Устройства ввода

Ввод информации в компьютер осуществляется с помощью целого ряда устройств; к наиболее распространенным из них относятся кла­виатура и мышь (или ее аналоги - трекбол, сенсорная панель). Кроме того, существует ряд специализированных устройств для ввода графики (сканеры, цифровые камеры, световые перья, дигитайзеры), звука, ана­логового и цифрового видеосигнала.

Рис. 15. Внешний вид клавиатуры и группы клавиш

Клавиатура (keyboard} является стандартным устройством ввода тек­стовой информации в ЭВМ (рис. 15). На ней располагается 83, 101-107 и более клавиш, которые по выполняемым ими функциям можно разбить на несколько групп:

алфавитно-цифровые;

функциональные;

управления курсором;

дополнительные цифровые;

служебные.

Функции конкретных клавиш легко могут быть изменены про­граммным способом. В частности, драйверы клавиатуры позволяют осуществлять ввод, помимо латиницы, символов любых национальных алфавитов. Обычно клавиатура персональных компьютеров характери­зуется раскладкой символов QWERTY / ЙЦУКЕНГ (по первым буквам верхнего ряда алфавитных клавиш), но в принципе могут использоваться и другие стандарты расположения клавиш Клавиатура подсоединяется к системному блоку через контроллер (порт) клавиатурного ввода с помощью кабеля и специального разъема стандарта AT или PS/2; реже используется бескабельная передача данных через инфракрасный порт.

Каждой клавише соответствует определенный код (так называемый скэн-код), который передается в компьютер при ее нажатии. Этот код за­висит от включенного в данный момент клавиатурного режима, а также от того, нажаты ли одновременно другие клавиши (как правило, это клавиши Alt, Ctrl, Shift), которые модифицируют значение скэн-кода.

Мышь {mouse} - это манипулятор, предназначенный для перемещения указателя (курсора) по экрану монитора и фиксации его в нужной точке с помощью щелчка клавишей. После того как графический интерфейс пользователя стал стандартным (это произошло в начале 90-х годов), мышь стала абсолютно необходимым устройством при работе на ПК. Впрочем, и до этого она широко использовалась в графических редак­торах, системах автоматизированного проектирования, настольных из­дательских системах и ряде других программ.

Для того чтобы ввести в компьютер информацию о перемещении манипулятора по плоскости (например, по поверхности рабочего стола), в конструкции мыши используется оптико-механический или оптический принципы.

Оптико-механическая мышь долгое время была наиболее распро­страненным типом данного устройства (рис. 16). Ее основным рабочим органом является металлический шарик, покрытый резиной, вращение которого передается на ролики. Ролики в свою очередь приводят во вра­щение диски со щелями, благодаря чему свет, проходящий через них, периодически перекрывается. На фотоприемник попадают световые импульсы, преобразуемые в электрические сигналы, которые передаются в ПК.

Оптическая мышь, в отличие от оптико-механической, не имеет механически движущихся частей (благодаря чему работает дольше и на­дежнее). Свет отражается от поверхности, по которой она перемещается, и попадает на фотодетектор. Чередование отражений позволяет опреде­лить направление и скорость перемещения мыши и после специального преобразования передать эту информацию в ПК.

Существуют три основных способа подключения мыши к системно­му блоку: через последовательный, или СОМ-порт (интерфейс RS-232), через порт PS/2 или при помощи универсальной последовательной шины USB (в настоящее время он становится стандартным). Для управления мышью используется специальная программа(драйвер), входящая в со­став операционной системы.

Современные мыши могут иметь дополнительные программируемые кнопки, расположенные на боковой поверхности под большим пальцем, а также колесо или рычажок (scroll), обеспечивающие более удобную «прокрутку» текста или web-страниц по экрану.

Джойстик (joystick, рычажный манипулятор) - специализированное устройство для быстрого перемещения курсора по экрану. Это рычаг, нижняя часть которого закреплена, а верхняя может свободно отклоняться от вертикального положения в любом направлении, что вызывает соот­ветствующее перемещение курсора по экрану. В игровых программах джойстик гораздо удобнее мыши или клавиш управления курсором.

