logo
Общий состав персональных ЭВМ и вычислительных

2.3.7. Устройства ввода

Универсальным устройством ввода информации является клавиатура, с помощью которой вводятся алфавитно-цифровые данные и реализуется управление работой компьютера. Стандартная клавиатура имеет 101 клавишу и подключается к специальному разъему на задней панели системного блока.

Для ввода графической информации наиболее распространенными устройствами являются оптико-механические манипуляторы мышь и трекбол. В них рабочим органом является металлический шар, покрытый резиной (рис. 2.17). У мыши он вращается при перемещении ее корпуса по горизонтальной поверхности, а у трекбола вращается непосредственно рукой. Вращение шара передается двум пластмассовым валам, положение которых с большой точностью считывается инфракрасными оптопарами (парами «светоизлучатель – фотоприемник») и затем преобразуется в электрический сигнал, управляющий движением указателя мыши на экране.

Рис. 2.17. Принцип действия манипулятора мышь

Мышь содержит две или три клавиши и датчики перемещения в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Имеются мыши с дополнительной кнопкой, которая располагается посередине основных кнопок. Эта кнопка предназначена для прокрутки вверх или вниз изображения и текста. Мышь работает под управлением специальной программы – драйвера, например mouse.com, и подключается либо к последовательному порту компьютера, либо к специальному разъему PS/2, либо к USB-порту.

К устройству ввода относится и TouchPad (тачпад), представляющий собой прямоугольную панель, чувствительную к нажатию, пальцев. Прикоснувшись пальцем к поверхности тачпада и перемещая его, пользователь маневрирует курсором так же, как и при использовании мыши. Нажатие на поверхность тачпада равносильно нажатию кнопки мыши. Это устройство выполняет ту же роль, что и мышь, но не требует пространственного перемещения, обычно используется в портативных компьютерах.

В играх часто используется джойстик – рычаг, с помощью которого можно направлять, например, самолет вправо, влево, вверх, вниз.

При выборе предметов (например, в магазине) человек порой показывает на нужный объект пальцем. Именно таким образом вводится информация в ЭВМ с помощью сенсорных экранов (СЭ).

По принципу действия СЭ разделяются на ультразвуковые, фотоэлектрические, резистивные и емкостные экраны. Главная задача СЭ состоит в определении координаты прикосновения пальца к экрану. Определив координату, дальше можно с помощью меню управлять работой ЭВМ.

В ультразвуковых СЭ по краям экрана размещаются ультразвуковые преобразователи (датчики), которые создают на поверхности экрана акустические волны. Ультразвуковые колебания расходятся по стеклу монитора подобно кругам на воде. Ультразвуковые преобразователи одновременно выполняют функции передатчика и приемника акустических волн. Время прохождения от передатчика до приемника постоянно, если акустическая волна не наталкивается на какой-либо возмущающий объект (палец). Точку прикосновения можно достаточно точно определить методом эхолокации путем измерения времени прихода отраженных волн. Аналогично в аэропорту радиолокатор определяет расстояние до самолета.

В фотоэлектрическом СЭ монитор освещается линейками светодиодов, расположенными по нижнему и правому краям дисплея. С левой и верхней сторон экрана установлены линейки фотодиодов. В результате образуется матрица из световых лучей, затемнение которых позволяет определить вертикальную и горизонтальную координаты прикосновения к экрану.

Емкостные СЭ представляют собой матрицу конденсаторов, которые меняют свою емкость в месте прикосновения к экрану. В резистивных СЭ измеряется электрическое сопротивление двух соприкасающихся пленок.

Световое перо представляет собой устройство в форме карандаша, принимающее свет от люминофора дисплея. Чувствительным элементом является фотодиод или фототранзистор. Подсчет числа строк растра позволяет определить вертикальную координату, а отсчет времени от начала формирования строки до момента срабатывания пера дает координату по горизонтали. Для ввода рисунков сложной формы используется режим, при котором под кончиком светового пера формируется светящаяся траектория (контур).

