Устройства ввода/вывода данных, их разновидности и основные характеристики
2.4.1. Устройства ввода информации
В соответствии с точным определением, в качестве «сердца» компьютера рассматривается процессор и память (оперативное запоминающее устройство, ОЗУ). Все операции, не являющиеся внутренними по отношению к этому комплексу, рассматриваются как операции ввода/вывода.
Устройство ввода-вывода (периферийные устройства)- это компонент типовой архитектуры компьютера, предоставляющий компьютеру возможность взаимодействия с пользователем. Для их подключения к магистрали, управления и контроля существуют специальные блоки (микросхемы) - адаптеры и контроллеры.
Устройства ввода данных подразделяются на:
· устройства ввода знаковых данных (клавиатура);
· устройства командного (координатного) управления (манипуляторы: мышь, трекбол, пенмаусы, джойстики);
· устройства ввода графических данных (сканеры, графические планшеты (дигитайзеры), цифровые фотокамеры);
· устройства речевого ввода (микрофон);
· сенсорные устройства ввода (световое перо, сенсорный экран, дигитайзер).
Клавиатура– это клавишное устройство для ввода числовой и текстовой информации, а так же подачи управляющих сигналов, которое содержит стандартный набор клавиш пишущей машинки и некоторые дополнительные клавиши – управляющие и функциональные клавиши, клавиши управления курсором и малую цифровую клавиатуру.
Условно можно выделить на клавиатуре четыре зоны (группы клавиш):
РИС. (2.4)29 Внешний вид клавиатуры и ее зоны
1. Алфавитно-цифровые и знаковые клавиши (пробел, цифры 0-9, латинские буквы A-Z, символа кириллицы А-Я, знаки пунктуации, служебные символы "+", "-", "/" и т.д.).
2. Служебные клавиши: Enter, Esc, Tab, стрелки управления курсором Left, Up, Down и Right, PgUp, PgDn, Home, End и многие другие.
3. Правая (вспомогательная, цифровая) клавиатура.
4. Функциональные клавиши: F1, F2, F3… F12.
Функции некоторых клавиш в большинстве программ.
{Caps Lock} — обычно служит переключателем верхнего и нижнего регистров клавиатуры.
{Shift} — переводит клавиатуру в режим противоположный установленному клавишей Caps Lock.
{Alt}, {Ctrl} — самостоятельного значения не имеют, работают совместно с другими клавишами.
{Enter} — сигнал о завершении ввода. Выбор пункта меню. Нажатие кнопки ОК.
{Esc} — отмена последней введённой команды.
{Tab} — переход между зонами экрана или позициями табуляции.
{Home} — перевод курсора к началу строки.
{End} — перевод курсора к концу строки.
{PgUp} — перемещение на «страницу» вверх.
{PgDn} — перемещение на «страницу» вниз.
{Ins (Insert)} — переключение режима вставки и замещения при вводе информации в текстовых редакторах.
{Del (delete)} — удаление символа, перед которым находится курсор.
{Backspace (<-)} — удаление символа слева от курсора.
{Print Screen} — Пересылка графической копии экрана в буфер обмена (Windows).
{Print Screen} — формирует копию экрана на принтере.
{Scroll Lock} — плавное листание экрана.
{Pause} — временно приостанавливает работу выполняемой программы.
При нажатии той или иной клавиши в компьютер передается некоторое число — номер (код) нажатой клавиши. Этот код не зависит ни от языка, ни от алфавита, а только от конкретной нажатой клавиши. Система содержит специальные таблицы, в которых указано, какой клавише какой ASCII-код соответствует, и отсылает нужный ASCII-код в программу, которая в данный момент ожидает ввод с клавиатуры, например, в текстовый редактор.
Клавиши-модификаторы — Control, Option (Alt), Shift, Caps Lock позволяют с помощью одной и той же клавиатуры задать несколько вариантов преобразования кода нажатой клавиши в ASCII-код введенного символа. Для этого в системе для каждого скрипта хранятся несколько таблиц соответствия кода нажатой клавиши и ASCII-кода вводимого с ее помощью символа. Когда мы вместе с нажатием основных клавиш удерживаем еще и определенную комбинацию клавиш-модификаторов, система автоматически переключается на нужную таблицу.
Сегодня можно встретить огромное разнообразие клавиатур. Клавиатуры бывают мембранными, полумеханическими, механическими и герконовыми.
Манипуляторы
(мышь, тачпад, трекбол, пенмаус, джойстик, трекпойнт, световое перо)
Данные устройства чаще всего подключаются к последовательному порту компьютера. Для управления компьютером используется курсор, который перемещается по монитору или дисплею синхронно с передвижениями мыши или пальца на тачпаде. Практически все устройства такого рода имеют кнопки, которые используются для фиксации определенной позиции курсора.
