Устройства ввода-вывода. 
Информатика для экономистов

Устройства ввода информации

Устройства ввода разделяются на ручные и машинные. К ручным устройствам ввода информации относятся клавиатура, мышь, диджитайзер.

Клавиатура — основное устройство ручного ввода информации. Нажатие клавиши передает процессору код (условный номер) нажатой клавиши, который в зависимости от используемой программы может по-разному интерпретироваться. Поэтому одна и та же клавиатура может использоваться для ввода латинских символов, кириллицы, японских, китайских и прочих иероглифов. Но для этого нужны соответствующие программы. Некоторые клавиши самостоятельный код не формируют и обычно используются совместно с другими клавишами. Клавиатура подключается через интерфейсы PS/2 или USB. Бывают и беспроводные клавиатуры.

В последние годы к привычно располагаемым на клавиатуре буквенно-цифровым и функциональным клавишам стали добавлять мультимедийные: клавиши для управления проигрыванием музыкальных компакт-дисков и громкостью; клавиши быстрого вызова приложений; клавиши управления питания (вход в «спящий» режим, полное выключение); клавиши прямого вызова Интернета и электронной почты.

При продолжительной работе с клавиатурой из-за неправильного положения рук могут появиться боли в запястье, ладони и пальцах, которые вызваны защемлением нерва в запястном канале. Чтобы этого избежать, надо следить за тем, чтобы не было никаких перегибов на участке руки, где предплечье переходит в запястье, а угол сгиба в локтевом суставе должен составлять 90 градусов. Для предохранения от болезни некоторые производители клавиатур предлагают так называемые эргономичные клавиатуры. К ним относятся расщепленные (split keyboards), настраиваемые клавиатуры палаточного типа (tented keyboards), волнообразные (curved) и рельефные или вогнутые (concave keyboards) клавиатуры. Все они имеют форму, отличную от прямоугольной, и должны обеспечивать удобное расположение рук при работе.

Бывают полноразмерные (для настольных ПК) и уменьшенные (для портативных ПК) клавиатуры.

Манипулятор мышь — основное устройство позиционирования настольных ПК при работе с графическим режимом отображения данных на мониторе.

При перемещении мыши по поверхности формируются два числа, которые передаются процессору и интерпретируются программой управления мышью как координаты точки двумерного пространства экрана. В результате программа перемещает изображение указателя мыши по экрану. Нажатие клавиш мыши вызывает передачу процессору кода нажатой клавиши, который соответствующим образом интерпретируется программой.

Автором мыши считается американский изобретатель Дуглас Энгельбарт, придумавший в 1963 г. устройство, деревянный корпус которого перемещался на двух перпендикулярно расположенных колесах, что позволяло манипулировать объектами на плоскости экрана. Уже позже, в 1980;х гг., были выпущены устройства, похожие на современную мышь, которые постепенно стали неотъемлемой частью компьютера и на которые с клавиатуры перешла часть функций по управлению компьютером.

Чаще всего мыши подключаются к компьютеру через шипу USB, иногда — через порт PS/2. ПК фирмы Apple используют для подключения шину USB, но чаще — интерфейс Bluetooth.

По принципу работы мыши делятся на механические и оптические. Сейчас наиболее распространены оптические мыши, которые являются более надежными и точными, чем механические. Кроме того, существуют индукционные мыши (используют специальный коврик-планшет) и гироскопические (распознают движение не только на поверхности, но и в пространстве).

Как правило, мышь имеет две кнопки (бывает три и даже пять кнопок). Также во многих моделях есть колесо прокрутки (в современных моделях колесо прокрутки за счет отклонения вправо и влево может прокручивать документы не только по вертикали, но и по горизонтали).

В портфельных портативных ПК (ноутбуки, субноутбуки) в качестве мыши используются тачпад — сенсорная панель, позволяющая управлять положением указателя с помощью перемещения пальца по поверхности панели; трекбол — встроенный в клавиатуру шар, вращение которого вызывает тот же эффект, что и перемещение мыши. Сейчас трекбол предлагается как отдельное устройство перемещения указателя и представляет собой перевернутую мышку механического или оптического принципа действия. Для трекбола требуется меньшее место на столе, он более точно управляет курсором на любой поверхности, но при лучшей по сравнению с мышью эргономичностью (рука не устает) расположение кнопок на нем менее удобно и отсутствует колесо прокрутки.

