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 (

{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 б?льших 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 см?. 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.

Графи?ческий планше?т (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.

Устройства ввода/вывода данных, их разновидности и основные характеристики

Статьи к прочтению:

Устройства ввода вывода информации

Похожие статьи: