Пристрої введення і виведення

ПРИСТРОЇ  ВВЕДЕННЯ І ВИВЕДЕННЯ інформації

Процес взаємодії  користувача з персональним комп'ютером (ПК) неодмінно включає процедури  введення вхідних даних та отримання  результатів обробки ПК цих даних. Тому обов'язковою частиною типової  конфігурації ПК є різноманітні пристрої введення-виведення, серед яких можна виділити стандартні пристрої, без яких сучасний процес діалогу взагалі неможливий, та периферійні, тобто додаткові. До стандартних пристроїв введення-виведення відносяться монітор, клавіатура та маніпулятор "миша".

Монітор  

У перших комп'ютерах моніторів не було. Користувачі мали набір світлодіодів, що блимали і роздрук результатів на принтері. З розвитком комп'ютерної техніки з'явились монітори і зараз вони є необхідною частиною базової конфігурації персонального комп'ютера.  

Монітор (дисплей) - це стандартний пристрій виведення, призначений  для візуального відображення текстових та графічних даних. В залежності від принципу дії, монітори поділяються на:

монітори з електронно-променевою трубкою;

дисплеї на рідких кристалах.

Монітор з електронно-променевою трубкою 

 Є подібним  до телевізора. Електронно-променева  трубка являє собою електронно-вакуумний  пристрій у вигляді скляної  колби, в горловині якої знаходиться електронна трубка, на дні - екран із шаром люмінофора. При нагріванні, електронна пушка випромінює потік електронів, які з високою швидкістю рухаються до екрана. Потік електронів (електронний промінь) проходить скрізь фокусуючу та нахиляючу котушку, що скеровують його у певну точку люмінофорного покриття екрану. Під дією електронів, люмінофор випромінює світло, яке бачить користувач. Люмінофор характеризується часом випромінювання післядії електронного потоку. Електронний промінь рухається досить швидко, розкреслюючи екран рядками зліва направо та зверху вниз. Під час розгортки, тобто пересування по екрану, промінь впливає на ті елементарні ділянки люмінофорного покриття, де має з'явитись зображення. Інтенсивність променя постійно змінюється, що обумовлює випромінювання відповідних ділянок екрана. Оскільки, випромінювання зникає дуже швидко, електронний промінь повинен неперервно пробігати по екрану, відновлюючи його.  

Час випромінювання та частота поновлення зображення мають  відповідати один одному. Переважно, частота вертикальної розгортки  дорівнює 70-85 Гц, тобто зображення на екрані поновлюється 70-85 разів у секунду. Зниження частоти відновлення обумовлює блимання зображення, що втомлює очі. Відповідно, підвищення частоти оновлення приводить до розмивання або подвоєння контурів зображення. Монітори можуть мати як фіксовану частоту розгортки, так і різні частоти у деякому діапазоні.  

Існує два режими розгортки: Interlaced (черезрядкова) та Non Interlaced (порядкова). Переважно, використовують порядкову розгортку. Промінь сканує екран порядково зверху вниз, формуючи зображення за один прохід. У режимі черезрядкової розгортки, промінь сканує екран зверху вниз, але за два проходи: спочатку непарні рядки, потім парні. Прохід при черезрядковій розгортці займає вдвічі менше часу, ніж формування повного кадру в режимі порядкової розгортки. Тому час для оновлення для двох режимів однаковий.  

Екрани для моніторів  з електронно-променевою трубкою  є випуклі та плоскі. Стандартний  монітор - випуклий. В деяких моделях  використовують технологію Trinitron, в якій поверхня екрана має невелику кривину по горизонталі, по вертикалі екран абсолютно плоский. На такому екрані спостерігається менше бліків і покращена якість зображення. Єдиним недоліком можна вважати високу ціну.

Дисплеї на рідких кристалах (Liquid Crystal Display - LCD) 

У дисплеях на рідких кристалах безбліковий плоский екран і низька потужність споживання електричної енергії (5 Вт, у порівнянні монітор з електронно-променевою трубкою споживає 100 Вт).  

Існує три види дисплеїв на рідких кристалах:

 монохромний з  пасивною матрицею;

кольоровий з пасивною матрицею;

кольоровий з активною матрицею.  

У дисплеях на рідких кристалах поляризаційний фільтр створює дві різні світлові хвилі. Світлова хвиля проходить скрізь рідкокристалічну комірку. Кожен колір має свою комірку. Рідкі кристали являють собою молекули, що можуть перетікати як рідина. Ця речовина пропускає світло, але під дією електричного заряду, молекули змінюють свою орієнтацію.  

У дисплеях на рідких кристалах із пасивною матрицею кожною коміркою керує електричний заряд (напруга), який передається скрізь транзисторну схему у відповідності з розташуванням комірок у рядках і стовпцях матриці екрана. Комірка реагує на імпульс напруги, що надходить.  

