria utiliza uma leitora de caractere ótico impresso com tinta magnética que, para reconhecer os dados, usa a técnica chamada MICR - Magnetic Ink Character Recognition. 72
Como a informação sai do sistema Dispositivos de saída convertem sinais elétricos internamente armazenados no computador em formas úteis externamente. A informação pode sair do sistema nas formas: Dados: caracteres alfanuméricos arranjados na forma de dados. Texto: palavras, números e outros símbolos arranjados na forma de texto. Imagens: gráficos e figuras. Som: voz e música. Digital: formas que outro sistema pode ler. Alguns dispositivos podem apresentar mais de uma forma de saída; outros são voltados para uma única forma. Os principais dispositivos de saída existentes estão na tabela da figura 2. Destes, os dispositivos de entrada/saída já foram abordados e os demais estão divididos em quatro itens: monitores de vídeo, impressoras, traçadores de gráficos e outros. Monitores de Vídeo Economizam tempo e despesa com papel, mas são muito voláteis. Recebem várias denominações como: monitor, terminal CRT - Tubo de Raios Catódicos, tela, vídeo, display, terminal de vídeo, etc. São divididos em dois grandes grupos: os que usam tubos, semelhantes a um aparelho de TV e os que utilizam uma tela plana. Em geral, mostram informação impressa ou gráfica. A qualidade do que é mostrado na tela é função direta da chamada resolução do monitor de vídeo, designada pelos pontos (pixels - picture elements), que podem ser representados na sua superfície e dependem do monitor e dos circuitos internos que vão gerar a imagem com uma determinada resolução. Uma resolução de 640 x 200 significa 640 pixels por linha e 200 linhas na tela resultando em 128.000 pixels. Alguns sistemas apresentam texto com uma resolução e gráficos com outra e permitem o uso de mais de uma resolução. O padrão de apresentação de textos é 80 colunas por 24 ou 25 linhas, a não ser nos micros menores. Existem ainda três variações: alguns portáteis com menos de 24 linhas, monitores especiais que mostram uma página inteira (66 linhas) e dispositivos que ampliam a largura para 132 ou mais colunas. Para gerar texto na tela, recorre-se a duas técnicas básicas. Na chamada bit map um setor da memória é reservado para o vídeo e armazena os caracteres e/ou imagens que são geradas ponto a ponto, ou na chamada character map que utiliza um conjunto de caracteres e símbolos armazenados em ROM. Naturalmente a última é mais rápida e prática mas tem a limitação de só representar imagens usando um conjunto restrito de símbolos armazenados. Pode-se dividir os monitores de vídeo em três grupos: televisores, vídeos monocromáticos (não gráficos e gráficos) e vídeos coloridos (composto ou RGB). Os televisores comuns e os CRTs de baixa qualidade tornam a leitura muito cansativa. A grande maioria dos monitores de vídeo dos computadores atuais é baseada em tubos de raios catódicos (CRTs), e usam a técnica de rastreamento e varredura de feixe de elétrons para produzirem imagens na tela do vídeo. 73
Monitor Monocromático Um CRT monocromático é basicamente um tubo de vidro selado com três elementos principais: um canhão de elétrons que envia um feixe de elétrons de alta velocidade (raio catódico) através da tela do tubo; um sistema de deflexão ou yoke, que focaliza a faixa em um ponto particular da tela num dado momento; e uma tela quase plana recoberta com fósforo, que cintila por uma fração de segundo, quando atingida pelo feixe de elétrons. Os elétrons são acelerados num dispositivo especial (canhão de elétrons), que dispara fluxos de elétrons horizontais. O sistema de deflexão é composto por placas que criam campos magnéticos e, em função da intensidade deste campo, o feixe de elétrons é reorientado numa certa direção. PRINCIPAIS DISPOSITIVOS DE SAÍDA DISPOSITIVOS DE ENTRADA/SAÍDA: Modem Unidade de Disco Unidade de Fita DISPOSITIVOS DE SAÍDA TEMPORÁRIO/VOLÁTIL: Monitores de vídeo: Tubo Tela plana DISPOSITIVOS DE SAÍDA PERMANENTE: Impressoras: De impacto: Matricial ou serial Margarida Linear Outras (Não-impacto): Jato de tinta Térmica Eletrostática Laser Ionográfica Traçadores de gráficos, plotters Impressão direta em filme: Microfilme Slide e filme fotográfico Cartão ou fita perfurada (obsoletos) Fig. 2 - Principais dispositivos de saída do computador. 74
