Dispositivos de entrada e saída de dados

1. Dispositivos de Entrada e Saída de dados
Introdução;
Evolução histórica;
Dispositivos;
Sumário.


Introdução
Entende-se dispositivo de entrada como um sistema que permite introduzir dados do
exterior num computador ou outro sistema informático com o intuito de os processar ou
de servirem para controle do processamento. Ao contrário, dispositivo de saída é
qualquer sistema que permite ao computador disponibilizar informação para o exterior
para que seja posteriormente utilizada. No entanto, por esta definição considerar-se-ia
um interface de rede ou um modem como um dispositivo de introdução e saída de
dados. Na realidade, considera-se que um dispositivo de entrada ou saída de dados
traduz (converte) elementos físicos utilizados pelo ser humano ou máquina, em
informação digital utilizável pelo computador propriamente dito. Considera-se por
exemplo um teclado, ou um sensor de temperatura como um dispositivo de introdução
de dados. O teclado, converte a acção do utilizar sobre determinada tecla num sinal
digital correpondente. O sensor de temperatura converte uma grandeza mesurável em
graus (celcius ou fernheit) num valor digital correspondente.
Apresentam-se em muitos tipos e funções, as abordagens de estudo poderiam ser muitas
e complexas, mas neste caso faremos talvez a mais simples e menos complexa e que é
enumerar alguns e descrever a seu funcionamento genérico e situações de utilização.


Evolução histórica
Tudo começou há muito tempo com o aparecimento dos primeiros computadores, quer
consideremos a máquina de calcular de Babage ou os enormes computadores dos anos
40 e 50. Qualquer um deles teve necessidade de introdução de dados, seja para executar
as operações matemáticas, seja para o recenseamento civil ou a contabilidade. A questão
será sempre: que dados processar?
Um dos primeiros sistemas de introdução de dados foi o cartão perfurado. Trata-se de
uma cartão onde são feitos furos segundo uma lógica predefinida e que representam
caracteres ou outro qualquer tipo de dados. A sua impressão era feita através de
máquinas criadas com esse propósito (normalmente independentes do computador),
tinham um teclado de máquina de escrever, mas em vez de imprimir o caracter

2. correspondente a cada uma das teclas imprimia num cartão o conjunto de furos
correspondente a cada caracter. Os cartões eram depois introduzidas num leitor
incorporado no computador que os lia e os convertia para informação digital.
Posteriormente evoluiu-se para fitas perfuradas, em que os princípios e funcionamento
eram basicamente os mesmos mas em que as fitas tinham a vantagem de serem mais
rápidas.
O passo seguinte e talvez o mais famoso e duradouro foi o teclado electrónico. O seu
desenvolvimento 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 que
os lia e convertia para sinais electrónicos. O teclado tem um mapa de sinais eléctricos
correspondentes a cada caracter ou símbolo existente e possível de teclar. Quando tal
símbolo é teclado, a sequência de impulsos eléctricos correspondente é enviada para o
computador onde existe normalmente uma interface que os converte para informação
digital, o que invalida o usoo de suporte físico intermédio.
No início, os dispositivos de saída limitavam-se a cartões e fitas perfuradas o que
permitia reutilizar esses cartões e fitas em posteriores inserções de dados, o que
pressupõe 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-se
leitores/conversores da informação (existente nos cartões e fitas) em caracteres
alfanuméricos, 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 saída
de dados, o ecrans de video. Quando os primeiros monitores apareceram, a sua
utilização baseava-se na apresentação de caracteres alfanuméricos, mas com o decorrer
dos anos começou a ser possível a apresentação de gráficos o que permitiu em muito
desenvolver a utilidade prática dos computadores.
Com o aparecimento e popularismo das interfaces gráficas, surgiu a necessidade de
dispositivos de entrada mais intuitivos e rápidos. O mais popular dos dispositivos
criados com esse objectivo é talvez o rato, que é um dispositivo manual que funciona
numa superfície plana e que faz corresponder os seus movimentos nas coordenadas x e y
a um apontador existente no monitor. O rato dispõe na parte inferior duma esfera que é
accionada pelo movimento. Esta esfera faz accionar dois eixos (correspondentes a x e
y). Estes eixos por sua vez têm associados leitores de movimento, baseados na
tecnologia óptica.
Estas são talvez, os principais marcos da evolução dos dispositivos de entrada e saída de
dados em computadores. Apresentam-se de seguida alguns dos mais utilizados e as suas
áreas de utilização.


