1. Устройства ввода информации

2. Устройства вывода информации

Внешние (или, по другому, периферийные) устройства ЭВМ прошли огромный путь в своем развитии. Существуй машина времени, инженеры-конструкторы и пользователи ЭВМ 50-х годов, увидев принтер, вряд ли поверили бы, что этот миниатюрный настольный аппарат может делать гораздо больше, чем его предок ростом с человека – АЦПУ (авгоматическое цифровое печатающее устройство), и вообще не поняли бы, чем занимается сканер или “мышь”. Возможности компьютера в значительной степени определяются номенклатурой и производительностью внешних устройств.

Разумеется, для ввода (и вывода) информации используются все виды ВЗУ. Заметим, что информация в ВЗУ хранится в виде, недоступном для непосредственного восприятия человеком, ибо ВЗУ предназначены для промежуточного хранения данных.

Важнейшим из устройств ввода, несомненно, является клавиатура (рис.1). Подавляющее большинство современных клавиатур являются полноходовыми контактными, т.е. клавиша утапливается при нажатии и замыкает контакт между двумя металлическими пластинками, покрытыми, во избежание окисления, пленкой благородного металла. Хорошая клавиатура рассчитана на несколько десятков миллионов нажатий каждой клавиши. При нажатии клавиши генерируется связанный с ней код, заносимый в соответствующий буфер памяти, а при ее отпускании – другой код, что позволяет перепрограммировать назначение клавиш, вводя новую таблицу соответствия этих кодов.

Рис. 1. Клавиатура

• клавиши пишущей машинки – для ввода букв, цифр и других знаков;

•функциональные клавиши F1 – F12 (иногда их меньше), назначение которых задает разработчик прикладной программы;

Подробнее о клавиатуре

Видеодемонстрация

В состав стандартного оснащения современного персонального компьютера входит мышь – устройство ввода и управления. Конструктивно это коробочка с выступающим внизу шариком (у механической мыши), который, поворачиваясь, вращает взаимно перпендикулярные колесики. Благодаря наличию в них специальных прорезей оптическая система мыши способна отслеживать и преобразовывать движение шарика в перемещение курсора на экране компьютера. Две или три клавиши на верхней стороне мыши позволяют отдавать многочисленные команды, определяемые текущей программой.

Поначалу на рынке PC-совместимых компьютеров мышь не пользовалась особым спросом, но с появлением Windows и OS/2 стала почти обязательной принадлежностью всех систем. Сейчас мышь входит в комплект практически каждого компьютера. Эти устройства выпускаются различными производителями, имеют самые разнообразные конструкции и размеры. Некоторые фирмы, взяв за основу стандартную мышь и перевернув ее, создали Trackball. При его использовании вы двигаете рукой шарик, а не все устройство. IBM производит очень "крутое" устройство, называемое Tracpoint, которое может использоваться и как мышь (шариком вниз), и как Trackball (шариком вверх). В большинстве случаев в Trackball установлен шарик гораздо большего размера, чем в стандартной мыши. С точки зрения дизайна Trackball идентичен мыши по базовым функциям и электрической "начинке", но отличается ориентацией и размером шарика.Среди фирм - производителей этого устройства наиболее крупными являются Microsoft и Logitech. Несмотря на внешнее разнообразие, все устройства работают одинаково. Основными компонентами мыши являются:

Рис. 2. Устройство механической мыши

Корпус мыши сделан из пластмассы, и в нем практически нет движущихся компонентов. В верхней части корпуса, под пальцами, располагаются кнопки. Количество кнопок может быть разным, но обычно их только две. Для работы дополнительных кнопок нужны специальные программы. Внизу располагается небольшой покрытый резиной металлический шарик, который вращается при перемещении мыши по столу. Вращение шарика преобразуется в электрические сигналы, которые по кабелю передаются в компьютер. В некоторых конструкциях мыши устанавливается оптический датчик, с помощью которого регистрируются перемещения устройства относительно нарисованной координатной сетки.