Os monitores monocromáticos usam normalmente fósforo verde, mas existem modelos que geram imagem em âmbar e outras cores além do verde. Para produzir uma determinada imagem, o monitor usa uma interface chamada controlador de vídeo, que comando a voltagem do canhão de elétrons (que determina a intensidade do brilho obtido na tela) e sincroniza o sistema de placas defletoras (horizontal e vertical). As informações que serão mostradas são armazenadas na forma de bit map numa área de memória RAM chamada frame buffer. Monitor Colorido Nos monitores coloridos, ao invés de um canhão, existem três: um para luz vermelha (red), outro para verde (green) e outro para azul (blue). A cobertura do fósforo também é diferente, podendo ser iluminada com uma das três cores conforme o feixe de elétrons que a atinge. Cores e variações que não as cores puras (vermelho, verde e azul) são criadas variando-se a intensidade de cada um dos raios que atingem um determinado ponto. A principal diferença entre os monitores compostos e os RGB está na forma como os canhões são controlados. Num monitor composto somente um sinal controla os três canhões, e esta é a tecnologia usada nos televisores coloridos comuns. Os monitores RGB (Red-Green- Blue) usam sinais distintos para controlar cada um dos canhões. As intensidades podem ser transmitidas com maior precisão e decodificadas rapidamente, possibilitando imagens mais nítidas que as obtidas com monitores compostos. Telas Planas As telas planas são fabricadas usando-se três tecnologias básicas: LCD - Liquid Cristal Display - cristal líqüido, Eletroluminescência e Gás. Nos LCD a imagem é produzida sem gerar luz, mas através da alteração das condições de absorção e reflexão da luz sobre a tela de cristal líqüido. Sua maior vantagem é o seu peso, tamanho e baixíssimo consumo de energia e, portanto, ideal para os micros portáteis, apesar da eventual dificuldade de leitura em ambiente não iluminado apropriadamente. Os outros dois produzem luz com técnicas avançadas que utilizam pequenos diodos ou bolhas microscópicas de um gás. Os vídeos de gás plasma começam a ficar baratos e disponíveis em grandes volumes para serem usados pelos computadores portáteis. Impressoras Existem muitos tipos diferentes de impressoras. Além de serem classificadas quanto ao modo de impressão, também o são em função de outras características (vide figura 3). A velocidade da impressora de linha é especificada em LPM - Linhas Por Minuto, uma vez que ela imprime uma linha inteira de cada vez. A impressora serial imprime um caractere por vez (em série); assim, CPS - Caracteres Por Segundo - representa a sua velocidade de impressão. As impressoras matriciais bidirecionais são capazes de imprimir a primeira linha no sentido convencional e a seguinte da direita para a esquerda e assim por diante, aumentando o rendimento por não ter que perder tempo com o deslocamento mecânico do dispositivo impressor para o início da linha seguinte. 75
A densidade da matriz de pontos indica a qualidade da impressão. Com o recurso de imprimir mais de uma vez o caractere com um pequeno deslocamento com relação à impressão anterior, permite que se alcance em determinados modelos de matriciais a chamada qualidade próxima a da carta. As impressoras laser, para pequenos sistemas, já apresentam uma velocidade de 8 páginas por minuto que eqüivale a 600 CPS. Há impressoras de grande porte com capacidade para imprimir 120 páginas por minuto ( 2 páginas por segundo! ), com opções de impressão em frente e verso e envelopamento automático. As impressoras Ionográficas usam um princípio semelhante às fotocopiadoras para fixação do toner ao papel, mas por ionização de um composto de óxido de ferro e carbono sob compressão nas fibras do papel. Traçadores de Gráficos, Plotters Dispositivos que literalmente desenham, com canetas especiais de diversas cores e/ou espessuras, em papel com dimensões que variam com o modelo, cobrindo desde o tamanho A4 até A0. Os modelos mais sofisticados têm uma precisão muito elevada. Saída Sonora O som ou sinal audível pode ser produzido por computadores de diversas maneiras. A maioria dos micros possui um alto-falante interno para gerar sinais sonoros, principalmente de alerta. De todas as maneiras de produzir sons, a mais fascinante envolve a voz humana, caso do reconhecimento e sintetizador de voz. 76