Мышь предназначена для выбора и перемещения графических объектов на экране монитора с помощью специального указателя. Мышь незаменима при работе с графическим интерфейсом.
Мыши могут быть простейшими роликовыми; м.б. оснащены колесиками для прокрутки содержимого на экране, с «обратной связью», позволяющие тактильно ощутить поверхность виртуального «рабочего стола», проводными и беспроводными, оптическими, лазерными , индукционными У мыши могут быть одна, две или три клавиши. Между двумя крайними клавишами современных мышей располагают скрол. Это дополнительное устройство в виде колесика, которое позволяет осуществлять прокрутку документов вверх-вниз и другие дополнительные функции.
Качество мыши определяется её разрешающей способностью. Обычно она составляет 800 dpi. Это означает, что при перемещении мыши на 1 дюйм (1 дюйм=2,54 см) указатель мыши перемещается на экране на 800 точек. (у лазерных значительно выше)
Современный манипулятор-мышь имеет встроенную видеокамеру, которая с невероятной скоростью (более тысячи раз в секунду) делает снимки поверхности и передает информацию на свой процессор, который, сравнивая снимки, определяет координаты и величину смещения манипулятора. Чтобы снимки были качественнее, поверхность следует подсветить. Для этой цели используются разные технологии:
Оптическая - в ней задействован светодиод, работа которого позволяет сенсору лучше принимать, а процессору быстрее считывать информацию и, соответственно, определять позицию.
Лазерная - для контрастной подсветки поверхности применяется не светодиод, а полупроводниковый лазер, сенсор же настроен на улавливание соответствующей длины волны этого свечения.
Трекбол это как бы "мышка наоборот". Т.е. само устройство, в отличие от мышки, всегда остается неподвижным, а управление перемещением курсора осуществляется вращением шарика, который находится в верхней части трекбола, но шарик в нем бόльших размеров, и перемещение указателя осуществляется вращением этого шарика руками. Трекбол удобен тем, что его не требуется перемещать по поверхности стола, которого может не быть в наличии. По сравнению с мышью он занимает на столе меньше места.
Область применения трекболов - в основном, работа с графическими пакетами, пакетами для автоматизированного проектирования и им подобными. Т.е. такими приложениями, в которых наиболее остро ощущается необходимость плавного перемещения и точного позиционирования курсора.
Тачпад (touchpad - сенсорная панель)) – указательное устройство координатного ввода. Начиная с 1994 года тачпад стал наиболее распространенным устройством управления курсором для ноутбуков. До тачпадов в ноутбуках применялись трекболы
Как и другие указательные устройства, тачпад управляет указателем с помощью перемещения пальца по поверхности площадки. Физически сенсорная площадка представляет собой сетку из металлических проводников, разделенных тонкой изолирующей прокладкой. Такая конструкция эквивалентна набору большого количества миниатюрных конденсаторов. Приближение руки пользователя к поверхности площадки вызывает изменение емкости этих конденсаторов. По изменению емкости можно точно определить координаты пальца на поверхности площадки. Тачпады имеют различные размеры, но обычно их площадь не превосходит 50 см². Они являются устройствами с довольно низким разрешением. Этого достаточно для использования их в повседневной работе за компьютером (офисные приложения, веб-браузеры, логические игры), но затрудняет работу в графических программах. Однако тачпад по сравнению с другими манипуляторами имеет следующие достоинства:
– не требует большого пространства;
– расположение тачпада фиксировано относительно клавиатуры (в отличие от мыши);
– для перемещения курсора достаточно лишь небольшого перемещения пальца;
– работа с ним не требует особого привыкания, как например, в случае с трекболом;
– с помощью тачпада (не прикасаясь к кнопкам) можно выполнять часть манипуляций, характерных для левой кнопки мыши:
· короткое касание - щелчок;
· двойное короткое касание - двойной щелчок;
· незавершённое двойное касание с последующим перемещением - перемещение объекта или выделение;
– отдельные участки тачпада (полоска справа и сверху/снизу) могут быть использованы для вертикальной и горизонтальной прокрутки.
Применение сенсорных панелей имеет ряд преимуществ, недоступных при использовании любых других устройств ввода: повышенную надежность, устойчивость к жестким внешним воздействиям, интуитивно понятный интерфейс.
Пенмаус (pen mouse) – аналог шариковой ручки, на конце которой вместо пишущего узла установлен узел для регистрации величины перемещения.