У дисплеях з активною матрицею кожна комірка керується окремим транзисторним ключем. Це забезпечує вищу яскравість зображення ніж у дисплеях із пасивною матрицею, оскільки кожна комірка знаходиться під дією постійного, а не імпульсного електричного поля. Відповідно, активна матриця споживає більше енергії. Крім того, наявність окремого транзисторного ключа для кожної комірки ускладнює виробництво, що у свою чергу збільшує їх ціну.

Монохромні та кольорові  монітори 

 По набору відтінків  кольорів, що відображаються, монітори  поділяються на кольорові та  чорно-білі (монохромні). Монохромні  монітори дешевше, але не підходять для роботи з операційною системою Windows. У кольорових моніторах використовують складніші методи формування зображення. У монохромних електронно-променевих трубках існує одна електронна пушка, у кольорових - три. Екран монохромної електронно-променевої трубки покритий люмінофором одного кольору (з жовтим, білим або зеленим випромінюванням). Екран кольорової електронно-променевої трубки складається з люмінофорних тріад (із червоним, зеленим та синім випромінюванням). Комбінації трьох кольорів надає безліч вихідних відтінків.

Основні параметри  моніторів 

З точки зору користувача, основними характеристиками монітора є розмір по діагоналі, роздільна здатність, частота регенерації (обновлення) та клас захисту.

Розмір монітора. Екран монітора вимірюється по діагоналі у дюймах. Розміри коливаються від 9 дюймів (23 см) до 42 дюймів (106 см). Чим більший екран, тим дорожчий монітор. Найпоширеними є розміри 14, 15, 17, 19 та 21 дюйми. Монітори великого розміру краще використовувати длянастільних видавничих систем та графічних робіт, в яких потрібно бачити всі деталі зображення. Оптимальними для масового використання є 15- та 17-дюймові монітори.

Роздільна здатність. У графічному режимі роботи зображення на екрані монітора складається з  точок (пікселів). Кількість точок по горизонталі та вертикалі, які монітор здатний відтворити чітко й роздільно називається його роздільною здатністю. Вираз "роздільна здатність 800х600" означає, що монітор може виводити 600 горизонтальних рядків по 800 точок у кожному. Стандартними є такі режими роздільної здатності: 640х480, 800х600, 1024х768, 1152х864. Ця властивість монітора визначається розміром точки (зерна) екрана. Розмір зерна екрана сучасних моніторів не перевищує 0,28 мм. Чим більша роздільна здатність, тим краща якість зображення. Якість зображення також пов'язана з розміром екрана. Так, для задовільної якості зображення в режимі 800х600 на 15-дюймовому моніторі можна обмежитися розміром зерна 0,28 мм, для 14-дюймового монітора з тим самим розміром зерна в тому самому відеорежимі якість дрібних деталей зображення буде трохи гірша.

Частота регенерації. Цей параметр також називається  частотою кадрової розгортки. Він показує скільки разівза секунду монітор може повністю обновити зображення на екрані. Частота регенерації вимірюється в герцах (Гц). Чим більша частота, тим менша втома очей і тим довше часу можна працювати неперервно. Сьогодні мінімально допустимою вважається частота в 75 Гц, нормальною - 85 Гц, комфортною - 100 Гц і більше. Цей параметр залежить також від характеристик відеоадаптера.  

Клас захисту монітора визначається стандартом, якому відповідає монітор із точки зору вимог техніки  безпеки. Зараз загальноприйнятими вважаються міжнародні стандарти TCO-92, TCO-95 і ТСО-99, які обмежують рівні електромагнітного випромінювання, ергонометричні та екологічні норми, межами, безпечними для здоров'я людини.

Відеоадаптер  

Роботою монітора керує  спеціальна плата, яка називається відеоадаптером (відеокартою). Разом із монітором відеокарта створює відеопідсистему персонального комп'ютера. У перших комп'ютерах відеокарти не було. В оперативній пам'яті існувала екранна ділянка пам'яті, в яку процесор заносив дані про зображення. Контролер екрана зчитував дані про яскравість окремих точок екрана з комірок пам'яті і керував розгорткою горизонтального променя електронної пушки монітора.  

При переході від монохромних моніторів до кольорових і із збільшенням роздільної здатності екрана, ділянки відеопам'яті стало недостатньо для збереження графічних даних, а процесор не встигав обробляти зображення. Всі операції, що пов'язані з керуванням екрану були відокремлені в окремий блок - відеоадаптер.  