=================================================================== CARACTERÍSTICAS DAS IMPRESSORAS =================================================================== Tipo de interface: Paralela - Centronics ou Dataproducts. Serial - RS 232C. Outros - Current Loop, HP-IB, IEEE-488, etc. Modo de Impressão: Quantidade impressa: Serial - um caractere por vez: uni ou bidirecional e procura otimizada, qualidade próxima carta, velocidade nominal em CPS e rendimento: 40/90 % Linear ou de linha - uma linha por vez - LPM. Uma folha por vez - Páginas Por Minuto - PPM. Mecanismo de impressão: Impacto: serial ou linear. Não-impacto: jato de tinta, térmica, laser e eletrostática. Tipos de caracteres impressos: Completos: margarida (Daisy-Wheel) - obsoletas, lineares, laser e eletrostática. Por matriz de pontos (agulhas) - matricial. Recursos: Tipos de caracteres: ASCII, maiúscula/minúscula, especial, expandido, comprimido, etc. Funções e caracteres por linha (80/132, 132/240). Capacidade gráfica (matriciais) e número de cópias (1a 6) Impressão a cores: jatos de tinta e matriciais. Tipo de papel: formulário contínuo; rolo; largura variável, folha solta. Alimentação do papel: velocidade de avanço; tração e/ou fricção. papel solto/envelopes; alimentação manual ou automática. =================================================================== Fig. 3 - Características das Impressoras. 77
IMPRESSORAS MATRICIAIS As agulhas estão no páreo O processo de impressão matricial é uma das maneiras mais antigas de produzir cópias em papel geradas por computadores. Essa tecnologia baseia-se no conceito de que todos os caracteres são formados a partir de uma matriz de pontos - ou seja, a união desses pontos é que vai gerar os caracteres. Nessas máquinas, conhecidas como impressoras de impacto, a cabeça de impressão é a mola-mestra de todo o sistema. Nela, estão posicionadas as agulhas (ou pinos) que são responsáveis pela transferência da tinta do cartucho para o papel. Quanto maior o número de pontos impresso pelas agulhas, melhor será a definição do caractere no documento. Quando lançadas, as matriciais possuíam nove agulhas. Depois, esse número foi ampliado para 24. A nova safra de impressoras de impacto apresenta resolução melhorada e maior velocidade. Dependendo do modelo, operam ao ritmo de 120 a 500 cps (caracteres por segundo). Apesar da alta velocidade, essas máquinas ainda apresentam limitações no que se refere à qualidade de impressão. Elas imprimem cerca de 360 ppp (pontos por polegada) ou dpi (dot per inch), um resultado fraco diante de outras tecnologias, como a laser, que atinge 1200 dpi. Atentos a esses detalhes, muitos fabricantes já incluíram nas matriciais cartuchos de tinta coloridos, para atrair um público mais diversificado. A hora certa de imprimir por impacto Atualmente, a principal razão que leva o consumidor de informática a comprar uma impressora matricial é, sem dúvida, a possibilidade de imprimir documentos em multivias, como formulários, notas fiscais e romaneios. Além disso, o próprio preço das máquinas permanece atraente, quando comparado com o das impressoras a jato de tinta e a laser. Por essas características, o setor corporativo representa a maior fatia consumidora do mercado de matriciais. Nas empresas, praticamente todas as seções têm pelo menos uma máquina de impacto trabalhando a pleno vapor, emitindo relatórios, listagens ou extensas planilhas. A impressão de etiquetas também consta na lista das aplicações mais executadas pelas matriciais. Embora outras tecnologias permitam a realização dessa tarefa, é nas máquinas de impacto que se encontra o mecanismo de impressão mais adequado: uma roda dentada e pinos asseguram o alinhamento preciso de cada etiqueta quando ela passa sobre o cilindro da impressora. Por último, convém ressaltar que o baixo custo por página ainda é um fator determinante no momento da escolha - um forte atrativo para o bolso do consumidor doméstico. Alguns fabricantes afirmam que imprimir grandes quantidades de texto em matriciais pode custar até dez vezes menos que em uma laser, por exemplo. Mas, se por um lado o ganho de velocidade é uma vantagem considerável nas matriciais, existe a perda de qualidade e de resolução. COMO FUNCIONA O EQUIPAMENTO O PC envia códigos para a impressora que representam os movimentos a ser realizados pelo carro da máquina. Eles ficam armazenados na memória (buffer) da própria impressora. Alguns deles têm comandos que informam como deve ser a distribuição dos pontos utilizados para criar os caracteres. Em seguida, o processador da impressora calcula a trajetória mais eficiente para o deslocamento da cabeça de impressão (composta de agulhas ou pinos). Ele emite sinais que controlam os movimentos do papel e disparam as agulhas. Com isso, elas atingem a fita entintada, imprimindo os pontos. Assim que essa operação é realizada, uma mola transporta a cabeça de impressão de volta para a posição original. Isso se repete até que todo o conjunto de pontos forme o caractere desejado. Algumas impressoras melhoram a