Цифровые (графические) планшеты – диджитайзеры обеспечивают перенос изображения с накладываемого листа бумаги в ЭВМ с помощью перемещения по планшету специального указателя. Диджитайзеры позволяют создавать чертежи сразу в электронном виде. Работа с графическим планшетом аналогична рисованию карандашом. Особенно они удобны для формирования штриховых рисунков и чертежей.

У графического планшета высокая разрешающая способность (свыше 2500 dpi против 200–400 dpi у мыши).

При контакте с поверхностью планшета указатель обретает чувствительность к нажатию (256 уровней или градаций) и наклону относительно плоскости планшета.

Сканером называется устройство для ввода в компьютер графической информации: фотографий, рисунков, слайдов, а также текстовых документов. В нем яркость (или цветовой оттенок) каждой точки документа преобразуется в цифровой код, при этом формируется точечный графический образ страницы. Сканер исключает утомительную процедуру введения текста с помощью клавиатуры и формирование рисунка с помощью мыши. Полученную копию изображения можно редактировать: изменять масштаб, добавлять и удалять детали, изменять цвет и т.д. Электронную копию изображения можно длительное время хранить на магнитном или оптическом носителе.

Копируемое изображение освещается источником света (как правило, флуоресцентная лампа). При этом луч света осматривает (сканирует, разворачивает) каждый участок оригинала (рис. 2.18). Отраженный от бумажного листа луч света через уменьшающую линзу попадает на прибор зарядовой связи (ПЗС).

Рис. 2.18. Упрощенная конструкция сканера

На поверхности ПЗС за счет сканирования формируется уменьшенное изображение копируемого объекта. ПЗС осуществляет преобразование оптической картинки в электрические сигналы. ПЗС представляет собой матрицу (прямоугольную таблицу), которая содержит большое число полупроводниковых элементов (вплоть до 2000  2000 элементов), чувствительных к световому излучению. При этом в черно-белых штриховых сканерах на выходе освещенных элементов с помощью контроллера формируется сигнал логической единицы, а на выходе неосвещенных элементов – сигнал логического нуля. Штриховые черно-белые сканеры используются для копирования чертежей.

Существуют полутоновые черно-белые сканеры, в которых на выходе каждого элемента ПЗС с помощью аналогово-цифрового преобразователя формируется несколько (например 256) оттенков (уровней) серого цвета. Эта конструкция сканеров позволяет копировать черно-белые фотографии и рисунки.

В цветных сканерах освещение копируемого изображения осуществляется либо от трех разноцветных источников света, либо от источника белого света, но через трехцветный фильтр. При цветном сканировании происходит формирование изображения в полутоновом (сером) режиме с различными фильтрами или источниками света (красным, синим, зеленым). Сигнал с выхода каждого элемента ПЗС кодируется восьмью битами, что дает 256 оттенков серого цвета. В результате такого преобразования можно получить более 16,7 миллиона возможных цветовых оттенков (24-битное кодирование, 3 цвета по 8 битов).

По своему конструктивному исполнению сканеры бывают:

В ручных сканерах (рис. 2.19) перемещение чувствительного элемента по странице документа производит человек, что приводит к перекосам и ухудшению качества получаемого графического образа.

Рис. 2.19. Ручной сканер

Гораздо более высокое качество и скорость ввода достигаются в настольных (планшетных) сканерах. Внешне они похожи на ксероксы. Считываемый документ располагается на поверхности стеклянной пластины, под которой перемещается сканирующая головка. С помощью таких сканеров можно сканировать не только листы, но и книги. Такие сканеры рассчитаны на ввод картинок с непрозрачных оригиналов. Сканируемый документ подсвечивается снизу лампой, а сверху накрывается крышкой, дополнительно отражающей и рассеивающей свет.

Барабанные сканеры дороги и сложны в использовании. Используются для высококачественной цветной печати. В качестве светочувствительного элемента в барабанных сканерах используется фотоэлектронный умножитель. Он располагается внутри полого стеклянного цилиндра, на поверхность которого накладывается оригинал. В ходе процесса сканирования цилиндр вращается вокруг своей оси, что дает возможность вводить изображение точка за точкой. Фотоэлектронные умножители чувствительны к незначительным изменениям яркости. Могут различать большое количество оттенков.