Существуют беспроводные мыши, но взамен удобства избавиться от ограничивающего свободу провода они (за исключением беспроводных Bluetootli-мышей) требуют поддерживать в рабочем состоянии батарейки или аккумуляторы питания, встроенные в устройство.

Диджитайзер — устройство ручного ввода графической информации в ПК. Представляет собой планшет, на котором специальным пером рисуется изображение. Координаты отдельных точек рисунка передаются процессору, где обрабатываются специальной программой.

К устройствам автоматического ввода информации относятся сканер, микрофон, видеокамера, ТВ-тюнер.

Сканер — устройство автоматического ввода графических изображений.

Принцип действия состоит в том, что отдельные элементы носителя информации (бумаги, картона, ткани и т. д.) подсвечиваются яркой лампой, фотодиоды фиксируют отражение цвета конкретной точки изображения, цвет точки определенным образом кодируется и передается в процессор или основную память, где обрабатывается специальной программой. Таким образом, сканер преобразует изображение в последовательность точек разного цвета, которая передается обрабатывающей изображение программе.

Для того чтобы выбрать из считанного сканером изображения символы текста, используются так называемые программы распознавания символов (OCR — Optical Character Recognition), которые на основе сложных алгоритмов определяют, какие именно буквы, цифры и специальные знаки закодированы конкретным набором точек. Опознанные символы записываются в формате, в котором они могут обрабатываться программами обработки текстов.

По способу считывания информации сканеры делятся на ручные и настольные.

В ручных сканерах пользователь должен аккуратно перемещать сканирующую головку по сканируемому документу, поэтому качество получаемого компьютерного документа зависит от равномерности перемещения. Ручные сканеры дешевле, более компактны, позволяют отсканировать книгу, не нарушая ее целостность, но используются реже, чем настольные. Разновидность ручных сканеров часто используется для сканирования штрих-кодов.

Настольные сканеры делятся на планшетные, рулонные и проекционные. Наиболее распространены планшетные сканеры, которые сейчас стали обычным элементом и домашней, и офисной компьютерной системы. Они представляют собой плоское настольное устройство. На стекло, под которым находится сканирующий блок, помещается сканируемый документ и прижимается крышкой. Сканирующий блок автоматически перемещается вдоль сканируемого документа.

В рулонных сканерах листы документов протягиваются через считывающее устройство сканера. Они используются для картографии, художественной печати, при широкоформатной печати.

Проекционные сканеры представляют собой своеобразный проекционный аппарат и могут выпускаться для работы с непрозрачными и прозрачными изображениями (слайдсканеры).

Основными характеристиками сканеров являются качество считывания информации, определяемое разрешающей способностью (количество точек на единицу длины) и числом градаций цвета; скорость сканирования; максимальный размер сканируемого изображения.

Сканеры подключаются к ПК через шину USB, параллельный порт или интерфейс SCSI.

Микрофон нужен для передачи в компьютер аудиоинформации и при наличии специального программного обеспечения может использоваться для телеконференций, общения через программу Skype. Подсоединяются к ПК с помощью гнезда в звуковой плате.

Различаются микрофоны настольные, подвесные, в виде петлички, гарнитуры (совокупность микрофона с наушниками) и т. д.

Микрофоны могут быть беспроводными, но они имеют значительно более высокую стоимость.

Цифровая фотокамера — фотоаппарат, записывающий изображение в цифровом формате в собственную память. Для дальнейшей обработки изображение передается в ПК.

ТВ-тюнер — устройство, позволяющее просматривать телевизионное изображение па экране монитора. Многие ТВ-тюнеры позволяют захватывать и записывать на диск фрагменты трансляции или видеозаписей, которые потом можно редактировать па ПК.

Устройства вывода информации включают видеосистему, аудиосистему, печатающие устройства.

Видеосистема ПК включает монитор и видеоадаптер.

Монитор (дисплей) — устройство, обеспечивающее вывод динамически обновляемого изображения.

Видеоадаптер — дочерняя плата, обеспечивающая формирование и вывод изображения на экран монитора.

Видеосистема ПК может работать в текстовом или графическом режимах. В текстовом режиме на экране монитора может отображаться только ограниченный набор символов и специальных знаков. Стандартно, в текстовом режиме отображаются 25 строк по 80 символов в каждой строке.

В графическом режиме изображение формируется из отдельных точек. Формируемые видеосистемой компьютера в графическом режиме изображения характеризуются следующими параметрами:

• • разрешением;
• • числом цветов;
• • частотой обновления изображения.