qualidade de impressão, ou criam o efeito de negrito, por exemplo, movimentando a cabeça de impressão por uma segunda passada sobre a mesma linha de tipos para imprimir um segundo conjunto de pontos. Desse modo, o documento final apresenta melhor definição. A JATO DE TINTA Qualidade e cor a baixo custo As impressoras a jato de tinta são atualmente as mais populares do mercado. Silenciosas, elas oferecem qualidade de impressão a preço reduzido. Nos últimos anos, a maioria dos equipamentos que utiliza essa tecnologia passou a oferecer mais um forte atrativo: páginas coloridas. O processo de trabalho dessas máquinas apresenta semelhanças com o do sistema matricial. Assim como as impressoras de impacto, as jato de tinta utilizam cabeças de impressão que percorrem toda a extensão da página, colocando uma linha de dados completa a cada passo. Nas duas tecnologias, a cabeça de impressão preenche uma matriz de pontos que representa caracteres e gráficos. A diferença é que, em vez de pinos batendo sobre uma fita entintada, a cabeça das impressoras a jato de tinta possui pequenos orifícios através dos quais a tinta é lançada sobre o papel. Sua resolução costuma variar de 180 a 720 pontos por polegada (dpi). As máquinas a jato de tinta têm, entretanto, o seu calcanhar-deaquiles: a velocidade. Elas geram em média 100 a 200 caracteres por segundo ou 1 a 3 páginas por minuto. Com a evolução da tecnologia, já é possível encontrar no mercado modelos mais rápidos. Existem dois sistemas de impressão adotados nessa categoria de máquinas: o térmico e o mecânico. O primeiro, o jato de bolha (bubble jet, em inglês), é empregado por grande parte dos fabricantes, entre os quais a HP e a Canon. Conhecida como piezoelétrica, a tecnologia mecânica é usada nas máquinas da Epson. DE BOLHA EM BOLHA 1. O processador da impressora recebe dados do computador e os transforma em impulsos elétricos, que são enviados para a cabeça de impressão e para o motor que movimenta a cabeça lateralmente ao longo do papel. 2. Um cartucho de tinta posicionado sobre a cabeça de impressão recebe esses impulsos por meio de resistores, que aquecem a tinta formando bolhas. 3. Essas bolhas se expandem empurrando a tinta, que é expelida através de pequenos orifícios em direção ao papel. A cabeça de impressão dos cartuchos monocromáticos possui 48 pequenos orifícios menores que um fio de cabelo e a dos coloridos, três grupos de dezesseis cavidades. 78
4. A tinta atinge o papel formando um pequeno ponto. A combinação desses pontos gera a imagem ou os caracteres a ser impressos na página. Nota: o processo mecânico envolve o uso de um cristal (chamado piezoelétrico) sensível ao impulso elétrico. Quando submetido a uma tensão, esse elemento se deforma provocando uma pressão interna e o disparo da tinta. A LASER Documentos escritos com luz As impressoras a laser se tornaram muito populares nos últimos anos. Usadas, antes, apenas em grandes corporações, elas hoje estão também na mesa do usuário comum. Graças à expressiva redução de seus preços, essas máquinas oferecem uma combinação de qualidade de impressão e custo que praticamente varreu as impressoras matriciais dos escritórios. Baseados numa tecnologia de impressão sem impacto que lhes confere baixo nível de ruído, esses periféricos podem ser utilizados em qualquer tipo de ambiente. Seu processo de impressão é idêntico ao utilizado em fotocopiadoras do Xerox. A diferença entre elas é que na impressora a imagem é criada antes da impressão e, na fotocopiadora, a página é escaneada por um feixe luz branca. No mais, os processos são bastante similares. MUITO CALOR E ELETRICIDADE 1. O processador da impressora recebe os dados do micro e os decodifica para gerar a imagem que será impressa. 2. No módulo de impressão, um conjunto de espelhos móveis e lentes redireciona o raio de luz para um cilindro que se move continuamente. A combinação do movimento do cilindro com o ligar e desligar do raio de luz gera diversos pontos numa mesma linha. 3. Enquanto o cilindro gira, o papel se movimenta e passa ao lado de um polarizador- um fio eletrificado que transfere uma carga elétrica estática para o papel. 4. Os pontos de luz que atingem o cilindro são polarizados por uma carga elétrica idêntica à do papel. Cada carga marca um ponto que será impresso em preto. 5. Entre o ponto em que o cilindro foi polarizado e seu contato com o papel, existe uma bandeja de toner, um pó plástico que tem carga inversa à do cilindro, o que faz com que suas partículas se unam com os pontos eletrificados do cilindro. 