Устройства ввода и вывода
Паршев Алексей Геннадьевич
Устройства ввода-вывода служат соответственно для ввода информации в машину и вывода из нее, а также для обеспечения общения пользователя с ПЭВМ. Процессы ввода-вывода протекают с использованием внутренней памяти. Устройства ввода-вывода называют периферийными или внешними устройствами.Внешние устройства (ВУ) — это важнейшая составная часть любого вычислительного комплекса, они составляют 50—80 % всего ПК. От состава и характеристик ВУ во многом зависят возможность и эффективность применения ПК. Внешние устройства обеспечивают взаимодействие компьютера с окружающей средой: пользователями, объектами управления и другими ЭВМ. Внешние устройства весьма разнообразны и могут быть классифицированы по ряду признаков. В состав ВУ ЭВМ входят внешние запоминающие, ввода, вывода, ввода-вывода, телеобработки и подготовки данных.
Так, по назначению можно выделить следующие виды ВУ:
• внешние запоминающие устройства (ВЗУ), или внешняя память ПК;
• диалоговые средства пользователя;
• устройства ввода информации;
• устройства вывода информации;
• средства связи и телекоммуникации. Диалоговые средства пользователя включают в свой состав видеомониторы (дисплеи), реже пультовые пишущие машинки (принтеры с клавиатурой) и устройства речевого ввода-вывода информации.
Устройства ввода/вывода (input-output devices) – основной инструмент взаимодействия человека с информационными системами. Прогресс в области информационных технологий достигается не только благодаря возрастающей скорости процессоров и емкости запоминающих устройств, но также за счет усовершенствования устройств ввода и вывода данных. Устройства ввода/вывода называются также периферийными устройствами (peripheral devices).
Устройства ввода превращают информацию в форму понятную машине, после чего компьютер может ее обрабатывать и запоминать. Устройства вывода переводят информацию с машинного представления у образа, понятные человеку
Устройства ввода данных
Классификация устройств ввода информации приведена на рис.1
Клавиатура
Клавиатура (keyboard) – традиционное устройство ввода данных в компьютер. Клавиатурами оснащенные как персональные компьютеры, так и терминалы мейнфреймов. Клавиатура современного компьютера содержит обычно 101 или 102 клавиши, разделенные на 4 блока:
- алфавитно-цифровой блок – содержит клавиши латинской и национального алфавитов, а также клавиши цифр и специальных символов;
- блок управляющих клавиш;
- блок расширенной цифровой клавиатуры;
- блок навигации.
Мышь – манипулятор, предназначенный для выбора и перемещения графических объектов по экрану монитора компьютера. Для этого используется указатель, перемещением которого по экрану управляет мышь. Мышь позволяет существенным образом сократить работу человека с клавиатурой при управлении курсором и введении команд. Особенно эффективно мышь используется при работе с графическими редакторами, издательскими системами, играми.
По принципу действия мыши делятся на:
- механические;
- оптико-механичные;
- оптические.
Сенсорные экраны (touch screens) предназначены для тех, кто не может пользоваться обычной клавиатурой. Пользователь может ввести символ или команду прикосновением пальца к определенной области экрана. В этих устройствах используются всего четыре базовых принципа – резистивный, емкостный, акустический и инфракрасный. Коротко рассмотрим каждый из них:
Резистивные сенсорные экраны Accutouch чудесно зарекомендовали себя в сфере обслуживания, в составе POS-терминалов, промышленности, медицине и транспорте. Экран реагирует на прикосновение пальцем, рукой в перчатке, ногтем или кредитной картой.
В этой конструкции экран представляет собой стеклянную или акриловую пластину, покрытую двумя токопроводящими слоями. Слои разделены незаметными для глаза прокладками, которые предохраняет от столкновения сеть вертикальных и горизонтальных проводников. В момент нажатия слои контактируют и контроллер регистрирует электрический сигнал. Координаты нажатия определяются, исходя из того, на пересечении каких проводников было зарегистрировано влияние.
Погрешность определения координат может достигать 3 миллиметров. К недостаткам технологии можно отнести снижение на 75-80% мощности светового потока, излучаемого монитором. Но это компенсируется простотой устройства, низкой ценой и малой восприимчивостью к вредным внешним влияниям.