Джойстик – манипулятор рычажно-нажимного типа. Он представляет собой основание с подвижной рукояткой, которая может наклоняться в продольном и поперечном направлениях. Рукоятка и основание снабжаются кнопками. Внутри джойстика расположены датчики, преобразующие угол и направление наклона рукоятки в соответствующие сигналы, передаваемые операционной системе. В соответствии с этими сигналами осуществляется перемещение и управление графических объектов на экране. Джойстикичаще всего используются для компьютерных игр. Аналогично им существуют: джойпады, геймпады и штурвально-педальные устройства. Такие устройства подключаются к специальному порту на звуковой карте или к USB-порту.
Трекпойнт – маленький джойстик, который размещается обычно в центре клавиатуры и управляется нажатием пальца.
Световое перо – светочувствительное устройство снятия координат точек экрана. В наконечнике светового пера установлен фотоэлемент, который реагирует на световой сигнал. На основе этого вычисляются координаты точки, к которой поднесено световое перо в данный момент времени. Световое перо не требует специального экрана и используется для ввода данных в самых маленьких ПК – в карманных микрокомпьютерах
Сканер
Основным методом перевода бумажных документов в электронную форму является сканирование — технологический процесс, в результате которого создается графический образ бумажного документа, как бы его «цифровая фотография». Сканирование осуществляется с помощью специального устройства - сканера.
Сканер– это оптико-электронно-механическое устройство, которое предназначено для преобразования визуального образа бумажного документа в графический файл, сохраняющий растровое изображение исходного документа и предаваемый в компьютер для последующей обработки (распознавания, редактирования и т.п.).
В зависимости от способа сканирования объекта и самих объектов сканирования существуют следующие виды сканеров:
· Планшетные — наиболее распространённый вид сканеров, поскольку обеспечивает высокое качество и приемлемую скорость сканирования. Представляет собой планшет, внутри которого под прозрачным стеклом расположен механизм сканирования.
· Ручные— в них отсутствует двигатель, следовательно, объект приходится сканировать пользователю вручную, единственным его плюсом является дешевизна и мобильность, при этом он имеет массу недостатков — низкое разрешение, малую скорость работы, узкая полоса сканирования, возможны перекосы изображения.
· Листопротяжные — лист бумаги вставляется в щель и протягивается по направляющим роликам внутри сканера мимо лампы.
· Планетарные сканеры— применяются для сканирования книг или легко повреждающихся документов. При сканировании нет контакта со сканируемым объектом (как в планшетных сканерах).
· Барабанные сканеры — применяются в полиграфии, имеют большое разрешение (около 10 тысяч точек на дюйм). Оригинал располагается на внутренней или внешней стенке прозрачного цилиндра (барабана).
· Слайд-сканеры— служат для сканирования плёночных слайдов, выпускаются как самостоятельные устройства, так и в виде дополнительных модулей к обычным сканерам.
· Сканеры штрих-кода— небольшие, компактные модели для сканирования штрих-кодов товара в магазинах.
Основные характеристики сканеров
Оптическое разрешение - измеряется в точках на дюйм (англ. dots per inch — dpi, 1 дюйм = 25,4 мм).
Сканер снимает изображение не целиком, а по строчкам. Чем больше светочувствительных элементов у сканера, тем больше точек он может снять с каждой горизонтальной полосы изображения. Это и называется оптическим разрешением. Сегодня считается нормой уровень разрешения не менее 600 dpi. Для обработки слайдов необходимо более высокое разрешение: не менее 1200 dpi.
Глубина цвета - измеряется количеством оттенков, которые устройство способно распознать.
Цифровой фотоаппарат (фотокамера) — для записи оптического изображения используется полупроводниковая фотоматрица и цифровое запоминающее устройство. Аналоговый сигнал с матрицы с помощью АЦП преобразуются в цифровые файлы и записывается на накопитель в фотоаппарате, -камере или другом внешнем устройстве.
Грань между фотоаппаратом и видеокамерой размыта: современная видеоаппаратура, как правило, может делать статичные снимки, а фотоаппараты — записывать видеоряд со звуком и выводить его в телевизионном формате.
Графи́ческий планше́т (от англ. graphics tablet или graphics pad, drawing tablet, digitizing tablet, digitizer — дигитайзер, диджитайзер) — это устройство для ручного ввода графической информации, изображений, созданной от руки непосредственно в компьютер. Состоит из пера и плоского планшета, чувствительного к нажатию или близости пера. При перемещении пера автоматически выполняется считывание координат его местоположения и ввод этих координат в ПК. Также может прилагаться специальная мышь.