Есть еще ряд манипуляторов, служащих для ввода информации: световое перо, джойстик и т.д. Они второстепенны, решают некоторые ограниченные задачи.

Видеодемонстрация

Добавление сканера в систему – прекрасный способ существенно расширить возможности ПК. Он привнесет такое качество, которое не добудешь применением более мощного процессора и наращиванием ОЗУ.

Сканеры – это, по существу, настольные аналого-цифровые преобразователи. Они превращают аналоговые графические объекты – документы, страницы журнала, фотографии, служебные удостоверения – в цифровые растры, которые распознает система ПК. Соответствующее программное обеспечение позволяет изменять такие параметры изображения, как яркость, контрастность, цветовой тон, (как в телевизоре) и использовать спецэффекты. Специальные программы для оптического распознавания символов (OCR – Optical Characters Recognition) позволяют преобразовать графическое изображение станицы текста в форму, которую воспринимают текстовые редакторы (такие как Word). Картинка становится текстом, и его можно редактировать обычным образом.

Информация из ПЗС-матрицы через тот или иной интерфейс передается в ПК. Оптическая система сканера – подвижная, она перемещается вдоль документа (сканирует), последовательно передавая в ПК строки изображения. Разрешение сканера определяется количеством точек на дюйм – dpi (dot per inch). Горизонтальное разрешение, связанное с числом точек в строке, зависит, в основном, от ПЗС-матрицы и находится в пределах 300-2400 dpi. Вертикальное разрешение, связанное с перемещением по листу, зависит от точности позиционирования оптической системы. Оно бывает примерно такое же, как и по горизонтали, но не обязательно в точности с ним совпадает. Поэтому разрешение сканеров обычно характеризуют двумя цифрами, например 300x600 dpi. Первое число – разрешение по вертикали, второе – по горизонтали.

В настоящее время все сканеры широкого применения – цветные. На самом деле ПЗС-матрица, как и собака, видит все в черно-белом виде, точнее, в градациях серого. Чтобы научить сканер работать с цветом, используют три ПЗС-линейки со светофильтрами, выделяющими определенные части спектра светового сигнала. За основные цвета принимают обычно синий, зеленый и красный (аддитивная схема RGB, как в ЭЛТ) или голубой, пурпурный и желтый (схема цветов CMYK, как в цветных принтерах). Для кодирования основных цветов, как и в видеосистеме, используют определенное число бит, например, 8 бит на каждый основной цвет. Количество бит задает, как говорят, глубину представления цвета. Если на формирование каждого цвета выделено 8 бит, то всего получается 3x8=24 бит. А это 16,7 млн. цветов. Сейчас на рынке имеются сканеры с 32, 36 и даже 42-битным представлением цвета.

Рис. 3. Планшетный сканер

Существуют такие модели сканеров которые позволяют обрабатывать только один лист, протягивая его между барабанами. Это и есть листовые сканеры Такой тип сканеров иногда интегрируется в современное МФУ (многофункциональное устройство – сканер-копир-принтер-факс).

Не так давно появились средства речевого ввода, которые позволяют пользователю вместо клавиатуры, мыши и других устройств использовать речевые команды (или проговаривать текст, который должен быть занесен в память в виде текстового файла). Возможности таких устройств достаточно ограничены, хотя они постоянно совершенствуются. Проблема не в том, чтобы записать речь, подвергнуть ее дискретизации и ввести коды в компьютер (при современном уровне техники это несложно), а чтобы распознать смысл речи и представить ее, например, в текстовой форме, допускающей последующую компьютерную обработку. Например, программа “Kurzweil Voice 1.0 for Windows” обеспечивает распознавание (на английском языке) всех речевых команд для навигации в среде “Windows”, а в режиме диктовки текста способна распознать до 40 тысяч слов, произносимых в среднем для человека 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 ее интеллектуализации.

При покупке компьютера нужно серьезнейшим образом подходить к выбору монитора еще и потому, что длительная работа за некачественным монитором может самым пагубным образом влиять на здоровье, особенно на зрение.

