Периферийные устройства ввода-вывода

Классификация

Вопросы организации ввода/вывода в вычислительной системе иногда оказываются вне внимания потребителей. Это привело к тому, что при оценке производительности системы часто используются оценки только производительности процессора. Такое отношение к системам ввода/вывода, как к некоторым не очень важным понятиям, проистекает также из термина “периферия”, который к ним применяется.

Однако, очевидно, что одной из наиболее правильных оценок производительности системы является время ответа (время между моментом ввода пользователем задания и получения им результата), которое учитывает все накладные расходы, связанные с выполнением задания в системе, включая ввод/вывод.

Существует множество видов периферийных устройств. Периферийное устройство –устройство, которое не относится к системе компьютер-дисплей-клавиатура, подключается через порт. Среди них можно выделить два больших класса: устройства ввода информации в ЭВМ и устройства вывода.

Устройства ввода предназначены для ввода данных и программ, а также для внесения исправлений в программу и данные, хранящиеся в памяти ЭВМ; подразделяются на неавтоматические (ручные) и автоматические. Автоматические характеризуются тем, что в них информация вводится автоматически: с перфолент, перфокарт, магнитных носителей, с напечатанных текстов и графиков. Их быстродействие выше, чем у ручных. Ручные устройства отличаются меньшим быстродействием, но позволяют корректировать информацию в процессе ввода. К ним относятся различные пульты управления.

Устройства вывода служат для вывода из ЭВМ информации, результатов обработки данных в текстовой, графической, мультимедийной или цифро-аналоговой форме. Они разделяются на следующие виды:

• устройства вывода на промежуточный или машинный носитель (магнитные носители);

• устройства для вывода и фиксации информации в виде текстов, графиков, таблиц (печатающее устройство, графопостроитель);

• устройства вывода информации во внешнюю среду (ЦАП, вывод на линию связи).

Наиболее распространенными устройствами вывода являются: принтеры; графопостроители; стриммеры.

К устройствам ввода относятся: мыши; трэкболлы; джойстики; световые перья; дигитайзеры; цифровые камеры; сканеры.

Модем может служить как для ввода, так и для вывода информации.

Рассмотрим основные виды периферийных устройств.

Принтеры

Принтер – устройство для отображения информации на бумаге.

Первичное разделение принтеров на классы обычно производят по механизму нанесения отпечатков.

Матричные принтеры

Это самый старый из применяемых тип принтеров. Строка формируется за счет прохода по ней головки с вертикальным рядом иголок (точнее, тонких цилиндров), которые бьют по красящей ленте и оставляют отпечаток, как пишущая машинка. Любой символ формируется на базе матрицы точек размером m x n (рис. 1).

Рис. 1. Формирование символа Р в матричном принтере

Символ в строке печатается за один проход печатающей головки при низком качестве печати – режим Draft (черновик), и за несколько проходов – при нормальном и высоком качестве печати. Этой особенностью матричных принтеров объясняется низкое быстродействие.

Достоинства матричных принтеров:

• низкая стоимость отпечатка (в силу дешевизны красящей ленты);

• нетребовательность к бумаге.

Недостатки:

• отсутствие цветности (иногда применяют двухцветные ленты);

• шумность;

• медлительность;

• относительно низкое качество печати.

Матричные принтеры выходят из употребления. Фактически, наследниками матричных принтеров являются струйные.

Лазерные принтеры

В данных принтерах луч лазера создает изображение в половину страницы или целую страницу в виде наэлектризованных точек на специальном барабане (аналогично действию электронной пушки в ЭЛТ-дисплее). Эти точки притягивают красящий порошок, который потом переносится на бумагу при прокатывании барабана по листу. Затем лист нагревается, чтобы порошок въелся в бумагу, а барабан очищается для следующего листа.

Достоинства лазерных принтеров:

• высокая скорость печати;

• большой ресурс работы;

• высокое качество печати.

Заметим, что растровый характер изображения, получаемого на таком принтере, меньше, чем у матричных, но больше, чем у сублимационных.

К недостаткам лазерных принтеров можно отнести:

• большой расход энергии (поэтому принтер нельзя питать через источник бесперебойного питания в силу недостаточной мощности последнего);

• дороговизну;

• громоздкость;

• большую электризацию воздуха.

Эти принтеры наилучшим образом подходят для офисной работы, где их недостатки не имеют большого значения.

Принтеры на светодиодах

В данных принтерах метод нанесения отпечатков схож с методом, используемым в лазерных, только единицей обработки является строка, чей наэлектризованный образ создает ряд светодиодов. По сравнению с лазерными принтерами, эти принтеры более простые и дешевые, так как не нужна сложная оптическая система для управления лазерным лучом. Кроме того, они существенно меньше электризуют воздух.

К недостаткам относится трудность реализации цвета.

Принтеры разработаны сравнительно недавно японской компанией Oki.

Струйные принтеры

Принтеры по принципу печати похожи на матричные, только точки получаются не с помощью ударов иголок, а за счет “выстрелов” каплями чернил из вертикального ряда сопел в головке. Используются две головки — для черно-белой и для цветной печати.