Емкостный сенсорный экран. До прикосновения экран имеет некоторый электрический заряд. Прикосновение пальца меняет картину заряда, «оттягивая» часть заряда к точке нажатия. Датчики экрана, расположенные по всем четверым углам, следят за потоком заряда в экране, определяя, таким образом, координаты «истока» электронов.
Акустический сенсорный экран. Такие экраны построены с использованием миниатюрных пьезоэлектрических излучателей звука, не слышимого человеком. Стекло такого экрана постоянно незаметно вибрирует под влиянием излучателей, установленных в трех углах экрана. Специальные отражатели особым образом распространяют акустическую волну по всей поверхности экрана. Прикосновение к экрану меняет картину распространения акустических колебаний, что и регистрируется датчиками. По изменению характера колебаний можно вычислить координаты возмущений, внесенных нажатием на экран. Кроме этого, анализируя степень изменения колебаний, можно вычислить силу нажатия на экран. Это полезно при проектировании систем управления промышленным оборудованием, например, для плавного изменения скорости обращения двигателей и других параметров.
Инфракрасные сенсорные экраны. Для определения точки прикосновения используются две линейки светодиодов, расположенные по вертикали и горизонтали, и две линейки фотодиодов, расположенные на противоположных сторонах экрана.
Каждому светодиоду отвечает свой фотодиод. Работает такая оптическая пара таким способом. При подачи напряжения на светодиод он излучает невидимый для человека инфракрасный свет в пределах очень небольшого телесного угла, чтобы попасть на "свой" фотодиод и "не зацепить" соседние. Любое препятствие (например, палец, который затрагивает экран), частично или полностью перекрывает световой луч, который и приводит к уменьшению или прекращению электрического тока через соответствующий фотодиод. Это изменение фиксируется микроконтроллером, позволяя вычислить координаты прикосновения с высокой точностью.
Инфракрасный сенсорный экран выполнен в виде рамки, которая не имеет никаких стекол или прозрачных пленок. Поэтому изменение яркости, контраста и цветопередачи изображения, а также появление дополнительных отблесков исключено, что является несомненным преимуществом экрана.
К недостаткам можно отнести невысокую надежность (небольшим срок службы), возможные перебои в работе при попадании прямого солнечного света, самая большая стоимость. Применяются ИК-экраны в образовательных учреждениях в качестве интерактивных панелей большого размера.
Устройства автоматизированного ввода информации - устройства, которые считывают информацию из носителя, где она уже есть.
Основные виды устройств автоматизированного ввода информации – системы распознавания магнитных знаков, системы оптического распознавания символов, системы ввода информации на базе светового пера, сканеры, системы распознавания речи, сенсорные датчики и устройства видеозахвата.
Системы распознавания магнитных знаков (Magnetic Inc Character Recognition, MICR) используются в основном в банковской сфере. В нижней части обычного банковского чека находится код, нанесенный специальными магнитными чернилами. В коде содержится номер банка, номер расчетного счета и номер чека. Система считывает информацию, превращает ее в цифровую форму и передает в банк для обработки.
Системы оптического распознавания символов (Optical Character Recognition, OCR) превращают специальным чином нанесенную на носитель информацию в цифровую форму. Наиболее широко распространенные устройства этого типа – сканеры штрих-кодов (bar - code scanners), которые применяются в кассовых терминалах магазинов.
Ручные устройства распознавания информации, такие как перьевые планшеты, содержат плоский экран и световое перо, похоже на шариковую ручку. Перьевые планшеты превращают буквы и цифры, написанные пользователем на экране, в цифровую форму, и передают эти данные в компьютер для обработки.
Сканеры (scanners) превращают в цифровую форму графическую информацию (рисунки, чертежи и т.п.) и большие объемы текстовой информации. Для считывания данных в сканерах используются светочувствительные датчики разных типов типов.
Системы распознавания речи (voice inputdevices) превращают в цифровую форму произнесенные пользователем слова.
Сенсорные датчики (sensors) – это устройства для ввода в компьютер пространственной информации.
Устройства видеозахвата (video capture devices) представляют собой небольшие цифровые видеокамеры, соединенные с компьютером. Устройства видеозахват а применяются в основном в системах видеоконференций.