Основной параметр, характеризующий монитор, – его размер. Размеры монитора обыкновенно определяются длиной диагонали экрана электронно-лучевой трубки (ЭЛТ). Для популярных приложений, работающих в графической среде Windows, наиболее подходящими являются мониторы размером 15-17 дюймов (14-дюймовые мониторы уходят в прошлое). Следует отметить, что действительный размер изображения, как правило, меньше размера ЭЛТ приблизительно на один дюйм (то есть для 15-дюймового монитора видимая область экрана соответствует примерно 14-ти дюймам по диагонали), хотя у разных производителей эта величина может слегка варьироваться.

Другой важный параметр, характеризующий работу в графической среде – разрешение. Для количественного описания разрешения используют пиксел (pixel – от picture element, по-русски – элемент изображения). Режимы разрешения различаются количественно произведением пикселов, укладывающихся по горизонтали и вертикали экрана. На мониторах общего назначения обычно устанавливают режимы: 640x480, 800x600, 1024x768 пикселов. Те, кому приходится интенсивно работать с офисными приложениями (Word, Excel, Power Point, Publisher), предпочли бы сесть за 17-дюймовый монитор, позволяющий установить разрешение 1024x768 или 1280x1024 пикселов. Действительно, удобно, когда текстовый документ формата А4 помещается на экране в натуральную величину – при высоком разрешении не так часто приходится менять масштаб и прокручивать изображение.

С мониторами профессионального назначения (размер экрана – 17, 20, 21 дюйм и более, разрешение – до 1600x1200) работают дизайнеры, использующие специальные приложения – настольные издательские системы и мощные графические редакторы. (Это Adobe PageMaker, Corel Draw, Adobe Photoshop и другие.)

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 развертки. 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.

 Мониторы на основе ЭЛТ. Подробнее>>

ЖК-мониторы. Презентация Подробнее>>

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, содержащая сведения о цвете каждого пиксела, задающего наиболее мелкую деталь изображения. Каждый пиксел однозначно связан с долей видеопамяти – несколькими битами, в которых программным путем задается яркость (и, при цветном экране, цветность) свечения этого пиксела. Специальная системная программа десятки раз в секунду считывает содержимое видеопамяти и обновляет содержимое каждого пиксела, 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 монохромного). Для алфавитно-цифрового дисплея разрешающая способность – число строк на экране и символов в каждой строке.

В настоящее время (с конца 90-х годов) 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 привычных компьютеров, размеры экранов при небольшой толщине (экран с диагональю около 1 м при толщине 8-10 см).

Качественные мониторы должны удовлетворять так называемым стандартам безопасности. Эти стандарты разрабатываются не фирмами-производителями, а общественными и научными организациями. Подробнее>>

Поработав впервые за новым жидкокристаллическим монитором, первая мысль, которая приходит в голову - "цивилизация, прогресс". После него, возвращаясь к обычному ЭЛТ-монитору, испытываешь абсолютно реальное чувство отвращения. Новый монитор это не только не виданное ранее удобство, но и абсолютное спокойствие за собственное здоровье. Массовая пропаганда абсолютной безвредности мониторов подобного класса, стала неотъемлемой частью рекламной политики фирм производителей. Несмотря на скрытый намек предыдущих строк, о том, как все на самом деле плохо, давайте попробуем максимально объективно сравнить преимущества и недостатки обоих типов мониторов.

