5. Современный компьютер (даты и события истории компьютера, характеристики и назначение основных классов компьютеров, основные типы персональных компьютеров, гаджеты, прогнозы развития компьютера)

История компьютера (от англ. computer, от лат. computo — считаю) тесным образом связана с попытками облегчить и автоматизировать большие объемы вычислений. Даже простые арифметические операции с большими числами затруднительны для человеческого мозга. Поэтому уже в древности появилось простейшее счетное устройство — абак. В семнадцатом веке была изобретена логарифмическая линейка, облегчающая сложные математические расчеты. В 1642 Блез Паскаль сконструировал восьмиразрядный суммирующий механизм. Два столетия спустя в 1820 француз Шарль де Кольмар создал арифмометр, способный производить умножение и деление. Этот прибор прочно занял свое место на бухгалтерских столах.

Все основные идеи, которые лежат в основе работы компьютеров, были изложены еще в 1833 английским математиком Чарлзом Бэббиджем. Он разработал проект машины для выполнения научных и технических расчетов, где предугадал основные устройства современного компьютера, а также его задачи. Для ввода и вывода данных Бэббидж предлагал использовать перфокарты — листы из плотной бумаги с информацией, наносимой с помощью отверстий. В то время перфокарты уже использовались в текстильной промышленности. Управление такой машиной должно было осуществляться программным путем.

Идеи Бэббиджа стали реально воплощаться в жизнь в конце 19 века. В 1888 американский инженер Герман Холлерит сконструировал первую электромеханическую счетную машину. Эта машина, названная табулятором, могла считывать и сортировать статистические записи, закодированные на перфокартах. В 1890 изобретение Холлерита было впервые использовано в 11-й американской переписи населения. Работа, которую пятьсот сотрудников выполняли в течение семи лет, Холлерит сделал с 43 помощниками на 43 табуляторах за один месяц.

В 1896 Герман Холлерит основал фирму Computing Tabulating Recording Company, которая стала основой для будущей Интернэшнл Бизнес Мэшинс (International Business Machines Corporation, IBM) — компании, внесшей гигантский вклад в развитие мировой компьютерной техники.

Дальнейшее развитие науки и техники позволили в 1940-х годах построить первые вычислительные машины. В феврале 1944 на одном из предприятий Ай-Би-Эм (IBM) в сотрудничестве с учеными Гарвардского университета по заказу ВМС США была создана машина «Марк-1». Это был монстр весом около 35 тонн. «Марк-1» был основан на использовании электромеханических реле и оперировал десятичными числами, закодированными на перфоленте. Машина могла манипулировать числами длиной до 23 разрядов. Для перемножения двух 23-разрядных чисел ей было необходимо четыре секунды.

Но электромеханические реле работали недостаточно быстро. Поэтому уже в 1943 американцы начали разработку альтернативного варианта — вычислительной машины на основе электронных ламп. В 1946 была построена первая электронная вычислительная машина ENIAC. Ее вес составлял 30 тонн, она требовала для размещения 170 квадратных метров площади. Вместо тысяч электромеханических деталей ENIAC содержал 18 тысяч электронных ламп. Считала машина в двоичной системе и производила пять тысяч операций сложения или триста операций умножения в секунду.

Машина на электронных лампах работала существенно быстрее, но сами электронные лампы часто выходили из строя. Для их замены в 1947 американцы Джон Бардин, Уолтер Браттейн и Уильям Брэдфорд Шокли предложили использовать изобретенные ими стабильные переключающие полупроводниковые элементы —транзисторы.

Совершенствование первых образцов вычислительных машин привело в 1951 к созданию компьютера UNIVAC, предназначенного для коммерческого использования. UNIVAC стал первым серийно выпускавшимся компьютером, а его первый экземпляр был передан в Бюро переписи населения США.

С активным внедрением транзисторов в 1950-х годах связано рождение второго поколения компьютеров. Один транзистор был способен заменить 40 электронных ламп. В результате быстродействие машин возросло в 10 раз при существенном уменьшении веса и размеров. В компьютерах стали применять запоминающие устройства из магнитных сердечников, способные хранить большой объем информации.

В 1959 были изобретены интегральные микросхемы (чипы), в которых все электронные компоненты вместе с проводниками помещались внутри кремниевой пластинки. Применение чипов в компьютерах позволяет сократить пути прохождения тока при переключениях, и скорость вычислений повышается в десятки раз. Существенно уменьшаются и габариты машин. Появление чипа знаменовало собой рождение третьего поколения компьютеров.

К началу 1960-х годов компьютеры нашли широкое применение для обработки большого количества статистических данных, производства научных расчетов, решения оборонных задач, создания автоматизированных систем управления. Высокая цена, сложность и дороговизна обслуживания больших вычислительных машин ограничивали их использование во многих сферах. Однако процесс миниатюризации компьютера позволил в 1965 американской фирме Digital Equipment выпустить миникомпьютер PDP-8 ценой в 20 тысяч долларов, что сделало компьютер доступным для средних и мелких коммерческих компаний.

В 1970 сотрудник компании Intel Эдвард Хофф создал первый микропроцессор, разместив несколько интегральных микросхем на одном кремниевом кристалле. Это революционное изобретение кардинально перевернуло представление о компьютерах как о громоздких, тяжеловесных монстрах. С микропроцессом появляются микрокомпьютеры — компьютеры четвертого поколения, способные разместиться на письменном столе пользователя.

В середине 1970-х годов начинают предприниматься попытки создания персонального компьютера — вычислительной машины, предназначенной для частного пользователя. Во второй половине 1970-х годов появляются наиболее удачные образцы микрокомпьютеров американской фирмы Эпл (Apple), но широкое распространение персональные компьютеры получили с созданием в августе 1981 фирмой Ай-Би-Эм (IBM) модели микрокомпьютера IBM PC. Применение принципа открытой архитектуры, стандартизация основных компьютерных устройств и способов их соединения привели к массовому производству клонов IBM PC, широкому распространению микрокомпьютеров во всем мире.

За последние десятилетия 20 века микрокомпьютеры проделали значительный эволюционный путь, многократно увеличили свое быстродействие и объемы перерабатываемой информации, но окончательно вытеснить миникомпьютеры и большие вычислительные системы — мейнфреймы они не смогли. Более того, развитие больших вычислительных систем привело к созданию суперкомпьютера — суперпроизводительной и супердорогой машины, способной просчитывать модель ядерного взрыва или крупного землетрясения. В конце 20 века человечество вступило в стадию формирования глобальной информационной сети, которая способна объединить возможности различных компьютерных систем.

Компьютеры можно разделить на три основных класса: большие компьютеры, персональные и мини-компьютеры. Большие компьютеры позволяют выполнять множество операций, и, как правило, на них работают несколько пользователей одновременно, каждый за своим дисплеем. Такие компьютеры предназначены для выполнения сложных математических расчетов, например для расчета прогноза погоды, систем автоматизирования проектирования (САПР), решения инженерных и других задач. Мини-компьютеры предназначены для выполнения узкоспециальных задач, таких, например, как расчет подачи топлива в автомашине. Они часто называются бортовыми компьютерами, используются в автомобилях, самолетах, на заводах для управления станками и т.д.

Персональные компьютеры, как следует из названия, предназначены для индивидуального использования. Как правило, они имеют один дисплей и системный блок.

Все вычислительные машины (компьютеры) можно разделить на ряд групп и видов, объединяя их по общим признакам.

По классу выполняемых задач

Универсальные

Специализированные

По виду вычислительного процесса

Аналоговые вычислительные машины (АВМ)

Гибридные вычислительные системы (машины) (ГВМ, ГВС)

Цифровые вычислительные машины

-двоичные

-троичные

-десятичные

По виду рабочей среды

Квантовый компьютер

Механический компьютер

Пневматический компьютер

Гидравлический компьютер

Оптический компьютер

Электронный компьютер

Биологический компьютер

По назначению

Сервер

Рабочая станция

Персональный компьютер

В зависимости от размера

Мейнфрейм

Миникомпьютер (термин уже не используется)

Карманный персональный компьютер (КПК)

Ноутбук, нетбук

Нанокомпьютер

По другим признакам

Встраиваемая система

Параллельные вычислительные системы

Суперкомпьютер

Нейрокомпьютер

Биокомпьютер

Молекулярный компьютер

ДНК-компьютер

Весь спектр современных вычислительных систем можно разделить на три больших класса: миникомпьютеры и микрокомпьютеры, мейнфреймы, суперкомпьютеры. В настоящее время вычислительные системы различают прежде всего по функциональным возможностям.

Основными признаками миникомпьютеров и микрокомпьютеров является шинная организация системы, высокая стандартизация аппаратных и программных средств, ориентация на широкий круг потребителей. Микрокомпьютер, или персональный компьютер, появился в середине 1970-х годов. Его цена и размеры были во много раз меньше, чем у наиболее распространенных в то время больших вычислительных машин, и предназначен он был для одновременной работы с одним пользователем, тогда как большие компьютеры, как правило, поддерживают одновременную работу многих пользователей.

За двадцать лет развития персональные компьютеры превратились в мощные высокопроизводительные устройства по обработке самых различных видов информации, которые качественно расширили сферу применения вычислительных машин. Современные персональные компьютеры имеют практически те же характеристики, что и миникомпьютеры 1980-х годов. Мощность микрокомпьютера позволяет его использовать в качестве сервера для организации работы многих персональных компьютеров в сети.

Персональные компьютеры выпускают в стационарном (настольном) и в портативном исполнении. Стационарные микрокомпьютеры в большинстве случаев состоят из отдельного системного блока, в котором размещаются внутренние устройства и узлы, а также из отдельных внешних устройств (монитор, клавиатура, манипулятор-мышь), без которых немыслимо использование современных компьютеров. При необходимости к системному блоку микрокомпьютера могут подсоединяться дополнительные внешние устройства (принтер, сканер, акустические системы, джойстик).

Портативные персональные компьютеры известны прежде всего в блокнотном (ноутбук) исполнении. В ноутбуке все внешние и внутренние устройства соединены в одном корпусе. Так же как и к стационарному микрокомпьютеру, к ноутбуку могут быть подсоединены дополнительные внешние устройства.

Различают также IBM PC-совместимые микрокомпьютеры (читается Ай-Би-Эм Пи-Си) и IBM PC-несовместимые микрокомпьютеры. В конце 1990-х годов IBM PC-совместимые микрокомпьютеры составляли более девяноста процентов мирового компьютерного парка. IBM PC был создан американской фирмой Ай-Би-Эм (IBM) в августе 1981; при его создании был применен принцип открытой архитектуры, который означает применение в конструкции при сборке компьютера готовых блоков и устройств, а также стандартизацию способов соединения компьютерных устройств.

Принцип открытой архитектуры способствовал широкому распространению IBM PC-совместимых микрокомпьютеров-клонов. Их сборкой занялось множество фирм, которые в условиях свободной конкуренции смогли снизить в несколько раз цену на микрокомпьютеры, энергично внедряли в производство новейшие технические достижения. Пользователи, в свою очередь, получили возможность самостоятельно модернизировать свои микрокомпьютеры и оснащать их дополнительными устройствами сотен производителей.

Единственный из IBM PC-несовместимых микрокомпьютеров, получивший относительно широкое распространение, — компьютер Макинтош (Macintosh). Начиная с 1980-х годов микрокомпьютеры Макинтош американской фирмы Эпл (Apple) составляли достойную конкуренцию IBM PC-совместимым микрокомпьютерам, так как, несмотря на свою дороговизну, они обеспечивали пользователю наглядный графический интерфейс, были значительно проще в эксплуатации и обладали большими возможностями. Начиная с 1990-х годов разница между возможностями Макинтошей и IBM PC все более нивелируется. Последние были оснащены операционными системами с графическим интерфейсом (Windows, OS/2), многочисленными рассчитанными на них прикладными программами. В настоящее время Макинтоши удерживают лидирующие позиции лишь на рынке настольных издательских систем.

Во второй половине 1990-х годов в связи с бурным развитием глобальных компьютерных сетей появляется новый тип персонального компьютера — сетевой компьютер, который предназначен только для работы в компьютерной сети. Сетевому компьютеру не нужны собственная дисковая память, дисководы. Операционную систему, программы и информацию он будет черпать в сети. Предполагается, что сетевые компьютеры будут значительно дешевле настольных персональных компьютеров и постепенно заменят их в фирмах, работающих со специализированными приложениями (телефонная связь, бронирование билетов), и в образовательных учреждениях.

Отдельным видом микрокомпьютера считаются карманные компьютеры (электронные органайзеры, или палмтопы), небольшие устройства весом до 500 граммов и умещающиеся на кисти одной руки. Большинство палмтопов не являлись IBM PC-совместимыми микрокомпьютерами. Лишь в конце 1990-х годов появились карманные компьютеры с операционными системами, позволяющими вести обмен информацией с другими типами компьютеров, подключать палмтопы к глобальным компьютерным сетям. В карманных компьютерах нет ни жесткого диска, ни дисководов. Некоторые из них имеют миниатюрную клавиатуру, но есть модели и без клавиатуры — управление их работой осуществляется нажатиями или рисованием специальным пером прямо по экрану. Наиболее распространены карманные компьютеры фирм Эпл (Apple), Хьюлетт-Паккард(Hewlett-Packard), Сони (Sony), Псион (Psion).

Рабочие станции развились из младших моделей миникомпьютеров как переходный вид между микрокомпьютером и миникомпьютером. Внешне они не отличались от стационарных микрокомпьютеров и с течением времени разница между ними нивелировалась. В 1980-е годы к рабочим станциям подсоединялись терминалы — отдельные рабочие места с клавиатурами и мониторами. Терминалы позволяли использовать рабочие станции нескольким человекам.

Позднее на рабочих станциях стал работать один пользователь, и они стали отличаться от персональных микрокомпьютеров лишь большей мощностью. В настоящее время рабочими станциями называют офисные персональные микрокомпьютеры, используемые для интенсивных вычислений. Обычно это работа с профессиональными научными и инженерными прикладными программами, разработка программного обеспечения. Существуют специализированные графические рабочие станции для работы с трехмерной графикой.

Миникомпьютеры занимают промежуточное положение между большими вычислительными машинами и микрокомпьютерами. В большинстве случаев в миникомпьютерах используется архитектура RISC и UNIX и они играют роль серверов, к которым подключаются десятки и сотни терминалов или микрокомпьютеров. Миникомпьютеры используются в крупных фирмах, государственных и научных учреждениях, учебных заведениях, компьютерных центрах для решения задач, с которыми не способны справиться микрокомпьютеры, и для централизованного хранения и переработки больших объемов информации. Основными производителями миникомпьютеров являются фирмы Ай-Ти-энд-Ти (AT&T), Интел (Intel), Хьюлетт-Паккард (Hewlett-Packard), Digital Equipment.

Мейнфреймы — это универсальные, большие компьютеры общего назначения. Они занимали господствующие позиции на компьютерном рынке до 1980-х годов. Изначально мейнфреймы были предназначены для обработки огромных объемов информации. Наиболее крупный производитель мейнфреймов — фирма Ай-Би-Эм (IBM). Мейнфреймы отличаются исключительной надежностью, высоким быстродействием, очень большой пропускной способностью устройств ввода и вывода информации. К ним могут подсоединяться тысячи терминалов или микрокомпьютеров пользователей. Мейнфреймы используются крупнейшими корпорациями, правительственными учреждениями, банками.

С расцветом микрокомпьютеров и миникомпьютерных систем значение мейнфреймов сократилось. Однако компания Ай-Би-Эм (IBM) перешла к производству компьютеров на новой концептуальной архитектуре ESA/390, которая позволяет использовать мейнфреймы в качестве центра неоднородного вычислительного комплекса.

Стоимость мейнфреймов относительно высока: один компьютер с пакетом прикладных программ оценивается минимум в миллион долларов. Несмотря на это, они активно используются в финансовой сфере и оборонном комплексе, где занимают от 20 до 30 процентов компьютерного парка, так как использование мейнфреймов для централизованного хранения и обработки достаточно большого объема информации обходится дешевле, чем обслуживание распределенных систем обработки данных, состоящих из сотен и тысяч персональных компьютеров.

Суперкомпьютеры необходимы для работы с приложениями, требующими производительности как минимум в сотни миллиардов операций с плавающей точкой в секунду. Столь громадные объемы вычислений нужны для решения задач в аэродинамике, метеорологии, физике высоких энергий, геофизике. Суперкомпьютеры нашли свое применение и в финансовой сфере при обработке больших объемов сделок на биржах. Их отличает высокая стоимость — от пятнадцати миллионов долларов, поэтому решение о покупке таких машин нередко принимается на государственном уровне, развита система торговли подержанными суперкомпьютерами.

Гаджет (англ. gadget — приспособление) — оригинальное, нестандартное техническое приспособление. Сегодня гаджетом можно считать любой цифровой прибор, достаточно небольшой, чтобы надеть на руку или подключить к ПК, КПК или смартфонам.

В программном обеспечении гаджет (так же применяется термин виджет, терминология программ этого класса размыта) — небольшое приложение, предоставляющее дополнительную информацию, например, прогноз погоды или курс валют. Типичными примерами гаджетов как мини-приложений являются Google Gadgets (существуют варианты для боковой панели Google Desktop и для персональной страницы iGoogle), мини-приложения для боковой панели операционной системы Windows Vista и аналогичные мини-приложения Windows 7, а также гаджеты SideShow (англ.) на совместимых устройствах.

Прогнозы на будущее

Квантовые компьютеры – будущее.

Сверхъестественный мир квантовой механики не подчиняется законам общей классической физики. Квантовый бит (qubit) не существует в типичных 0 или 1-бинарных формах сегодняшних компьютеров – квантовый бит может существовать в одной из них или же в обеих системах одновременно. Это едва ли заметное различие и есть причина, почему квантовые транзисторы дают возможность компьютеру работать в 1 000 000 000 раз быстрее, чем сегодняшние компьютеры! Если вы думаете, что компьютер, работающий при 4 ГГц, быстр, то опробуйте компьютер будущего, работающий при 40000 ГГц. Одновременно с существованием множества препятствий, которые необходимо преодолеть, каждый день открываются новые методики и совершаются новые открытия. Многие люди думают, что квантовые компьютеры могут стать действительностью в течение всего нескольких 5-10 лет.

Прогресс оптических и фотонных компьютеров.

Оптические компьютеры в работе своей используют скорость света, а не скорость электричества, что делает их наилучшими проводниками данных. Электричество передвигается со скоростью, приблизительно равной 1/10 скорости света, но оптические или фотонные транзисторы смогут работать в тысячи раз быстрее, чем компьютеры сегодняшнего поколения. Уже достаточно распространены оптоволоконные кабеля, но скоро оптика будет использоваться всего лишь в качестве компьютерных выключателей. Отдельные фотоны могут быть направлены на создание выключателя (типа ВКЛ/ВЫКЛ), используемого в транзисторах. Но в отличие от электричества световые лучи могут пересекать друг друга (проходить сквозь друг друга), устраняя необходимость использования больших систем традиционной электропроводки. Это позволит оптическому компьютеру быть такого маленького размера, какой необходим для какой-либо определённой задачи.

Nanodot Storage – новый жёсткий диск

Nanodot может быть в 50 миллимикронов шириной и располагать северным и южным полюсами. Он может реагировать на наружные изменения, что делает его главным кандидатом на роль запоминающего устройства. Сегодняшние исследования показали, что объём nanodot дисков может в100 раз превышать вместимость существующих на сегодняшний день жёстких дисков, при этом занимая намного меньше пространства. Nanodot Storage уже совсем близко, и он точно произведёт революцию в сфере сегодняшнего хранения информации.

Spintronics - другое многообещающее, но до сих пор невероятный тип устройства хранения информации.

Настоящая память компьютеров имеет ограничения в том, что производственные процессы приближаются к пределам размеров транзисторов. Помимо этого, оперативная память компьютера (резерв временной памяти) теряет информацию при выключении компьютера. Сейчас же, когда мы можем рассматривать вещи с квантового уровня, появляются новые возможности. Одна сфера, называемая «Spintronics», измеряет вращение электрона. Что привлекает, это то, что даже когда компьютер выключен, информация, содержащаяся во временной памяти, не теряется. Память Spintronic работает всего с несколькими атомами, находящимися на поверхности, созданной газовой средой (арсенид галлия или индия), которая является на сегодняшний день перспективным новым материалом.

Нано трубки и графин вместо силиконовых чипов

Сегодняшние компьютерные чипы располагаются на силиконовой жидкости, но будущий компьютер будет использовать для этих целей нано трубки. Толщина графиновых листов – всего один атом, а нано трубки – это скатанный в трубочку графиновый лист с диаметром всего в один миллимикрон. Их считают будущим производства транзисторов, потому что эти структуры имеют отличные свойства, такие как электропроводность, отличные силовые и тепловые свойства также они могут использоваться для многих других типов материалов.

Баллистические технологии - отклонение электронов как в игре в пинбол

Баллистический транзистор отклонения преломляет близлежащие атомы и представляет собой новый тип компьютерных транзисторов. Этот атомный транзистор может работать на терагерцовых скоростях, примерно в тысячу раз быстрее любого сегодняшнего компьютера, как было заявлено дизайнерской группой Rochester team, занимающейся технологиями. Компьютерные чипы, сделанные при помощи технологии BDT будут просты в производстве и будут следующей волной компьютерных технологий.

Технологическая сингулярность

«В течение ближайших тридцати лет у нас появится техническая возможность создать сверхчеловеческий интеллект. Вскоре после этого человеческая эпоха будет завершена».

Технологи́ческая сингуля́рность — предполагаемая точка в будущем, когда эволюция человеческого разума в результате развития нанотехнологии, биотехнологий и искусственного интеллекта ускорится до такой степени, что дальнейшие изменения приведут к возникновению разума с намного более высоким уровнем быстродействия и новым качеством мышления.

По мнению некоторых авторов, придерживающихся этой теории, технологическая сингулярность может наступить примерно к 2030 году. Однако, её наступление не означает конца истории, скорее наоборот — будет окончена Предыстория человечества, и положено начало настоящей его Истории.

Есть гипотеза, что явно выраженной точки сингулярности, с острым кризисом, не будет. Развитие идет по S-образной кривой, и уже в ближайшее время начнётся торможение. А точка «сингулярности» — это такая точка на графике развития, в которой её скорость максимальна (середина S-образной кривой).

Возникновение искусственного интеллекта

Искусственный интеллект или будет создан людьми, или самозародится в сети (эмержентная эволюция). Искусственный интеллект будущего будет иметь следующие преимущества над интеллектом человека:

скорость распространения сигналов между нейронами — 100 м/с, а между микросхемами — 300 000 км/с (скорость света), при этом и время срабатывания у нейронов мозга человека примерно в миллиард раз меньше по сравнению с кремниевыми элементами (на сегодня) и этот разрыв продолжает нарастать;

количество нейронов в мозгу человека ~ 10 миллиардов, у ИИ — практически без ограничений;

срок функционирования ИИ скорее всего соизмерим со сроком жизни звезды (миллиарды лет), в частности, например, вследствие возможного переписывания «души» — программы ИИ из одной электронной среды в другую;

при управлении цивилизацией не будет сказываться «человеческий фактор» (у любого человека всегда есть недостатки, а так же, возможно, непонимание приоритетов развития);

непосредственная «вживляемость» ИИ в электронно-компьютерные сети, всё более опутывающие планету (то есть мгновенная одновременная обработка и управление миллиардами каналов).

В последние десятилетия в мире развивается новая прикладная область ИИ, специализирующаяся на искусственных нейронных сетях, уже дающую применения результатов в реальных приложениях. Нейросети оказались очень эффективными для предсказания временных последовательностей (таких, например, как курс валют или котировки акций), для анализа и оценки рисков, предсказания электропотребления жилищными массивами городов

Помимо инвестиционных задач, искусственные нейронные сети начали широко использоваться в медицинской диагностике. Ведется интенсивное исследование и применение нейрокомпьютерной технологии при создании военной техники.

После обучения нейронная сеть становится моделью, которую можно применить к новым данным с целью прогнозирования

Будущее компьютерных технологий

Согласно Закону Мура компьютерная микроминиатюризация будет развиваться ускоренными темпами, как и быстродействие вычислительных машин. Стоимость новых заводов по выпуску интегральных схем также будет нарастать. Будут развиваться многоядерные процессоры и мультипроцессорные системы. Дальнейшая ступень эволюции компьютерной техники может привести к развитию биокомпьютеров и квантовых компьютеров.

6. Архитектура и устройство персонального компьютера (магистрально-модульный принцип построения, основные компоненты архитектуры персонального компьютера, устройство персонального компьютера как промышленного изделия и его характеристики).

Архитектура персонального компьютера.

Обычно ПЭВМ включает три основных устройства: системный блок, клавиатуру и дисплей (монитор).

Однако для расширения функциональных возможностей ПЭВМ можно подключить различные дополнительные периферийные устройства, в частности: печатающие устройства (принтеры), накопители на магнитной ленте (стриммеры), различные манипуляторы (мышь, джойстик, трекбол, световое перо), устройства оптического считывания изображений (сканеры), графопостроители (плоттеры) и др.

Эти устройства подсоединяются к системному блоку с помощью кабелей через специальные гнезда (разъемы), которые размещаются обычно на задней стенке системного блока.

В некоторых моделях ПЭВМ при наличии свободных гнезд дополнительные устройства вставляются непосредственно в системный блок, например, модем для обмена информацией с другими ПЭВМ через телефонную связь или стриммер для хранения больших массивов информации на МЛ.

ПЭВМ, как правило, имеет модульную структуру. Все модули связаны с системной магистралью (шиной).

Системная магистраль. Она выполняется в виде совокупности шин, используемых для передачи данных, адресов и управляющих сигналов. Количество линий в адресно-информационной шине определяется разрядностью кодов адреса и данных, а количество линий в шине управления - числом управляющих сигналов, используемых в ПЭВМ.

Системный блок. Являясь главным в ПЭВМ, этот блок включает в свой состав: центральный микропроцессор, сопроцессор, модули оперативной и постоянной памяти, контролле­ры, накопители на магнитных дисках и другие функциональные модули. Набор модулей определяется типом ПЭВМ. Пользо­ватели по своему желанию могут изменять конфигурацию ПЭВМ, подключая дополнительные периферийные устройства.

В системный блок может быть встроено звуковое устройство, с помощью которого пользователю удобно следить за работой машины, вовремя обращать внимание на возникшие сбои в отдельных устройствах или на возникновение необычной ситуации при решении задачи на ПЭВМ.

Со звуковым устройством часто связан таймер, позволяющий вести отсчет времени работы машины, фиксировать календар­ное время, указывать на окончание заданного промежутка времени при выполнении той или иной задачи.

Контроллеры (К). Эти устройства служат для управления внешними устройствами. Каждому ВУ соответствует - свой контроллер. Электронные модули-контроллеры реализуются на отдельных печатных платах, вставляемых внутрь системного блока. Такие платы часто называют адаптерами ВУ (от адаптировать - приспосабливать). После получения команды от микропроцессора контроллер функционирует автономно, освобождая микропроцессор от выполнения специфических функций, требуемых для того или другого конкретного ВУ.

Контроллер содержит регистры двух типов - регистр состояния (управления) и регистр данных. Эти регистры часто называют портами ввода-вывода. За каждым портом закреплен определенный номер - адрес порта. Через порты пользователь может управлять ВУ, используя команды ввода-вывода. Программа, выполняющая по обращению из основной выполняемой программы операции ввода-вывода для конкретного устройства или группы устройств ПЭВМ, входит в состав ядра операционной системы ПЭВМ.

Для ускорения обмена информацией между микропроцессором и внешними устройствами в ПЭВМ используется прямой доступ к памяти (ПДП). Контроллер ПДП, получив сигнал запроса от внешнего устройства, принимает управление обменом на себя и обеспечивает обмен данными с ОП, минуя центральный микропроцессор. В это время микропроцессор продолжает без прерывания выполнять текущую программу. Прямой доступ к памяти, с одной стороны, освобождает микропроцессор от непосредственного обмена между памятью и внешними устройствами, а с другой стороны, позволяет значительно быстрее по сравнению с режимом прерываний удовлетворять запросы на обмен.

Микропроцессор. Ядром любой ПЭВМ является центральный микропроцессор, который выполняет функции обработки информации и управления работой всех блоков ПЭВМ.

Конструктивно МП, как правило, выполнен на одном кристал­ле (на одной СБИС). В состав МП входят:

• центральное устройство управления;

• арифметико-логическое устройство;

• внутренняя регистровая память;

• КЭШ-память;

• схема формирования действительных адресов операндов для обращения к оперативной памяти;

• схемы управления системной шиной и др. Рассмотрим структуру и функционирование микропроцессора на примере разработанной фирмой Intel модели 486.

АЛУ выполняет логические операции, а также арифмети­ческие операции в двоичной системе счисления и в двоично-десятичном коде, причем арифметические операции над числами, представленными в форме с плавающей точкой, реализуются в специальном блоке. В некоторых конфигурациях с этой целью используется арифметический сопроцессор. Он имеет собственные регистры данных и управления, работает параллельно с центральным МП, обрабатывает данные с плавающей точкой.

Устройство управления микропроцессорного типа обеспечи­вает конвейерную обработку данных с помощью блока предварительной выборки (очереди команд).

Блок предварительной выборки команд и данных осуществляет заполнение очереди команд длиной 32 байта, причем выборка байтов из памяти выполняется в промежутках между магистральными циклами команд.

Производительность микропроцессора значительно повышается за счет буферизации часто используемых команд и данных во внутренней КЭШ-памяти размером (в данном случае) 8 Кбайт. При этом сокращается число обращений к внешней памяти. Внутренняя КЭШ-память имеет несколько режимов работы, что обеспечивает гибкость отладки и выполнения рабочих программ.

Блоки формирования адресов операндов (диспетчер памяти) состоит из блока сегментации и блока страничной адресации. Физический адрес ячейки памяти формируется последовательно: сначала в пределах сегмента, а затем в пределах страницы.

В МП i486 реализуются два режима работы - режим реальных адресов и многозадачный режим (защищенный режим).

В режиме реальных адресов выполняется расширенный набор команд над 32-разрядными операндами. В этом режиме МП i486 работает совместимо с МП i086. При работе МП i486 в режиме реальных адресов применяется относительная адресация.