Устройства вывода информации
Мониторы
Мониторы (monitors) – наиболее популярные устройства отображения информации. Информация на монитор поступает из компьютера с помощью видеокарты, или из другого устройства, которое формирует видеосигнал.
Классификация мониторов по типу экрана ( по принципу действия):
- ЭПТ – на основе электронно-лучевой трубки (CRT)
- ЖК – жидкокристаллические мониторы (LCD)
- Плазмовый – на основе плазмовой панели (PDP)
- Проектор – видеопроектор и экран, размещенные отдельно или объединенные в одном корпусе ( как вариант - через зеркало или систему зеркал);
- Oled-Монитор – на технологии OLED на основе использования органических диодов, которые вырабатывают свет
- Виртуальный ретинальный монитор – технология устройств вывода, который формирует изображение непосредственно на сетчатке глаза.
- Лазерный монитор – на основе использования лазерной панели.
- двухмерный (2D) – одно изображение для обоих глаз
- трехмерный (3D) – для каждого глазу формируется отдельное изображение для получения эффекта объема.
- Соотношение сторон экрана
- Размер экрана
- Разрешение
- Глубина цвета
- Размер зерна или пикселя
- Частота обновления экрана
- Угол обзора
Принтеры (printers) выполняют печать информации на бумаге или пленке (результат, который получается при печати, называют твердой копией).
Принтеры бывают матричные (dot matrix), струйные (inkjet), лазерные (laser) и термографические (thermal transfer). К последним относятся сублимационные и твердочернильные.
Основные характеристики принтеров:
- разрешение (print resolution);
- поддержка цветной печати (color print).
Светодиодный принтер (LED printer) – параллельная области развития лазерных принтеров. Скорость работы светодиодных принтеров практически одинакова с лазерными. Весь процесс печати полностью аналогичный работе лазерного принтера. Отличие состоит в способе засветки фотоцилиндра: в светодиодном принтере для этого применяют линейку светодиодов, которая расположена вдоль всего цилиндра.
Струйный принтер – такой тип принтера, в котором изображение на носителе формируется точечным образом. В качестве рабочего элемента используется редкий краситель. Отличается высокой достоверностью передачи полутонов. Чаще всего применяется в домашних условиях из-за простоты обслуживания и эксплуатации, относительно невысокой скорости и качества печати. Для формирования изображения используется специальная матрица, которая печатает жидкими красителями. Чернила наносятся на бумагу при прохождении через нее печатающей матрицы. Цветное изображение формируется сразу при одном проходе бумаги.
Сублимационный принтер печатает на плотных поверхностях, внося специальный краситель под поверхность бумаги. Его работа основана на сублимации – переходе вещества в газообразное состояние из твердого без жидкой фазы. Оптимальное использование принтера данного типа – печать изображений на CD и DVD дисках, пластиковых картах.
Матричный принтер – аппарат, который формирует изображение ударным образом из отдельных маленьких точек. Это старейший из до сих пор используемых типов принтеров. Выпускались и цветные принтеры, которые не получили широкого использования в связи с появлением более практических цветных струйных принтеров.
Другие устройства вывода информации
Плотер
Высококачественные графические документы могут быть созданы при использовании графопостроителей (plotters). Плоттеры оснащаются набором перьев, в который входят рапидографы для рисования линий разной толщины и разного цвета. Плоттеры медленнее принтеров, зато позволяют получать документы больших размеров – чертежи, карты, схемы.
Классификация плоттеров по типу конструкции:
- Планшетный плоттер.
- Барабанный плоттер.
- Режущий плоттер.
3D-Принтер – это устройство для послойного создания трехмерных объектов на основе цифровой трехмерной модели. В качестве материала обычно используются несколько видов пластика, хотя в последнее время начинают появляться и другие материалы. Настольный 3D-Принтер выглядит как небольшой ящик с металлическими направляющими, по которым двигается рабочий элемент принтера: экструдер или лазер. Как правило, такие принтеры используются для создания разных прототипов, литейных форм и сложных деталей, которые обычным образом изготовить невозможно или крайне тяжело.
Системы синтеза человеческого голоса.
Системы синтеза человеческого голоса (voice output devices) используются в современном программном обеспечении в основном для поддержки людей с ослабленным слухом или зрением. Такая система способна проговаривать содержимое экрану, превращая текстовую информацию в человеческую речь.
