Устройства ввода текстовой и графической информации

Содержание

Введение – 2

Клавиатура – 2

Мышь – 5

Сканер – 6

Планшет – 8

Световое перо - 11

Дисководы – 14

Флеш-диски – 14

Литература - 15

Введение

Без периферийных устройств, обеспечивающих ввод текстовой и графической информации, работа компьютера невозможна. Устройства ввода обеспечивают передачу на жёсткие диски либо в оперативную память данных в двоичном коде либо в ASCII-коде текстов, схем, иллюстраций, фотографий, специальных символов.

В моей работе я не буду останавливаться на периферийных устройствах, которые позволяют вводить информацию других мультимедийных типов: аудиоинформацию (например, микрофоны), видеоинформацию (например, видеокамера) и аудиовидеоинформацию.

Клавиатура

Клавиатура – самое старое устройство ввода текстовой информации из существующих ныне.

По расположению клавиш настольные клавиатуры делятся на два основных типа, функционально ничуть не уступающие друг другу. В первом варианте функциональные клавиши располагаются в двух вертикальных рядах, а отдельных группы клавиш управления курсором нет. Всего в такой клавиатуре 84 клавиши. Этот стандарт используется в персоналках типа IBM PC, XT и AT до конца 80-х годов. Поэтому некоторые считают этот стандарт устаревшим. Однако многие профессионалы все еще предпочитают

именно такую клавиатуру. Между почем, большинство компьютеров средней и большой мощности по сей день комплектуются именно такой “устаревшей” клавиатурой.

Второй вариант клавиатуры, которую принято называть усовершенствованной, имеет 101 или 102 клавиши. Клавиатурой такого типа снабжаются сегодня почти все настольные персональные компьютеры. Профессионалы не любят эту клавиатуру из-за того, что к функциональным клавишам приходиться далеко тянуться, в самый верхний ряд клавиш через всю буквенную клавиатуру. Однако количество функциональных клавиш в усовершенствованной клавиатуре не 10, а все 12. Да и другие дополнительные удобства и усовершенствования нравятся многим пользователям. Логично выделены группы клавиш для работы с текстами и управления курсором, продублированы некоторые специальные клавиши, позволяющие более эргономично работать обеими руками. Впрочем какая клавиатура удобнее – каждый должен решать сам. Ведь поменять клавиатуру в настольном компьютере совсем нетрудно.

Другое дело портативный компьютер, в котором клавиатура обычно является встроенной частью конструкции. Клавиатуры портативных компьютеров в той или иной степени похожи на оба типа клавиатур настольных компьютеров, хотя из-за недостатка места в самих компактных моделях компьютеров типа subnotebook и palmtop конструкторы вынуждены идти на сокращения количества и размеров клавиш.

Расположение буквенных клавиш на компьютерных клавиатурах стандартно. Сегодня повсеместно применяется стандарт QWERTY - по первым шести латинским буквенным клавишам верхнего ряда. Ему соответствует

отечественный стандарт QWERTY расположения клавиш кириллицы, практически аналогичный расположению клавиш на пишущей машинке.

Стандартизация в размере и расположении клавиш нужна для того, чтобы пользователь на любой клавиатуре мог без переучивания работать “ слепым методом “. Слепой десятипальцевый метод работы является наиболее продуктивным, профессиональным и эффективным. Увы, клавиатура из-за низкой производительности пользователя оказывается сегодня самым “ узким местом “ быстродействующей вычислительной системы.

Работать с клавиатурой очень просто и наглядно. Нажмите клавишу и в компьютер перенесется код соответствующего символа. Нажатие одной или некоторой их определенной комбинации означает посылку в оперативную память одного или двух байтов информации. Чтобы каждому символу клавиатуры поставить в соответствие определенный байт информации, используют специальную таблицу кодов ASCII ( American Standart Code for Information Interchange ) – американский стандарт кодов для обмена информацией, применяемой на большинстве компьютеров. Таблица кодировки определяет взаимное соответствие изображений символов на экране дисплея с их числовыми кодами.

Заметим, что даже если название клавиш на клавиатуре совпадают, то их скэн-код все-таки различен, и поэтому в принципе это совершенно разные клавиши. Этот факт используется при написании специальных программ, определяющих реакцию процессора на нажатие определенной клавиши на клавиатуре.

После нажатия клавиши клавиатура посылает процессору сигнал прерывания и заставляет процессор приостановить свою работу и переключиться на программу обработки прерывания клавиатуры.