Рис. 16. Принцип действия оптико-механической мыши

В мобильных ПК вместо мыши обычно используются ее аналоги - трекбол (trackball, шаровой манипулятор), трекпойнт (trackpoint) или сенсорная панель (touchpad). Трекбол, по сути — это перевернутая неподвижная мышь, шарик который вращают пальцем. Датчики, рас­положенные под углом 90° друг к другу, передают сигналы о направлении его вращения в ПК. При этом угол поворота шарика не фиксируется; управление выполняется оператором визуально, путем наблюдения за перемещением курсора на экране.

Трекпойнт, впервые появившийся в ноутбуках IBM, - это миниатюр­ный джойстик диаметром 5-8 мм, размещаемый в центре клавиатуры; управлять им можно нажатием пальца. Сенсорная панель (используемая в большинстве современных ноутбуков) представляет собой чувстви­тельную контактную площадку в несколько квадратных сантиметров; движение пальца по ней вызывает соответствующее перемещение кур­сора. Это указательное устройство не отличается большой точностью, но оно гораздо надежнее своих предшественников из-за отсутствия дви­жущихся частей.

Сенсорный (тактильный) экран дает возможность выбирать действие или команду, прикасаясь пальцем к экрану монитора. Это удобно, когда необходим быстрый доступ к информации. Такие устройства ввода ис­пользуются, например, в банкоматах, в аэропортах, на промышленных предприятиях и во всех моделях карманных компьютеров.

Клавиатура подсоединяется к системному блоку через контроллер (порт) клавиатурного ввода с помощью кабеля и специального разъема стандарта AT или PS/2; реже используется бескабельная передача данных через инфракрасный порт.

Каждой клавише соответствует определенный код (так называемый скэн-код), который передается в компьютер при ее нажатии. Этот код за­висит от включенного в данный момент клавиатурного режима, а также от того, нажаты ли одновременно другие клавиши (как правило, это клавиши Alt, Ctrl, Shift), которые модифицируют значение скэн-кода.

Мышь (mouse) - это манипулятор, предназначенный для перемещения указателя (курсора) по экрану монитора и фиксации его в нужной точке с помощью щелчка клавишей. После того как графический интерфейс пользователя стал стандартным (это произошло в начале 90-х годов), мышь стала абсолютно необходимым устройством при работе на ПК. Впрочем, и до этого она широко использовалась в графических редак­торах, системах автоматизированного проектирования, настольных из­дательских системах и ряде других программ.

Для того чтобы ввести в компьютер информацию о перемещении манипулятора по плоскости (например, по поверхности рабочего стола), в конструкции мыши используется оптико-механический или оптический принципы.

Оптико-механическая мышь долгое время была наиболее распро­страненным типом данного устройства (рис. 16). Ее основным рабочим органом является металлический шарик, покрытый резиной, вращение которого передается на ролики. Ролики в свою очередь приводят во вра­щение диски со щелями, благодаря чему свет, проходящий через них, периодически перекрывается. На фотоприемник попадают световые импульсы, преобразуемые в электрические сигналы, которые передаются в ПК.

Оптическая мышь, в отличие от оптико-механической, не имеет механически движущихся частей (благодаря чему работает дольше и на­дежнее). Свет отражается от поверхности, по которой она перемещается, и попадает на фотодетектор. Чередование отражений позволяет опреде­лить направление и скорость перемещения мыши и после специального преобразования передать эту информацию в ПК.

Существуют три основных способа подключения мыши к системно­му блоку: через последовательный, или СОМ-порт (интерфейс RS-232), через порт PS/2 или при помощи универсальной последовательной шины USB (в настоящее время он становится стандартным). Для управления мышью используется специальная программа(драйвер), входящая в со­став операционной системы.

Современные мыши могут иметь дополнительные программируемые кнопки, расположенные на боковой поверхности под большим пальцем, а также колесо или рычажок (scroll), обеспечивающие более удобную «прокрутку» текста или web-страниц по экрану.

Сканером (scanner) называется устройство для ввода в компьютер рисунков, слайдов, фотографий, чертежей, отпечатанных текстов и дру­гой графической информации. В большинстве устройств этого типа для оцифровки изображения применяется матрица или линейка светочув­ствительных элементов (рис. 17). По способу перемещения считываю­щей головки и (или) носителя изображения сканеры делятся на ручные, рулонные, планшетные.

