Устройства ввода и вывода информации

Также в комплекте графических планшетов совместно с пером может поставляться мышь, которая, однако, работает не как обычная компьютерная мышь, а по тому же принципу, что и перо. Такая мышь может работать только на планшете. Поскольку разрешение планшета гораздо выше, чем разрешение обычной компьютерной мыши, то использование связки мышь + планшет позволяет достичь значительно более высокой точности при вводе.

1.4.Сканер

Это устройство для ввода с листа бумаги документов (текстов, чертежей, и т. д.). Лучик света с огромной скоростью пробегает по листу, светочувствительными датчиками воспринимается яркость (а иногда и цветность) отраженного света и трансформируется в двоичный код.

Сканеры бывают: цветными и монохромными, с разной разрешающей способностью, разным размером обрабатываемых изображений, настольными и ручными. Наиболее совершенные из них весьма дороги.

Всякую информацию сканер воспринимает как графическую. Если это текст, то чтобы компьютер «осознал» его в таком качестве и позволил далее обрабатывать как текст (например, программами типа «редактор текстов»), нужна специальная программа распознавания, позволяющая выделить в считанном изображении отдельные символы и сопоставить им соответствующие коды символов. Это – достаточно сложная задача, но она успешно решается.

1.5.Джойстик

Джойстик представляет собой ручку, наклоном которой, можно задавать направление в двумерной плоскости. На ручке, а также в платформе, на которой она крепится, обычно располагаются кнопки и переключатели различного назначения. Помимо координатных осей X и Y, возможно также изменение координаты Z, за счет вращения рукояти вокруг оси, наличия второй ручки, дополнительного колёсика и т. п.

Широкое применение джойстик получил в компьютерных играх, но также может использоваться в других целях. По аналогии с этим устройством, джойстиком шутливо называют ручку управления промышленными механизмами и транспортными средствами (самолётом и др.).

По количеству степеней свободы и, соответственно, плоскостей, в которых возможно изменение положения контролируемого объекта, джойстики подразделяются на: -одномерные (управление перемещением объекта либо вверх-вниз, либо влево -вправо)

       -двухмерные (управление объектом в двух плоскостях)

       -трёхмерные (управление объектом во всех трёх плоскостях)

Джойстики можно разделить на два вида:

       -Дискретные — сенсоры таких джойстиков могут принимать два значения: «0» или «1», включен,/выключен и т.д. При этом каждое нажатие выдает один управляющий импульс и смещает курсор на одну позицию (длительное нажатие приводит к автоповтору команды), диапазон смещения курсора при этом неограничен и определяется только количеством нажатий. Джойстики такого типа считаются устаревшими в ПК, но широко применяются в простых игровых приставках, мобильных телефонах и прочих устройствах.

       -Аналоговые— у таковых выходной сигнал плавно меняется от нуля до максимума в зависимости от угла отклонения рукоятки: чем больше рукоять отклонена, тем больше уровень сигнала. Диапазон перемещения курсора ограничен ходом ручки джойстика и разрешением применённых сенсоров. После калибровки, подобные джойстики можно применять для указания абсолютной позиции курсора. В свою очередь, аналоговые джойстики делятся на три типа:

       -С аналоговым датчиком. Включает в себя потенциометр и аналогово–цифровой преобразователь. Преимущества: нет особых требований к механике. Недостатки: требователен к качеству питания и АЦП, сам датчик при этом недостаточно долговечен. Интересно, что в игровом порту АЦП находится в компьютере, а не в джойстике.

       -С цифровым датчиком. В таких джойстиках используются энкодеры (оптические датчики наподобие тех, что применяются в компьютерной мыши — зубчатое колесо, при вращении пересекающее луч от светодиода к фотодиоду). Преимущества: очень чёткий ход, датчик практически вечен. Недостатки: чтобы датчик имел достаточное количество шагов дискретности (примерно 500 шагов на оборот руля, или 150 на движение джойстика от края до края, или 100 на ход педали), нужен или дорогой высокоточный энкодер, или качественный редуктор.

       -С оптическим датчиком. Такие джойстики действуют аналогично оптической мыши и совмещают высокую точность с высокой надёжностью. Недостаток: применимо только для устройств с небольшим ходом ручки.

       -С магнитным датчиком — долговечные бесконтактные датчики: магниторезисторныеи датчики на эффекте холла.