При этом клавиатура в своей собственной специальной памяти запоминает, какая клавиша была нажата ( обычно в памяти клавиатуры может храниться до 20 кодов нажатых клавиш, если процессор не успевает ответить на прерывание ). После передачи кода нажатой клавиши процессору эта информация из памяти клавиатуры исчезает.

Кроме нажатия клавиатура отмечает также и отпускание каждой клавиши, посылая процессору свой сигнал прерывания с соответствующим кодом. Таким образом компьютер “ знает “, держат клавишу или она уже отпущена. Это свойство используется при переходе на другой регистр. Кроме того, если клавиша нажата дольше определенного времени, обычно около половины секунды, то клавиатура генерирует повторные коды нажатия этой клавиши.

Ввод символов с клавиатуры осуществляется только в той точке экрана, где располагается курсор. Курсор представляет собой прямоугольник или черту контрастного цвета длинной в один символ.
На стандартной 101-клавишной клавиатуре в левом нижнем большом блоке клавиш белым цветом выделены так называемые алфавитно-цифровые клавиши. При нажатии на эти клавиши в компьютер вводиться алфавитно-цифровой символ. Какой именно зависит от того, установлен ли режим ввода латинских букв или русских букв, и нажата или нет клавиша SHIFT.
Замечание: название клавиши SHIFT означает ''сдвиг'' , оно унаследовано от пишущих машинок, на которых для ввода прописных(заглавных) букв требовалось сдвинуть(обычно поднять вверх) печатающий узел пишущей машинки.
Клавиша ПРОБЕЛ как и на пишущей машинке, самая большая клавиша, располагающаяся под блоком алфавитно-цифровых клавиш, применяется для ввода пробела (пустого символа).

Мышь

Компьютерная мышь широко стала применяться ещё в середине 80-х годов, и во многих случаях многократно ускоряет ввод информации, выбор нужных опций, выбор файлов и т.д., в сравнению с клавиатурой. Есть исследования, которые доказывают, что в некоторых случаях работа с мышью на 80 процентов быстрей, чем работа с клавиатурой. Хотя текстовую и графическую информацию обычно вводят с клавиатуры, мышь позволяет рисовать, чертить в специальных программах (например, в графическом редакторе Paint, программе PhotoShop и т.д.).

За свою недолгую историю стандартная мышь много раз видоизменялась и совершенствовалась. Так, являясь вначале шариковой однокнопочной, мышь уже в 90-х годах добавила себе вторую кнопку (левая стала использоваться для использования указателя мыши, правая для вызова контекстного меню и других функций), а затем и третья (средняя кнопка применяется для плавного «скольжения» по документам, а в некоторых программах, например играх, и для других целей). Шарик для фиксирования положения мыши сменился применением оптики и лазера (оптические, лазерные мыши)
В настоящее время уже выпускаются пяти- и семикнопочные мыши, а также мыши беспроводные.

Сканер

Сканер относится к автоматическим устройствам ввода графической информации. Существуют несколько типов сканеров, различающихся по способу перемещения считывающего механизма (его головки) и оригинала относительно друг друга: ручной, рулонный, планшетный, проекционный и барабанный.

Ручной сканер - самый простой тип сканера. Здесь роль привода считывающего механизма выполняет рука человека, и по характеру работы этот тип сканеров чем-то напоминает мышь. Очевидно что, насколько равномерно пользователь перемещает сканер, зависит степень искажения передаваемого в компьютер изображения. К основным достоинствам этого типа сканеров относятся небольшие габаритные размеры и сравнительно низкая цена, а недостатки вытекают из принципа конструкции. При помощи таких сканеров невозможно ввести изображение формата А4 за один проход, поскольку считывающая головка имеет малые габариты (стандартная ширина - 105 мм). Современные ручные сканеры могут обеспечивать автоматическую "склейку" изображения , то есть формируют целое изображение из отдельно вводимых его частей. В общем добиться высокого качества изображения с их помощью очень трудно, поэтому ручные сканеры можно использовать для ограниченного круга задач. Кроме того, они совершенно лишены "интеллектуальности", свойственной другим типам сканеров.

У рулонных сканеров сканирующая головка стоит на месте, а бумага перемещается относительно нее с помощью протяжного механизма (как в матричном принтере). Основное достоинство - при сравнительно невысокой цене сканера - возможность ввода документов формата А4. Однако отсканировать книгу удастся, лишь предварительно разделив ее на отдельные листы.