В многозадачном (защищенном) режиме работы МП i486 применяется виртуальная адресация, соединяющая сегментацию памяти и страничную адресацию.

Сегментация памяти является средством управления пространством логических адресов. Сегментированная память представляет собой набор блоков, характеризуемых определенными атрибутами, такими, как расположение, размер, тип (стек, программа, данные), класс защиты памяти. В МП i486 каждой задаче доступно, до 16384 сегментов размером до 4 Гбайт каждый. Таким образом, каждая задача может использовать до 64 Тбайт виртуальной памяти.

Страничная адресация действует на более низком уровне. Каждый сегмент делится на страницы размером по 4 Кбайт, которые могут размещаться в любом месте памяти.

Сегментация полезна для организации в памяти локальных модулей. Это инструмент прикладного программиста, в то время как страничное распределение удобно системному программисту для эффективного использования физической памяти ПЭВМ.

В состав внутренней памяти МП входят доступные программисту функциональные регистры: регистры общего назначения, указатель команд, регистр флагов и регистры сегментов.

Восемь 32-разрядных регистров общего назначения используются для хранения данных и адресов. Они обеспечивают работу с данными разрядностью 1, 8, 16, 32 и 64 бита и адресами размером 16 и 32 бита. Каждый из таких регистров имеет свое имя, например ЕАХ или ESP.

32-разрядный указатель команд содержит смещение при определении адреса следующей команды.

32-разрядный регистр флагов указывает признаки результата выполнения команды.

Регистры сегментов содержат значения селекторов сегмен­тов, определяющих текущие адресуемые сегменты памяти.

Кроме вышеуказанных, регистровая память МП содержит регистры процессора обработки чисел с плавающей точкой, системные и некоторые другие регистры.

Устройство управления микропроцессора обеспечивает многозадачность. Многозадачность - способ организации работы ПЭВМ, при котором в ее памяти одновременно содержатся программы и данные для выполнения нескольких задач. В составе МП i486 имеются аппаратно-программные средства, позволяющие эффективно организовать многозадачный режим, в том числе системы прерывания и защиты памяти.

Система прерываний обрабатывает запросы на прерывание, как от внешних устройств, так и от внутренних блоков МП. Поступление запроса на прерывание от внутреннего блока МП свидетельствует о возникновении исключительной ситуации, например о переполнении разрядной сетки. Внешнее прерывание может быть связано с обслуживанием запросов от периферийных устройств. Требуя своевременного обслуживания, внешнее устройство посылает запрос прерывания микропроцессору. Микропроцессор в ответ приостанавливает нормальное выполнение текущей программы и переходит на обработку этого запроса, чтобы в дальнейшем выполнить определенные действия по вводу-выводу данных. После совершения таких действий происходит возврат к прерванной программе. МП i486 способен обрабатывать до 256 различных типов прерываний, причем первые 32 типа отведены для внутрисистемных целей и недоступны пользователю.

Зашита памяти от несанкционированного доступа в много­задачном режиме осуществляется с помощью системы привиле­гий, регулирующих доступ к тому или иному сегменту памяти в зависимости от уровня его защищенности и степени важности.

Защищенность определяется уровнем привилегии, требуемым для доступа к соответствующему сегменту. Уровни привилегии задаются номерами от 0 до 3. Наиболее защищенная область памяти - отведенная под ядро операционной системы - имеет уровень 0. При обращении программы к сегментам программ или данных в защищенном режиме происходит проверка уровня привилегии, и в случае, если этот уровень недостаточен, происходит прерывание.

Обмен информацией между блоками МП происходит через магистраль микропроцессора, включающую 32-разрядную шину адреса, 32-разрядную двунаправленную шину данных и шину управления.

Шина адреса используется для передачи адресов ячеек памяти и регистров для обмена информацией с внешними устройствами.

Шина данных обеспечивает передачу информации между МП, памятью и периферийными устройствами. По этой шине возможна пересылка 32, 16 и 8-разрядных данных. Шина двунаправленная, т.е. позволяет осуществлять пересылку данных, как в прямом, так и в обратном направлении.

Шина управления предназначена для передачи управляющих сигналов - управления памятью, управления обменом данных, запросов на прерывание и т.д.

Внутренняя память ПЭВМ состоит из оперативной памяти и постоянной памяти (ПП).

Оперативная память (ОП) ПЭВМ. Она построена на БИС или СБИС и является энергозависимой: при отключении питания информация в ОП теряется. В оперативной памяти хранятся исполняемые машинные программы, исходные и промежуточные данные и результаты. Емкость ОП в ПЭВМ измеряется в Килобайтах и Мегабайтах. Иногда адресное пространство увеличивается до Гигабайта. В наиболее распространенных конфигурациях ПЭВМ емкость ОП составляет 1-16 Мбайт.

В ОП обычно выделяется область, называемая стеком. Обращение к стековой памяти возможно только в той ячейке, которая адресуется указателем стека. Стек удобен при орга­низации прерываний и обращении к подпрограммам.

Постоянная память (ПП). Она является энергонезависимой, используется для хранения системных программ, в частности, так называемой базовой системы ввода-вывода (BIOS - Basic Input and Output System), вспомогательных программ и т.п. Программы, хранящиеся в ПП, предназначены для постоянного использования микропроцессором.

7. Технологии ввода информации в компьютер (назначение, принципы работы, пользовательские характеристики и правила использования клавиатуры и манипуляторов, сканирование и распознавание текста, распознавание речи, графические планшеты).

На сегодняшний день изобретено много способов ввода информации в компьютер. Это традиционный набор текста с клавиатуры, стремительно развивающийся голосовой ввод текста и команд управления компьютером, разнообразные аналоговые датчики и аналого-цифровые преобразователи для передачи информации в инженерных приложениях и т. д.

Oдним из основных способов ввода информации в вычислительные системы является сканирование. Именно сканер стал тем устройством, с помощью которого в компьютер попадает огромное количество информации. Например, в цветной полиграфии изображения, полученные сканированием, имеют долю, близкую к 95% по отношению к объему всей информации, заключенной в публикации. Тенденции ввода и обработки информации в полиграфии во многом будут прослеживаться и в офисных технологиях. Это связано, прежде всего, с внедрением в информационные технологии качественных цветных изображений.

С помощью современной аппаратуры сканирования с высоким разрешением (а именно к такому классу относятся многофункциональные устройства Xerox) из исходного документа довольно просто формируется графический файл специального формата. Такой файл после соответствующей обработки может быть преобразован в любой из форматов, которые применяются в информационных технологиях. Это форматы представления текстов и графических видов информации – фотографий, слайдов, рисунков и т.п.

И вот здесь сканирование, как единый сквозной процесс, распадается на две независимых ветви. По одному направлению идёт ввод в вычислительные системы текстовых массивов информации, по другому – графических.

Задача сканирования текстов, при необходимом качественном разрешении, на 90% состоит в распознавании. А для этого разработано математическое обеспечение, которое позволяет эффективно построить технологию получения качественных электронных документов.

Существенно: более трудоёмкой является задача сканирования цветных изображений. Она обычно заключается в наиболее полном считывании информации с оригинала, т. е. его тонового и цветового диапазона, а также разрешения. При этом желательно по необходимости скорректировать недостатки оригинала с точки зрения последующего использования изображения. Например, компенсировать нежелательный цветовой сдвиг, тоновый дисбаланс или подавить полиграфический растр оригинала.

Обе этих ветки сканирования интенсивно используются в специализированных информационных технологиях. По сканированию текста наиболее полно наработан опыт в создании электронных библиотек Интернета. По второму направлению – цветной графики, давно работают в области полиграфии.