Разрешение — число точек, отображаемых на экране по горизонтали и вертикали при формировании изображения.

Стандартные режимы разрешения: 800? 600,1024? 768, 1280? 800, 1280? 1024, 1400? 1050 и др. Профессиональные мониторы имеют и более высокие разрешения.

Число цветов, воспроизводимых монитором, определяется количеством двоичных разрядов, используемых для записи одной точки (пикселя). Применяются следующие стандарты отображения цвета:

• • 16 цветов — 4 бита;
• • 256 цветов — 8 бит;
• • 65 536 цветов — 16 бит (High Color);
• • 16 777 216 цветов — 24 бита (True Color).

Частота обновления изображения характеризует, сколько раз в секунду обновляется изображение на экране монитора. Измеряется в герцах.

В настоящее время мониторы на электронно-лучевых трубках (CRT-мониторы) практически вытеснены жилкокристаллическими (LCD) мониторами. Применение CRT-мониторов остается при решении специализированных задач (в системах видеонаблюдения, кассовых аппаратах и др.).

В LCD-мониторах каждая точка формируется свечением одного элемента экрана. Для LCD-мониторов частота обновления экрана нс является существенной характеристикой, и изображение обычно выглядит стабильным даже при низкой частоте обновления (60 Гц).

Достоинствами LCD-мониторов являются компактные размеры, отсутствие искажений, стабильность изображения, хорошая яркость и контрастность изображения, низкое энергопотребление. Недостатками являются худшая, чем у CRT-мониторов, передача цвета, хуже воспроизведение быстро движущихся объектов.

Важным параметром LCD-мониторов является тип жидкокристаллической матрицы. Основными при изготовлении LCD-мониторов являются матрицы TN, IPS, MVA. Большое распространение получили мониторы с матрицей типа TN, они являются наиболее дешевыми, но имеют неточную цветопередачу и низкую контрастность. Более дорогие мониторы с матрицей типа IPS обеспечивают значительно лучшую цветопередачу и равномерность подсветки, но худшее время отклика (время, затрачиваемое на переход от переключения точки экрана из чистого черного цвета в чистый белый и обратно). Матрицы MVA являются промежуточными по параметрам и стоимости между TN и IPS. Существуют и другие варианты матриц.

Стандартно, мониторы имеют длину диагонали 14, 15, 17, 19, 20, 21, 22, 24 дюйма. Для работы с современными программами рекомендуется использовать мониторы с длиной диагонали 17−21 дюйм.

Существуют модели LCD-мониторов, в которые встроены звуковые колонки, в другие встроены ТВ-тюнеры, позволяющие использовать монитор как телевизор.

Перспективными моделями мониторов являются плазменные панели. Они имеют много преимуществ по сравнению с LCD-мониторами, но пока очень дороги и используются только в качестве больших качественных проекционных экранов и в составе домашних кинотеатров высокого класса.

Печатающие устройства — это устройства, обеспечивающие вывод изображений на твердые носители (бумагу, ленту, ткань и т. д.). К ним относятся принтеры и графопостроители (плоттеры).

Принтер формирует изображение построчно. Бумага или другой носитель последовательно протягивается под печатающими головками, которые отображают условную строку изображения.

Практически все современные принтеры формируют изображение из отдельных точек. Каждый печатаемый символ отображается как определенная совокупность отдельных точек. Принцип формирования точек изображения у разных типов принтеров различается. Различается и плотность точек на единицу поверхности. Чем меньше размер точки, тем выше плотность точек и четче изображение. Плотность точек измеряется в dpi (dots per inch, число точек на квадратный дюйм изображения). Чем выше значение показателя dpi у принтера, тем он лучше.

Современные принтеры подключаются к системному блоку через параллельный порт или шину USB.

По способу печати принтеры делятся на струйные, лазерные, ударные, термические и специальные.

Струйные принтеры формируют точки изображения, выплескивая микроскопические капли специальных чернил на бумагу. Каждая капля — одна точка изображения.

Практически все современные струйные принтеры поддерживают функцию цветной печати. Цветные струйные принтеры формируют точку изображения, выплескивая несколько капель базовых цветов в одну точку. За счет смешения базовых цветов получают нужный производный цвет. В принципе, достаточно трех базовых цветов (красный, зеленый, синий) для формирования любого производного цвета.

Наиболее простые и дешевые принтеры формируют цвет именно из трех базовых цветов. В более совершенных моделях используется большее число базовых цветов. Например, часто кроме базовых цветов используется черный цвет.