Этого недостатка лишены планшетные (наиболее распространенный тип) сканеры, у которых сканирующая головка перемещается относительно бумаги с помощью шагового двигателя. Первоначально использовались для сканирования непрозрачных оригиналов. Почти все модели имеют съемную крышку, что позволяет сканировать "толстые" оригиналы (журналы, книги). Дополнительно некоторые модели могут оснащаться механизмом подачи отдельных листов. В последнее время многие фирмы-лидеры в производстве планшетных сканеров стали дополнительно предлагать слайд-модуль (для сканирования прозрачных оригиналов). Слайд-модуль имеет свой расположенный сверху источник света. Такой слайд-модуль устанавливается на планшетный сканер вместо простой крышки и превращает его в универсальный.

У проекционных сканеров считывающая часть перемещается при помощи микромеханизма. Внешний вид их напоминает фотоувеличитель. Некоторые из этих сканеров не используют специального источника света, им достаточно естественного освещения. Хотя проекционные сканеры обеспечивают сканирование с высоким разрешением и качеством слайдов небольшого формата (как правило, размером не более 4 на 5 дюймов), документов, книг, добавляя способность вводить в компьютер проекции трехмерных предметов, они обладают существенным недостатком - низкой скоростью сканирования. Существуют две модификации: с горизонтальным и вертикальным расположением оптической оси считывания.

Основное отличие барабанных сканеров состоит в том, что оригинал закрепляется на прозрачном барабане, который вращается с большой скоростью. Считывающий элемент располагается максимально близко от оригинала. Данная конструкция обеспечивает наибольшее качество сканирования. Обычно в барабанные сканеры устанавливают три фотоумножителя, и сканирование осуществляется за один проход. "Младшие" модели у некоторых фирм с целью удешевления используют вместо фотоумножителя фотодиод в качестве считывающего элемента. Барабанные сканеры способны сканировать непрозрачные и прозрачные одновременно.

Типов оригиналов бывает всего два: прозрачные (негативные и позитивные слайды), которые сканируют в проходящем свете, и непрозрачные, сканируемые в отраженном свете. Непрозрачные оригиналы представляют собой либо аналоговые изображения - фотографии, либо дискретные - иллюстрации из печатных изданий.

Планшет

Планшет - это полуавтоматическое устройство ввода графической информации со свободно перемещаемым указателем координат. Планшет представляет собой некоторую ограниченную плоскость, полностью соответствующую по конфигурации рабочему полю экрана, но конструктивно с ним не связанную. Когда оператор "пишет" на поверхности планшета, положение соприкасающегося с ним контакта преобразуется в абсолютное значение координат формата экрана. Лучшие образцы планшетов обеспечивают преобразование положения пишущего устройства в координату с погрешностью 0,1%. Использование планшетов исключает необходимость наличия движущегося курсора на экране, так как изображение может воспроизводиться непосредственно в процессе рисования.

Одним из наиболее простых с точки зрения используемых физических принципов планшетов аналогового типа являются акустические, основанные на измерении времени распространения звуковой волны в твердом плоскостном звукопроводе. Так как скорость распространения акустических колебаний в твердых телах постоянна, измеренное время соответствует координате (относительно неподвижного излучателя) точки, в которой расположен приемник. Этот способ использован в кодирующем планшете, схема которого показана на рисунке.