Достоинства:

• бесшумность;

• компактность;

• высокая цветность.

Недостатки:

• высокая стоимость чернил;

• быстрый их расход;

• высокая стоимость бумаги для распечатки фотографий;

• светлые участки воспроизводятся редкими каплями, поэтому выглядят не слишком естественно.

В некоторых моделях принтеров используются капли разных размеров, что несколько сглаживает растровый характер изображения.

Используются различные технологии выталкивания капли:

• пьезокристаллическая, где импульс давления создает пьезокристалл. Камера, создающая каплю, имеет очень малый размер (всего 3 пиколитра), а все капли одинаковы. Используется только в принтерах компании Epson;

• термоструйная, где импульс давления создается испарением части красителя (при пропускании электрического тока). Используется в принтерах других рассматриваемых нами компаний.

Сублимационные принтеры

Эти принтеры специально используются для распечатки фотографий и обычно имеют небольшие размеры, поэтому не могут использоваться как универсальные.

Изображение наносится на бумагу за счет испарения (сублимации) красителя со специальной пленки.

Красителем непрерывно покрывается вся рабочая часть бумаги (в отличие от дискретных красящих кружочков у других классов принтеров), что повышает качество отпечатков. Особенно заметна разница на светлых участках, где сублимационная печать обеспечивает и плавность переходов, и хорошую проработку деталей. У других классов принтеров в таких местах будут только редкие точки (для осветления) и, соответственно, плохая проработка мелких деталей.

Достоинством принтеров является высокое качество, особенно на светлых участках изображения.

К недостаткам следует отнести:

• невозможность печатать текстовые документы (из-за ограниченых размеров бумаги и ее дороговизны);

• высокую цену принтера (за счет сложности конструкции) и расходных материалов.

Особенности офисных принтеров

Другое деление принтеров — домашние (home) и офисные (bisness), причем эту грань проводят и сами производители.

Офисные принтеры имеют следующие особенности:

• Высокая скорость печати. Она пропорционально повышает стоимость принтера. Скорость обычно составляет 8, 12, 16 стр/мин, поэтому для офиса обычно выбирают лазерные принтеры – тяжелые, громоздкие и дорогие. Типичными представителями таких принтеров являются надежные и широко известные принтеры серии LazerJet фирмы Hewlett-Packard (HP).

• Сетевые возможности. Принтер обычно подключается к файл-серверу или даже к локальной сети как сетевое устройство.

• Увеличенный формат листа (A3 или даже А2), а также возможность печатать на конвертах.

• Несколько больших лотков для бумаги обеспечивают возможность, например, загружать каждый бумагой соответствующего размера.

Графопостроитель

Графопостроитель является устройством вывода, которое применяется только в специальных областях. Графопостроители обычно используются совместно с программами САПР. Результат работы практически любой такой программы — это комплект конструкторской и (или) технологической документации, в которой значительную часть составляют графические материалы. Таким образом, графопостроители применяются для печати чертежей, схем, графики, диаграмм и т. п. Для этого графопостроитель оборудован специальными вспомогательными средствами.

Поле для черчения у графопостроителей соответствует стандартам ISO (форматы А4-А0) или ANSI (форматы А-Е).

Все современные графопостроители можно разбить на два больших класса:

• Планшетные для форматов до А3-А2 с фиксацией листа электрическим, реже магнитным или механическим способами. Планшетный графопостроитель имеет плоское основание для бумаги и передвижной блок, содержащий пишущее перо и перемещающийся по двум направлениям. Таким образом, если, например, необходимо провести линию, то печатающий узел перемещается в ее начальную точку, опускается штифт с пером, соответствующим толщине и цвету проводимой линии, и затем перо перемещается до конечной точки линии.

• Барабанные (рулонные) графопостроители с шириной бумаги формата до А1 или А0 и практически неограниченной длины, роликовой подачей листа, механическим и(или) вакуумным прижимом и с пишущим узлом, перемещающимся по одной координате (по второй координате движется бумага).

Барабанные графопостроители используют рулоны бумаги длиной до нескольких десятков метров и позволяют создавать длинные рисунки и чертежи.

Фактически планшетные графопостроители уходят с рынка, составляя долю 5% среди новых моделей, а для бумаги формата A3 применяются принтеры.

Большинство графопостроителей имеют пишущий узел перьевого типа. Используются специальные фломастеры с возможностью их автоматической замены (по сигналу программы) из доступного набора. Кроме фломастеров, применяются чернильные, шариковые пишущие узлы, рапидографы и многие другие устройства, обеспечивающие различную ширину линий, насыщенность, цветовую палитру и т. д.

Модемы

Для связи удаленных компьютеров друг с другом могут использоваться обычные телефонные сети, которые в той или иной степени покрывают территории большинства государств. Единственной проблемой в этом случае является преобразование цифровой (дискретной) информации, с которой оперирует компьютер, в аналоговую (непрерывную).