Рис. 17. Принцип работы сканера

Сканирование документов в рулонных сканерах осуществляется пу­тем их протягивания через устройство (что обеспечивает максимальную точность считывания графической информации). В планшетных скане­рах линейка фотоэлементов перемещается относительно бумаги с помощью шагового двигателя, а изображение при помощи системы призм, зеркал и светофильтров проецируется на нее. Разрешение планшет­ных сканеров, как правило, определяется числом чувстви­тельных элементов в линейке; если ширина сканируемой об­ласти меньше ширины линей­ки, используется лишь часть фотоэлементов.

Оптический электронный преобразователь превращает исходное изо­бражение в последовательность электронных импульсов, передаваемых на компьютер с помощью того или иного интерфейса. В результате соз­дается цифровой аналог изображения, который затем может быть записан в файлзаданного графического формата.

Любой сканер имеет порог контрастности, который специально на­страивается для получения документа максимально возможного качества. Если настройка проведена правильно, тонкие линии хорошо видны, а жирные линии не очень контрастны.

Разрешение сканера характеризует величину самых мелких деталей изображения, передаваемых при сканировании без искажений. Эта вели­чина обычно измеряется числом видимых точек на дюйм изображения (dpi - dot per inch). Существует несколько видов разрешения, указываемых производителями сканеров.

Оптическое разрешение определяется плотностью размещения чувствительных элементов в линейке и равно общему количеству фотоэлементов, деленному на ее ширину. Это самый важный параметр сканера, определяющий качество получаемого цифрового изображения. В массовых моделях ручных сканеров оно не превышает 100-200 dpi, a в планшетных сканерах обычно составляет 300, 600 или 1200 dpi.

Механическое разрешение определяет точность позиционирования каретки с линейкой при ее перемещении вдоль изображения; обычно оно в 2 раза превышает оптическое.

Интерполяционным называется разрешение, полученное путем про­граммной интерполяции данных об отдельных точках изображения. Эта процедура не дает абсолютно никакой новой информации, поэтому данный показатель нельзя считать характеристикой фактической разре­шающей способности устройства.

Глубина (разрядность) цвета характеризует количество бит, исполь­зуемых для хранения информации о цвете каждой точки изображения (пикселя). Черно-белые сканеры используют лишь 1 бит на точку, моно­хромные полутоновые - 8 бит, а цветные сканеры, как минимум, 24 бита. Более совершенные сканеры могут иметь разрядность от 30 до 48 бит на точку.

Для массовых моделей планшетных сканеров наиболее распростране­ны форматы А4 и Letter (стандартный лист писчей бумаги), существенно реже -A3. Для ручных сканеров ширина считывающей головки обычно составляет 11 см.

К системному блоку сканеры подключают с помощью различных интерфейсов. Долгое время с этой целью использовались специализи­рованные интерфейсы производителей; как правило, они представляли собой плату расширения, устанавливаемую на шине ISA, снабженную соответствующим драйвером.

Интерфейс параллельного порта (LPT, EPP или ЕСР) ввиду его низкой пропускной способности применялся лишь в младших моделях планшетных сканеров различных производителей. Устройства с таким интерфейсом имеют, как правило, посредственные характеристики и рассчитаны на выполнение наиболее простых работ.

Стандартом для подключения высокопроизводительных устройств долгое время был интерфейс SCSI. К SCSI-сканерам обычно прилагалась соответствующая плата, хотя, разумеется, такой сканер можно подключать и к стандартным SCSI-контроллерам. Сейчас все большую популярность получает интерфейс USB. Первая его версия имела недостаточную про­пускную способность для подключения сканеров высокого класса, но с появлением стандарта USB 2.0 эта проблема была успешна решена.

Графический планшет (digitizer, дигитайзер) — это кодирующее устройство, позволяющее вводить в компьютер двумерное (в том числе многоцветное) изображение в виде растрового образа. Их применяют художники, работающие в области компьютерной графики: с их помощью осуществляют также ввод данных в системах трехмерного моделирования и автоматизированного проектирования.