Устройства речевого ввода— это различные микрофонные акустические системы, “звуковые мыши”, например, со сложным программным обеспечением, позволяющим распознавать произносимые человеком звуки в виде букв, слов и цифр, идентифицировать их, закодировать в цифровой вид и выдать команду ПК. Звуковая карта преобразует звук из аналоговой формы в цифровую.
Сенсорные устройства ввода:
Сенсорный экран- чувствительный экран. Общение с компьютером осуществляется путем прикосновения пальцем к определенному месту экрана. Им оборудуют места операторов и диспетчеров, используют в информационно-справочных системах
Дигитайзер – устройство преобразования готовых (бумажных) документов цифровую форму
Световое перо – светочувствительный элемент. Если перемещать перо по экрану, то можно им рисовать. Обычно применяют в карманных компьютерах, системах проектирования и дизайна
2.4.2. Устройства вывода информации
Используются для извлечения результатов работы компьютера. Устройство вывода преобразуют информацию из двоичного кода в вид, понятный человеку.
РИС. (2.4)30 Устройства вывода информации
Устройства для вывода визуальной информации
· Монитор (дисплей)
· Проектор
· Принтер
· Графопостроитель (плоттер)
· Цифровые устройства: ридеры, цифровые фоторамки
Устройства для вывода звуковой информации
· Встроенный динамик
· Колонки
· Наушники
Монитор, дисплей— преобразуют цифровую и/или аналоговую информацию в видеоизображение.
По строению дисплеи могут быть:
ЭЛТ — на основе электронно-лучевой трубки (англ. cathode ray tube, CRT)
ЖК — жидкокристаллические мониторы (англ. liquid crystal display, LCD)
Плазменный — на основе плазменной панели
Проекционный — видеопроектор и экран, размещённые отдельно или объединённые в одном корпусе (как вариант — через зеркало или систему зеркал)
OLED-монитор — на технологии OLED (англ. organic light-emitting diode — органический светоизлучающий диод)
Виртуальный ретинальный монитор — технология устройств вывода, формирующая изображение непосредственно на сетчатке глаза.
Основные параметры мониторов
· Вид экрана — квадратный или широкоформатный (прямоугольный)
· Размер экрана — определяется длиной диагонали
· Разрешение — число пикселей по вертикали и горизонтали
· Глубина цвета — число отображаемых цветов (от монохромного до 32-битного)
· Размер зерна или пикселя
· Частота обновления экрана
Проектор - служит для вывода информации на экран большого размера
Принтер— устройство печати цифровой информации на твёрдый носитель, обычно на бумагу.
Принтеры бывают струйные, лазерные, матричные и сублимационные, а по цвету печати —чёрно-белые(монохромные) и цветные. Иногда из лазерных принтеров выделяют в отдельный вид светодиодные принтеры.
Разрешение принтера определяется в точках на дюйм — dpi — количество отдельных точек, линейно размещающихся в процессе печати на отрезке в один дюйм. Для струйных принтеров речь идёт о количестве капель чернил, для лазерных принтеров – о количестве различимых частиц тонера, спёкшихся под воздействием электрографического переноса. Лазерные и струйные принтеры не способны отобразить все варианты цвета одного пикселя одной точкой на бумаге. Вместо того, чтобы точь-в-точь передавать цвет каждого пикселя, принтер наносит на бумагу комбинацию разноцветных точек, которые с определенного расстояния воспринимаются глазом как единое целое.
Плоттер– устройство для печати на листах большого формата (до А0). Некоторые плоттеры имеют функцию обрезки изображений.
Ридеры (readers) – устройства заменяющие книги
Цифровые фоторамки – устройства для вывода информации и автоматической смены изображений
Встроенный динамик - простейшее устройство воспроизведения звука, позволяет воспроизводить простые одноголосые сигналы, генерируемые посредством программируемого таймера
Звуковые колонки и наушники - для вывода звуковой информации (голос диктора, музыка, шумовые эффекты и т.п.)
Помимо устройств, выполняющих функцию ввода или вывода, существуют и устройства, которые могут выполнять как ввод, так и вывод информации.
Модем - это устройство в компьютере для подключения его к вычислительной сети.
Слово «модем» образовалось путем объединения двух терминов. "модулятор" (кодирует сигнал и передает) и "демодулятор" (декодирует сигнал, получает и преобразовывает) Так, до недавних пор к Интернету при помощи телефонных проводов была подключена большая часть персональных компьютеров. Сейчас ситуация изменилась, и их потихоньку вытесняют из этого сегмента рынка сетевые карты. У них и скорость выше, и большая часть материнских плат ими оснащена.