Відеоадаптер має  вигляд окремої плати розширення, яка вставляється у певний слот материнської плати (у сучасних ПК це є слот AGP). Відеоадаптер виконує функції відеоконтролера, відеопроцесора та відеопам'яті. За час існування ПК змінилося декілька стандартів відеоадаптерів: MDA (Monochrom Display Adapter) -монохромний, CGA(Color Graphics Adapter) - 4 кольори, EGA(Enchanced Graphics Adapter) -16 кольорів, VGA (Video Graphics Array) - 256 кольорів, SVGA(Super VGA) - до 16,7 млн. кольорів. На ці стандарти розраховані всі програми, призначені для IBM-сумісних комп'ютерів.  

Сформоване графічне зображення зберігається у внутрішній пам'яті відеоадаптера, яка називається  відеопам'яттю. Необхідна ємність відеопам'яті залежить від заданої роздільної здатності та палітри кольорів, тому для роботи в режимах із високою роздільною здатністю та повноцінною кольоровою гаммою потрібно якомога більше відеопам'яті. Якщо ще недавно типовими були відеоадаптери з 2-4 Мбайт відеопам'яті, то вже сьогодні нормальним вважається ємність в 16-32 Мбайт. Більшість сучасних відеокарт володіє можливістю розширення об'єму відеопам'яті до 64 Мбайт, а також властивістю, так званої, відеоакселерації. Суть цієї властивості полягає в тому, що частина операцій з побудови зображення може відбуватися без виконання математичних обчислень в основному процесорі, а чисто апаратним шляхом - перетворенням даних у спеціальних мікросхемах відеоакселератора. Відеоакселератори можуть входити до складу відеоадаптера, а можуть поставлятися у вигляді окремої плати розширення, що встановлюється на материнській платі і під'єднується до відеокарти. Розрізняють два типи відеоакселераторів: плоскої (2D) та тривимірної (3D) графіки. Перші найбільш ефективні для роботи з прикладними програмами загального призначення і оптимізовані для ОС Windows, другі орієнтовані на роботу з різними мультимедійними та розважальними програмами.

Клавіатура  

Клавіатура - це стандартний  клавішний пристрій введення, призначений для введення алфавітно-цифрових даних та команд керування. Комбінація монітора та клавіатури забезпечує найпростіший інтерфейс користувача: за допомогою клавіатури керують комп'ютерною системою, а за допомогою монітора отримують результат.  

Клавіатура відноситься  до стандартних засобів ПК, тому для реалізації її основних функцій не вимагається наявність спеціальних системних програм (драйверів). Необхідне програмне забезпечення для початку роботи з клавіатурою знаходиться в мікросхемі постійної пам'яті у складі базової системи введення-виведення BIOS. Саме тому ПК реагує на натиснення клавіш на клавіатурі відразу після включення. Клавіатура стаціонарного ПК, як правило, - це самостійний конструктивний блок, а в портативних ПК вона входить доскладу корпуса.  

Клавіатури мають  по 101-104 клавіші, розміщені за стандартом QWERTY (у верхньому лівому кутку літерної частини клавіатури знаходяться клавіші Q, W, E, R, T, Y). Відрізняються вони лише незначними варіаціями розташування й форми службових клавішів, а також особли-востями, зумовленими мовою, що використовується. Усю сукупність клавішів клавіатури розбито на декілька функціональних груп:

 алфавітно-цифрові; 

функціональні;

керування курсором;

службові;

клавіші додаткової панелі.  

Основне призначення  алфавітно-цифрових клавіш - введення знакової інформації і команд, які  набираються по буквах. Кожна клавіша може працювати у двох режимах (регістрах) і, відповідно, може використовуватися для введення декількох символів. Переключення між нижнім регістром (ввід малих символів) і верхнім регістром (ввід великих символів) здійснюється при натисненні клавіші <SHIFT> (нефіксоване переключення) або за допомогою клавіші <CAPS LOCK> (фіксоване переключення).  

Група функціональних клавіш включає дванадцять клавіш, позначених від F1 до F12, і розташованих у верхній частині клавіатури. Функції цих клавіш залежать від конкретної, працюючої у даний момент часу програми, а в деяких випадках і від операційної системи. Жорсткого закріпленого значення клавішів немає. 

Клавіші керування  курсором подають команди на пересування  курсору по екрану монітора відносно поточного зображення. Курсором називається  екранний елемент, що вказує на місце  введення знакової інформації. Ці клавіші дозволяють керувати позицією введення даних. Конкретне значення клавіш керування курсором може залежати від програми. Проте найчастіше клавіші зі стрілками служать для переміщення курсору в напрямку вказаному стрілкою або прокручування списків чи тексту по екрану, клавіші <Page Up> і <Page Down> прокручують текст відразу на сторінку вгору або вниз, відповідно, клавіша <Home> встановлює курсор на початок рядка, а клавіша <End> - на кінець.