Устройства ввода информации

Содержание

Введение

Устройствами ввода  являются те устройства, по средствам которых можно ввести информацию в компьютер. Главное их предназначение — реализовывать воздействие на машину. Разнообразие выпускаемых устройств ввода породили целые технологии от осязаемых до голосовых. Хотя они работают по различным принципам, но предназначаются для реализации одной задачи — позволить человеку связаться с компьютером. Устройства ввода графической информации находят широкое распространение благодаря компактности и наглядности способа представления информации для человека. По степени автоматизации поиска и выделения элементов изображения устройства ввода графической информации делятся на два больших класса: автоматические и полуавтоматические. В полуавтоматических устройствах ввода графической информации функции поиска и выделения элементов изображения возлагаются на человека, а преобразование координат считываемых точек выполняется автоматически. В полуавтоматических устройствах процесс поиска и выделения элементов изображения осуществляется без участия человека. Эти устройства строятся либо по принципу сканирования всего изображения с последующей его обработкой и переводом из растровой формы представления в векторную, либо по принципу слежения за линией, обеспечивающей считывание графической информации, представленной в виде графиков, диаграмм, контурных изображений. Основными областями применения устройств ввода графической информации являются системы автоматизированного проектирования, обработки изображений, обучения, управление процессами, мультипликации и многие другие. К этим устройствам относятся сканеры, кодирующие планшеты (дигитайзеры), световое перо, сенсорные экраны, цифровые фотокамеры, видеокамеры, клавиатура компьютера, манипулятор "мышь" и другие.

1 Клавиатура

Трудно сказать, может  ли существовать более важное и универсальное устройство ввода информации в компьютер, чем клавиатура. Вполне возможно, в скором будущем, когда человек будет общаться со своим компьютером посредством жестов, мимики, графических образов, видеоизображений и речи, клавиатуру потеснят другие средства ввода информации. Однако сегодня, когда текст и символы как носители ценной информации еще столь важны, клавиатура обязательно входит в конфигурацию поставляемых персональных компьютеров. Компьютер без клавиатуры — это неполноценный компьютер.

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.

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

2 Мышка и другие  манипуляторы

Хотя клавиатура еще вовсе не утратила значения для общения пользователя с компьютером, другое устройство ручного ввода информации — мышка — становится все более весомой и важной. Но даже рискуя сделать из мышки слона, можно уверено утверждать, что на современном компьютере работать без мышки почти невозможно: вы тут же увязните в графическом интерфейсе Windows и многих прикладных программ, работающих с окнами, меню, иконками и диалоговыми боксами.

Управлять курсором или маркером на экране с помощью одной клавиатуры бывает чудовищно неудобно, медленно и просто нелепо, когда для этого есть специальные устройства-указатели. Мышка и трекбол, которые "по-умному" принято называть координатными манипуляторами,– это самые распространенные сегодня устройства для дистанционного управления графическими изображениями на экране. В принципе, мышка и трекбол похожи на джойстик, известный всякому, кто увлекается компьютерными играми. Набирать какие-либо команды не нужно, достаточно при работе в программе указать мышкой нужную операцию меню или иконку в окне на экране, а затем щелкнуть кнопкой. Вот и все, что требуется, а остальное сделает программа. Мышки бывают с двумя и тремя кнопками. Вообще-то практически для всех случаев жизни на мышке достаточно двух кнопок. Делом вкуса является также цвет и дизайн корпуса мышки. Выбор здесь огромный. Над этим старательно работают дизайнеры множества фирм, так что выбрать тут есть из чего. Трекбол мало чем отличается от мышки. В сущности — это та же самая мышка, но перевернутая "вверх ногами", точнее — перевернутая вверх шаром. Если мышку надо возить по столу и, катая шарик, управлять перемещением маркера на экране, то в трекболе надо просто крутить пальцами или ладонью сам шарик в разные стороны. В портативных компьютерах трекбол нередко встраивается прямо рядом с клавиатурой либо пристегивается с боку или спереди клавиатуры компьютера. Впрочем, и для настольных компьютеров выпускаются клавиатуры с "встроенным трекболом". А в самых портативных компьютерах место мышки и трекбола теперь используют крошечный пойнтер — небольшой цветной штырек, торчащий среди клавиш на клавиатуре, который, словно джойстик, можно нажимать в разные стороны. А самый последний поиск мышиной моды в портативных компьютерах — вместо пойнтера используется клавиша с буквой J. Это клавиша — или J-пойнтер — как раз и служит таким джойстиком, воспринимающим нажатия в разные стороны, а окружающие клавишу J другие буквенные клавиши выполняют роль кнопок отсутствующей мышки или трекбола.