6. Em seguida, o cilindro encontra o papel. Embora as cargas elétricas dos dois sejam iguais, a do papel é maior. Assim, este absorve o toner do cilindro. 7. Ao girar, o cilindro passa por um fio carregado negativamente, que restaura toda a sua superfície à condição original, permitindo o reinicio do processo. 8. O papel e o toner passam pela unidade de fusão, que os aquece e fixa o toner definitivamente no documento. TÉRMICAS Com padrão de fotografia As impressoras baseadas na tecnologia dye sublimation foram concebidas para atender a um mercado profissional voltado mais para a qualidade do produto do que para o custo da cópia produzida. Seu processo de trabalho requer papéis e rolos de tintas especiais, que elevam bastante o custo de cada página impressa (cerca de 12 dólares). Por isso, a participação dessas impressoras no mercado é bem restrita, limitada apenas a aplicações que demandam alta qualidade gráfica. No processo de impressão, os corantes são depositados no papel na forma de tons contínuos (veja o quadro abaixo), o que dá ao usuário a sensação de ver suas imagens como se fossem uma cópia gerada fotograficamente. Atualmente, mesmo nos mercados mais profissionais, essas máquinas térmicas vêm enfrentando forte concorrência das impressoras a laser coloridas. Além de cara, a impressão térmica é lenta: para a geração da imagem, o papel tem de passar de três a quatro vezes pelo rolo de filme. Além disso, o mecanismo de tracionamento do papel precisa ser bastante sofisticado para evitar que o papel oscile durante a impressão, produzindo o que os técnicos chamam de falta de registro entre as cores. IMPRESSÃO A TODO O VAPOR A impressão com a tecnologia de dye sublimation fica a meio caminho entre a tecnologia de transferência térmica e a fotografia. Ela produz tons contínuos elegantes e imprime com qualidade fotográfica. A sublimação (sublimation) é o termo científico dado à conversão de um sólido para um gás sem passar por uma fase líquida. O gelo seco usado nas geladeiras de sorveterias, é talvez o mais conhecido dos exemplos de uma substância que entra em sublimação. Num processo de impressão desse tipo, os agentes coloridos estão num rolo de transferência - um filme de plástico que contém painéis consecutivos de corantes (dye) nas cores secundárias (ciano, magenta, amarelo e preto). O rolo de transferência passa junto à cabeça térmica, que contém milhares de elementos de aquecimento. Como os corantes estão quentes o suficiente para evaporar, eles se espalham sobre a superfície do papel. O processo requer um papel especial, próprio para absorver os vapores dos corantes. Cada elemento de aquecimento da cabeça de impressão produz 256 temperaturas diferentes. Quanto mais alta a temperatura, mais corante é transferido do rolo para o papel. Assim, controlando a quantidade de corante que é vaporizado, a impressora define a intensidade do ponto resultante no papel e produz imagens em tom contínuo. 79
MEMÓRIAS SECUNDÁRIAS (OU AUXILIARES) Introdução Memórias semicondutoras, usadas para implementação de Memória Principal de computadores, permitem armazenamento de até alguns milhares de Kilobytes. A capacidade pode ser aumentada ligando diversos circuitos integrados em paralelo. Em qualquer sistema digital com alguma sofisticação, capacidades de armazenamento da ordem de milhares de Megabytes são muitas vezes necessárias. Obter e usar eficientemente capacidades desta ordem com memórias semicondutoras, embora não seja impossível, em geral é inconveniente. Hierarquia de memória quanto ao tempo de acesso Geralmente, porém, estes sistemas digitais de grande porte não requerem acesso rápido a toda informação armazenada na memória. O termo acesso rápido é usado para indicar tempos de acesso de dezenas de nanosegundos a dezenas de microsegundos. É aceitável que o tempo de acesso de uma memória de massa seja de dezenas de milisegundos a dezenas de segundos e até de minutos. A memória auxiliar também é chamada de secundária, externa ou de massa. Dados e informações necessários imediatamente são mantidos em memória de tempo de acesso curto (memória principal). À medida que estes dados e informações são usados e não são mais necessários, nova informação é transferida da memória de tempo de acesso longo (memória de massa) para posições da memória de tempo de acesso curto (memória principal), previamente ocupadas pela informação descartável. -------------------------------------------------------------------------------- TIPOS DE MEMÓRIA QUANTO AO TEMPO DE ACESSO -------------------------------------------------------------------------------- Memória