Модем осуществляет преобразование аналоговой информации в дискретную и наоборот. Работа модулятора модема заключается в том, что поток битов из компьютера преобразуется в аналоговые сигналы, пригодные для передачи по телефонному каналу связи. Демодулятор модема выполняет обратную задачу. Модем(модулятор-демодулятор) – устройство для обмена информацией с другими компьютерами через телефонную сеть. Аналоговая информация – непрерывный сигнал, передающийся в виде изменяющейся величины электрического напряжения. Дискретная информация – данные, передающиеся в виде совокупности импульсных сигналов.

Таким образом, данные, подлежащие передаче, преобразуются в аналоговый сигнал модулятором модема “передающего” компьютера. Принимающий модем, находящийся на противоположном конце линии, “слушает” передаваемый сигнал и преобразует его обратно в цифровой при помощи демодулятора. После того как эта работа выполнена, информация может передаваться в принимающий компьютер.

Оба компьютера, как правило, могут одновременно обмениваться информацией в обе стороны. Этот режим работы называется полным дуплексным.

Дуплексный режим передачи данных – режим, при котором передача данных осуществляется одновременно в обоих направлениях.

В отличие от дуплексного режима передачи данных полудуплексный подразумевает передачу в каждый момент времени только в одном направлении.

Можно выделить некоторые основные этапы работы модема. При передаче данных модем принимает данные, поступающие из компьютера, после чего разделяет их на исполняемые команды и информацию, которую необходимо передать в линию. Сразу же заметим, что большинство современных модемов используют так называемый набор команд AT (сокращение от слова ATtention). Поскольку этот набор команд был в свое время разработан фирмой Hayes Microcomputer Product, то использующие его модемы называют Hayes-совместимыми. Сегодня они составляют подавляющее большинство среди подобных устройств.

Кроме собственно модуляции и демодуляции сигналов, модемы могут выполнять сжатие и декомпрессию пересылаемой информации, а также заниматься поиском и исправлением ошибок, возникших в процессе передачи данных по линиям связи.

Модемы могут отличаться друг от друга, например, по методам модуляции. Ведь, как известно, у одного и того же сигнала, определенного во времени, можно модулировать амплитуду, частоту и фазу. Наиболее известны три метода модуляции: FSK (Frequency Shift Keying), PSK (Phase Shift Keying) и QAM (Quadrature Amplitude Modulation). FSK является разновидностью частотной модуляции (ЧМ), а PSK — фазовой (ФМ). В методе квадратурной амплитудной модуляции QAM одновременно изменяются фаза и амплитуда сигнала, что позволяет передавать большее количество информации. В современных модемах используется так называемая модуляция с решетчатым кодированием TCQAM (Trellis Coded QAM) или просто ТСМ.

Одной из основных характеристик модема является скорость модуляции (modulation speed), которая определяет физическую скорость передачи данных без учета исправления ошибок и сжатия данных. Единицей измерения этого параметра является количество бит в секунду (бит/с). Скорость модуляции не следует путать с пропускной способностью канала (throughput), которая может быть меньше или больше скорости модуляции в зависимости от качества линии, применения коррекции ошибок и сжатия передаваемых данных. Поскольку скорость передачи данных может измеряться как в битах в секунду, так и в бодах, то следует отметить, что это, — единицы разные. Бод определяет число изменений (модуляций) сигнала в секунду. Однако в зависимости от способа модуляции каждое изменение сигнала может соответствовать не только одному, но и большему количеству бит.

Чем выше скорость передачи данных, которую поддерживает модем, тем больше объем данных, обрабатываемых и передаваемых за единицу времени.

MNP (Microsoft Network Protocols) — серия наиболее распространенных аппаратных протоколов, впервые реализованная на модемах фирмы Microsoft. Эти протоколы обеспечивают автоматическую коррекцию ошибок и компрессию передаваемых данных.

Режимы MNP-модемов

MNP-модем обеспечивает следующие режимы передачи данных:

• Стандартный режим. Обеспечивает буферизацию данных, что позволяет работать с различными скоростями передачи данных между компьютером и модемом и между двумя модемами. В результате для повышения эффективности передачи данных вы можете установить скорость обмена компьютер-модем выше, чем модем-модем. В стандартном режиме работы модем не выполняет аппаратной коррекции ошибок.

• Режим прямой передачи. Данный режим соответствует обычному модему, не поддерживающему MNP-протокол. Буферизация данных не производится и аппаратная коррекция ошибок не выполняется.

• Режим с коррекцией ошибок и буферизацией. Это стандартный режим работы при связи двух MNP-модемов. Если удаленный модем не поддерживает протокол MNP, связь не устанавливается.

• Режим с коррекцией ошибок и автоматической настройкой. Режим используется, когда заранее не известно, поддерживает ли удаленный модем протокол MNP. В начале сеанса связи после определения режима удаленного модема устанавливается один из трех других режимов.

Внутренний и внешний модемы

Пользователь может выбирать между функционально равноценными внутренними или внешними модемами. Рассмотрим подробнее их особенности.

Внутренний модем представляет собой плату. Модемы (и звуковые карты) были последними устройствами, использующими шину ISA. Объясняется это тем, что поток данных невелик и в любом случае ограничивается пропускной способностью COM-порта: 128 Кбит/с, что значительно меньше возможностей шины ISA. Однако шина ISA уходит в прошлое, и производители перевели свои модели на шину PCI (хотя ISA-версии до сих пор доступны).