1.6.Световое перо

Внешне имеет вид шариковой ручки или карандаша, соединённого проводом с одним из портов ввода – вывода компьютера. Обычно на световом пере имеется одна или несколько кнопок, которые могут нажиматься рукой, удерживающей перо. Ввод данных с помощью светового пера заключается в прикосновениях или проведении линий пером по поверхности экрана монитора. В наконечнике пера устанавливается фотоэлемент, который регистрирует изменение яркости экрана в точке, с которой соприкасается перо, за счёт чего соответствующее программное обеспечение вычисляет позицию, «указываемую» пером на экране и может, в зависимости от необходимости, интерпретировать её тем или иным образом, обычно как указание на отображаемый на экране объект или как команду рисования. Кнопки используются аналогично кнопкам мыши — для выполнения дополнительных операций и включения дополнительных режимов.

1.7.Микрофон

Это электроакустический прибор, преобразовывающий звуковые колебания в колебания электрического тока. Служит первичным звеном в цепочке звукозаписывающего тракта или звукоусиления. Микрофоны используются во многих устройствах, таких как телефоны, в звукозаписи и видеозаписи, на радио и телевидении, для радиосвязи, а также для ультразвукового контроля и измерения.

Принцип работы микрофона заключается в том, что давление звуковых колебаний воздуха, воды или твердого вещества действует на тонкую мембрану микрофона. В свою очередь, колебания мембраны возбуждают электрические колебания; в зависимости от типа микрофона для этого используются явление электромагнитной индукции, изменение ёмкости конденсаторов или пьезоэлектрический эффект.

Свойства акустико-механической системы сильно зависят от того, воздействует ли звуковое давление на одну сторону диафрагмы (микрофон давления) или на обе стороны, а во втором случае от того, симметрично ли это воздействие (микрофон градиента давления) или на одну из сторон диафрагмы действуют колебания, непосредственно возбуждающие её, а на вторую — прошедшие через какое-либо механическое или акустическое сопротивление или систему задержки времени (асимметричный микрофон градиента давления).

Большое влияние на характеристики микрофона оказывает его механоэлектрическая часть.

1.8.Средства речевого ввода

Позволяют пользователю вместо клавиатуры, мыши и других устройств использовать речевые команды (или проговаривать текст, который должен быть занесён в память в виде текстового файла). Возможности таких устройств достаточно ограничены, хотя они постоянно совершенствуются. Проблема не в том, чтобы записать речь, подвергнуть её дискретизации и ввести коды в компьютер (при современном уровне техники это несложно), а чтобы распознать смысл речи и представить её, например, в текстовой форме, допускающей последующую компьютерную обработку. Например, программа Kurzweil Voice 1.0 for Windows обеспечивает распознание (на английском языке) всех речевых команд для навигации в среде Windows, а в режиме диктовки текста способна распознать до 40 тыс. слов, произносимых в среднем темпе речи (требуя, однако, не менее 16 Мбайт ОЗУ и не менее 50 Мбайт на винчестере лишь для самой себя).

Многие специалисты связывают с прогрессом устройств речевого ввода будущее компьютерной техники, считая такие устройства ведущими элементами её интеллектуализации.

Глава II.Устройства вывода информации

2.1. Монитор (дисплей)

Самым популярным из устройств вывода информации является дисплей – устройство визуального отображения текстовой и графической информации. Дисплей относится к числу неотъемлемых принадлежностей компьютера. Есть и параллельные термины обозначающие почти то же самое: «видеотерминал», «видеомонитор» (хотя есть и смысловые оттенки: «монитор» - устройство управления чем-то, «терминал» - удаленное устройство доступа).

Дисплеи классифицируются по нескольким разным параметрам, отражающим их назначение в конкретной компьютерной системе и возможности. Бывают дисплеи монохромные и цветные. Монохромный дисплей производит отображение в двух цветах: чёрном и белом, либо зелёном и чёрном и т. д. Высококачественный цветной дисплей может воспроизводить все основные цвета и сотни оттенков.

Бывают дисплеи графические и  алфавитно – цифровые (впрочем последние способные отображать лишь ограниченный набор основных символов используемого алфавита, почти исчезли из обычного обихода). Графический дисплей может отображать как символы, так и любое изображение, которое может отображать как символы, так и любое изображение, которое можно построить из отдельных точек в пределах разрешающей способности.

По физическим принципам, лежащим в основе конструкций дисплеев, подавляющее  большинство их относится к дисплеям на базе электронно – лучевых трубок и к жидкокристаллическим дисплеям  (последние особенно часто встречаются у портативных компьютеров). У первых формирование изображения производится на внутренней поверхности экрана, покрытого слоем люминофора – вещества, светящегося под воздействием электронного луча, генерируемого специальной «электронной пушкой» и управляемого системами горизонтальной и вертикальной развёртки. Жидкокристаллический экран состоит из крошечных сегментов, заполненных специальным веществом, способным менять отражательную способность под воздействием очень слабого электрического поля, создаваемого электродами, подходящими к каждому сегменту.