Функцию звукопровода здесь выполняет стеклянный планшет П, к взаимно перпендикулярным торцам которого приклеены два пьезоэлектрических излучателя ПИх и ПИу. Пьезоэлектрический приемник ПП изготовлен в виде трехгранного стержня с заостренным наконечником, сечение которого является равносторонним треугольником. К каждой грани стержня приклеены идентичные пьезоэлементы. Для возбуждения акустических колебаний в звукопроводе используется генератор периодических прямоугольных импульсов Г, имеющий два независимых выхода Uх и Uу, к которым подключены соответственно излучатели ПИх и ПИу. Схема формирователя координатной метки ФКМ состоит из трех одинаковых усилителей, к выходу которых подключены пьезоэлементы приемника. Выходные напряжения усилителей суммируются, что позволяет сделать сигналы метки не зависимыми от повтора и наклона приемника относительно плоскости планшета. Время прохождения акустических волн от излучателей к приемнику измеряется схемами формирования координатных прямоугольных импульсов ФКИх и ФКИу, содержащими триггеры, устанавливаемые в положение "1" передними фронтами импульсов генератора и сбрасываемые в положение "0" импульсом координатной метки. На выходе схемы управления планшетом использован обычный преобразователь длительности импульса в код. Когда приемник прижат к поверхности планшета, ФКИх и ФКИу генерируют периодические импульсы, длительности которых tх и tу пропорциональны измеряемым координатам. Чтобы не возникла интерференция взаимно перпендикулярных волн, возбуждаемых в планшете, импульсы Uх и Uу сдвинуты на время, достаточное для полного затухания одной волны. В ряде магнитострикционных устройств используются магнитострикционные свойства материала, из которого изготовлено рабочее поле планшета. При возбуждении ультразвуковой волны внутри предварительно намагниченного магнитострикционного материала в месте прохождения фронта волны намагниченность изменяется. Это изменение напряженности магнитного поля улавливается катушкой индуктивности, расположенной в указателе координат, и преобразуется в электрический сигнал, свидетельствующий о том, что фронт ультразвуковой волны находится под катушкой. Определение координат в этих устройствах производится так же, как и в акустических,- путем измерения времени распространения фронта ультразвуковой волны от края планшета до указателя координат. Точностные характеристики рассматриваемых устройств относительно невысоки вследствие сильной зависимости скорости распространения волны от внешних факторов, в частности от температуры, давления, влажности, неизотропности структуры материала звукопровода. Важное место среди устройств ввода занимают устройства, называемые сеточными планшетами, основанные на электрическом принципе. Они делятся на контактные, и в зависимости от того, какая из составляющих электромагнитного поля участвует в формировании измерительного сигнала, эти устройства делятся на емкостные, в которых преобразуется электрическая составляющая электромагнитного поля, и индукционные, в которых преобразуется магнитная составляющая.

Световое перо

Световое перо относится к полуавтоматическим устройствам, осуществляющим непосредственный контакт с экраном, и работает по принципу временного совпадения. Пером это устройство названо условно, так как никакого воздействия на экран оно не оказывает, а само воспринимает его световое излучение. Конструктивно световое перо состоит из цилиндрического корпуса, внутри которого размещен светочувствительный элемент. На заостренном конце пера имеется отверстие, в котором закреплена линза, фокусирующая попадающий на нее свет и направляющая его на светочувствительный элемент. Последний связан с усилителями, воздействующими на пороговую схему. Все эти элементы обычно собраны в одном корпусе. Для исключения воздействия окружающего света перо включается лишь после прижатия его конца к поверхности экрана. В некоторых конструкциях пера связь с экраном осуществляется с помощью пучка оптических волокон, а светочувствительный элемент и усилители располагаются в отдельной сборке. При такой конструкции размеры и масса пера уменьшаются.

Конструкция (а) и электрическая схема (б) светового пера: 1 - соединительный кабель, 2 - транзистор, 3 - корпус, 4 - наконечник,5 - фотодиод, 6 - пружинный контакт, 7 - проводники.