В простых моделях для черно-белой печати используют картридж с черными чернилами, а для цветной печати его надо заменить на картридж с тремя чернильницами, содержащими базовые цвета. Черный цвет при цветной печати получается грязно-серым.

В более совершенных моделях одновременно используются два картриджа: один с черной краской, а другой — с чернилами базовых цветов. В еще более совершенных принтерах используется более двух картриджей (печатающих головок).

Для качественной печати цветных изображений на цветных принтерах надо использовать специальную (довольно дорогую) бумагу. Уже сейчас технология такова, что качество печати на специальной бумаге близко к качеству фотографии.

Достоинствами струйных принтеров является то, что они недороги и обеспечивают цветную печать. Недостатком являются дорогие расходные материалы (картриджи, специальная бумага).

Лазерные принтеры формируют точки изображения, нагревая лазером или линейкой светодиодов мельчайшие пылинки специального порошка — тонера. Там, где должна быть выведена точка изображения, лазер включается, нагревает тонер, и частица нагретого тонера отпечатывается на бумаге.

Технически они являются более сложными устройствами, чем струйные принтеры. Имеют свой мощный процессор и память.

Достоинствами лазерных принтеров являются:

• • быстрая печать текстов и изображений, состоящих из элементов, отображаемых оттенками серого цвета;
• • четкая качественная печать даже на обычной бумаге;
• • менее дорогие расходные материалы, чем для струйных принтеров.

Основной недостаток — более высокая цена, чем у струйных. Существующие цветные лазерные принтеры обеспечивают высокое качество печати, но очень дороги.

Ударные принтеры формируют точки, выталкивая тонкий стержень из печатающей головки. Он, ударяя по красящей ленте, оставляет оттиск точки на бумаге.

Это самая старая разновидность принтеров. В настоящее время используются только в специальных целях (печать чеков в кассовых аппаратах, банкоматах и т. д.). У матричных принтеров размер точек изображения существенно больше, чем у струйных и лазерных, поэтому существенно хуже качество печати. Основным достоинством является низкая стоимость расходных материалов.

Термические принтеры используют нагрев красителя и перенос его на бумагу в жидкой или газообразной форме. При охлаждении краситель застывает на бумаге, формируя изображение. Термические принтеры позволяют печатать высококачественные цветные изображения фотографического качества.

Специализированные принтеры являются частью различных технических устройств и предназначены для печати не только на бумаге, но и на иных носителях — картоне, ткани, металле и пр.

Графопостроитель — устройство для вычерчивания сложных изображений. Бывают планшетные и рулонные графопостроители.

В планшетных бумага закрепляется на большом планшете и рисующее перо перемещается вверх-вниз и вправо-влево. В рулонных перо перемещается только вправо-влево, а лист протягивается вдоль линии пера.

Графопостроители — достаточно дорогие устройства и применяются только в специальных целях — для вычерчивания сложных чертежей, широкоформатных плакатов и т. д.

Аудиосистема ПК предназначена для вывода звуковой информации; для этого используются аудиоадаптер и акустическая система (динамики с усилителем низкой частоты, наушники). Также в акустическую систему входит устройство ввода звуковой информации — микрофон.

Аудиоадаптер — дочерняя плата, обеспечивающая преобразование цифровых данных в аналоговые и обратно для вывода/ввода звука с помощью ПК; имеет выход для передачи звукового сигнала на усилитель и вход для ввода звукового сигнала с внешнего источника в ПК для последующей обработки. Дорогие аудиоадаптеры имеют несколько входов и выходов.

Аудиоадаптеры различаются способами синтеза звука и наличием/отсутствием микросхем создания дополнительных звуковых эффектов (преобразование звука, объемный 3D-звук и т. д.). С помощью аудиосистемы ПК можно воспроизводить обычные аудио-CD, форматы MP3 и WMA.

Устройства ввода-вывода во внешнюю среду

Их представителем является модем.

Модем — устройство для преобразования данных из цифрового формата в аналоговый и обратно для передачи их по телефонным линиям.

Различают внутренние и внешние модемы. Внутренние модемы выполнены в виде дочерней платы и устанавливаются в PCI-разъем на материнской плате, а внешние подключаются к ПК через последовательный порт или шину USB.

Современные модемы могут передавать данные со скоростью 56 000 бит/с, а некоторые — 76 800 бит/с.

Большинство модемов позволяют передавать факсы, многие могут использоваться как телефон, выступать в качестве автоответчика.