Устройства ввода / вывода данных, их разновидности и основные характеристики

Дата добавления: 2014-11-24 | Просмотров: 1640

Программы для выполнения, а также данные, подлежащие обработке, должны быть загружены в оперативную память компьютера. Полученные результаты должны быть выведены в удобной для пользователя форме на экран или на печать. Для решения этих задач предназначены устройства ввода/вывода.

Компьютер принимает данные, программы или команды при помощи устройств ввода. Наиболее часто для ввода информации используются следующие устройства: клавиатура (предназначена для ввода в компьютер команд и данных в виде строк символов), мышь (координатный манипулятор), сканер (устройство для считывания графической информации), и др. Основное назначение устройств ввода – преобразование вводимой информации в цифровую форму, в двоичный код, который в соответствующем типу данных формате может быть размещен в оперативной памяти.

Устройства вывода преобразуют данные из внутреннего их представления в оперативной памяти компьютера в какую-либо форму, в которой они могут существовать вне компьютера. Наиболее распространенными устройствами вывода для ПК являются: дисплеи (мониторы), предназначенные для визуализации графической и текстовой информации на экране; принтеры – печатающие устройства, предназначенные для вывода текстовой или графической информации на бумагу; и др.

Устройства ввода информации:

Важнейшим из устройств ввода, несомненно, является клавиатура. 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.

Ряд клавиш при совместном нажатии пары из них генерируют специальный код, отличный от того, который генерируется при нажатии каждой клавиши в отдельности. Это позволяет значительно увеличить возможности клавиатуры. Вспомним, что для передачи всех возможностей при байтовой системе кодирования могло бы понадобиться 256 клавиш, чего нет ни на одной клавиатуре благодаря указанным совмещениям.

Большинство клавиатур имеют стандартные группы клавиш:

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

· служебные клавиши, перенацеливающие действия остальных (переключатели регистров, переходы с латинского шрифта на русский и другие);

· функциональные клавиши F1 – F12 (иногдаих меньше), назначение которыхзадает разработчик прикладной программы;

· дополнительные цифровые клавиши для большего удобства в работе.

Важным свойством клавиатуры, благодаря которому пользователь может работать не один час подряд, является эргономичность. Этим термином задается совокупность характеристик, определяющих удобство (в широком смысле слова) устройства. По отношению к клавиатуре это дизайн, отсутствие бликов, удобное взаиморасположение и размеры клавиш и многое другое.

В состав стандартного оснащения современного персонального компьютера входитмышь – устройство ввода и управления. Конструктивно это коробочка с выступающим внизу шариком, 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. То же делает «перевернутаямышь» – шар (trackball), который монтируется в корпус компьютера или клавиатуры.

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

Все чаще рядом с компьютером оказывается сканер – устройство для ввода с листа бумаги документов (текстов, чертежей и т.д.). Лучик света с огромной скоростью пробегаетпо листу, светочувствительными датчиками воспринимается яркость (а иногда и цветность) отраженного света и трансформируется в двоичный код. Сканеры бывают цветными и монохромными, с разной разрешающей способностью, разным размером обрабатываемых изображений, настольными и ручными. Наиболее совершенные из них весьма дороги.

Несколько слов о вводе текстов с помощью сканера. Всякую информацию сканер воспринимает как графическую. Если это текст, то чтобы компьютер осознал его в таком качестве и позволил далее обрабатывать как текст (например, программами типа «редактор текстов»), нужна специальная программа распознавания, позволяющая выделить в считанном изображении отдельные символы и сопоставить им соответствующие коды символов. Это – достаточно сложная задача, но она успешно решается.

Не так давно появилисьсредства 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.

Устройства вывода информации:

Самым популярным из устройств вывода информации являетсядисплей – устройство визуального отображения текстовой и графической информации. Дисплей относится к числу неотъемлемых принадлежностей компьютера. Есть и параллельные термины, обозначающие почти то же самое: «видеотерминал», «видеомонитор» (хотя есть и смысловые оттенки: «монитор» – устройство управлениячем-то,«терминал» – удаленное устройство доступа).

Дисплеи классифицируются по нескольким разным параметрам, отражающим их назначение в конкретной компьютерной системе и возможности. Бывают дисплеи монохромные и цветные. Монохромный дисплей производит отображение в двух цветах – черном и белом, либо зеленом и черном и т.д. Высококачественный цветной дисплей может воспроизводить десятки основных цветов и сотни оттенков.

Бывают дисплеи графические и алфавитно-цифровые (впрочем, последние, способные отображать лишь ограниченный набор основных символов используемого алфавита, почти исчезли из обычного обихода). Графический дисплей может отображать как символы, так и любое изображение, которое можно построитьизотдельных точек в пределах разрешающей способности.

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 производитсяна 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.

При выводе на экран любогоизображения, 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). Мониторы могут работать в текстовом режиме и графическом. Большинство современных систем работает в графическом режиме. В этом режиме информация на экране монитора отображается точками, количество которых по горизонтали и по вертикали называют разрешающей способностью монитора. Для алфавитно-цифрового дисплея разрешающая способность – число строк на экране и символов в каждой строке. Так, дисплей устаревшего отечественного компьютера ДВК-1 (диалоговый вычислительный комплекс) имел разрешающую способность 24х80 символов.

К примеру, в таблице 2.1 приведены характеристики цветного графического дисплея SVGA (Super Video Grapics Adapter – видеографический адаптер повышенного разрешения) в нескольких из возможных режимах работы.

Таблица 2.1 – Характеристики SVGA-монитора

В настоящее время выпускают плазменные дисплеи. 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).

На экране монитора отображается изображение, формируемое процессором в видеобуфере (видеопамяти). Видеопамять размещается на видеокарте. Видеокарта – это контроллер монитора, через который происходит вывод изображения на монитор. Видеокарта обычно вставляется в AGP-слот (или один из слотов PCI) на материнской плате. В современных видеокартах минимальное количество видеопамяти составляет 4 Мб. При таком объеме видеопамяти для монитора с диагональю 17 дюймов оптимален видеорежим 1280´1024 при использовании цветовой палитры High Color.

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. 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. Качество печати текста определяется не только шрифтом и классом принтера, но и числом точек, из которых формируется символ. Наиболее быстрый режим с минимально возможным числом точек и весьма невысоким качеством печати – режим черновой печати (draft); наиболее высококачественный – режим SLQ (Super Letter Quality). На одном и том же принтере соотношение скоростей печати в разных режимах может достигать 1:10.

Чаще на рабочих местах пользователей персональных компьютеров используются 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. Струйные принтеры могут быть цветными, они смешивают на бумаге красители, порознь распыляемые разными соплами.

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

Существуют и принтеры, работающие на других физических принципах, но по распространенности они значительно уступают тем, которые обсуждались выше.

К принтерам близки по назначению плоттеры – специализированные устройства для вывода на бумагу чертежей и рисунков. Рисунок исполняется специальным пером, управляемым электронным блоком; для цветного плоттера необходимо несколько перьев. Плоттер необходим как часть АРМа проектировщика, инженера-конструктора, архитектора. В силу специализированности и высокой стоимости плоттеры не являются устройствами массового распространения.

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.