Устройства ввода и вывода персональных ЭВМ
Устройства ввода и вывода (ввода/вывода) являются непременным и обязательным элементом любой ЭВМ, начиная с самой первой и заканчивая современными ПК, поскольку именно эти устройства обеспечивают взаимодействие пользователя с вычислительной системой.
С одной стороны, пользователь вводит команды или данные в компьютер через устройства ввода для их обработки, с другой стороны — вычислительная система выдает пользователю результаты своей работы посредством устройств вывода.
Все устройства ввода/вывода ПК относятся к периферийным устройствам, то есть подключаемым к микропроцессору через системную шину и соответствующие контроллеры. С развитием вычислительной техники существенное развитие получили и устройства ввода/вывода. На сегодняшний день существуют целые группы устройств (например, устройства место-указания, мультимедиа), которые обеспечивают эффективную и удобную работу пользователя.
Клавиатура относится к основным устройствам ввода и предназначена для ввода алфавитно-цифровых данных и команд управления в интерактивном режиме взаимодействия ПК и пользователя. Клавиатура — стандартное средство ПК, поэтому для реализации ее основных функций не требуется наличие специальных системных программ (драйверов). Необходимое программное обеспечение для работы с клавиатурой находится в микросхеме постоянной памяти в составе базовой системы ввода-вывода BIOS. Стандартная клавиатура включает от 101 до 104 клавиш, размещенных по стандарту QWERTY (в верхнем левом углу алфавитной части клавиатуры находятся клавиши Q, W, E, R, Т, Y).
|
|
|
Клавиши клавиатуры разбиты на несколько функциональных групп:
• алфавитно-цифровые;
• функциональные;
• управления курсором;
• служебные;
• клавиши дополнительной панели.
Алфавитно-цифровые клавиши (русские и латинские символы, цифры, специальные символы) — используются для ввода знаковой (символы алфавита) информации и команд, которые набираются по буквам, при этом каждая клавиша может работать в двух режимах (регистрах). Переключение между нижним регистром (ввод маленьких символов) и верхним регистром (ввод больших символов) осуществляется при нажатии клавиши <Shift> (нефиксированное переключение) или с помощью клавиши <Caps Lock> (фиксированное переключение).
Группа функциональных клавиш включает двенадцать клавиш с обозначением Fl — F12, расположенных в верхней части клавиатуры. Функции этих клавиш зависят от работающей в текущий момент времени программы, а в некоторых случаях и от операционной системы. По умолчанию функциональная клавиша F1 используется для вызова справки.
|
|
|
Клавиши управления курсором подают команды на передвижение курсора по экрану монитора относительно текущего изображения. Курсором называется экранный элемент, указывающий на место ввода знаковой информации. К этой группе, помимо указанных клавиш, относятся клавиши <Page Up> и <Page Down>, прокручивающие текст на страницу вверх или вниз, соответственно, а также клавиши <Ноте> и <Fnd>, устанавливающие курсор на начало и конец строки соответственно.
Служебные клавиши используются для разных вспомогательных целей, таких как изменение регистра, режимов вставки, образование комбинаций «горячих» клавиш и т.д. К этой группе относятся такие клавиши, как <Shift>, <Enter>, <CtrI>, <Alt>, <Esc>, <Del>, <Ins>, <BackSpace> и др.
Группа клавиш дополнительной панели дублирует действие цифровых клавиш, клавиш управления курсором и некоторых служебных клавиш. Основное назначение — ввод чисел, поэтому клавиши размещены в порядке, удобном для такой работы. Переход в режим дублирования клавиш управления курсором, и наоборот, осуществляется нажатием на клавишу <Num Lock>. Кроме этого, клавиши дополнительной панели используются для ввода символов, имеющих расширенный код ASCII, но не имеющих соответствующей клавишей на клавиатуре.
|
|
|
Сигналы клавиатуры обрабатываются на трех уровнях: физическом, логическом и функциональном. На физическом уровне осуществляется кодирование порядковых номеров клавиш (коды кодирования, скан-коды). На логическом уровне происходит трансляция скан-кода в код ASCII. На функциональном уровне обеспечивается «программирование» клавиш, то есть присваивание отдельным клавишам последовательности символов.
Настройка клавиатуры на пользовательском уровне включает:
• установку скорости повтора автоматически вводимых символов;
• изменение скорости мерцания курсора;
• настройку языка, раскладки клавиатуры и режимов переключения.
Группа устройств местоуказания (позиционирования) предназначена для ввода координат в компьютер.