При использовании технологий сканирования в современном офисе, для органичного встраивания ввода и обработки документов сканированием в информационные системы можно использовать опыт применения сканирования в двух указанных выше областях. Это тем более возможно, что применение полного набора приёмов со всеми техническими тонкостями, как правило, в офисных технологиях не требуется. А овладеть базовым набором приёмов сканирования не более сложно, чем обучиться десятипальцевому слепому методу набора текстов на клавиатуре компьютера. Да, это потребует усилий и даже значительных, но они стоят того! Точно так же, как все сотрудники офиса фирмы должны уметь работать на клавиатуре вслепую, они должны уметь вводить в вычислительную систему информацию с помощью сканирования.

А вот сделать это с помощью МФУ Xerox и специально разработанного для этих аппаратов математического обеспечения удобно и просто.

Сканирование и распознавание текстовой информации

При вводе в компьютер текстовой информации с помощью сканера пользователь неизбежно встречается с целым рядом трудностей и проблем. Условно эти трудности можно разделить на две группы.

Первая группа связана с качеством исходной информации и ошибками в получаемых документах, которые инициируются некачественным состоянием сканируемых материалов. Это обусловлено разнообразием типов документов, множеством шрифтов, наличием графики в документах (фотографии, картинки, таблицы и т.д.). Все эти особенности порождают ошибки при сканировании. Организовать технологическую цепочку получения адекватного образа исходного документа – процесс творческий. И качество работы зависит от наличия опыта.

Вторая группа трудностей связана с оборудованием, на котором ведется ввод информации – сканирование, и с программным обеспечением преобразования полученных первичных графических файлов в текстовые форматы, а также их корректировку. В настоящее время для решения этих задач многие фирмы производят соответствующее оборудование и разрабатывают математическое обеспечение. Однако именно в наличии большого количества возможностей и способов организовать технологический процесс сканирования и кроется главная опасность. Выбор определённого устройства и программ позволяет удовлетворительно и без перенастроек работать только со сравнительно небольшим диапазоном типов документов.

Ориентируясь на многофункциональные устройства Xerox, мы можем исходить из заложенной уже на этапе разработки данных аппаратов унификации, которая позволяет, используя специально разработанное для данных аппаратов программное обеспечение, легко строить технологию создания из исходных материалов разного качества электронных документов высокой надёжности. При этом МФУ позволяют после обработки немедленно получить аналог (копию, отпечаток) исходного документа, значительно более высокого качества.

Полноцветное сканирование

С широким приходом цвета в офисные технологии полноцветное сканирование становится основным способом ввода информации на электронные носители. И для целей офисных технологий как нельзя лучше подходят МФУ Xerox. Используя опыт работы в полиграфии, точнее – небольшую его часть, можно сравнительно просто организовать внедрение цвета в документооборот офиса. И, как и в случае сканирования текстовой информации, мы вначале получаем из исходного документа первичный графический файл, который после обработки поступает на электронные носители.

При этом мы вправе использовать огромные возможности всякого рода корректировок, которые почти всегда позволяют получить из не очень качественного исходного материала графический образ объекта близкий к идеальному. Достигается это высочайшим качеством полноцветных МФУ Xerox, мощными вычислительными системами и развитым программным обеспечением.

Но здесь опять-таки в отличие от сканирования текстов, процесс ввода и последующей коррекции графических изображений является творческим и ещё ближе стоит к искусству. Однако "овчинка стоит выделки". Получаемое качество документов, как в электронном виде, так и в виде оттисков и копий действительно приближается полиграфическому. А учиться работе с цветом придётся, если мы хотим дальше двигаться вперёд по пути повышения качества и красоты работы.

Проблема в том, что это пока ещё процесс творческий, а значит неоднозначный и недетерминированный. Но при использовании МФУ Xerox многие проблемы снимаются. Многофункциональные устройства позволяют достаточно просто проводить калибровку цветопередачи при процессе сканирования, отображения на экране монитора компьютера и получении оттиска или твердой копии. А это позволяет в известной степени минимизировать большинство рутинных операций при вводе и обработке цветных изображений.

Сканирование в вычислительные системы и сети

Большим достоинством функции сканирования МФУ Xerox является заранее предусмотренное сопряжение с телекоммуникационными технологиями. При этом первичный образ введенного (отсканированного) документа в обычном графическом формате (как правило, это TIFF) сохраняется непосредственно в памяти МФУ.

Сразу после этого полученный графический файл может быть использован для передачи в системы телекоммуникаций. Это могут быть следующие виды перемещения полученных в результате сканирования электронных документов: -Сканирование на компьютер (TWAIN). Режим в основном характерен для персональных МФУ, то есть для МФУ, которые непосредственно подключены к компьютеру, на который производится сканирование. В этом случае пользователь инициирует процесс через соответствующий TWAIN-драйвер устройства, то есть, аналогично любому настольному сканеру. Отсканированное изображение может быть помещено в любое приложение, которое поддерживает TWAIN. -Сканирование на сервер (в компьютерную сеть). Режим позволяет автоматически перемещать отсканированные документы из памяти МФУ на файловый сервер в компьютерной сети. Вариант использования возможности – перемещение документа на компьютер пользователя. Отсканированное изображение может быть также автоматически перемещено в корпоративный электронный архив либо систему документооборота, то есть, МФУ Xerox можно использовать как высокопроизводительное устройство ввода документов. -Сканирование в почтовый ящик (Scan to Mailbox). Данный режим позволяет сканировать документы в память МФУ. Документы из памяти аппарата затем могут быть отправлены в систему почтового клиента пользовательского компьютера. -Сканирование в Email (Scan to Email). Процесс, при котором отсканированные документы передаются как вложения (TIFF или PDF-форматы, либо – как вариант – в распознанном (текстовом) виде) к Email сообщениям. Пользователю достаточно отсканировать документ и задать Email адрес получателя. -Интернет-факс (Internet Fax). Интернет-факс – процесс передачи документов как приложений к Email. Документы, переданные по интернет-факсу, могут быть либо приняты как Email любым почтовым клиентом, либо распечатаны принимающим устройством (оно должно поддерживать режим интернет-факса).

Отталкиваясь от приведённых контуров технологий ввода информации с помощью многофункциональных устройств Xerox, можно органично встроить в офисные технологии процедуры сканирования документов любой сложности. Эти аппараты позволяют сделать работу с документами не только максимально качественной и эффективной, но и просто красивой.

Практика использования МФУ Xerox в вычислительных системах

Из вышеприведённого текста Вы получили некоторое представление о возможностях МФУ Xerox при процедурах сканирования. А на Вашем рабочем месте установлено многофункциональное устройство, позволяющее легко и быстро вводить в Вашу вычислительную систему любую текстовую и графическую информацию.

Нет лучше способа оценить новые для Вас возможности, чем попытаться увидеть задачи, которые поможет решить оборудование Xerox. Вот мы и пофантазируем на эту тему. Следует отметить, что фантазии на тему конкретных ваших задач существенно зависят от того, в какой среде, как пользователь вычислительной системы вы существуете. Дома на персональном компьютере они одни, а в локальной вычислительной сети, реализующей работу малых и средних групп другие

КЛАВИАТУРА.

Первое, с чего начинается общение любого пользователя с компьютером — это клавиатура и монитор. Клавиатура пока остается основным средством ввода информации.

Назначение: ввод алфавитно-цифровых символов, управление курсором.

Курсор — специальный значок на экране дисплея (чёрточка, стрелка, подсвеченный прямоугольник, крестик и пр.), который отмечает место, где появится символ, введённый с клавиатуры, или обозначение команды (программы, документа), которую надо выполнить.

Принцип работы. Клавиши клавиатуры подключены к матрице контактов. Каждой клавише или комбинации клавиш присвоен свой номер (код). Внутри клавиатуры находится отдельный микропроцессор. Каждое нажатие на клавишу замыкает контакт. При этом в соответствии с матрицей контактов микропроцессор генерирует код нажатой клавиши. Этот код запоминается в специальной области (буфере микропроцессора) и становится доступным для обработки программными средствами.