Principal: 100's/10's nanosegundos (10-9 s) -------------------------------------------------------------------------------- Memória de Massa : Disco magnético: 10's milisegundos (10-3 s) Fita magnética: segundos -------------------------------------------------------------------------------- Fig. 5.1 - Tipos de memória quanto ao tempo de acesso. Meios comercialmente disponíveis de promover armazenamento de massa com tempos de acesso longos incluem fita magnética em rolos, cassetes e cartuchos de fita magnética e discos magnéticos. Cada um destes meios é composto por uma fina camada de material magnético depositado sobre um meio de suporte. Os bits são armazenados pela magnetização de pequenas regiões no meio magnetizável em uma direção para representar um 0 lógico e na outra direção para 1 lógico. Os grandes méritos deste armazenamento de massa são que barateia substancialmente o custo por bit de memória e oferece uma memória não volátil. 80
Os mecanismos de acesso (gravação e/ou leitura) da memória de massa podem ser seqüenciais ou de acesso direto. As memórias de acesso seqüencial são as que utilizam cartão perfurado, fita de papel perfurada e fita magnética. Todas as demais, na maioria discos, são memórias auxiliares de acesso direto. TIPOS DE MEMÓRIA AUXILIAR Tecnologia/Tipos Características Papel Perfurado: Cartão Cartão perfurado, ultrapassado. Fita Fita de papel perfurada, ainda utilizada em alguns equipamentos industriais e telex. Magnética: Discos: Discos magnéticos Flexível Disquete, disco flexível, floppy disk, camada magnética sobre plástico. Baixo custo, baixa durabilidade, confiabilidade moderada Rígido Disco rígido: camada magnética sobre metal Winchester Disco rígido selado (fixo) Removível Disco rígido removível, um ou vários discos montados, disk pack Cartucho Disco rígido selado em cartucho removível Fitas: Carretel Fita magnética. Baixo custo. Uso: backup Cartucho Fita usada para backup de winchester usadas para micros e mainframes Ótica: Disco ótico, disco compacto, CD (compact-disc). Alcançam grande densidade de gravação, não se desgastam. Pode ser ROM ou R/W. Fig. 5.2 - Tipos de Memória auxiliar, externa ou de massa. ----------------------------------------------------------- Memórias quanto ao mecanismo de acesso --------------------------------------------------------- Memória de acesso seqüencial: Cartão perfurado, fita de papel perfurada, fita magnética Memória de acesso direto: Discos em geral ----------------------------------------------------------- Fig. 5.3 - Tipos de Memória quanto ao mecanismo de acesso. 81
Memórias de acesso seqüencial Fita Magnética A fita relativamente estreita move-se na direção de seu comprimento através do entreferro da cabeça de leitura/escrita. Para escrever na fita, usamos uma corrente elétrica que percorre a bobina em uma direção ou em outra, magnetizando o recobrimento magnético da fita em uma ou outra direção. Com o movimento da fita em frente à cabeça, os bits são armazenados na fita adjacentes uns aos outros ao longo do comprimento da fita. Para ler a fita fazemos com que ela passe em frente à cabeça. A cada mudança na magnetização da fita, uma tensão elétrica é induzida na bobina da cabeça, cuja polaridade depende da direção da mudança de magnetização. O mecanismo de armazenamento em disco magnético é o mesmo do armazenamento em fita. A diferença é que na fita a camada de material magnético é suportada por uma fita plástica longa e muito flexível, ao passo que no disco o meio de suporte é um disco rígido ou pouco flexível (o chamado disco floppy), cuja geometria é semelhante a de um disco fonográfico. Unidade de fita magnética Para escrever os bits com a densidade apropriada e para assegurar que a saída durante a leitura seja de nível apropriado, a leitura e a escrita devem ser feitas somente quando a fita estiver se movendo com a velocidade apropriada. É duvidoso que desejemos ou possamos ler ou escrever uma fita completa de uma só vez. Geralmente a leitura e a escrita são feitas sobre pequenas porções da fita de tempos em tempos e, quando isto ocorre, é necessário acelerar e desacelerar a fita. Devemos evitar a leitura e a escrita durante estes intervalos em que a fita não está se movendo com a velocidade apropriada. Assim, a informação é armazenada na fita em blocos de tamanho conveniente separados por espaços usados para aceleração e desaceleração. Memórias de acesso direto Discos Magnéticos Em memórias de discos magnéticos a informação é armazenada em trilhas concêntricas em um disco semelhante ao disco