4.4. Устройства ввода и вывода пк

4.4.1. Общие сведения об устройствах ввода и вывода

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, т.е. 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 местоуказания, мультимедиа), которые обеспечивают эффективную и удобную работу пользователя. Классификация устройств ввода/вывода показана на рис. 4.17.

Рис.4.17. Классификация устройств ввода/вывода ПК.

Устройства ввода и вывода можно условно разделить на устройства, с помощью которых информация передается машине (ПК) от человека, человеку от машины и от одной машины другой машине.

На схеме указаны только наиболее распространенные устройства. Кроме них имеются специальные устройства, обеспечивающие совместную работу ЭВМ с кассовыми аппаратами, микрофонами, видеокамерами, видеомагнитофонами, медицинскими и научными приборами и т.п.

4.4.2. Устройства ввода

Клавиатура

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 <CapsLock> (фиксированное переключение).

Группа функциональных клавиш включает двенадцать клавиш с обозначением F1-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 <PageUp> и <PageDown>, прокручивающие текст на страницу вверх или вниз соответственно, а также клавиши <Ноте> и <End>, 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>, <Ctrl>, <Alt>, <Esc>, <Del>, <lns>, <BackSpace> и др. (табл. 4.1).

Таблица 4.1.

Назначение служебных клавиш стандартной клавиатуры

Клавиша	Выполняемая операция
Esc	Отмена команды, выход из программы
Tab	Табулирование, перемещение по полям
Delete (Del)	Удаление символа после курсора
Backspace (<–)	Удаление символа слева от курсора
Insert (Ins)	Переключение режима замена/вставка
Enter	Подтверждение ввода
Home	Перевод курсора в начало строки
End	Перевод курсора на конец строки
PgUp	Переход на страницу вверх
PgDn (Page Down)	Переход на страницу вниз
Pause Break	Приостановка или прерывание текущего процесса
Shift	Смена регистра на время нажатия
Caps Lock	Смена регистра
Num Lock	Перевод правой клавиатуры в цифровой режим
Print Screen	Копирование экрана в буфер обмена
Ctrl-Alt-Del	При одновременном нажатии — перезагрузка компьютера

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 <NumLock>. Кроме этого, клавиши дополнительной панели используются для ввода символов, имеющих расширенный код ASCII, но не имеющих соответствующей клавиши 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, т.е. 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.

Проекционная клавиатура

Проекционная клавиатура — разновидность виртуальной клавиатуры, представляющая собой оптическую проекцию клавиатуры на какую-либо поверхность, на которой и производится касание виртуальных клавиш (рис. 4.18 )

Рис. 4.18. Проекционная клавиатура

Клавиатура отслеживает движения пальцев и переводит их в нажатия клавиш. Большинство разработанных систем может функционировать также как виртуальная мышь и даже как виртуальная музыкальная клавиатура пианино. Сейчас производители предлагают к продаже несколько вариантов проекционных систем. Например, система P-ISM, реализующая проекционную клавиатуру в сочетании с небольшим видеопроектором, является портативным компьютером размером с пишущую ручку.

Принцип работы проекционной клавиатуры:

• лазер или проектор проецирует изображение клавиатуры на плоскую горизонтальную поверхность;

• датчик или видеокамера в проекторе фиксирует движения пальцев;

• вычисляются координаты произведённых действий и генерируются сигналы нажатия на клавиши.

В некоторых системах используется второй невидимый инфракрасный луч. В этом случае:

• невидимый инфракрасный луч проецируется поверх виртуальной клавиатуры;

• палец производит нажатие виртуальной клавиши; это нажатие вызывает прерывание инфракрасного луча, и инфракрасный свет отражается обратно в проектор;

• отражённый инфракрасный луч проходит через инфракрасный фильтр в камере;

• камера фиксирует угол излучённого инфракрасного луча;

• сенсор вычисляет, в каком месте был прерван инфракрасный луч;

• вычисляются координаты произведённых действий и генерируются сигналы нажатия на клавиши.

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.

Сканер — это устройство оптического ввода, предназначенное для ввода в ПК черно-белых или цветных изображений, а также для считывания текстах бумажного носителя для последующей обработки.

Сканированные оригиналы оцифровываются и после ввода в ПК обрабатываются с помощью специального программного обеспече­ния (например, для распознавания текста — программа Fine Reader), 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.

Графический планшет

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.

Группа устройств местоуказания (позиционирования) предназначена для ввода координат в компьютер.