Клавиатуры бывают механические, полумеханические и мембранные. Одни клавиатуры при нажатии на клавишу издают механический щелчок, другие — молча

Программная поддержка. Драйвер клавиатуры, как правило, поставляется вместе с операционной системой. Эта программа позволяет пользователю выбрать алфавит, осуществить раскладку клавиш.

МАНИПУЛЯТОР МЫШЬ.

Назначение: управление курсором (указателем) мыши, ввод управляющей информации.

С появлением графических оболочек мышь стала необходимой для эффективной работы на компьютере.

Принцип работы. Мышь — небольшая коробочка с кнопками. В ней — шарик, катающийся по поверхности стола. К шарику прижаты два взаимно перпендикулярных ролика, которые он вращает. Датчики поворота ролика передают сигналы в компьютер. «Хвост» из проводов, по которым идут сигналы, дал устройству имя «мышь». Курсор мыши управляется перемещением мыши по столу. Управляющая информация вводится нажатием на кнопки мыши.

Мыши бывают одно-, двух-, трёхкнопочные. Они могут соединяться с компьютером проводом или при помощи радиопередатчиков (беспроводные). Существуют оптические мыши без шарика, оснащённые фотоэлементами, и оптомеханические мыши. Разновидностью мыши можно считать трэкбол (trackball), который можно сравнить с мышью, которая лежит на спине шарообразным брюшком вверх.

Основные пользовательские характеристики:

количество нажатий кнопки до её отказа;

реакция на движение руки или баллистический эффект;

разрешающий шаг (разрешение);

дизайн и удобство в работе (эргономичность).

Разрешение измеряется в dpi (dot per inch — количество точек на дюйм). Если мышь имеет разрешение 900 dpi и её передвинули на 1 дюйм (2,53 см) вправо, то привод мыши получает через микроконтроллер информацию о смещении на 900 единиц вправо. Нормальное разрешение мыши — от 200 до 900 dpi.

Баллистическим эффектом называется зависимость точности позиционирования мыши от скорости её перемещения.

Программная поддержка. Драйвер мыши поставляется вместе с устройством. Современные операционные системы содержат драйверы для большинства манипуляторов этого типа и автоматически при включении компьютера подбирают наиболее подходящий из них.

СКАНЕР.

Назначение. Сканер — устройство для перевода графической информации в цифровую. Функция сканера — получение электронной копии документа, созданного на бумаге.

Ввод данных в компьютер — это одна из самых утомительных и подверженных ошибкам операций, сканеры облегчают эту работу.

Принцип работы. Лампа освещает сканируемый текст, отражённые лучи попадают на фотоэлемент, состоящий из множества светочувствительных ячеек. Каждая из них под действием света приобретает электрический заряд. Аналого-цифровой преобразователь ставит в соответствие каждой ячейке числовое значение, и эти данные передаются в компьютер.

Сканеры бывают ручные, портативно-страничные, планшетно-офисные, сетевые (скоростные), широкоформатные; они могут быть чёрно-белые (до 64 оттенков серого) и цветные (256 - 16 млн. цветов).

Ручные сканеры внешне напоминают «мышь» большого размера, которую пользователь двигает по сканируемому изображению. Однако ручное перемещение устройства по бумаге, небольшой размер охватываемой области сканирования не обеспечивают достаточной скорости и требуют тщательной состыковки отдельных участков изображения.

К настольным сканерам относятся планшетные, роликовые (портативно-страничные), барабанные и проекционные сканеры.

Основной отличительный признак планшетного сканера — сканирующая головка перемещается относительно неподвижной бумаги. Они просты и удобны в эксплуатации, позволяют сканировать изображения как с отдельных листов, так и с книг, журналов.

У портативно-страничных сканеров бумага перемещается относительно сканирующей головки. Они довольно компактны, но отсканировать с их помощью рисунок из книги вряд ли получится. Этот тип сканеров используется для ввода страниц документов форматом от визитной карточки до А4, система автоматической подачи бумаги обеспечивает равномерное сканирование по всей ширине листа.

Программная поддержка. Драйвер сканера предназначен для управления процессом сканирования и настройки основных параметров сканера. Иногда драйверы дополняются средствами манипулирования отсканированными изображениями (изменить яркость, контрастность и т. п.)- Сканеры могут использоваться для простого переноса картинок (фотографий, рисунков и пр.) в память компьютера или на экран дисплея, или же для быстрого ввода текстовых документов. Во втором случае из графического изображения необходимо выделить (распознать) буквы, цифры, пробелы, знаки табуляции, столбцы, то есть перевести изображение в текстовый формат.

Распознанный текст занимает гораздо меньше места на диске, чем его отсканированный оригинал. Для преобразования отсканированных текстов в текстовые коды предназначены программы оптического распознавания символов (OCR — Optical Character Recognition).

Кроме того, к устройствам ввода информации относятся:

ДЖОЙСТИК — (англ. Joystick = Joy + Stick) — устройство управления в компьютерных играх. Представляет собой рычаг на подставке, который можно отклонять в двух плоскостях. На рычаге могут быть разного рода гашетки и переключатели. Также словом «джойстик» в обиходе называют рычажок управления, например, в мобильном телефоне.

В русском языке ручку управления промышленными механизмами и транспортными средствами (самолётом и т. д.) джойстиком не называют никогда (в отличие от английского joystick).

СВЕТОВОЕ ПЕРО — (англ. light pen, также — стило, англ. stylus) — один из инструментов ввода графических данных в компьютер, разновидность манипуляторов.

Внешне имеет вид шариковой ручки или карандаша, соединённого проводом с одним из портов ввода-вывода компьютера. Обычно на световом пере имеется одна или несколько кнопок, которые могут нажиматься рукой, удерживающей перо. Ввод данных с помощью светового пера заключается в прикосновениях или проведении линий пером по поверхности экрана монитора. В наконечнике пера устанавливается фотоэлемент, который регистрирует изменение яркости экрана в точке, с которой соприкасается перо, за счёт чего соответствующее программное обеспечение вычисляет позицию, «указываемую» пером на экране и может, в зависимости от необходимости, интерпретировать её тем или иным образом, обычно как указание на отображаемый на экране объект или как команду рисования. Кнопки используются аналогично кнопкам манипулятора типа «Мышь» — для выполнения дополнительных операций и включения дополнительных режимов.

Световое перо было распространено во время распространения графических карт стандарта EGA, которые обычно имели разъем для подключения светового пера. Световое перо невозможно использовать с обычными ЖК-мониторами.

ДИГИТАЙЗЕР (со световым пером) — Графический планшет (или дигитайзер, диджитайзер, от англ. digitizer) — это устройство для ввода рисунков от руки непосредственно в компьютер. Состоит из пера и плоского планшета, чувствительного к нажатию или близости пера.

Основные пользовательские характеристики:

Рабочая площадь - Рабочая площадь обычно приравнивается к одному из стандартных бумажных форматов. Стоимость приблизительно пропорциональна площади планшета. На больших планшетах работать удобнее.

Разрешение — Разрешением планшета называется шаг считывания информации. Разрешение измеряется числом точек на дюйм (англ. dots per inch, dpi). Типичные значения разрешения для современных планшетов составляет несколько тысяч dpi.

Число степеней свободы - Количество степеней свободы описывает число квазинепрерывных характеристик взаимного положения планшета и пера. Минимальное число степеней свободы — 2 (X и Y положения проекции чувствительного центра пера), дополнительные степени свободы могут включать давление, наклон пера относительно плоскости планшета.

