Устройство ручного ввода информации

Клавиатура. Клавиатурой называется устройство для ручного ввода информации в компьютер. Современные типы клавиатур раз­личаются, в основном, принципом формирования сигнала при на­жатии клавиши. Наиболее распространенные клавиатуры имеют под каждой клавишей купол, выполненный из специальной резины, ко­торый прогибается при нажатии клавиши и замыкает контакты про­водящим слоем, расположенным на куполе. У некоторых клавиатур под каждой клавишей находится магнит, который при нажатии перемещается и проходит через катушку, наводя в ней ток самоин­дукции.

Среди современных типов клавиатур можно отметить беспровод­ную клавиатуру, в которой передача информации в компьютер про­исходит с помощью датчика инфракрасного излучения, аналогично пультам управления различной бытовой техники. Такая клавиатура позволяет работать в любом удобном для пользователя месте поме­щения, не привязываясь к расположению системного блока. Можно также отметить гибкую резиновую клавиатуру, которая работает бес­шумно, защищена от механических и химических разрушающих воз­действий, очень тонкая и может быть свернута в виде цилиндра.

Клавиатурный процессор, который обрабатывает сигналы от кла­виатуры, определяет номер клавиши, которая была нажата," так на­зываемый скан-код, а сервисные программы операционной системы уже определяют, какой именно символ или команда были введены. Такой подход позволяет сопоставлять каждой клавише больше одного символа. Так, например, алфавитные клавиши клавиатуры ассоции­руются с четырьмя различными символами: строчными и прописными символами латинского и национального алфавита. Точно так же происходит и с управляющими клавишами. При нажатии клавиши клавиатурный процессор посылает в специальный буфер клавиату­ры, расположенный в оперативной памяти, скан-код клавиши, со­стоящий из двух байт: байта собственно скан-кода и байта, опреде­ляющего какие дополнительные управляющие клавиши при этом удерживались нажатыми. К управляющим клавишам относятся кла­виши Ctrl, Alt, Shift, которые еще и различаются по месту располо­жения: левые и правые, а также их комбинации. Сервисная програм­ма читает из буфера клавиатуры эти два байта и передает их в программу, которая решает, какой именно символ или управляющий сигнал необходимо отобразить. Такой подход к обработке нажатий клавиш значительно расширяет возможности клавиатуры при зада­нии управляющих комбинаций клавиш или при смене националь­ного алфавита. Специальная программа в операционной системе Windows, например, позволяет изменить целиком раскладку клавиш или национальный алфавит, или значения отдельных клавиш.

Клавиатурный процессор предоставляет пользователю еще одну интересную возможность: ввода символа, который не отображен на клавиатуре. Для этого на малой цифровой клавиатуре (она располо­жена слева) набирается десятичный код требуемого символа при од­новременном удерживании клавиши Alt. Таким образом можно вве­сти символ псевдографики или управляющий символ, отсутствующий на клавиатуре,

Манипулятор типа «мышь». В качестве дополнительных уст­ройств для ручного ввода информации наиболее широко использу­ются устройства графического ввода типа «мышь» и устройства для ввода информации в игровые программы — джойстики.

Манипулятор «мышь» представляет, особенно для начинающих пользователей, необходимое средство для работы с компьютером. Со­временные графические операционные системы предоставляют пользователю графические объекты, размещенные на экране дисп­лея, и обращение к ним производится с помощью движущегося по экрану специального значка — курсора, обычно имеющего вид стрел­ки, который позволяет активизировать объект, не задумываясь о ко­мандах, которые при этом выполняются. Профессиональные пользо­ватели активизируют работу объектов командами с клавиатуры, так как это ускоряет работу и не требует перемещения рук от клавиатуры. Но и профессионалы пользуются мышью, например, работая в графических редакторах или создавая приложения в визуальных сре­дах программирования. Мышь используется и в некоторых игровых программах.