Ручной манипулятор «мышь» — наиболее распространенный манипулятор, позволяющий перемещать указатель (курсор мыши) по экрану дисплея и указывать им на определенные объекты на экране (то есть вводить в компьютер координаты выбранной точки на экране). Наиболее простые — механические мыши, в основании которых имеется шарик, вращающийся при перемещении мыши по ровной поверхности. Более дорогой и сложной, но более точной и надежной является оптическая мышь, перемещающаяся на планшете, покрытом сеткой линий (отражающих или поглощающих свет). В отличие от клавиатуры, мышь не является стандартным устройством управления, поэтому для работы с ней требуется наличие специальной системной программы — драйвера. Драйвер манипулятора устанавливается при его подключении или при загрузке операционной системы. Разные модели манипуляторов для IBM PC могут иметь две или три кнопки. Как правило, активно используется левая кнопка, правая — вспомогательная. В последнее время появились мыши, использующие вместо средней кнопки колесо (мыши NET Scroll). Характерной тенденцией является замена традиционных манипуляторов, подключаемых через интерфейс PS/2, на беспроводные манипуляторы, подключаемые через инфракрасный порт.
|
|
|
Настраиваемыми параметрами мыши на уровне пользователя являются чувствительность (характеризует величину перемещения курсора мышки по экрану при заданном перемещении мышки) функции левой и правой клавиш, а также чувствительность к двойному нажатию кнопок (определяет максимальный промежуток времени, на протяжении которого два отдельных клика клавиши рассматриваются как один двойной клик).
Трекбол— принцип работы аналогичен мыши, но в отличие от нее устанавливается стационарно. Шарик трекбола, как правило, встраивается в клавиатуру и приводится в движение ладонью руки. Трекбол обычно используют в портативных компьютерах-ноутбуках, поскольку он не нуждается в гладкой рабочей поверхности.
Джойстик — манипулятор, выполняемый в виде рычажка (ручки) на массивном основании. Управляющие сигналы вырабатываются движениями ручки и нажатием кнопок (подобных кнопка мыши.), расположенных на ней. Джойстики чаще всего используют для управления объектами в компьютерных играх.
Графический планшет (дигитайзер — от английского digitizer — оцифровыватель) — планшет, покрытый сеткой пьезоэлементов — элементов, вырабатывающих электрический ток при механическом воздействии. Дигитайзеры, как правило, используются для ввода карт или планов в ЭВМ. Для этого на графическом планшете размещается лист с изображением и надавливанием по контуру изображения, в компьютер вводятся координаты точек.
Световым пером также указываются координаты определенной точки, но непосредственно на экране дисплея. На конце светового пера размещается фотоэлемент, которым при наведении на экран фиксируется момент попадания на него электронного луча, формирующего изображение. На основе этого вычисляются координаты точки, к которой поднесено световое перо в данный момент времени.
Устройства ввода мультимедиа не находили широкого применения до тех пор, пока производительность ПК не позволяла хранить, обрабатывать и воспроизводить графику, звук и видео. Одними из первых устройств ввода были сканеры и микрофоны. Впоследствии с увеличением производительности ПК стало возможным подключать к ПК веб-камеры, цифровые фотокамеры и другие устройства мультимедиа.
Из всех устройств данной группы рассмотрим только сканер, поскольку все остальные устройства, за исключением веб-камеры, предназначены не только (и не столько) для ввода информации в ПК, а имеют самостоятельное предназначение.
Важно заметить, что все данные, вводимые в память ПК, запоминаются и хранятся в цифровом виде, поэтому применение некоторых устройств ввода (микрофон, магнитофон, видеокамера) возможно только при наличии специальных адаптеров, оцифровывающих входные аналоговые данные. Примером является микрофон, звуковые сигналы с которого оцифровываются звуковой картой.
Сканер — это устройство оптического ввода, предназначенное для ввода в ПК черно-белых или цветных изображений, а также для считывания текста с бумажного носителя для последующей обработки.
Сканированные оригиналы оцифровываются и после ввода в ПК обрабатываются с помощью специального программного обеспечения (например, для распознавания текста — программа FineReader) и сохраняются в виде текстового или графического файла.
При сканировании объект освещается ксеноновой лампой и проецируется посредством набора линз на специальную светочувствительную матрицу, которая вырабатывает аналоговый сигнал в зависимости от интенсивности отображения сканируемого объекта. Аналоговый сигнал преобразовывается в цифровой и передается в память ПК.
Существует два способа сканирования: перемещение листа относительно неподвижной светочувствительной матрицы или перемещение светочувствительного элемента при неподвижном листе.