При совмещении кончика пера с отображаемым на экране графическим элементом или знаком в его схеме возникает импульс в момент генерирования блоком управления дисплея именно этого элемента. Если регенерация изображения осуществляется путем циклического считывания кодов из памяти и их преобразования, как, например, в квазиграфических или функциональных дисплеях, то в момент возникновения импульса от светового пера может быть прочитан адрес ячейки автономной памяти, где записан код отмеченного пером элемента. При использовании для регенерации изображения отдельной памяти, как в дисплеях с полнографическими возможностями, по моменту возникновения импульса определяется координата точки экрана, так как ей соответствует текущее значение адреса памяти регенерации. По этому адресу программно могут быть определены коды отмеченного элемента в исходном файле. Указав пером на какой-либо элемент и определив таким образом для схемы управление его расположение в памяти, оператор нажатием функциональной клавиши выдает команду на соответствующее изменение этого элемента: стирание, сдвиг, изменение конфигурации, замену и так далее. Очевидно, что сигнал от светового пера может быть получен только при касании им точки экрана, где имеется светящееся изображение, так что определить какую-либо точку в темном месте экрана с помощью пера невозможно. Для устранения этого недостатка в дисплеях растрового типа с памятью регенерации предусматривается режим так называемого "негативного изображения", когда высвечиваются все точки формата кадра, кроме тех, через которые проведены графические образы. Осуществляется этот режим простым инвертированием импульсов модуляции, поступающих на трубку. Заметим также, что использование светового пера в принципе невозможно для графических дисплеев, построенных на базе запоминающих трубок, где свечение экрана постоянно во времени. Световое поле, действующее на перо, обычно значительно больше размера одной точки формата экрана ЭЛТ, что усложняет точное определение координат, особенно при сложных насыщенных изображениях. Поэтому процесс идентификации графического элемента обычно подтверждается каким-либо признаком. Если в процессе касания экрана перо зафиксировало точку, относящуюся к определенному графическому элементу, то блок управления дисплея должен обеспечить, например, мерцание этого элемента или изменение его яркости, что позволяет оператору судить об успешности его действия. Принцип работы светового пера в режиме позиционирования, то есть "рисования" новых графических элементов. При этом режиме схема управления дисплеем выводит на экран в некоторой точке изображение "курсора" или перекрестия. Оно используется в качестве визуальной опорной точки на экране. "Захватив" изображение курсора световым пером, оператор перемещает перо по экрану в нужном направлении. Блок управления курсором обеспечивает его движение вслед за пером. Так как текущие координаты центра курсора всегда известны, то в памяти остается множество координат точек, через которые он проходит. Существуют различные способы реализации такого слежения. Обычно курсор представляет собой набор точек, образующих вертикальный и горизонтальный отрезки, иногда это может быть небольшой светящийся круг или квадрат. Площадь курсора примерно соответствует размерам отверстия на конце светового пера. Когда это отверстие частично смещается относительно центра курсора, то лишь определенные точки перекрестия в процессе их регенерации на экране образуют через световое перо импульсы. Используя эту информацию, схема управления или программа ЭВМ перемещает курсор так, чтобы его центр совпадал с центром отверстия пера. Процесс определения рассогласования и передвижения курсора осуществляется непрерывно. При определенных условиях возможен "отрыв" светового пера от курсора. Тогда последний остается неподвижным и должен быть снова "захвачен" оператором. В процессе движения курсора могут быть реализованы различные режимы, задаваемые через функциональную клавиатуру: высвечивание точек в отдельных фиксированных курсором позициях, проведение векторов или дуг через заданные точки, непрерывное "рисование" и пр. При разработке светового пера его оптические и электрические свойства - чувствительность и быстродействие - должны быть согласованы с параметрами излучения люминофора и длительностью импульсов модуляции. Лучшие современные образцы перьев обеспечивают чувствительность к излучению мощностью в несколько микроватт на квадратный сантиметр при длительности импульсов модуляции порядка 200 нс. На чувствительность пера влияет и спектр излучения, определяемый используемым в ЭЛТ люминофором. Несмотря на значительные достижения в области разработки светочувствительных элементов, проблема использования светового пера при цветном раствором изображении и высокой разрешающей способности экрана остается до конца не решенной.

Дисководы

В работе с компьютером широко применяются многочисленные дисководы для ввода текстовой и графической информации. Это дисководы так называемых «гибких дисков», или дискет, имеющие два основных типа: 3,5 дюймовые и 5,25 дюймовые (последние уже устарели и практически не применяются); лазерные дисководы (компакт-дисков ёмкостью 650 и 700 мегабайт, DVD-дисков ёмкостью 4 гигабайта, мини-дисков диаметром 3,5 дюймов и другие).

Кроме того, используются съёмные дисководы и ZIP-дисководы.
Принцип работы лазерных дисководов основан на работе лазерного луча, который считывает информацию с диска. На дисках и дискетах может содержаться текстовая и графическая информация в самых различных форматах. Многие типы дисководов также могут записывать информацию на соответствующие диски или удалять её.
Флеш-диски (Flash)
Флеш-диски являются съёмными носителями информации. Для их чтения применяется флеш-драйв, который связан с портом USB. Флеш-драйв работает аналогично дисководам.

Литература

1. 
   IBM PC для пользователя В.Э.Фигурнов
   
2. 
   Как работать с компьютером В.Т. Пикуль.
   
3. 
   Журнал «Компьютерра»
   
4. 
   Журнал «ComputerBuild», № 10 за 2006 год
   
5. 
   Ларионов А.М., Горнец Н.Н. Периферийные устройства в вычислительных системах - Москва: Высшая школа, 1991.