Мышь представляет собой электронно-механическое устройство, внешний вид которой и принцип действия весьма разнообразны. Например, в портативных компьютерах мышь вмонтирована в его корпус и представляет собой площадку с сенсорами, которые отсле­живают движения пальца по площадке и силу его давления и пере­мещают курсор по экрану или, при более сильном нажатии, выпол­няют команду. Такие устройства получили названия трекпоинты или трекпады. Но наиболее популярные типы мыши, применяемые в настольных компьютерах, имеют вид небольшой коробочки, сверху которой находятся две кнопки управления командами мыши и ко­лесико скроллинга, применяемого для прокрутки информации в не­которых приложениях. На нижней части находится механическое или электронное устройство, отслеживающее перемещение мыши по по­верхности.

Механическое устройство состоит из резинового шарика, враща­ющегося, при перемещении мыши, и двух роликов, расположенных под прямым углом друг к другу. Ролики, в свою очередь, вращают ко­лесики с прорезями. Свет от светодиода через прорезь попадает на фотодиод, который отсчитывает число прорезей и направление их прохождения, преобразуя их в вертикальную и горизонтальную со­ставляющие движения. Эти сигналы поступают в компьютер, и сер­висная программа, управляющая курсором мыши, перемещает курсор на экране в требуемом направлении. Эта же программа отслеживает нажатие левой и правой кнопки и число их нажатий за определенный промежуток времени. Программа способна отследить любое количе­ство нажатий от одного до тридцати двух тысяч, однако на практике используется только одиночный или двойной щелчок кнопки.

Электронные устройства перемещения используют принцип об­работки отраженных световых импульсов от поверхности, по кото­рой перемещается мышь. Такие устройства значительно надежнее механических. Выпускаются мыши, передающие информацию в ком­пьютер по инфракрасному каналу. У таких мышей отсутствует «хво­стик», связывающий ее с компьютером, из-за которого она и полу­чила свое имя.

Джойстик. Манипулятор типа джойстик является основным ус­тройством для управления многочисленными компьютерными игра­ми. Хотя большинство игровых программ допускают управление от клавиатуры, джойстики обеспечивают больший контроль над игрой и значительно полнее передают реальную игровую ситуацию, связан­ную с работой авиационных, автомобильных и иных имитаторов дви­жения. Для истинных фанатов игр выпускают джойстики, похожие на реальные органы управления объектом: штурвалы, педали, рули и даже целые кабины.

Простейший джойстик представляет собой основание с укреп­ленной на ней подвижной рукояткой, на которой размешены четы­ре кнопки и двухпозиционный курок. Отклонение рукоятки может осуществляться во все стороны и имитирует штурвал самолета или рычаг управления танком. Функции всех кнопок и положения руко­ятки программируются и для разных игр могут иметь разные дей­ствия. Некоторые дорогие модели имеют механизм обратной связи игры с рукояткой джойстика, при этом рукоятка оказывает некото­рое сопротивление перемещению, имитируя сопротивление среды, в котором перемещается объект. Для подключения джойстика к ком­пьютеру используется стандартный вход, размещаемый обычно на разъеме звуковой карты, или другой стандартный вход компьютера.

Устройства печати

Существует несколько типов устройств, обеспечивающих полу­чение твердой копии электронного документа на бумаге или другом материале. Наибольшее распространение получили два типа таких ус­тройств: принтеры и плоттеры.

Печатающие устройства (принтеры) — это устройства вывода данных из компьютера, формирующие поточечное изображение ко­пии документов на бумаге или ином аналогичном материале, напри­мер, прозрачной пленке, применяемой для размножения документов типографским способом. Принтеры весьма разнообразны по прин­ципу действия и качеству воспроизведения изображения, по разме­ру бумаги, на которой они могут его воспроизводить, а также .воз­можности печати цветных или только черно-белых изображений и скорости печати.