Достоинства внутреннего модема:

• Все внутренние модели без исключения (в отличие от внешних) имеют встроенное FIFO. (First Input First Output — первым пришел, первым вышел). FIFO это микросхема, обеспечивающая буферизацию данных. Обычный модем при прохождении байта данных через порт каждый раз запрашивает прерывания у компьютера. Компьютер по специальным IRQ (Interrupt Request) линиям прерывает на некоторое время работу модема, а потом опять возобновляет её. Это замедляет работу компьютера в целом. FIFO же позволяет использовать прерывания в несколько раз реже. Это имеет большое значение при работе в многозадачных средах, таких как Windows 95, OS/2, Windows NT, UNIX и др.

• При использовании внутреннего модема уменьшается количество соединительных проводов. Также внутренний модем не занимает место на рабочем столе.

• Внутренние модемы являются последовательным портом компьютера и не занимают существующих портов компьютера.

• Внутренние модели модемов всегда дешевле внешних.

Недостатком внутреннего модема является то, что он занимает слот расширения на материнской плате компьютера. Это очень неудобно на мультимедийных машинах, на которых установлено большое количество дополнительных плат, а также на компьютерах, которые работают серверами в сетях.

Внешние модемы размещаются в отдельном корпусе. Как правило, они подключаются к СОМ-порту, имеют внешний блок питания, световые индикаторы (LEDs) и регулятор громкости встроенного динамика.

Достоинства внешних модемов:

• Они не занимают слот расширения, и при необходимости их можно легко отключить и перенести на другой компьютер.

• На передней панели есть индикаторы, которые помогают понять, какую операцию сейчас производит модем.

• При зависании модема не нужно перезагружать компьютер, достаточно выключить и включить питание модема;

• Они не занимают ресурсов процессора при выполнении своих функций.

Недостатки внешних модемов:

• Необходима мультикарта со встроенным FIFO. Без FIFO модем, конечно, будет работать, но при этом будет падать скорость передачи данных.

• Внешний модем занимает место на рабочем столе, и ему требуются дополнительные провода для подключения. Это тоже создает некоторое неудобство.

• Он занимает последовательный порт компьютера.

• Внешний модем всегда дороже аналогичного внутреннего, так как включает корпус с индикаторными лампочками и блок питания.

Наиболее распространенные марки модемов

Модемы фирмы GVC. Эта фирма известна прежде всего тем, что производит недорогие, но достаточно надежные модели. Например, модель GVC 14440 F1114HV – хорошо зарекомендовавшая себя в наших условиях модель.

ZyXEL. Два года назад это была одна из самых популярных и престижных моделей, но на сегодняшний день фирма сильно сдала свои позиции, в основном, на фоне достижений USRobotics.

Все разновидности модемов фирмы ZyXEL разбиты на серии.

Серия 1496 — кроме стандартных протоколов имеют собственные протоколы: Zyx и ZyCell. В этих моделях имеется голосовой режим (VOICE) для того, чтобы посылать и принимать голосовые сообщения. Также имеется режим определения номера (АОН – автоматический определитель номера).

Модели серии 1496 обладают адаптивным факсом, это означает что модем позволяет автоматически идентифицировать абонента и переключаться соответственно на факс, модем или голос.

USRobotics. Эта фирма выпускает несколько серий модемов: USR Sportster, USR Courier, USR WorldPort и другие. Модели WorldPort предназначены для портативных компьютеров. Из-за этого они не получили широкого распространения. Высокопроизводительная серия Courier не получила в нашей стране большого распространения. Модемы серии Sportster бывают как внутренними, так и внешними и имеют множество модификаций, различающихся как программно, так и аппаратно.

Мышь

Мышь – манипулятор для ввода информации в компьютер.

Наряду с клавиатурой мышь является важнейшим средством ввода. С начала триумфального шествия Windows мышь стала необходимой для эффективной работы на ПК с соответствующим программным обеспечением. Собственно по этой причине мышь и относят к стандартной поставке полной системы и уже давно не считают “экзотическим” периферийным устройством.

С помощью мыши нельзя вводить в ПК серии команд. Однако именно это и явилось отправной точкой для развития удобного графического интерфейса пользователя.

Назначение графических оболочек — это возможность инициализации многих команд без длинного ввода их с клавиатуры. Выбор, щелчок (или двойной щелчок) на объекте в виде пиктограммы, символа или пункта меню делает клавиатуру менее нужной. Естественно, что ее нельзя полностью заменить в приложениях, требующих ввода данных с клавиатуры, например, текста.

Для нормальной работы с мышью необходима не только сама мышь как инструмент. Для оптимального функционирования мышь должна передвигаться по плоской поверхности. Обычно применяются специальные коврики, так называемые MousePad. Указатель мыши на экране движется синхронно с движением мыши по коврику.

Устройством ввода мыши являются находящиеся на ней клавиши. Большинство мышей имеют по две клавиши, а специальные модели имеют уже больше трех клавиш. Мыши с одной клавишей применяются для компьютеров типа Apple.