В зависимости от этого сканеры подразделяются на планшетные, ручные, барабанные.
В планшетных сканерах оригинал помещается на стекло, под которым перемещается оптико-электронное считывающее устройство.
В барабанных сканерах оригинал протягивается барабаном мимо неподвижного считывающего устройства. Барабанные сканеры не позволяют сканировать книги, переплетенные брошюры и т. п.
Ручной сканер плавно перемещается вручную по поверхности оригинала.
Основными характеристиками сканеров являются разрешающая способность, глубина цвета и максимальный размер сканируемого оригинала.
Разрешающая способность. Сканер воспринимает любой объект как набор отдельных точек (пикселов). Плотность пикселов (количество на единицу площади) называется разрешающей способностью сканера и измеряется в dpi (точек на дюйм). Пиксели располагаются строками, образовывая изображение.
Качество сканирования зависит от оптической разрешающей способности (определяется количеством светочувствительных элементов матрицы на дюйм) и механической разрешающей способности (определяется дискретностью движения светочувствительного элемента или системы зеркал относительно листа).
Глубина представления цветов. При преобразовании оригинала в цифровую форму сохраняются данные о каждом пикселе изображения. Черно-белые сканеры определяют наличие или отсутствие цвета.
Современные цветные сканеры поддерживают глубину цвета до 32 разрядов (то есть цвет одного пикселя кодируется 32-разрядным двоичным словом) при разрешающей способности 1200 dpi.
Область сканирования. Определяется типом сканера и для ручных сканеров составляет до 105 мм, а для барабанных и планшетных — до А4 и более.
К основным устройствам вывода относятся монитор и принтер.
Монитор (дисплей) — также как и клавиатура является обязательным элементом ПК, предназначенным для вывода на экран текстовой и графической информации. Соответственно монитор может работать в двух режимах: текстовом и графическом. В текстовом режиме экран разбивается на знакоместа, на каждое из которых выводится один из 256 символов таблицы стандарта ASCII. В графическом режиме на экран выводятся изображения по пикселям.
По принципу формирования изображения наиболее распространенными являются мониторы на электронно-лучевой трубке — CRT (Cathode-Ray Tube) — мониторы и жидкокристаллические мониторы на тонкоплёночных транзисторах — TFT-LCD (Thin-Film Transistor Liquid-Crystal Display) мониторы.
Монитор с электронно-лучевой трубкой подобен телевизору и включает электронно-лучевую трубку, блок питания и блок управления лучом.
Электронно-лучевая трубка представляет собой электронно-вакуумное устройство в виде стеклянной колбы, в горловине которой находится электронная трубка. Изображение на экране монитора формируется из множества расположенных рядами светящихся точек пикселей. Точки высвечиваются в результате удара электронного луча о внутреннюю поверхность экрана, на которую нанесен фосфоресцирующий состав — люминоформ (в цветных мониторах люминофорные триады с красным, зеленым и синим излучением, из комбинации которых формируется требуемый цвет). Электронный луч, управляемый системой отклонения, обегает экран строку за строкой слева направо, сверху вниз, причем делает это десятки раз в секунду, благодаря чему изображение устойчиво для человеческого глаза.
В основе LCD-мониторов лежит технология формирования изображения с помощью жидких кристаллов.
Жидкие кристаллы представляют собой молекулы, которые могут перетекать как жидкость. Эти молекулы пропускают свет, но под действием электрического заряда изменяют ориентацию.
Монитор на жидких кристаллах отличается безбликовым плоским экраном и более низкой мощностью потребляемой энергии по сравнению с CRT-монитором.
Выводом изображения на экран монитора управляет специальное устройство — видеоадаптер (видеокарта). Вместе с монитором видеокарта образует видеоподсистему ПК. В первых компьютерах видеокарты не было. В оперативной памяти существовал экранный участок памяти, куда процессор заносил данные об изображении. Контроллер экрана считывал данные о яркости отдельных точек экрана из ячеек" памяти и управлял разверткой горизонтального луча электронной пушки монитора.
При переходе от монохромных мониторов к цветным и с увеличением разрешающей способности экрана участка видеопамяти стало недостаточно для хранения графических данных, а процессор не успевал обрабатывать изображения. Именно поэтому возникла необходимость появления в составе аппаратных средств ПК — видеоадаптера.
Видеоадаптер представляет собой плату расширения, которую вставляют в определенный слот материнской платы (в современных ПК это слот AGP или PCI). Видеоадаптер полностью управляет выводом изображения на экран монитора. Для этого он оснащен видеопамятью и собственным процессором. Монитор как периферийное устройство подключается к системной шине ПК через один из разъемов видеоадаптера.