ТАЧПАД (англ. touchpad — сенсорная площадка), сенсорная панель — указательное устройство ввода, применяемое, чаще всего, в ноутбуках.

Принцип работы. Работа тачпадов основана на измерении ёмкости пальца или измерении ёмкости между сенсорами. Ёмкостные сенсоры расположены вдоль вертикальной и горизонтальной осей тачпада, что позволяет определить положение пальца с нужной точностью.

Поскольку работа устройства основана на измерении ёмкости, тачпад не будет работать, если водить по нему каким-либо непроводящим предметом, например, основанием карандаша. В случае использования проводящих предметов тачпад будет работать только при достаточной площади соприкосновения. (Попробуйте касаться тачпада пальцем лишь чуть-чуть). Влажные пальцы затрудняют работу тачпада.

СЕНСОРНЫЙ ЭКРАН - предназначен для управления устройствами с помощью простого прикосновения к экрану. Сенсорные экраны зарекомендовали себя как наиболее удобный способ взаимодействия человека с машиной. Применение сенсорных экранов имеет ряд преимуществ, недоступных при использовании любых других устройств ввода: повышенную надёжность, устойчивость к жёстким внешним воздействиям (включая вандализм), интуитивно понятный интерфейс.

Сенсорные экраны используются в платежных терминалах, информационных киосках, оборудовании для автоматизации торговли, карманных компьютерах, операторских панелях в промышленности.

Принцип работы. Сенсорный экран представляет собой стеклянную конструкцию, размещаемую на поверхности дисплея, отображающего систему навигации. Выбор необходимой функции системы происходит при прикосновении к соответствующему изображению на экране. Контроллер сенсорного экрана обрабатывает координаты точки прикосновения и передает их в компьютер. Специальное программное обеспечение запускает выбранную функцию.

ЦИФРОВЫЕ ФОТО- И ВИДЕОКАМЕРЫ и др.

УСТРОЙСТВО РЕЧЕВОГО ВВОДА — микрофон с подключением к аналого-цифровому преобразователю.

Самым известным устройством ввода информации является клавиатура (keyboard) – это стандартное устройство, предназначенное для ручного ввода информации. Работой клавиатуры управляет контроллер клавиатуры, расположенный на материнской плате и подключаемый к ней через разъем на задней панели компьютера. При нажатии пользователем клавиши на клавиатуре, контроллер клавиатуры преобразует код нажатой клавиши в соответствующую последовательность битов и передает их компьютеру. Отображение символов, набранных на клавиатуре, на экране компьютера называется эхом. Обычная современная клавиатура имеет, как правило, 101-104 клавиши, среди которых выделяют алфавитно-цифровые клавиши, необходимые для ввода текста, клавиши управления курсором и ряд специальных и управляющих клавиш. Существуют беспроводные модели клавиатуры, в них связь клавиатуры с компьютером осуществляется посредством инфракрасных лучей.

Наиболее важными характеристиками клавиатуры являются чувствительность ее клавиш к нажатию, мягкость хода клавиш и расстояние между клавишами. На долговечность клавиатуры определяется количеством нажатий, которые она рассчитана выдержать. Клавиатура проектируется таким образом, чтобы каждая клавиша выдерживала 30-50 миллионов нажатий.

К манипуляторам относят устройства, преобразующие движения руки пользователя в управляющую информацию для компьютера. Среди манипуляторов выделяют мыши, трекболы, джойстики.

Мышь предназначена для выбора и перемещения графических объектов экрана монитора компьютера. Для этого используется указатель, перемещением которого по экрану управляет мышь. Мышь позволяет существенно сократить работу человека с клавиатурой при управлении курсором и вводе команд. Особенно эффективно мышь используется при работе графическими редакторами, издательскими системами, играми. Современные операционные системы также активно используют мышь для управляющих команд.

У мыши могут быть одна, две или три клавиши. Между двумя крайними клавишами современных мышей часто располагают скрол. Это дополнительное устройство в виде колесика, которое позволяет осуществлять прокрутку документов вверх-вниз и другие дополнительные функции.

Мышь состоит из пластикового корпуса, cверху находятся кнопки, соединенные с микропереключателями. Внутри корпуса находится обрезиненный металлический шарик, нижняя часть которого соприкасается с поверхностью стола или специального коврика для мыши, который увеличивает сцепление шарика с поверхностью. При движении манипулятора шарик вращается и переедает движение на соединенные с ним датчики продольного и поперечного перемещения. Датчики преобразуют движения шарика в соответствующие импульсы, которые передаются по проводам мыши в системный блок на управляющий контроллер. Контроллер передает обработанные сигналы операционной системе, которая перемещает графический указатель по экрану. В беспроводной мыши данные передаются с помощью инфракрасных лучей. Существуют оптические мыши, в них функции датчика движения выполняют приемники лазерных лучей, отраженных от поверхности стола.

Трекбол по функциям близок мыши, но шарик в нем больших размеров, и перемещение указателя осуществляется вращением этого шарика руками. Трекбол удобен тем, что его не требуется перемещать по поверхности стола, которого может не быть в наличии. Поэтому, по сравнению с мышью, он занимает на столе меньше места. Большинство переносных компьютеров оснащаются встроенным трекболом.

Джойстик представляет собой основание с подвижной рукояткой, которая может наклоняться в продольном и поперечном направлениях. Рукоятка и основание снабжаются кнопками. Внутри джойстика расположены датчики, преобразующие угол и направление наклона рукоятки в соответствующие сигналы, передаваемые операционной системе. В соответствии с этими сигналами осуществляется перемещение и управление графических объектов на экране.

Дигитайзер – это устройство для ввода графических данных, таких как чертежи, схемы, планы и т. п. Он состоит из планшета, соединенного с ним визира или специального карандаша. Перемещая карандаш по планшету, пользователь рисует изображение, которое выводится на экран.

Сканер – устройство ввода графических изображений в компьютер. В сканер закладывается лист бумаги с изображением. Устройство считывает его и пересылает компьютеру в цифровом виде. Во время сканирования вдоль листа с изображением плавно перемещается мощная лампа и линейка с множеством расположенных на ней в ряд светочувствительных элементов. Обычно в качестве светочувствительных элементов используют фотодиоды. Каждый светочувствительный элемент вырабатывает сигнал, пропорциональный яркости отраженного света от участка бумаги, расположенного напротив него. Яркость отраженного луча меняется из-за того, что светлые места сканируемого изображения отражают гораздо лучше, чем темные, покрытые краской. В цветных сканерах расположено три группы светочувствительных элементов, обрабатывающих соответственно красные, зеленые и синие цвета. Таким образом, каждая точка изображения кодируется как сочетание сигналов, вырабатываемых светочувствительными элементами красной, зеленой и синей групп. Закодированный таким образом сигнал передается на контроллер сканера в системный блок.

Различают сканеры ручные, протягивающие и планшетные. В ручных сканерах пользователь сам ведет сканер по поверхности изображения или текста. Протягивающие сканеры предназначены для сканирования изображений на листах только определенного формата. Протягивающее устройство таких сканеров последовательно перемещает все участки сканируемого листа над неподвижной светочувствительной матрицей. Наибольшее распространение получили планшетные сканеры, которые позволяют сканировать листы бусмги, книги и другие объекты, содержащие изображения. Такие сканеры состоят из пластикового корпуса, закрываемого крышкой. Верхняя поверхность корпуса выполняется из оптически прозрачного материала, на который кладется сканируемое изображение. После этого изображение закрывается крышкой и производится сканирование. В процессе сканирования под стеклом перемещается лампа со светочувствительной матрицей.

Главные характеристики сканеров - это скорость считывания, которая выражается количеством сканируемых станиц в минуту (pages per minute - ppm), и разрешающая способность, выражаемая числом точек получаемого изображения на дюйм оригинала (dots per inch - dpi).