17. Dispositivi di ingresso e uscita

Un calcolatore per essere adeguatamente utilizzato deve disporre anche di opportuni meccanismi per dialogare con l'utente: i vari dispositivi dedicati a questo compito vengono chiamati unità di ingresso e uscita. Nei primi calcolatori, questi dispositivi erano abbastanza primitivi poiché tutta l'attenzione era rivolta alla realizzazione della CPU e delle unità di memoria. Mano a mano che la diffusione e la commercializzazione del calcolatore ha portato ad un suo utilizzo anche da parte di personale non specializzato, è stato necessario introdurre unità di ingresso e uscita di maggiore semplicità nell’impiego. Oggi tutti i calcolatori offrono diversi dispositivi che rendono pratico e "amichevole" il dialogo con questo strumento.

Fig. 122. Dispositivo di ingresso a due bit realizzato mediante due interruttori. Un semplice interruttore permette di inserire informazioni in forma binaria. Nei primi calcolatori l'inserimento dei dati e del programma era assai scomodo poiché avveniva cambiando la posizione di numerosi interruttori o modificando i cavi di collegamento tra le diverse unità di calcolo.

Fig. 123. Dispositivo di ingresso per convertire numeri decimali in binario. Nei primi calcolatori, per facilitare l’inserimento di dati numerici venivano utilizzati anche particolari interruttori a rotazione di tipo decimale. Ruotando manualmente le diverse ruote su cui erano indicate le cifre era possibile inserire un numero in notazione decimale. Ogni ruota controllava minuscoli interruttori in grado di trasformare il numero decimale in segnali di tipo binario.

Fig. 124. Un dip switches con 8 interruttori. Sebbene oggi gli utenti dei calcolatori siano abituati a sistemi di ingresso molto più raffinati degli interruttori (come, ad esempio, la tastiera e il mouse), il loro uso non è del tutto scomparso. Attualmente gli interruttori vengono utilizzati per configurare saltuariamente i calcolatori e vengono detti dip switches.

Fig. 125. Lampadina a filamento e lampadina al neon. Una semplice lampadina a filamento permette di visualizzare un'informazione di tipo binario (0, 1, oppure vero o falso). Nei pannelli controllo dei primi calcolatori (ad esempio, nel calcolatore ENIAC), al fine di risparmiare corrente elettrica e per una maggiore affidabilità venivano utilizzate lampadine al neon.

Fig. 126. Alcuni led. I primi led furono prodotti nel 1962. Sono un dispositivo realizzato con la tecnologia dei semiconduttori e costituiscono una sorta di minuscole lampadine in grado di emettere luce di un dato colore.

Fig. 127. Display nixie. Per la visualizzazione delle informazioni numeriche venivano impiegati dei dispositivi simili alle valvole termoioniche, detti tubi nixie. Ogni tubo poteva visualizzare una qualsiasi cifra, i cui tratti erano evidenziati mediante scariche elettriche tra elettrodi metallici opportunamente sagomati secondo un principio simile a quello dei tubi al neon.

Fig. 128. Scheda perforata per calcolatore. Le schede perforate e il lettore di schede hanno rappresentato uno dei dispositivi di ingresso più comuni nei primi calcolatori e il loro uso è durato fino alla metà degli anni '70. La storia delle schede perforate è molto lunga e risale all’800. Infatti, erano state introdotte e ampiamente sperimentate negli Stati Uniti da H. Hollerith alla fine del '800 per la raccolta e gestione dei dati mediante le tabulatrici durante le operazioni di censimento. Ancora prima, le schede erano state utilizzate in campo tessile per il controllo dei telai per tessitura, come il telaio Jacquard agli inizi dell’800.

Fig. 129. Macchina perforatrice per schede meccanografiche Bull. I sistemi meccanografici a schede perforate sono stati largamente diffusi per impieghi di tipo statistico e contabile (banche, assicurazioni, grandi aziende, ecc.). Prodotti da grandi industrie, come IBM, Bull, Remington, sono stati gradualmente convertiti in centri elettronici nel corso degli anni '60 e '70. Questo processo di conversione è stato agevolato dalla possibilità di riutilizzare nel nuovo ambiente elettronico tutto il patrimonio informativo già registrato su schede. In questo contesto, le schede perforate venivano quindi utilizzate come memoria secondaria.