Сформированное изображение до вывода на экран хранится в видеопамяти видеоадаптера. Требуемый объем видеопамяти зависит от заданной разрешающей способности и палитры цветов, поэтому для работы в режимах с высокой разрешающей способностью и полноцветной гаммой нужно как можно больше видеопамяти.
Разрешающая способность — определяется количеством пикселей по горизонтали и вертикали, например, 640x480, 800x600, 1024x768 и т. д. Соотношение количества пикселей по горизонтали и вертикали отражает соотношение геометрических размеров экрана монитора 4:3.
Палитра цветов — это множество цветов, которые способна отображать видеосистема, определяется количеством бит двоичного слова, которое используется для кодировки одного оттенка цвета. В монохромных мониторах 1 бит и соответственно два цвета — черный и белый. В цветных мониторах — от 4 до 32 бит:
4 бита — 24 = 16 цветов;
8 бит - 28 = 256 цветов;
16 бит - 216 = 65536 цветов;
24 бита — 224=;16,7 млн цветов;
32 бита — 232=4,3 трил цветов.
Требуемый минимальный объем видеопамяти определяется произведением количества пикселей по горизонтали на количество пикселей по вертикали (разрешающая способность) и на количество байт двоичного слова, которым кодируется палитра цветов (таблица 4.6).
Помимо разрешающей способности и палитры цветов к основным параметрам мониторов и видеоподсистемы в целом относятся размер монитора, частота кадровой развертки, параметры безопасности.
Размер монитора. Экран монитора измеряется по диагонали в дюймах. Стандартные размеры 14, 15, 17, 19, и 21 дюйм. Наиболее распространены мониторы с диагональю 15 и 17 дюймов. Для работы с графикой предпочтительны мониторы размером 19—21 дюйм.
Частота кадровой развертки показывает частоту полного обновления изображения на экране. Частота регенерации измеряется в герцах (Гц). Чем больше частота, тем менее заметно мерцание экрана и соответственно меньше усталость глаз. Минимально допустимой считается частота в 75 Гц, нормальной — 85 Гц, комфортной — 100 Гц и больше.
Таблица 4.6 - Характеристики видеоподсистем
| Тип монитора | Разрешение | Количество цветов | Размер видеопамяти |
| MDA — Monochrome Display Adapter | 720X360 | 2 | |
| CGA — Color Graphics Adapter | 640X200 | 4 | |
| EGA —Enhanced Graphics Adapter | 640X350 | 16 | 128 Кб |
| VGA — Video Graphics Adapter | 640X480 320X200 | 16,256 | 256 Кб |
| SVGA — Super Video Graphics Adapter | 640X480 800X600 1024X768 1600X1200 | 256 65000— HiColor 16,7 млн.— | 512 Кб 1Мб 2 Мб 4 Мб |
| PGA — Professional Graphics Adapter | > 16 млн. | 16 Мб 128 Мб |
Класс защиты монитора определяется стандартом, которому отвечает монитор с точки зрения требований техники безопасности.
Первые в мире обоснованные стандарты безопасности мониторов появились в Швеции. Еще в начале 80-х годов Национальный департамент стандартов Швеции совместно с Институтом расщепляющихся материалов разработали первую систему стандартов MRP I.
С 1990 года используется стандарт MRP II. В соответствии MRP II уровень электростатического поля и электромагнитных излучений на расстоянии 50 см от монитора не должен превышать порогов, которые считаются безвредными для здоровья человека. Сегодня практически все мониторы, производимые в мире, обязательно соответствуют стандарту MPR
II. В MPR II также нормированы следующие визуальные параметры: цвет фона и символов, яркость экрана и курсора, средняя яркость и ее равномерность, дрожание изображения и критическая частота мерцания, размеры и искажения символов, четкость изображения и требования к антибликовому покрытию экрана.
В 1995 и 1999 годах появились версии стандарта ТСО-95 и ТСО-99, расширенные экологическими требованиями. Кроме этого в ТСО-99 впервые было установлено обязательное требование по частоте развертки — не менее 85 Гц, а пороговые уровни излучений снижены на 10% по сравнению с ТСО- 95. На сегодняшний день стандарт ТСО-99 считается наиболее совершенным и половина выпускающихся в мире мониторов соответствует его требованиям. Дальнейшее развитие стандартов ТСО уже не связано с ужесточением требований по уровню излучений, даже в последней версии — ТСО-03.
Дата добавления: 2021-12-10; просмотров: 31; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!