Функциональное назначение клавиш мыши различно и зависит от выполняемого приложения. Общим правилом является то, что при указании на объект, например пиктограмму, объект становится управляемым. В этом случае при щелчке левой клавишей мыши объект помечается (выделяется). Если теперь, не отпуская левой клавиши, перемещать мышь, то объект будет перемещаться на экране. При двойном щелчке левой клавишей мыши на этом объекте он активизируется.

Основные характеристики

Разрешение. Качество мыши очень сильно зависит от типа ее конструкции, поскольку она, как и все механические устройства, подвергается изнашиванию.

Но наряду с этим качество мыши зависит от ее разрешения. Разрешение мыши измеряется в dpi (dot per inch — число точек на дюйм). Хотя более правильно было бы измерять его в cpi (count per inch — число отсчетов на дюйм), так как электронная схема мыши пересчитывает в импульсы расстояние, которое прошла мышь. Если мышь имеет разрешение 1500 dpi и вы передвигаете ее на 1 дюйм вправо, то привод мыши получает через микроконтроллер информацию о смещении на 1500 единиц вправо. Драйвер мыши рассчитывает эту информацию и усредняет ее в зависимости от графического разрешения монитора для позиционирования курсора на экране. При этом не существенно, двигалась ли мышь быстро или медленно.

Баллистический эффект. Зависимость точности позиционирования мыши от скорости ее перемещения определяется так называемым баллистическим эффектом. Этот эффект можно варьировать на всех качественно улучшенных мышках. При коротких перемещениях мыши уменьшается баллистический эффект скорости, что ведет к увеличению точности позиционирования указателя мыши, если вы, например, работаете в графической программе с маленькими деталями. Во время движений, при которых мышь проходит относительно большое расстояние, например при перемещении между окнами редактирования и линейкой инструментов, курсор соответственно будет двигаться быстрее.

Нормальное разрешение мыши лежит в диапазоне от 200 до 900 dpi. Мышь с разрешением более чем 1000 dpi позволяет очень точно вести и позиционировать курсор, при этом точность, естественно, зависит от выбранного разрешения экрана монитора.

Мыши, подключаемые в последовательный порт (Serial Mouse)

Название Serial (последовательные) имеет отношение к виду и способу передачи данных. Информация о перемещении и состоянии клавиш мыши передается в ПК через последовательный порт. Для такой мыши нужен СОМ-порт и соответствующее прерывание (IRQ). Обычно это порт СОМ1 с прерыванием IRQ4 или порт COM2 с прерыванием IRQ3.

Мыши, подключаемые через порт PS/2

Мыши, подключаемые через специальный порт PS/2, пользуются в настоящее время наибольшей популярностью.

Мышь, использующая системную шину (Bus Mouse)

Bus Mouse — мышь, которая использует системную шину. По этой причине обычно в комплект ее поставки входит 8-разрядная карта расширения, которая устанавливается в свободный слот и в тыльную часть которой подключается мышь при помощи стандартного 9-контактного разъема. Большинство компьютеров типа laptop и notebook (а также модели ПК с корпусом ATX) имеют встроенные порты для Bus Mouse.

Оптическая мышь

Оптическая мышь посылает луч на специальный коврик. Этот луч после отражения от коврика поступает в мышь и анализируется электроникой, которая в зависимости от типа полученного сигнала устанавливает направление движения мыши, основываясь либо на углах падения света, либо на специальной подсветке.

Преимущество такой мыши в достоверности и надежности. Уменьшение количества механических узлов приводит к увеличению ее срока службы. Внутреннее устройство мыши не загрязняется. Недостаток заключается в том, что коврик для оптической мыши также должен быть специальным. При повреждении его поверхности или износе покрытия мышь производит на мониторе хаотичное перемещение курсора.

Инфракрасные мыши

“Крестными отцами” инфракрасной мыши стали дистанционно управляемые телевизоры, видеомагнитофоны и т.д. Рядом или на компьютере установлен приемник инфракрасного излучения, который кабелем соединяется с ПК. Движение мыши регистрируется при помощи уже известной механики и пересчитывается в инфракрасный сигнал, который затем передается на приемник.

Преимущество свободного передвижения несколько снижается имеющимся при этом недостатком. Для безупречной передачи инфракрасного сигнала всегда должен быть установлен “зрительный” контакт между приемником и передатчиком.

Нельзя загораживать излучатель такой мыши книгами, теплопоглощающими или другими материалами, так как при малой мощности сигнала мышь будет не в состоянии передать сигнал на ПК.

Инфракрасные мыши оборудуются аккумулятором или обычной батарейкой. Следует помнить, что эти аккумуляторы не подзаряжаются, как аккумуляторные батареи на материнской плате. Поэтому мы рекомендуем использовать долгоживущие литиевые батареи.

Радиомыши

Более интересной альтернативой является передача информации от мыши посредством радиосигнала. Такая техника используется в мышах Logitech. При этом необходимость в зрительном контакте между приемником и передатчиком отпадает.

Трэкболл

По принципу действия трэкболл (Trackball) лучше всего сравнить с мышкой, которая лежит на спине, выпятив навстречу вам свое шарообразное брюшко. Принцип действия трэкболла такой же, как и мыши. Обычно трэкболл использует оптико-механический принцип регистрации положения шарика. Идентичен также и способ передачи данных. Большинство трэкболлов управляются через последовательный порт, причем назначение выводов аналогично с разъемом мыши.