fonográfico. Enquanto no disco fonográfico a trilha é em espiral de fora para dentro, havendo, na realidade, somente uma trilha longa, no disco magnético cada trilha é um círculo fechado separado dos outros. Como na memória de fita, a informação é lida e escrita por uma cabeça de leitura/escrita. Por causa da geometria circular do disco, ele pode ser mantido girando constantemente mesmo quando não se processa leitura ou escrita. A perda de tempo e espaço associada com a aceleração e desaceleração é evitada. Existe, comercialmente, uma grande variedade de memórias de disco. Há unidades com diferentes números de discos e, enquanto algumas escrevem e lêem em apenas uma das superfícies, outras usam os dois lados do disco. O número total de superfícies de escrita pode 82
chegar a 24. Quando uma só cabeça de leitura/escrita é usada, a unidade deve conter um mecanismo para mover a cabeça de uma trilha para a outra. As trilhas estão separadas, tipicamente, por 0,25 mm e sua largura vai de 0,09 a 0,12 mm. A rotação do disco causa a presença de uma fina camada de ar que gira junto com o disco devido ao atrito viscoso entre o disco e o ar. O formato da cabeça é tal que esta camada de ar mantém a cabeça separada do disco alguns décimos de mícron, esta separação evita o desgaste do disco e da cabeça. Outras unidades possuem diversas cabeças de leitura/escrita para diminuir o tempo perdido no movimento da cabeça. Para acessar uma determinada parte da superfície do disco é necessário, em primeiro lugar, mover a cabeça para a trilha apropriada. O tempo requerido para esta operação é chamado tempo de busca. Após isto há um tempo de latência até que a parte apropriada da trilha chegue à cabeça. O tempo de acesso é a soma do tempo de busca e do tempo de latência. O Disco Flexível A memória de massa com disco magnético possui a característica de, até certo ponto, ser uma memória de acesso aleatório. Em uma memória de fita, se estivermos em uma extremidade da fita e desejarmos acesso à outra extremidade, devemos reenrolar a fita. Em uma memória de disco, se estivermos na trilha mais externa, podemos mover a cabeça diretamente para a trilha mais interna, sem parar nas trilhas intermediárias, que podem ser centenas. Assim, os tempos de acesso do disco são medidos em dezenas de milisegundos, ao passo que na fita se estendem a segundos. As unidades que descrevemos, todavia, são dispositivos mecânicos sofisticados que, além de caros, são construídos com tolerâncias extremamente pequenas. Os discos giram a alta velocidade e devem ser muito rígidos para manter o pequeno intervalo de ar entre o disco e a cabeça. Para satisfazer a necessidade de uma memória de disco mais barata, muitos fabricantes produzem um tipo de memória de disco conhecido como sistema de armazenamento de disco flexível. No sistema de disco flexível, o disco e a cabeça fazem contato como a fita e a cabeça em um sistema de fita. Conseqüentemente, o disco não precisa ser rígido e pode, inclusive, ser suficientemente fino para tornar-se ligeiramente flexível. Os discos flexíveis (floppies) mais usados em microcomputadores são de 3½", cuja capacidade é de 730 KBytes para baixa densidade (DD = Double Density) e de 1,44 MBytes para alta densidade (HD = High Density). Os discos de 5¼", mais antigos, tinham capacidade de 360 KB(baixa) e 1,2 MB(alta). 3½" 5¼" Para permitir um manuseio conveniente e para proteger os discos da poeira, de arranhões etc., eles são permanentemente selados em uma capa plástica chamada cartucho, de modo que o conjunto se parece com um disco fonográfico selado em sua capa. No disco de 3½" esta capa é de plástico duro e a mídia magnética fica protegida por uma capa de metal que é aberta por um mecanismo no interior do drive quando o disco é acessado. O disco gira dentro do cartucho. O interior do cartucho é fabricado com material que minimiza o atrito com o disco e o limpa. 83