• Радиационное излучение Наибольшее беспокойство от использования компьютера предыдущие десятилетия доставляла именно эта проблема. С появлением жидкокристаллических мониторов эта проблема полностью решена. Жидкокристаллические мониторы используют для создания изображения излучение видимого диапазона, т.е. свет "лампочки".
• Зависимость от несовершенства способов создания изображения на экране монитора Для мониторов на базе ЭЛТ это: неоптимальные параметры схем развертки ЭЛТ, несовместимость параметров монитора и графического адаптера, недостаточно высокое разрешение монитора, расфокусировка, несведение лучей, низкий уровень других технических характеристик, неправильно настроенная яркость. Для жидкокристаллических мониторов это недостаточная яркость; и недостаточная частота обновления для высоко-динамичной трехмерной графики игр. Почувствовать самому недостаточную частоту обновления на жидкокристаллическом мониторе практически невозможно.
• Недостаточная яркость Очень долгое время недостаточная яркость была непреодолимой преградой для разработчиков жидкокристаллических мониторов. Первые модели мониторов создавали изображение, хорошо различимое только в комнате, без прямого солнечного света. В последних моделях, с использованием дополнительного четвертого пикселя яркости, проблема решена полностью.
• Недостаточная частота обновления Объяснение этого пункта приведено выше в тексте.
• Мерцание изображения Из-за мерцания изображения, при работе с монитором на базе ЭЛТ, быстро устают глаза, как следствие появляется раздражительность и другие признаки усталости. У жидкокристаллических мониторов мерцание отсутствует. Пункты, в которых принципиально различные мониторы, показали одинаковые результаты можно разделить на две группы, недостатки, связанные с самой конструкцией монитора, его корпуса и недостатки, связанные с непродуманной организацией рабочего места. Теперь более детально рассмотрим недостатки, связанные с конструкцией монитора, его корпуса.
• Монитор - прибор активного контраста. Все приборы активного контраста в большей степени зависят от интенсивности освещения и угла падения светового потока на экран, чем при работе с пассивным контрастом, например при чтении с бумаги.
• Зависимость от положения монитора. При работе с дисплеем пользователь ПК зависит от положения дисплея, а при чтении с бумажного носителя можно легко изменить положение листа, для наиболее комфортного восприятия информации.
• Длительная неподвижность глазных и внутриглазных мышц. Длительная работа с персональным компьютером требует повышенной сосредоточенности, что приводит к большим нагрузкам на зрительную систему, ослабления глазных мышц. Осталось рассмотреть недостатки, связанные с непродуманной организацией рабочего места.
• Наличие бликов, несоблюдение расстояния от глаз до монитора, отсутствие необходимого освещения рабочего места, неправильно настроенное изображение. Поэтому необходимо тщательно изучить возможности монитора и использовать их для максимально правильной настройки монитора, а также следует безукоснительно соблюдать Санитарные правила и нормы.

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 все равно наступает, как правило, момент, когда необходима, так называемая, “твердая копия” информации – текст, данные, рисунок на бумаге. В процессе эволюции принтеры прошли следующий 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 принтеры ударного типа – располагают перемещающейся вдоль строки печатающей головкой, содержащей от 7 до 24 игл, каждая из которых может независимо от остальных наносить удар по ленте. Это позволяет формировать изображения как букв и цифр, так и любых других символов, а также достаточно сложные рисунки и чертежи (рис. 3).

Рис. 4. Принцип действия матричного принтера

Для хранения и подачи ленты используют специальную пластмассовую коробочку - картридж. 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.

Существуют ударные точечно-матричные принтеры цветной печати. В них используются 4-цветные ленты, и каждая точка изображения формируется четырьмя последовательными ударами иголки разной силы. Таким образом можно сформировать на бумаге точки всех основных цветов и множества оттенков. Крупнейший производитель точечно-матричных принтеров – фирма “Epson” (Япония).

Подробнее о матричных принтерах

Все чаще на рабочих местах пользователей персональных компьютеров появляются вместо точечно-матричных струйные или лазерные принтеры.

Струйные принтеры вместо головки с иглами имеют головку со специальной краской и микросоплом, через которую эта краска “выстреливается” струйкой на бумагу (и быстро сохнет). Для формирования изображения либо струйка краски может отклоняться специально созданным электрическим полем (так как она электризуется в момент выхода из сопла), либо (чаще) головка имеет столбец из нескольких сопел – наподобие матрицы игл точечно-матричного принтера (рис. 5).