Сканеры характеризуются:

Разрешающая способность – это количество точек, которые сканер может различить на отрезке единичной длины, измеряется в единицах dpi. Существуют две величины разрешения: в горизонтальном и вертикальном направлениях. Разрешение по ширине определяется свойствами чипа ПЗС (количеством светочувствительных элементов в линейке). В вертикальном направлении разрешающая способность зависит от шага ее перемещения и равна количеству позиций, которые может занимать сканирующая головка. Существуют сканеры, разрешение которых составляет 600  1200 dpi.

Глубина цвета – это число разрядов, отводимых для кодирования цвета каждой точки. Измеряется в битах. От этого зависит количество оттенков, которые можно закодировать двоичным числом соответствующей разрядности.

Скорость процесса сканирования зависит от большого количества факторов. Имеют значения характеристики механизмов сканера и характеристики компьютера, к которому он подключен. Поэтому скорость сканирования обычно измеряется эмпирически.

Полученная от сканера цифровая информация может либо обрабатываться как графический образ, либо преобразовываться в текст.

Использование сканера совмещается с системами распознавания образов типа OCR (Optical Character Recognition). Система OCR распознает считанные сканером с документа мозаичные портреты символов (букв, цифр, знаков препинания) и преобразует их в байты в соответствии с кодовой таблицей. За счет системы OCR можно считывать машинописный и рукописный тексты. Правда, в последнем случае привлекаются сложные алгоритмы распознавания образов, основанные на теории искусственного интеллекта.

Сканеры подключаются к параллельному или USB портам компьютера.

Ввод объемных изображений (зданий, автомобилей и т.д.) в ЭВМ осуществляется с помощью цифровых камер. Цифровые камеры (видеокамеры и фотоаппараты), позволяют получать видеоизображение и фотоснимки непосредственно в цифровом коде. Цифровые видеокамеры могут быть постоянно подключены к компьютеру и обеспечивать запись видеоизображения на жесткий диск или его передачу по компьютерным сетям.

Цифровые фотоаппараты позволяют получать высококачественные фотографии, для хранения которых используются специальные модули памяти или жесткие диски очень маленького размера. Запись изображения на жесткий диск компьютера может осуществляться с помощью подключения камеры к USB порту компьютера.

При установке в компьютер специальной платы –ТВ-тюнера и подключении его ко входу телевизионной антенны можно просматривать телевизионные передачи непосредственно на компьютере.

В будущем работой ЭВМ будут управлять преимущественно голосом, с помощью микрофона. Звуковая карта (рис. 2.20) преобразовывает звук из аналоговой формы в цифровую. Для ввода звуковой информации используется микрофон, который подключается ко входу звуковой карты. Некоторые звуковые карты имеют GAME-порт, к которому подключаются джойстики. Обычно звуковая карта может синтезировать звук, в ее памяти хранятся звуки различных музыкальных инструментов, которые она может воспроизводить.

Рис. 2.20. Звуковая карта Sound Blaster Live

На звуковой карте устанавливаются аналого-цифровой и цифро-аналоговый преобразователи, аналоговый микшер, усилитель, устройства коммутации сигналов и дополнительный порт для подключения цифрового канала накопителя CD. Звуковые карты отличаются частотой дискретизации сигнала, разрядностью цифрового и наличием/отсутствием аналогового стереоканала.

Термин «мультимедиа» происходит от латинского слова «media» – среда или носитель информации. Таким образом, мультимедиа – это возможность работы со звуком и видеоинформацией. Мультимедиа-программа – это программа, использующая звуковые и анимационные средства. Мультимедийные компьютеры способны выполнять эти программы.

К устройствам мультимедиа относятся накопители на компакт-дисках (лазерные дисководы – CD-ROM, DVD-ROM), звуковые карты и графические ускорители.

Практически повсеместным стандартом стало внедрение формата обработки звука Dolby Digital 5.1. Это означает, что компьютер способен работать в звуковой среде, прежде характерной только для аппаратуры класса HiFi. Подключив к звуковой карте по цифровому выходу комплект колонок высокого класса, пользователь получает полноценный звук для домашнего электронного театра по цене ниже, чем самые дешевые системы бытового класса.