Основной характеристикой принтера, определяющей качество

получаемого бумажного документа, является разрешающая спо­собность, измеряющаяся числом элементарных точек (dots), которые помещаются на одном дюйме — dots per inch (dpi). Чем выше разре­шающая способность, тем точнее воспроизводятся детали изображе­ния. Современные принтеры обеспечивают разрешение от 200 до 2880 dpi.

Еще одной важной характеристикой является производительность принтера, которая измеряется количеством страниц, изготовляемых принтером в минуту — ра§е рег ттШе (ррт). Обычно производитель­ность указывается для страниц формата А4.

Матричные принтеры. Изображение в матричных принтерах фор­мируется из точек, которые получаются путем удара тонкой иглы по красящей ленте, прижимаемой в момент удара к бумаге. Иглы, чис­ло которых составляет от 9 до 24, .объединены в головке и размеще­ны в ней вертикально в один ряд. Каждая игла управляется отдель­ным магнитом, а головка движется горизонтально вдоль листа. Таким образом, за один проход головки получается полоса, высота которой в точках равна числу игл в головке. Скорость матричных принтеров не высока и составляет около 2 ррm. Разрешающая способность со­ставляет 200—360 dpi. Достоинством матричных принтеров является низкая стоимость расходных материалов (красящей ленты) и возмож­ность печати одновременно нескольких копий документа. К недо­статкам относится низкая скорость печати и шум при печати.

Струйные принтеры. В нашей стране это в настоящее время наи­более распространенный тип принтера. Печатающая головка струй­ного принтера вместо иголок содержит тонкие трубочки — сопла, че­рез которые на бумагу выбрасываются мельчайшие дозированные капли красителя. Число сопел в головке составляет от 12 до 64. Струйные принтеры выполняют и цветную печать. При цветной пе­чати цветная точка получается смешением в заданных пропорциях красителей трех основных цветов: голубого, пурпурного и желтого, выстреливаемого из трех сопел. Качество цветной печати получает­ся очень высокое и практически неотличимо от типографского.

К достоинствам струйных принтеров можно отнести: высокое разрешение, которое зависит от числа сопел в головке и составляет от 300 до 1200 dpi; высокая скорость печати (до 10 ррm); бесшум­ность работы.-

Основными недостатками является высокая стоимость расходных материалов и возможность засыхания красителя в сопле, что застав­ляет преждевременно заменять весь печатающий блок. Иногда, при нанесении большого объема красителя, бумага коробится.

Лазерные принтеры. Лазерные принтеры обеспечивают наиболее качественную печать с наивысшим разрешением и скоростью. Изоб­ражение в них формируется в несколько этапов. На первом этапе происходит засветка узким прерывистым световым лучом от лазер­ного диода барабана, на который нанесен тонкий слой материала, электролизующегося под действием света. На втором этапе барабан посыпается мелкодисперсионным красящим порошком, который налипает на барабан в точках засветки, а лишний порошок удаляет­ся. Третий этап состоит в прокатывании барабана с налипшим на него порошком по бумаге, в результате чего краситель переходит на бумагу. На последнем этапе происходит термическая обработка бу­маги. Она нагревается до 200°С, в результате порошок расплавляет­ся и, проникая в структуру бумаги, закрепляется на ней. Лазерные принтеры могут обеспечить печать цветного изображения. Оно по­лучается нанесением на барабан порошков разных цветов.

К достоинствам лазерных принтеров можно отнести высокое качество печати, высокую скорость печати (до 40 ррm), а также низ­кую себестоимость копии и бесшумность в работе.

Плоттеры. Плоттеры, или графопостроители, используются, в основном, для вывода графической информации - чертежи, схемы, диаграммы и т.п. Основное достоинство плоттеров заключается в том, что они предназначены для получения изображения на бумаге боль­шого формата, например, А1.

Плоттеры делятся на два больших класса: векторные и растро­вые. В векторных плоттерах пишущий узел перемещается относитель­но бумаги сразу по вертикали и горизонтали, вычерчивая на бумаге непрерывные кривые в любом направлении. В растровых плоттерах пишущий узел перемещается относительно бумаги только в одном направлении, и изображение формируется строка за строкой из по­следовательности точек.

