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.