Fig. 130. Macchina perforatrice di nastri di carta. Il nastro perforato (di carta) avvolto a bobina, insieme alle schede perforate, è stato uno dei mezzi più comuni per l’inserimento di informazioni nei calcolatori del passato. Il principio di funzionamento (sia in scrittura che in lettura) è del tutto simile a quello delle schede perforate e fino agli anni ’60 è stato ampiamente utilizzato.

Fig. 131. Tastiera alfanumerica aperta di un personal computer. Già nel 1956 alcuni ricercatori del MIT cominciarono a sperimentare l'uso diretto della tastiera alfanumerica per dialogare direttamente con il calcolatore. Inizialmente, questo dispositivo era utilizzato solo dall'operatore responsabile del funzionamento del calcolatore, mentre i normali utenti utilizzavano le schede perforate. A partire dagli anni '70 con l'introduzione di calcolatori sempre più potenti e di tipo interattivo (cioè in grado di interagire direttamente con l'utente), la tastiera ha rimpiazzato l’uso delle schede perforate.

Fig. 132. Particolare di un mouse. Nel 1963, un gruppo di ricercatori guidati da D. Englebart, dello Stanford Research Institute, sviluppò il mouse, un dispositivo di puntamento rapido del cursore sullo schermo. Per un certo tempo questo dispositivo è stato utilizzato solo in settori specifici come, ad esempio, quello della computer graphics. L'uso del mouse si diffonderà a partire dal 1983 con l'arrivo sul mercato dei computer della Apple (Lisa e, poi, serie Macintosh) basati su interfacce grafiche orientate all'uso del mouse. Nei dispositivi più semplici, il mouse comprende una pallina che rotola durante lo spostamento e il cui rotolamento aziona dei sensori di movimento. A sinistra è visibile la pallina di movimento del mouse, mentre la freccia indica uno dei sensori di rotazione della pallina.

Fig. 133. Stampante ad aghi. Uno dei dispositivi per l'uscita dei dati più importante è rappresentato dalla stampante. Nelle prime stampanti la tecnologia costruttiva era abbastanza simile a quella delle tradizionali macchine per scrivere e, soprattutto, a quelle delle telescriventi. Successivamente sono stati introdotti diversi tipi di stampanti basate su vari principi perfezionando di molto i primi dispositivi.

Fig. 134. Il monitor a tubo catodico rappresenta il dispositivo più diffuso per la visualizzazione dei dati. Il suo funzionamento è del tutto simile a quello presente in un comune apparecchio televisivo. Lo schermo è internamente ricoperto di sostanze fosforescenti che possono essere eccitate da un fascio di elettroni "sparato" dalla parte opposta del tubo (cannone elettronico). Solo i punti colpiti dal fascio diventano luminosi.

Fig. 135. Display numerici a led. Sfruttando la possibilità di miniaturizzazione di questi dispositivi, è stato possibile realizzare anche display alfanumerici.

Fig. 136. Display a cristalli liquidi di una calcolatrice tascabile.

Fig. 137. Display a cristalli liquidi. Display a cristalli liquidi di una calcolatrice tascabile. Questo tipo di display è stato inventato dall'americano G.H. Heilmeier nel 1965, ma per molto tempo non è stato sfruttato. In seguito, l'invenzione è stata progressivamente perfezionata in Giappone dalla Hitachi fino ad arrivare alla realizzazione di schermi da utilizzare nei calcolatori portatili a batteria. Questo dispositivo è caratterizzato da un consumo di corrente molto basso (più basso di quello dei display a led). Per tale ragione, a partire dalla fine degli anni '70 la tecnologia dei cristalli liquidi ha progressivamente sostituito quella dei led nell’ambito degli orologi digitali, delle calcolatrici tascabili, ecc.

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