Векторные плоттеры используют для рисования узел, который называется пером. В качестве пера используются перья с чернилами, фибровые и пластиковые стержни (фломастеры), карандашные гри­фели и мелки или шариковые узлы однократного и многоразового действия. Перьевые плоттеры обеспечивают высокое качество как однотонных, так и цветных изображений, но имеют невысокую ско­рость работы. Постепенно перьевые и шариковые узлы плоттеров вытесняются струйными узлами, которые аналогичны узлам струй­ных принтеров. Для получения очень высокого качества печати элек­тростатические плоттеры используют специальную бумагу, на ко­торой создается потенциальный электростатический рельеф изображения. На бумагу наносится слой красителя, осаждающийся только на рельеф.

Растровые плоттеры могут иметь струйный или лазерный пи­шущий узел. Их основное отличие от принтеров с подобным прин­ципом работы состоит в ширине обрабатываемого изображения.

Разнообразие существующих типов плоттеров и их высокая сто­имость требует тщательного анализа при выборе плоттера. Необхо­димо учесть такие параметры, как качество изображения, возмож­ности использования цветовой палитры, производительность, эксплуатационные расходы, выражающиеся в себестоимости одной копии полученного изображения.

Устройство поддержки безбумажных технологий

До появления электронных носителей информации основным средством сохранения документов являлась бумага. Перевод бумаж­ных документов в электронные копии позволит сохранять их прак­тически вечно. Кроме того, развитие глобальной сети позволяет об­мениваться информацией только в электронном виде. Поэтому устройства, преобразующие бумажные документы в электронные ко­пии и снабженные системами автоматического распознавания тек­ста, являются необходимыми элементами создания систем безбумаж­ной технологии.

Наиболее распространенными устройствами для решения зада­чи перевода бумажных документов в электронные копии являются сканеры. Сканеры весьма разнообразны, и их можно классифициро­вать по целому ряду признаков. Прежде всего сканеры бывают чер­но-белые и цветные.

Черно-белые сканеры могут считывать штриховые и полутоно­вые изображения. Полутоновые изображения могут иметь до 256 гра­даций серого цвета. В цветных сканерах сканируемое изображение освещается через вращающийся светофильтр, воспринимающий по следовательно три основных цвета, или тремя последовательно зажи­гаемыми лампами красного, зеленого и голубого цветов.

Следующая важная характеристика сканеров -разрешающая спо­собность, измеряющаяся количеством различаемых точек на дюйм изображения, и составляет от 75 до 1600 dpi Высокое разрешение необходимо для комфортного визуального восприятия. Для нормаль­ной работы программ распознавания образов и, в частности, распоз­навания текстов, которыми снабжаются сканеры, вполне достаточ­но разрешающей способности в 300-600 dpi Для публикации картинок на web-сайтах Интернета достаточно разрешения 80 ф1. Разрешение необходимо выбирать индивидуально для каждого кон­кретного использования сканируемого изображения. Увеличение раз­решения резко увеличивает размер файла, в котором сохраняется изображение, это может вызвать затруднения при его пересылке и хранении.

При больших объемах сканирования очень важное значение приобретает скорость сканирования документа. Оно может измерять­ся в миллиметрах в секунду, но на практике чаще используется ко­личество секунд, затрачиваемое на сканирование одной страницы. Необходимо отметить, что скорость сканирования цветных изобра­жений значительно ниже, чем штриховых черно-белых. Снижается скорость сканирования и при увеличении разрешающей способнос­ти сканера.

Конструктивно сканеры делятся на три типа: ручные, планшет­ные и роликовые. Ручные сканеры перемещаются по изображению вручную. Они выполнены в виде блока с рукояткой, который «про­катывают» по изображению. За один проход сканируется лишь часть изображения, так как ширина сканирования не превышает 105 мм. Все изображение сканируется за несколько проходов. Специальное программное обеспечение, поставляемое вместе со сканерами, позво­ляет совмещать части отсканированного изображения. Ручные ска­неры имеют малые габариты и низкую стоимость и позволяют сканировать¹ изображения любого размера, но могут возникать иска­жения при совмещении, частей изображения.