Disco Rígido O Hard Disk (HD), ou simplesmente Disco Rígido, é um sistema de armazenamento de alta capacidade que, ao contrário da memória RAM, não perde seus dados quando desligamos o micro, sendo por isso destinado ao armazenamento de arquivos e programas. Apesar de também ser uma mídia magnética, um HD é muito diferente de um disquete comum, sendo composto por vários discos empilhados que ficam dentro de uma caixa lacrada, pois, como os discos giram a uma velocidade muito alta, qualquer partícula de poeira entre os discos e a cabeça de leitura causaria uma colisão que poderia danificar gravemente o equipamento. Sem dúvida, o disco rígido foi um dos componentes que mais evoluiu na história da computação. O primeiro disco rígido foi construído pela IBM em 1957, e era formado por nada menos que 50 discos de 24 polegadas de diâmetro, com uma capacidade total de 5 Megabytes, incrível para a época. FUNCIONAMENTO DO DISCO RÍGIDO Dentro do disco rígido, os dados são gravados em discos magnéticos, chamados em Inglês de Platters. Estes discos são compostos de duas camadas. A primeira é chamada de substrato, e nada mais é do que um disco metálico, geralmente feito de ligas de alumínio. A fim de permitir o armazenamento de dados, este disco é recoberto por uma segunda camada, agora de material magnético. Os discos são montados em um eixo, que por sua vez gira graças a um motor especial. Para ler e gravar dados no disco, usamos cabeças de leitura eletromagnéticas ( heads em Inglês) que são presas a um braço móvel ( arm ), o que permite o seu acesso a todo o disco. Um dispositivo especial, chamado de atuador, ou actuator, coordena o movimento das cabeças de leitura. 84
O tamanho dos discos magnéticos determina o tamanho físico do disco rígido. Atualmente, o tamanho de disco rígido mais comum é 3,5 polegadas. Encontramos também discos de 2,5 polegadas, destinados a notebooks devido ao seu tamanho reduzido e baixo consumo de energia. TRILHAS, SETORES E CILINDROS Para organizar o processo de gravação e leitura dos dados gravados no disco rígido, a superfície dos discos é dividida em trilhas e setores. As trilhas são círculos concêntricos, que começam no final do disco e vão se tornando menores conforme se aproximam do centro. Cada trilha recebe um número, que permite sua fácil localização. A trilha mais externa recebe o número 0 e as seguintes recebem os números 1, 2, 3, e assim por diante. Para facilitar ainda mais o acesso aos dados, as trilhas se dividem em setores, que são pequenos pedaços onde são armazenados os dados, sendo que cada setor guarda 512 bytes de informações. Um disco rígido atual possui entre 150 ou 300 setores em cada trilha (o número varia de acordo com a marca e modelo), possuindo em torno ou 3000 trilhas. Para definir o limite entre uma trilha e outra, assim como onde termina um setor e onde começa o próximo, são usadas marcas de endereçamento, pequenas marcas com um sinal magnético que orientam a cabeça de leitura, permitindo à controladora do disco localizar os dados desejados. Além das trilhas e setores, temos também as faces de disco. Um HD é formado internamente por vários discos empilhados, sendo o mais comum atualmente o uso de 2 ou 3 discos. Assim como num disquete, podemos usar os dois lados do disco para gravar dados, cada lado passa então a ser chamado de face. Em um disco rígido com 2 discos por exemplo, temos 4 faces. Como uma face é isolada da outra, temos num disco rígido várias cabeças de leitura, uma para cada face. Apesar de possuirmos várias cabeças de leitura num disco rígido, elas não se movimentam independentemente, pois são todas presas à mesma peça metálica, chamada braço de leitura. O braço de leitura é uma peça triangular, geralmente feita de alumínio, que pode se mover horizontalmente. Para acessar um dado contido na trilha 982 da face de disco 3 por exemplo, a controladora do disco ativa a cabeça de leitura responsável pelo disco 3 e a seguir ordena ao braço de leitura que se dirija à trilha correspondente. Não é possível que uma cabeça de leitura esteja 85
na trilha 982, ao mesmo tempo que outra esteja na trilha 5631 por exemplo, justamente por seus movimentos não serem independentes. Apesar de um disco rígido possuir várias cabeças de leitura, elas não possuem movimento independente já que estão pressas ao mesmo braço de leitura. Este é o motivo da divisão dos discos também em cilindros. Já que todas as cabeças de leitura sempre estarão na mesma trilha de seus respectivos discos, deixamos de chamá-las de trilhas e passamos a usar o termo cilindro. Um cilindro nada mais é do que o conjunto de trilhas com o mesmo número nos vários discos. Por exemplo, o cilindro 1 é formado pela trilha 1 de cada face de disco, o cilindro 2 é formado pela trilha 2 de cada face, e assim por diante. Em essência, quando falamos em trilhas e cilindros, estamos usando nomes diferentes para falar sobre a mesma coisa. Esta figura ilustra bem a divisão dos discos em trilhas, cilindros e setores. É usado como exemplo um disco rígido composto de 4 discos. A ilustração é cortesia da Quantum Corporation. DENSIDADE Para criar um disco rígido de maior capacidade, podemos usar mais discos, usar discos maiores, ou aumentar a densidade de gravação dos discos. 86