Мышки вообще как правило более  удобны, чем трекболы, но трекболы требуют меньше свободного места на рабочем столе. И если стол завален документами, книгами, чертежами, найти свободное место для мышки порой оказывается непросто. Кстати, шарик мышки катать не по голой поверхности стола, а по специальному резиново-пластиковому коврику. Тогда мышка меньше изнашивается и загрязняется, и указывает значительно точнее, а значит — быстрее работает и меньше утомляет глаза и руки пользователя.

Помимо традиционных мышек, подключенных к компьютеру тоненьким кабелем через последовательный порт или через специальный контроллер на плате расширения, некоторыми фирмами выпускаются перспективные беспроводные мышки. Ряд фирм выпускает мышки, передающих информацию с помощью инфракрасных лучей. Есть даже миниатюрные беспроводные мышки, которые надеваются на палец, словно перстень. А швейцарская фирма Logitech, признанный мировой лидер в этой области, выпустила мышку, связанную с компьютером по радио. Впрочем, это довольно дорогие устройства, нужны далеко не каждому пользователю.

Самым изысканным эстетическим и техническим  требованиям отвечают сегодня мышки и трекболы фирм Microsoft и Logitech. Фактическим стандартом в мышиной технологии является мышка Microsoft Mouse. Мышки и трекболы всех остальных фирм ориентируются на этот стандарт.

3 Сканеры

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.

1) Считывание изображения

Несмотря на большое  многообразие, практически все они  основаны на едином принципе считывания данных. Развертка изображения по оси Y осуществляется чисто механически, по оси X картинка считывается многоэлементным фотоприемными линейками с использованием протяженного осветителя и объектива: графическое изображение равномерно освещается и отраженный световой поток попадает на фотоприемную линейку, представляющую собой рецепторное поле. Каждый фотоприемник формирует на выходе электрический сигнал, пропорциональный принятому световому потоку то соответствующего элемента изображения. Выходы элементов линейки последовательно опрашиваются. Электрический сигнал с его выхода с помощью АЦП преобразуется в двоичный код (для многоградационных графических изображений); этот код совместно с номером фотоприемника представляет описание графического элемента, он передается в ЭВМ. Число фотоприемников в линейке составляет от 2000 и выше. Кроме стандартных решений с линейкой в последнее время стали применяться комбинированные датчики протяженного типа. Каждый элемент такого датчика представляет собой сочетание фотоприемника, осветителя и элементарного оптического преобразователя. Механизмы считывания изображения базируются или на фотоумножителе, или на ПЗС. Фотоумножитель проще всего сравнить с радиолампой-фотосенсором, у которой имеются пластины катода и анода и которая конвертирует свет в электрический сигнал. Считываемая информация подается на фотоумножитель точка за точкой с помощью засвечивающего луча. ПЗС — относительно дешевый полупроводниковый элемент довольно малого размера. ПЗС так же как и умножитель конвертирует световую энергию в электрический сигнал. Набор элементарных ПЗС-элементов располагают последовательно в линию, получая линейку для считывания сразу целой строки, естественно и освещается целая строка оригинала. Цветное изображение такими сканерами считывается за три прохода (с помощью RGB-светофильтра). Многие сканеры имеют три параллельные линейки ПЗС, тогда сканирование цветных оригиналов осуществляется за один проход, так как каждая линейка считывает один из трех базовых цветов. Потенциально ПЗС-сканеры более быстродейственны чем барабанные сканеры на фотоумножителях.