Dispositivos
Divendem-se os dispositivos em três grupos fundamentais:

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.
Teclado
Os seus princípios de funcionamento mantêm-se idênticos ao descrito anteriormente, ou
seja, existe no computador uma interface que converte a sequência de impulsos
eléctricos em sinais digitais e que por meio de um interrupt transfere os dados para a
memória.

Figura 6.1 - Imagem dum teclado [fonte].
As combinações de símbolos, teclas e funções tem vindo a aumentar, aproximando-se
de 600, o que torna o teclado pouco prático para funções específicas e nas quais os
dados a introduzir sejam em pequeno número.
Apesar de ser pouco prático em ambiente específicos, é normalmente utilizado devido à
sua versatilidade e resistência física.

Rato
É um dispositivo que funciona sobre uma superfície plana, tem uma esfera na parte
inferior do seu interior e através de orifício entra em contacto com a superfície. Pelo
movimento da esfera são gerados movimentos em dois eixos (x e y) que por sua vez
estão ligados a sensores de posição. Estes sensores de posição, normalmente através de

4. tecnologia óptica, detectam o movimento e convertem-no em sinais digitais que envia
para 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 em
sistemas 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 uma
certa protecção e espaço de funcionamento.

Track-ball
Track-Ball é uma versão do rato típico, que mais não é que um rato em que a esfera
passa a estar na parte superiora e a base está fixa. O utilizador movimenta a esfera e não
a base como acontecia com o rato.

Figura 6.3 - Imagem de vários track-ball's [fonte].
Não necessita de espaço extra para além do seu tamanho e não não sofre problemas com
a sujidade da superfície. Tem a desvantagem (aparente) de necessitar de grande tempo
de habituação.

5. Joystick
Joystick, é um manípulo capaz de converter os movimentos realizados pelo utilizador
para sinais digitais que irão ser posteriormente interpretados pelo sistema. Embora
determine duas dimensões, os movimentos podem ser interpretados como
tridimensionais.

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.
Apontador
Minúsculo joystick que se coloca junto ao teclado, pelo que a sua aplicação se restringe
a computadores portáteis. Exige bastante habituação.

Light-Pen
Funciona em conjunto com um monitor especial, e permite determinar a posição tocada
pelo lápis. Bastante utilizada em computadores de bolso em complemento de OCR.

Touch-Pad

6. É um pequeno ecran táctil, que faz corresponder o deslizar do dedo do utilizador a um
movimento dum apontador no ecran. É possível usar o próprio ecran como botão ou
botões. Quando o ecran "sentir" um toque mais forte, o driver intrepeta-o como um
toque no botão esquerdo. Quanto ao toque no botão direito, é comum especificar a parte
direita superiora (ver parte azul na fihura 6.5) como a parte correspondente ao toque no
botão direito.


Figura 6.5 - Imagens de touch-pad [fonte].
É muito utilizado em computadores portáteis, e exige menos habituação que o track-ball
ou o apontador, no entanto, a precisão é difícil de atingir devido ao deslizar inconstante
do dedo.
Scanner
Baseia-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 um
sensores fotoeléctricos que converterão o feixe reflectido para um sinal digital.
Um dos mais importantes factores de desempenho ou qualidade dum scanner é a
quantidade de pontos lidos por polegada quadrada. A unidade de contagem denomina-se
DPI (dots per inch).

Figura 6.6 - Princípios básicos de funcionamento dum scanner.

7. Os scanners podem caracterizar-se por vários parâmetros, sendo os mais importante no
que 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 superfície
transparente, 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. 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 papel
especialmente branco. Muito utilizado para leitura de formulários em grande escala,
visto que a sua velocidade de leitura é bastante elevada, chegando nos casos mais
simples às 600 páginas por minuto.
Leitores de tinta magnética, permite a leitura de símbolos impressos com tinta
magnética, os quais são facilmente identificáveis devido à energia que emitem.

Dispositivos de Saída
Monitores;
Impressoras.

Monitores
São de todos os dispositivos de saída o mais conhecido e de tal forma especial que se
optou por referí-lo em especial noutra secção.