Рис. 5. Принцип действия струйного принтера

Струйные принтеры могут быть цветными, они смешивают на бумаге красители, порознь распыляемые разными соплами. Изображение, формируемое струйными принтерами, по качеству превосходит аналогичное, получаемое на точечно-матричных. Дополнительное достоинство – меньший уровень шума при работе.

Подробнее о струйных принтерах

Самые высококачественные изображения на бумаге на сегодняшний день дают лазерные принтеры. Один из основных узлов лазерного принтера – вращающийся барабан, на внешней поверхности которого нанесен специальный светочувствительный материал. Управляемый электронным блоком луч лазера оставляет на поверхности барабана наэлектризованную “картинку”, соответствующую формируемому изображению. Затем на барабан наносится специальный мелкодисперсный порошок – тонер, частички которого прилипают к наэлектризованным участкам поверхности. Вслед за этим к барабану прижимается лист бумаги, на который переходит тонер, после чего изображение на бумаге фиксируется (“прижигается”) в результате прохождения через горячие валки (рис.6).

Рис. 6. Принцип действия лазерного принтера

Все это происходит с огромной быстротой, благодаря чему лазерные принтеры значительно превосходят обсуждавшиеся выше по скорости работы. Лазерные принтеры -рекордсмены по части количества воспроизводимых шрифтов и качеству рисунков благодаря высочайшей разрешающей способности. Существуют как черно-белые, так и цветные лазерные принтеры. Лазерный принтер работает почти бесшумно. Единственный, но, увы, очень важный параметр, по которому они существенно уступают принтерам ранее описанных типов – стоимость; далеко не всякий может себе позволить приобрести принтер, по стоимости превосходящий точечно-матричный аналог в несколько раз.

Лидирующая фирма в производстве струйных и лазерных принтеров – “Hewlett-Packard” (HP), США, хотя в этой области действуют и другие фирмы.

Подробнее о лазерных принтерах

Максимальная длина печатаемого материала ограничена, как правило, длиной рулона бумаги, а не конструкцией плоттера. Изображение на бумаге получается с помощью печатающей головки. Точка за точкой наносится изображение на бумагу (кальку, пленку), отсюда и название графопостроителя – плоттер (to plot – “вычерчивать чертеж”).

• скорость вычерчивания изображения, измеряемая в миллиметрах в секунду;
• скорость вывода, определяемая количеством листов, распечатываемых в минуту;
• разрешающая способность, измеряемая, аналогично принтеру, в dpi.

Плоттеры подключаются к компьютеру через параллельный или последовательный интерфейс, либо в слот расширения встраивается плата.

Струйные плоттеры формируют изображение подобно струйным принтерам, разбрызгивая капли чернил на бумагу. Качество печати, превосходящее возможности перьевых плоттеров, определяет широкое распространение струйных плоттеров в различных областях человеческой деятельности, включая автоматическое проектирование, инженерный дизайн.

Рис. 7. Плоттер

Само название говорит за себя. Это такое устройство которое может выполнять функции как сканера, принтера, так и копира, а иные модели и факса.

Рис. 8. МФУ

Своеобразные устройства вывода – синтезаторы звука. Простейшие из них есть в арсенале почти у всех персональных компьютеров и представляют собой обычный малогабаритный динамик, напряжение сигнала на котором с большой частотой изменяется компьютером. Таким способом удается подать простой звуковой сигнал, указывающий на наступление какого-либо события. Многие языки программирования дополняются командами типа ВЕЕР, SOUND, позволяющими программировать серии звуков. Если звукогенератор физически реализован так, что частота звучания поддается регулированию, то можно запрограммировать несложную мелодию, а если есть несколько независимых звукогенераторов, то – и звучание оркестра. Для этого в современных компьютерах устанавливается специальная плата – звуковая карта, – способная преобразовывать аналоговый звуковой сигнал в последовательность двоичных цифр и наоборот. Существуют и синтезаторы речи, назначение которых понятно из названия.