В зависимости от производителя трэкболл может иметь ряд дополнительных возможностей, например программируемость клавиш.

Существуют два основных отличия трэкболла от мыши.

• Трэкболл обладает стабильностью (неподвижностью) за счет тяжелого корпуса.

• Площадка для движения, необходимая мышке, трэкболлу не нужна. Позиция курсора рассчитывается исключительно по вращению шарика.

Специально для обладателей ПК типа notebook и laptop имеются встроенные или подключаемые трэкболлы.

Джойстики

Устройством ввода, которое заняло прочную позицию прежде всего в области компьютерных игр, является джойстик.

Цифровые джойстики, как правило, применяются в игровых приставках и игровых компьютерах. Для ПК в качестве устройства ввода (управления) в основном применяются аналоговые джойстики. Их можно легко отличить по типу разъема. Цифровой джойстик оснащен 9-контактным Sub-D-разъемом (гнездо), аналоговый джойстик можно узнать по 15-контактному двухрядному разъему (вилка), который подключается к игровому порту. Использование цифрового джойстика требует или установки в компьютер специальной карты или применения переходника с 9-контактного на 15-контактный разъем.

Аналоговый джойстик имеет существенное преимущество перед цифровым. Цифровой джойстик реагирует в основном на положение управляющей ручки (влево, вправо, вверх, вниз) и статус кнопки “огонь”. Аналоговые джойстики регистрируют минимальные движения ручки управления, что, разумеется, обеспечивает более точное управление игрой. Точность управления можно увеличить, используя обработку таких сообщений, как поворот ручки управления на полоборота направо и налево, наискосок вниз или вверх. Подобная точность управления крайне важна для летных имитаторов или для игр, в которых оживленные объекты должны точно позиционироваться.

При установке джойстика следует обратить внимание на возможность конфликта адресов ввода-вывода. Большинство мультикарт оснащено игровым портом для подключения джойстика. Соответствующие разъемы для подключения джойстика можно найти и на большинстве звуковых карт.

Световое перо

Так как световые перья применяются довольно редко, то ограничимся рассмотрением способа их действия и области применения.

Представьте себе световое перо в виде шариковой ручки, в которую вместо пишущего шарика вмонтирован фотоэлемент. Кроме того, в стержне находится электронная составная часть, которая оценивает сигналы. В зависимости от исполнения световое перо оснащается одной или более кнопками, которые выполняют функции, схожие с функциями клавиш мыши. Световое перо функционирует только совместно со специальным монитором. При прикосновении стержнем к поверхности экрана электронное излучение регистрируется фотосенсором светового пера. Так как поверхность экрана монитора представляет собой множество точек (пикселов), то полученный сигнал можно передать на графический процессор или специальную графическую карту, которая вычислит координаты электронного луча по времени его регистрации.

Таким образом, теоретически световое перо может заменить мышь, но это является сомнительной альтернативой, так как если для управления крупными объектами световое перо надежно в применении, то при выборе малых объектов, которые чаще встречаются в графических программах, оно не удобно.

Другая область применения светового пера — его совместное использование с дигитайзером. В этом случае световое перо выполняет “пишущую” функцию. Этот способ ввода информации поддерживается различным программным обеспечением. Например, программа Windows for Pen Computing использует эту технику, для того чтобы превращать рукописный текст в цифровой код. Специальные приложения для дигитайзеров, например Wacom, работают со световым пером для импортирования “нарисованных пером” рисунков и эскизов в формат векторной графики. Профессиональные световые перья обладают возможностью определять силу нажатия пера, толщину линии и т. д.

Последние годы все ведущие изготовители занимаются развитием систем, в которых клавиатура была бы отодвинута на второй план. Подобные Penpads принципиально изготовлены на базе ПК типа notebook, при этом жидкокристаллические дисплеи (LCD) предназначены не только для предоставления информации, но и благодаря чувствительности к давлению на покрытие при помощи светового пера служат устройством ввода данных. Предшественником этого изобретения был компьютер фирмы Apple, впервые представившей на рынке модель, в которой отсутствовала клавиатура как средство ввода. Но соответствующее аппаратное обеспечение и поддерживающее его программное обеспечение находятся пока еще на таком уровне развития, когда световые перья не обеспечивают приемлемой надежности функционирования системы.

Дигитайзеры

Для профессиональных графических работ дигитайзер (со световым пером) практически является стандартным устройством, так как он с помощью соответствующих программ позволяет преобразовывать передвижение руки оператора в формат векторной графики.

Первоначально дигитайзер был разработан только для приложений САПР, потому что в этом случае необходимо определять и задавать точное значение координат большого количества точек при вводе чертежей. Это функциональное требование при использовании обычных устройств ввода (таких как клавиатура) затруднительно для исполнения, а при использовании мыши может быть выполнено неточно и грубо.