Impressoras

9. São os dispositivos mais comuns de saída de informação para suporte físico como é
neste caso o papel. Por mais que se possa pensar que o papel está condenado a
desaparecer nos próximos anos, a verdade é que a maior parte dos fabricantes
continuam a investir milhões em investigação e protótipos de novas tecnologias com
vista à sua adaptação a tarefas de impressão. Por ouro lado, com o advento do laser e da
cor disponíveis a preços impensáveis há poucos anos, cada vez mais uma boa
apresentação 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 determinada
linha, toda a informação respeitante tem que estar já na impressora. As impressoras de
linhas são pouco habituais no mercado. Funcionam basicamente por aquecimento de
uma folha que contém tinta (tipo químico em escrita manual), que quando aquecida nos
locais a imprimir transfere a tinta para a folha de papel;
Impressoras de página implica que toda a página tenha que estar em memória
da impressora antes de se iniciar a impressão. São hoje em dia baseadas
fundamentalmente em tecnologia laser. Qualquer página antes de ser impressa é
previamente armazenada em memória da própria impressora e convertida para formato
adequado ao hardware. Isto deve-se ao facto de os mecanismos ópticos, de laser, de
arrefecimento, etc, necessitarem de funcionar a determinada velocidade com intervalos
de variação mínimos, não podendo por isso estar à espera que a informação chegue do
computador a quantidades e velocidades aleatórias. As impressoras de página mais
comuns são as impressoras térmicas, das quais se destacam as impressoras a laser.
Impressoras de Cores
Importa salientar as diferenças utilização da cor em monitores e impressoras.
Fundamentalmente, a diferença coloca-se na cor existente no suporte antes de qualquer
procedimento:
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 em
papel o princípio é o da absorção de determinada parte do espectro.

10. Observe-se a Tabela 6.1 onde se criam as três cores secundárias, através da adição das
três primárias:
R
R
G

+
G
B
B

=
Y
M
C

Tabela 6.1 - Adição de duas cores primárias e respectivos valores
No entanto, sendo o papel branco, toda a cor é reflectida, pelo que se usa o
complemento desta tabela para se conseguir as cores desejadas.
Cor
Impressa
Reflecte

Absorbe
Y
M
C


R G
R B
G B


B
G
R

Tabela 6.2 - Relação de cores secundárias com as reflectidas e absorvidas
Assim, 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 o
ponto com tinta que absorva as outras duas (Verde e Azul), ou seja, duas cores que não
deixem ver essas duas cores. Assim, os pigmentos usados serão o Amarelo-absorve o
Azul 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. Monitores tácteis (Touch Screen)
Funcionam como dispositivos de entrada e saída de dados, e têm as características de
saída equivalentes aos monitores normais, mas permitem a introdução de dados através
de 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.
Condensador
Funcionam 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 ser
humano 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 cantos
uma voltagem constante e igual, é possível determinar onde é que o utilizador tocou no
ecran, pois cada canto irá "sentir" o toque com diferentes intensidade (intensidade da
corrente).
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. Figure 6.9 - Touch screen baseado em condensadores.
Infravermelhos
Funcionam através de emissores e receptores de raios infravermelhos cada qual em
posições opostas do ecrã. Quando qualquer dos feixes de luz é interrompido (não é
recebido no fotosensor) é sinónimo de que o ecrã foi tocado, e cada um dos feixes
interrompidos 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. Acústicos
Partem do princípio de que as ondas acústicas viajam a um velocidade constante. O
emissor envia um impulso minúsculo ao longo de um dos lados. Cada um dos lados tem
vários reflectores a 45º que reflectem o impulso para o outro lado do ecrã fazendo
passar cada uma dessas reflexões através do centro do ecrã. No outro lado do ecrã
existem reflectores que direcionam o sinal para o receptor, que mediante a recepção de
todos 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 acústicas
Força
O monitor tem colocado nos seus quatro cantos sensores de força, que medem a pressão
com que o ecrã é tocado. Em função da posição de toque, cada um dos sensores sofrerá
uma força diferente. Da relação entre os qutro valores é possível determinar a posição
de 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. Figure 6.12 - Touch Screen baseado em sensores de força
Resistivos
Têm a ligar os seus cantos uma resistência eléctrica que através de um sistema
complexo de leituras das resistências conseguem determinar razoavelmente a posição de
toque.
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 resistências

Outros

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