Планшетные сканеры являются наиболее распространенным ти­пом сканера. В них сканирующая головка (линейка светодиодов) движется относительно неподвижного оригинала, который помеща­ется на прозрачное стеклянное основание. Достоинство таких сканеров заключается в том, что с их помошью можно сканировать и листовые и сброшюрованные документы (книги). Скорость скани­рования таких сканеров составляет 2-10 с на страницу формата А4. К недостаткам планшетных сканеров можно отнести необходимость ручного позиционирования каждой страницы оригинала.

Роликовые сканеры используются для пакетной обработки листо­вых документов. В них подача очередного листа для сканирования происходит автоматически. Сканирующая головка в таких сканерах неподвижна, а лист оригинала перемещается относительно нее. К недостаткам роликовых сканеров можно отнести проблему вырав­нивания листов и сложность работы с листами нестандартного раз­мера.

Устройство обработки звуковой информации

Звуковая карта — это периферийное устройство, которое еще несколько лет назад считалось экзотическим, а теперь стало почти стандартным и включено в состав основного набора микросхем сис­темных плат. Звуковая карта обеспечивает качество записи и воспро­изведения звуковой информации не хуже звукового компакт-диска. Имеет 16-битный стереофонический цифро-аналоговый и аналого-цифровой преобразователи для записи и воспроизведения звуковой информации с цифрового или аналогового носителей и микрофона. Поддерживает функции создания звуковых эффектов для игровых программ. Имеет стандартные выходы для подключения акустичес­кой системы компьютера и внешних усилителей звуковых частот.

Звуковая карта работает в трех основных режимах: создание, за­пись и воспроизведение звуковых сигналов. В режиме создания звука плата действует как музыкальный инструмент, синтезирующий слож­ный звуковой сигнал. Для синтеза используются два метода. Первый метод получил название FM-синтеза. FM-синтез осуществляется с помощью специальных генераторов, которые могут изменять часто­ту и амплитуду тона. Эти генераторы могут моделировать звучание определенного музыкального инструмента. На звуковой плате уста­навливаются от 4 до 18 генераторов, которые, соответственно, могут имитировать одновременное звучание 2-9 инструментов. Звук, син­тезированный FM-методом, имеет некоторый «металлический» отте­нок и не похож на звучание настоящего музыкального инструмента.

Второй метод, получивший название WT-синтез, обеспечивает более высокое качество звучания. В основе этого синтеза лежат за­писанные ранее и хранящиеся в виде файлов образцы звучания му­зыкальных инструментов (MIDI файлы). WT-синтезаторы манипули­руют записанными образцами, создавая сложные музыкальные образы. Достоинство этого метода не только в высоком качестве син­тезированного звука, но и в том, что количество и типы музыкаль­ных инструментов можно расширить, установив на компьютер допол­нительные .MIDI-файлы,

В режиме записи звуковая карта принимает звук от внешнего источника и производит его оцифровку, т.е. преобразует его из ана­логовой (непрерывной) формы в цифровую (дискретную) и сохраняет числовые данные в виде файлов на диски. Качество оцифрованного звука во многом зависит от разрядности преобразования и частоты дискретизации.

При воспроизведении звуковая карта может принимать оцифро­ванный или непрерывный сигнал. Для этого карта имеет специаль­ные разъемы для подключения источников непрерывного сигнала, вход для подключения, выход СD-диска и усилитель, позволяющий выводить сигнал на внешние акустические системы.

Качество оцифровываемого и воспроизводимого сигнала зависит от таких параметров звуковой карты, как частота дискретизация, которая должна составлять не менее 44 кГц, разрядность оцифрован­ного сигнала (12—16 бит) и возможность стереофонической записи и воспроизведения.