В то время как мышь может интерпретировать только относительные координаты, дигитайзер способен точно определять и обрабатывать абсолютные координаты. Для этого используется специальный планшет, который, помимо того, что является рабочей (“письменной”) поверхностью, имеет еще и другие многочисленные функции, позволяющие непосредственно управлять соответствующими программами. Собственно в качестве средства ввода информации служат или световое перо или, чаще, круговой курсор, с помощью которого выполняется позиционирование и можно очень точно определять координаты на планшете.

Графический планшет может иметь различные размеры: для профессиональной деятельности — форматы А1 или A3, для более простых работ — меньшие размеры.

Цифровые камеры

Весьма перспективным представляется развитие систем ввода данных с помощью цифровых камер. Это относительно новое направление, причем уже сейчас заметно, что в этой области ожидается быстрый прогресс и снижение уровня цен на соответствующее оборудование. Цифровая камера в настоящее время является одним из лучших инструментов для качественного ввода изображений в ПК.

Такая камера имеет оптику, аналогичную оптике обычного фотоаппарата. Правда, необходимость в фотопленке отсутствует, так как сканируемое изображение принимает и преобразовывает в цифровую форму CCD-чип. CCD (Charge Coupled Device) — прибор с зарядовой связью (ПЗС), который преобразует оптический сигнал в электрический, причем считываемый с ПЗС аналоговый сигнал перекодируется при помощи аналого-цифрового преобразователя в цифровой и поэтому может непосредственно вводиться в ПК.

Для подобного ввода изображений имеются различные системы. Качество получаемого изображения определяет цену подобных устройств. Например, цветная цифровая камера CHINON ES-3000 входит в число наименее дорогих устройств и стоит порядка 1500 DM. Имея объем памяти 1 Мбайт, она позволяет снять пять кадров при разрешении 640х480 пикселов или 40 кадров при разрешении 320х240. Другие устройства, такие как Canon ION RC-560 или Kodak DCS 200, имеют более высокие параметры, однако и цены на них находятся совсем в другом диапазоне (около 15000 DM).

Сканеры

Сканер – устройство для ввода информации с бумаги в компьютер.

Сканер служит для ввода в ЭВМ цветного или черно-белого изображения с бумаги или пленки и т. п. Принцип действия сканера подобен уже описанным выше методам, применяемым в цифровых камерах. С помощью элементов CCD оригинал построчно сканируется. Аналого-цифровым преобразователем аналоговый сигнал преобразуется в цифровой вид и далее передается в ПК для последующей обработки.

Спецификации сканеров сильно зависят от областей применения. Для быстрого сканирования черно-белых документов достаточно ручного сканера, а для работ, связанных с оптическим распознаванием текста, или профессионального сканирования графики следует применять качественный стационарный планшетный сканер, использовать профессиональное программное обеспечение, например программы обработки изображений Photostyler, PhotoShop и программы оптического распознавания текста (OmniPage, Recognita, CuneiForm, FineReader и др.).

Черно-белые и цветные сканеры

В простейшем случае сканер опознает только два значения — черное и белое. Для чтения штриховых кодов подобного режима вполне достаточно. При соответствующей ширине оригинала при помощи ручного сканера с разрешением 300—400 dpi можно добиться вполне приемлемых результатов.

Существует два метода передачи оттенков серого цвета.

Первый метод (halftone) основан на том, что сканируемое изображение растрируется, т.е. каждой точке изображения сопоставляется матрица определенного размера, состоящая из черных и белых точек, комбинация которых зрительно и образует полутон. Чем больше в матрице черных точек, тем фрагмент изображения кажется более темным, и наоборот. Подобный метод применяется не только при сканировании, но и для представления изображения на экране монитора и при печати на принтере.

Второй метод (gray scale) заключается в том, что в каждой точке изображения происходит измерение уровня серого цвета и полученное значение кодируется числом в определенном диапазоне. Например, сканер может передавать 256 градаций серого цвета. Сканеры, применяющие этот метод, работают более эффективно.

Преобразование цветного оригинала в цифровой вид для ввода в ПК основано на аддитивном сложении цветов (модель RGB), т. е. любое цветное изображение представляется в виде смешения трех цветов — красного (Red), зеленого (Green) и синего (Blue).

Технически это реализуется следующим образом.

• При сканировании цветной оригинал освещается не белым светом, а последовательно красным, зеленым и синим (с помощью специального RGB-фильтра). Сканирование осуществляется последовательно для каждого цвета. После троекратного сканирования производится предварительная обработка введенной информации и передача сканированного изображения в ПК. Поскольку этот метод требует троекратного прохода сканирующего элемента, то реализуется только в планшетных сканерах (например, фирмы Microtec).

• В процессе сканирования цветной оригинал освещается белым светом, отраженный свет попадает на CCD-матрицу через систему специальных фильтров, которые разлагают белый свет на три компонента: красный, зеленый и синий. CCD-матрица имеет три линейки фотоэлементов, каждая из которых воспринимает только “свой цвет”. Далее происходит предварительная обработка информации для ввода в ПК. Подобная технология реализуется в сканерах таких фирм, как Hewlett-Packard, Richon и др.