При выводе на экран любого изображения, независимо от того, в растровом или векторном форматах оно зафиксировано в графических файлах , в видеопамяти формируется информация растрового типа. Она содержит сведения о цвете каждого пикселя, задающего  наиболее мелкую деталь изображения. Каждый пиксель однозначно связан с долей видеопамяти – несколькими битами, в которых программным путём задаётся яркость (при цветном экране - цветность) свечения этого пикселя. Специальная системная программа десятки раз в секунду считывает содержимое видеопамяти и обновляет содержимое каждого пикселя, тем самым создавая и поддерживая на экране изображение.

Основные характеристики дисплеев с точки зрения пользователя таковы: разрешающая способность, число воспроизводимых цветов (для цветного дисплея) или оттенков яркости (для монохромности). Для алфавитно – цифрового дисплея разрешающая способность – число строк на экране и символов в каждой строке. Так, дисплей давно устаревшего компьютера ДВК-1 (дилоговый вычислительный комплекс)  имел разрешающую способность 24X80 символов. Для графического – это число высвечиваемых точек по горизонтали и вертикали.

Разрешающая способность экрана должна согласовываться с его размерами. В настоящее время для персональных компьютеров используются мониторы с размером по диагонали 13, 15, 17 и 21 дюйма. Для изображения с высоким разрешением на практике желателен большой экран. Хотя 15-дюймовый монитор и может вывести изображение 768x1024 пикселей, работать с ними утомительно для глаз.

Выше использовалось слово «видеоадаптер». Так называется устройство, формирующее сигналы управления дисплеем. Особенно высоки требования, предъявляемые к видеоадаптерам для поддержки мультимедиа,  анимации и трёхмерных изображений.

Наряду с ним важную роль в формировании изображения на экране компьютера играет видеопамять. Для большей части задач современным персональным компьютерам достаточно  54 Мбайта видеопамяти, но для выполнения программ с развитой трёхмерной графикой может понадобиться значительно больше. Её  минимальный объём нетрудно подсчитать, если задаться параметрами изображения. Если, к примеру, необходимо иметь 16-цветное изображение с разрешением 480 X 640, то поскольку для хранения информации о 16-ти состояниях одного пикселя необходимо 4 бита информации, а всего пикселей 307 200, то соответствующий объём видеопамяти равен  1 228 800 бит (т.е. 150 Кбайт). Разумеется, это разрешение и цветность являются совершенно недостаточными для современных программ. Кроме того, в видеопамяти часто необходимо сформировать не одно, а сразу несколько изображений для быстрой смены их на экране. 

В конце 1990-х гг. начался промышленный выпуск плазменных дисплеев. В основе – возможность управлять возникновением электрических разрядов в некоторых газах  и сопровождающим их свечением. Такие дисплеи обладают высоким качеством изображения и могут иметь значительно большие, чем у  обычных компьютеров, размеры экранов при небольшой толщине (экран с диагональю более 1 м. при толщине 8 -10 см.)

2.2.Принтер

Огромную роль при выводе информации играют разнообразные печатающие устройства – принтеры. Наличие дисплея на современных компьютерах позволяет, работая в интерактивном режиме, экономить огромное количество бумаги, но всё равно наступает, как правило, момент, когда необходима, так называемая, «твердая копия» информации – текст, данные, рисунок на бумаге.

В процессе эволюции принтеры прошли большой путь. Первые копировали пишущую машинку, имея ударные клавиши с буквами, цифрами и т. д. под управлением процессора та или иная клавиша наносила удар по красящей ленте, оставляющей след на бумаге. Таких принтеров давно нет; их прямые наследники – точечно – матричные (игольчатые) принтеры ударного типа – располагают перемещающейся вдоль строки печатающей головкой, содержащей от 7 до 24 игл, каждая из которых может независимо от остальных наносить удары по ленте. Это позволяет формировать изображения как букв и цифр, так и любых других символов, а также достаточно сложные рисунки и чертежи.

Принтеры стали «интеллектуальными», т.е. имеют собственное ОЗУ и электронный блок управления для того, чтобы разгрузить основное ОЗУ и не отнимать в процессе печати время у центрального процессора. Всё чаще на рабочих местах пользователей ПК вместо точечно – матричных появляются струйные и лазерные принтеры.