Устройство для соединения компьютеров в сеть

Модем. Одной из популярных областей применения персональ­ного компьютера является работа в глобальной сети 1шегпе(. К ней компьютер подключается по обычной телефонной или специальной линии с помощью устройства, которое называется модем (Модулятор + ДЕМодулятор}. Цифровые данные, поступающие в модем из ком­пьютера, преобразуются в нем путем модуляции в специальный не­прерывный сигнал, который и направляется в линию передачи. Мо­дем-приемник осуществляет обратное преобразование сигнала (демодуляцию) и пересылает восстановленные цифровые данные в свой компьютер. Скорость передачи данных современными модема­ми составляет 33 600 или 56 000 бит/с и зависит от поддерживаемо­го модемом протокола передачи. Модем конструктивно может быть выполнен как отдельное устройство, подключаемое к компьютеру че­рез один из его стандартных последовательных входов или как внут­реннее устройство, размещаемое внутри системного блока компью­тера.

Развивающиеся цифровые технологии передачи данных, требу­ющие значительно больших скоростей передачи и качества связи, требуют использования цифровых модемов. Цифровые модемы не являются действительно модуляторами-демодуляторами сигналов, так как и на входе, и на выходе имеют импульсный сигнал. Они выпус­каются разных модификаций для конкретных цифровых сетей и скорость передатчика составляет от 300 Кбит/с до 2-5 Мбит/с. Вы­пускаются также сотовые модемы для работы в системе сотовой связи и радиомодемы, которые осуществляют прием и передачу в преде­лах прямой видимости пары модемов и работают на ультракоротких волнах.

Сетевая карта. Если компьютеры объединяются в сеть, для ко­торой прокладывается специальный кабель, то используются специ­альные платы расширения, вставляемые в слот расширения систем­ной платы. Такие платы называются сетевыми адаптерами или сетевыми картами. Скорость передачи данных по сети через сетевые карты составляет 10-100 Мбит/с.

Сетевая карта имеет свой уникальный адрес, который однознач­но определяет адрес локального компьютера в сети. Она преобразу­ет данные, поступающие к ней от компьютера, в специальные паке­ты - кадры, пересылает их адресату, т.е. другой сетевой карте, и отвечает за надежную доставку указанному адресату по сети. Так как функции, которые выполняет сетевая карта, достаточно сложны, в ее состав включен специализированный процессор, обеспечивающий высокоскоростную аппаратную поддержку выполнения этих функ­ций. При выборе сетевой карты основным параметром является тип сети, в состав которой будет включен локальный компьютер. Извес­тные стандартные типы локальных сетей, такие как FDDI, Ethernet: и др., несовместимы между собой, и каждая сетевая карта поддер­живает только определенный вид локальной сети.

2.8. Перспективы развития технических средств обработки информации

При разработке создании компьютеров и сопутствующей техники существенный и устойчивый приоритет в последние годы

имеют сверхмощные суперкомпьютеры и миниатюрные и сверхминиа­тюрные компьютеры. Ведутся поисковые работы по созданию компьютеров шестого поколения, базирующихся- на распределенной «нейронной» архитектуре, — нейрокомпьютеров. Ближайшие прогнозы по созданию новых функциональных устройств обещают создание микропроцессоров с быстродействием 100 млн операций.. в секунду, встроенные сетевые и видеоинтерфейсы, плоские крупно­форматные дисплеи с разрешающей способностью 1200x1000 пикселей и более; портативные, размером со спичечный коробок, магнитные диски емкостью более 100 Гбайт.

В сетевых технологиях предполагается повсеместное внедрение мулътиканальных широкополосных радио-, волоконно-оптических и оп­тических каналов обмена информации в сети компьютеров, которые обеспечат практически неограниченную пропускную способность.

Предполагается широкое внедрение средств мультимедиа и, в
первую очередь аудио- и видеосредств ввода и вывода информации и
возможности общения с компьютером на естественном язык