В состав графического планшета входит специальный указатель (перо) с датчиком. Контроллер, расположенный в самом устройстве, по­сылает импульсы по расположенной под поверхностью планшета сетке проводников. Получив два таких сигнала, контроллер преобразует их в координаты, передаваемые в ПК. Компьютер переводит эту информацию в координаты точки на экране монитора, соответствующие положению указателя на планшете. Дигитайзеры, предназначенные для рисования, обладают чувствительностью к силе нажатия пера, преобразуя соответ­ствующие данныев толщину или оттенок проводимой линии.

Шаг считывания информации называется разрешением дигитайзера. Координаты точек, выраженные в единицах, равных шагу координат­ной сетки планшета, преобразуются в требуемые единицы измерения. Коэффициенты преобразования задаются оператором, в результате чего устанавливается строгое соответствие между координатной сеткой план­шета и параметрами оцифровываемой линии. Погрешность определения координат курсора называется точностью дигитайзера (она колеблется от 0,13 до 0,75 мм).

Речевой ввод информации осуществляют специализированные устройства с помощью программ распознавания речи. Из-за сложности настройки системы на характеристики голоса и манеры произношения конкретного пользователя на конкретное языке эти устройства пока не получили широкого распространения, но они могут стать одним из основных устройств ввода в машинах пятого поколения.

Цифровые камеры (рис. 18) работают аналогично сканерам: оптиче­ская система (включающая в данном случае фотообъектив) проецирует снимаемое изображение на матрицу, состоящую из светочувствительных элементов. После этого оцифрованное изображение записывается в одном из форматов, обеспечивающих высокий уровень сжатия (JPEG, FlashPix и т.п.) и сохраняется на сменном носителе информации. Емкость такого носителя (наряду с качеством объектива) и определяет возможности ка­меры. Для передачи в ПК записанных изображений могут использоваться различные интерфейсы (LPT-порт, шина USB, адаптер PCMCIA и др.).

Рис. 18. Внешний вил цифровой камеры с носителем Click! и WEB-камеры

Разрешение определяет максимальную величину захватываемого ка­мерой изображения в пикселях. Для камер низкого и среднего класса она может составлять от 320x200 до 1024x768 пикселей. Камеры высокого разрешения (1280x960, 1280x1024 и более) называют мегапиксельными (mega-pixel), поскольку число точек формируемого ими изображения превышает 1 млн. Недорогие камеры вполне пригодны для изготовления любительских снимков, которые можно затем передавать по электронной почте. Мегапиксельные устройства позволяют получать изображения

качественные характеристики которых подходят для вывода фотографий размером 1 Ох 15 см на фотопринтере, а также для публикации в печатных изданиях.

Полноцветные снимки высокого разрешения требуют для своего хранения очень много памяти (например, для изображения 1280x1024 пикселей с 24-битным цветом требуется свыше 3,9 Мбайт). Поэтому по­лученные цифровые изображения обычно сжимают по алгоритму JPEG, который позволяет гибко варьировать размер и качество графических файлов. Но даже при использовании сжатия снимки все равно занимают много места. Так, сжатый кадр приемлемого качества размером 1280x1024 пикселей «весит» более 600 Кбайт.

Емкость памяти и тип используемого носителя информации опреде­ляет количество кадров (от 2 до 100), которое способна снять камера без перезарядки носителя. В качестве последних используются дискеты, модули флэш-памяти и сверхминиатюрные дисковые накопители. Дис­кеты дешевы и совместимы с любым ПК, но их емкость (1,4 Мбайт) очень мала, а скорость работы недостаточна. Карты флэш-памяти (их емкость достигает 512 Мбайт) по сути стали стандартным носителем для цифровых камер, но при этом нужны дополнительные устройства для перекачки полученных снимков в ПК.

В отличие от цифровых, WEB-камеры не имеют собственной памяти и передают в компьютер не отдельные снимки, а поток видеоизображе­ния.

В настоящее время все шире стали использоваться устройства для работы с видеоизображением. Их можно разбить на три большие груп­пы: устройства для просмотра телевизионных программ и аналогового видео на компьютере (TV-тюнеры, преобразователи сигналов TV-VGA); для оцифровки и записи аналогового видеосигнала; компьютерные DVD-плееры. Используя эти устройства совместно с программами редакти­рования видео, можно создавать собственные цифровые видеофильмы в наиболее распространенньгх сейчас форматах MPEG-2 и MPEG-4 (DivX) с последующей записью на диски CD и DVD.