При сканировании цветного оригинала следует помнить о том, что качество сканирования пропорционально объему информации, вводимой в ПК. Сканирование с разрешением 800 dpi и 24-битной глубиной цвета (TrueColor) потребует несколько мегабайт свободного места на винчестере.

Ручной сканер

Ручные сканеры — это приборы, которые стоят относительно дешево. Они не занимают много места и удобны для оперативного сканирования изображений из толстых книг и журнальных подшивок.

Основной проблемой при использовании ручного сканера является процесс сканирования оригинала. Вы должны сами перемещать сканер по оригиналу документа, а поэтому для получения хорошего результата необходимы долгие тренировки и твердая рука. Имеются различные способы получения удовлетворительных результатов подобного сканирования.

• Можно воспользоваться подручными (соответственно механическими) вспомогательными средствами, чтобы вести сканер по прямой линии, например рейкой или толстой книгой. Кроме того, в продаже имеются специальные планшеты для сканирования ручным сканером.

• Обычно ручные сканеры оснащены LED-индикатором, который сигнализирует светом, если вы перемещаете сканер слишком быстро.

В принципе, чем выше выбранное разрешение сканера, тем точнее должен быть процесс сканирования и тем дольше сканер должен перемещаться по оригиналу. Но это также означает, что чем дольше длится сканирование, тем сложнее достичь высокого качества.

Следующий недостаток ручного сканирования заключается в ширине полосы сканирования. Почти все ручные сканеры могут сканировать оригиналы шириной 100—105 мм. Для маленьких фотографий или рисунков этого может быть достаточно. Однако уже при сканировании текста, который обычно имеет формат А4 (с шириной 210 мм), возникают проблемы, связанные с тем, что ручной сканер за один проход может считать только половину документа.

Оригинал, который шире рабочего поля сканера, можно сканировать только за два прохода, а третьим этапом явится объединение результатов подобного сканирования в один общий документ на мониторе. Из-за неточностей ручного сканирования возникают искажения, которые при дальнейшей обработке документа не позволяют получить его в неискаженном виде без потери качества.

Обычно ручной сканер работает с разрешением 300—400 dpi. Технически это означает, что при разрешении 400 dpi должно иметься 400 CCD-сенсоров.

Не следует заблуждаться: ручной сканер с огромным разрешением 800 dpi не дает настоящие 800 dpi. При помощи методов, называемых интерполяцией, между фактически сканированными точками вставляются дополнительные точки, цвета или градации серого цвета, которые рассчитываются исходя из значений соседних точек. Например, если в результате сканирования один из пикселов имеет значение уровня серого 36, а соседний с ним 88, то предполагается, что значение уровня серого цвета для промежуточного пиксела могло бы быть равным 62. Таким образом, если вставить все оценочные значения пикселов в файл отсканированного изображения, то разрешающая способность сканера как бы удвоится, т.е. вместо “аппаратных” 400 dpi станет равной “программной” 800 dpi.

Имеет ли вообще смысл полученное подобным образом высокое разрешение? Мы позволим себе в этом усомниться, ведь сканированное изображение можно обработать и позднее.

Сканирование само по себе является искусством, а, кроме того, определяется еще многими факторами: качеством оригинала, разрешением, количеством градаций серого цвета, количеством цветов и т. д.

Барабанные сканеры

Родоначальником среди сканеров является барабанный сканер. Оригинал, монтируемый на барабане, освещается источником света, а фотосенсоры переводят отраженное излучение в цифровые значения. Современные барабанные сканеры применяются только в профессиональной типографской деятельности, поэтому мы не будем их рассматривать.

Листовые сканеры

Стремление к миниатюризации аппаратных средств в области ПК привело к появлению на рынке листовых сканеров, являющихся “младшими братьями” барабанных сканеров.

Основное отличие листовых сканеров от планшетных и ручных заключается в том, что при сканировании линейка, на которой расположены CCD-элементы, остается неподвижной, а лист протягивается относительно нее с помощью валиков.

Ширина сканируемого оригинала составляет, как правило, ширину листа формата А4, а длина неограниченна и определяется мощностью ПК (CPU, RAM, объем винчестера).

В соответствии с технической реализацией процесса сканирования габаритные размеры листовых сканеров невелики: высота и длина составляют 10—15 см, а ширина несколько превышает формат А4.

В некоторых моделях листовых сканеров предусмотрена возможность сканирования путем перемещения сканера по поверхности вводимого изображения. Подобные сканеры оборудованы колесиками, которые вращаются с помощью электродвигателя и заставляют сканер медленно “ползти” по оригиналу.

Планшетные сканеры

Планшетный сканер вполне приемлем для профессионального сканирования. В нем устранены основные недостатки ручного сканера.

Оригинал располагается в сканере на стеклянном листе, под которым головка чтения с CCD-сенсорами сканирует построчно документ с равномерной скоростью.

Обычно сканер может обрабатывать документы форматов до А4 включительно (имеются модели, позволяющие сканировать и оригиналы формата A3 и более).

C помощью специальных устройств освещения (слайд-приставки) также можно сканировать диапозитивы и негативы.

Статьи к прочтению:

4Устройства ввода и вывода информации в компьютерВнешние устройства компьютераПериферийные уст

Похожие статьи: