Устройства ввода-вывода

Устройства ввода-вывода. Цифровые аудио- и видеоустройства. Компьютер и мобильная связь. Портативные устройства

• Видеоурок

• Текстовый урок

• Тесты

• Вопросы

Устройства ввода и вывода информации на компьютере – это устройства взаимодействия компьютера с внешним миром: с пользователями или другими компьютерами. Устройства ввода позволяют вводить информацию в компьютер для дальнейшего хранения и обработки, а устройства вывода – получать информацию из компьютера. Без подобных приспособлений тяжело представить себе работу за компьютером: без клавиатуры мы не сможем ввести привычным для нас способом текстовую информацию, без монитора мы подобную информацию ввести сможем, однако не будем ее видеть; отсутствие принтера не позволит нам наш набранный при помощи клавиатуры и отформатированный при помощи изображения на мониторе текст распечатать. В этом уроке вы сможете более подробно ознакомиться с самыми распространенными из ныне существующих устройств ввода-вывода информации на компьютере.

Клавиатура

Основным устройством ввода информации в компьютер является клавиатура (Рис. 1). Для того чтобы тот символ, который мы нажимаем на клавиатуре, отображался на экране монитора, необходима специальная программа – драйвер клавиатуры, который является составной частью любой операционной системы. Существуют множество видов клавиатур, каждая из которых имеет свои особенности конструкции. Например, существуют клавиатуры на микропереключателях – герконах (сокращение от «герметичный (магнитоуправляемый) контакт»), бывают клавиатуры со щелчком, сенсорные (в таких клавиатурах достаточно только прикосновения, для того чтобы ввести символ), беспроводные, эргономичные (их можно подстраивать под нужды пользователя: двигать так, чтобы локти оставались на столе и уменьшалась нагрузка на кисти рук при работе с ней).

Рис. 1. Современная клавиатура

Стандартная компьютерная клавиатура, также называемая клавиатурой PC/AT или AT-клавиатурой (поскольку она начала поставляться вместе с компьютерами серии IBM PC/AT), имеет 101 или 102 клавиши. Клавиатуры, которые поставлялись вместе с предыдущими сериями – IBM PC и IBM PC/XT, имели 86 клавиш. Расположение клавиш на AT-клавиатуре подчиняется единой общепринятой схеме, спроектированной в расчете на английский алфавит.

Многие современные компьютерные клавиатуры, помимо стандартного набора из 104 клавиш, снабжаются дополнительными клавишами (как правило, другого размера и формы), которые предназначены для упрощенного управления некоторыми основными функциями компьютера (Рис. 2):

• управление громкостью звука: громче, тише, включить или выключить звук;

• управление лотком в приводе для компакт-дисков: извлечь диск, принять диск;

• управление аудиопроигрывателем: играть, поставить на паузу, остановить воспроизведение, промотать аудиозапись вперед или назад, перейти к следующей или предыдущей аудиозаписи;

• и т. д.

Рис. 2. Мультимедийная клавиатура (Источник)

Компьютерная мышь

Мышь, трекбол, пульт, джойстик – это устройства, которые позволяют управлять объектами на экране. Самым распространенным устройством из перечисленных является мышь. Компьютерная мышь – механический манипулятор, преобразующий движение в управляющий сигнал. Не так давно строение компьютерных мышей отличалось от привычного нам. В них был шарик (Рис. 3), который при перемещении мыши по поверхности стола вращался, и это вращение преобразовывалось в электрические сигналы, которые передавались посредством кабеля в компьютер. Однако большим недостатком таких моделей являлось то, что очень часто шарик засорялся, что приводило к некоторого рода затруднениям. Например, курсор мыши плохо перемещался, перемещался рывками или с переменной скоростью. В результате загрязнения шарика механический контакт с роликом становился ненадежным и шарик начинал проскальзывать. 

Рис. 3. Одна из первых моделей компьютерных мышей – шариковая. (Источник)

На смену шариковым мышкам пришли оптические (Рис. 4). Они снабжены фотодиодом. Он периодически сканирует поверхность стола под мышью и передает полученную информацию в компьютер. Полученные данные анализируются и, исходя из них, определяется, на какое расстояние и в каком направлении необходимо произвести смещение мыши.

Рис. 4. Оптическая мышь (Источник 1), (Источник 2)

Первые поколения оптических мышей включали в себя различные схемы оптопарных датчиков с непрямой оптической связью. Эти датчики имели один недостаток – они требовали наличия на рабочей поверхности мыши специальной штриховки. Также к их недостаткам можно отнести:

• необходимость определенной ориентации мыши относительно коврика, в противном случае мышь работала неправильно;

• чувствительность мыши к загрязнению коврика (ведь он соприкасается с рукой пользователя) – датчик неуверенно воспринимал штриховку на загрязненных местах коврика;

• высокую стоимость устройства.

Второе поколение оптических мышей имело более сложное устройство. В нижней части мыши установлена специальная быстрая видеокамера. Она непрерывно делает снимки поверхности стола и, сравнивая их, определяет направление и величину смещения мышки. Оптические мыши второго поколения имеют огромное преимущество перед первым: они не требуют специального коврика и работают практически на любых поверхностях, кроме зеркальных или прозрачных.

В последние годы велась разработка более совершенного оптического датчика, использующего для подсветки полупроводниковый лазер. К их преимуществам можно отнести:

• более высокую надежность и разрешение;

• отсутствие заметного свечения (сенсору достаточно слабой подсветки лазером видимого или, возможно, инфракрасного диапазона);

• низкое энергопотребление;

Монитор

Важнейшим устройством вывода информации является монитор. Монитор – это конструктивно законченное устройство, предназначенное для визуального отображения информации. Они делятся на два основных типа:

Первый тип – это мониторы на основе электронно-лучевых трубок (Рис. 5).

Рис. 5. Монитор на основе электронно-лучевой трубки. (Источник)

В основе работы всех подобных мониторов лежит электронно-лучевая трубка (ЭЛТ), или CRT (Catod-RayTube). Технология, используемая в этом типе мониторов, была разработана уже давно и первоначально использовалась в качестве специального инструментария для измерения переменного тока, т. е. в основном в осциллографах.

ЭЛТ-монитор имеет стеклянную трубку, внутри которой вакуум. С фронтальной стороны внутренняя часть стекла трубки покрыта люминофором. Для получения изображения в ЭЛТ-мониторах используется электронная пушка, испускающая поток электронов через металлическую маску (решетку) на внутреннюю поверхность стеклянного экрана монитора, которая, в свою очередь, покрыта разноцветными, так называемыми люминофорными, точками. Светящиеся точки люминофора формируют изображение, видимое на мониторе.

Второй тип мониторов – это более современные LCD-мониторы (Liquid-crystal display), или иначе – жидкокристаллические дисплеи. В них используются жидкие кристаллы, которые располагаются между двумя стеклянными пластинами. Когда электрическое поле проходит через жидкие кристаллы, он меняет их ориентацию, а жидкие кристаллы изменяют свойства светового луча. Таким образом, формируется изображение на экране.

Рис. 6. LCD-монитор (Источник)

Если говорить о характеристиках мониторов, то есть 2 важных фактора.

– Разрешающая способность (размер диагонали монитора)

Для пользователя важно, чтобы разрешающая способность монитора была достаточной для работы. Для современных мониторов оптимальный показатель разрешающей способности является не менее 1024 x 768 (1024 – количество пикселей по горизонтали 768 – по вертикали). Чем больше разрешающая способность, тем лучше и качественнее изображение на экране и, что немаловажно, меньше устают глаза пользователя.

Размер по диагонали тоже является важной характеристикой, т. к., например, для работы с графическими или издательскими пакетами и программами, очень важно, чтобы размер экрана был как можно больше. Нормальным размером диагонали для современных мониторов является значение 17–21 дюйм.

– Потребляемая мощность

Современные мониторы потребляют примерно 40–42 Вт. Однако в спящем режиме потребляется всего 1 Вт. Отсюда мы можем сделать простой вывод, насколько важным является переход в спящий режим для компьютера, который простаивает без работы.

Принтер

К важным устройствам вывода информации относятся принтеры.

Принтер – это периферийное устройство ПК, предназначенное для перевода текста или графики на физический носитель (бумага и пр.) из электронного вида небольшими тиражами без создания печатной формы. Именно в этом заключается отличие от прочего полиграфического оборудования и ризографов, которые за счет печатной формы продуктивнее и дешевле при распечатке крупных тиражей.

Среди их характеристик важнейшей является разрешение, как и в мониторах. От разрешения зависит качество печати. Также важной является скорость печати. Этот показатель различается в зависимости от вида принтера. Принтеры делятся на:

• матричные;

• струйные;

• лазерные.

Когда говорят о матричных принтерах (Рис. 7), вспоминают компьютеры первых поколений, именно тогда появился этот вид принтеров. Такие печатные устройства все еще используются для работы. Они имеют ряд достоинств: на них можно печатать, используя плотную бумагу, вследствие чего они применяются при печати всевозможных

этикеток, наклеек, стикеров. Они обеспечивают достаточно высокую скорость печати, но в основном не поддерживают функцию цветной печати, т. е. являются монохромными.

Рис. 7. Матричный принтер (Источник)

При печати на струйном принтере используется специальная краска, которая находится в специальных картриджах. Такой вид печатных машин поддерживает как печать монохромных изображений, так и цветных. Он обладает малой скоростью печати по сравнению с лазерными, но отличается высоким качеством печати полутоновых изображений.

Принцип действия струйных принтеров похож на матричные принтеры тем, что изображение на носителе формируется из точек. Но вместо головок с иголками в струйных принтерах используется матрица, печатающая жидкими красителями. Основная характеристика принтера, от которой наиболее сильно зависит оптическое разрешение, – тип, количество и расположение печатающих головок на каретке. Фотопринтеры и офисные принтеры редко комплектуются более чем одной головкой на каждый цвет. Это связано с невысокими требованиями к скорости печати, кроме того, чем меньше головок, тем проще и эффективнее система их калибровки и сведения.

Рис. 8. Лазерный принтер (Источник)

В лазерных принтерах (Рис. 8) используется специальный полимерный порошок – тонер, а не краска, как в струйных принтерах. Они называются лазерными, т. к. лазерный луч сканирует лист бумаги, а затем порошок прилипает к определенным участкам на листе. Таким образом, формируется изображение.

Как было сказано выше, и лазерные, и струйные принтеры бывают цветными или монохромными. Также они имеют достаточно высокое качество печати, обеспечивают фотореалистичность и имеют неплохую скорость печати.

Графопостроитель (плоттер) – это специализированный принтер, который позволяет выводить графики, чертежи, рисунки на листы бумаги или другого материала большого формата. Скорость печати таких принтеров небольшая.

Современные принтеры часто совмещают в себе функции сканирования, копирования, передачи и приема факса. Благодаря этому они получили название МФУ (Многофункциональное устройство).

Сканер

Сканер (Рис. 9) – это устройство, которое позволяет считывать изображение с листа бумаги, при этом оптический сигнал, получаемый при сканировании лазерным лучом изображения, преобразуется в электрический. Он передается по кабелю в компьютер и преобразуется в двоичный код. Сканеры бывают:

• планшетные (позволяют разместить на специальной панели лист бумаги);

• ручные (текстовые). Представляют собой ручку, при помощи которой можно сканировать лист бумаги построчно. Такие сканеры также используются при считывании штрих-кодов.

Рис. 9. Планшетный сканер (Источник)

Для воспроизведения звука на компьютере используются звуковые карты (Рис. 10). Она может быть выполнена в виде отдельной платы

Звуковая карта

Звуковая карта (звуковая плата, аудиокарта; англ. – sound card) – дополнительное оборудование персонального компьютера, позволяющее обрабатывать звук (выводить на акустические системы и/или записывать). На момент появления звуковые платы представляли собой отдельные карты расширения, устанавливаемые в соответствующий слот. В современных материнских платах представлены в виде интегрированного в материнскую плату аппаратного кодека.

Рис. 10. Звуковая карта ПК (Источник)

На картинке мы видим входы, к которым подключаются микрофон (под цифрой 2), наушники (3), колонки (1).

Также звуковая карта может быть интегрирована в материнскую плату. В этом случае она имеет точно такие же входы, как и рассмотренные выше.

Видеокарта

Видеокарта (Рис. 11) – это устройство, которое производит специальную обработку информации и способствует выведению ее в виде изображения на экран монитора. Обычно видеокарты выполнены в виде отдельной платы, но кроме этого она может быть встроена в материнскую плату. Такие платы имеют широкое распространение.

Рис. 11. Видеокарта, установленная в материнскую плату ПК (Источник)

Основными частями видеокарты являются:

• графический (видео) процессор, который занимается расчетами выводимого изображения;

• видеопамять (сохраняет изображение );

• цифро-аналоговый преобразователь, который преобразовывает изображение для вывода на монитор.

На компьютере мы можем просматривать и обычные телепередачи. В случае если к компьютеру подключена телевизионная антенна, с помощью специальной платы (TV-тюнер) мы можем использовать компьютер в качестве телевизора.

Веб-камера

Еще одним устройством ввода информации является веб-камера (Рис. 12). Веб-камера – это малоразмерная цифровая видео или фотокамера, способная в реальном времени фиксировать изображения, предназначенные для дальнейшей передачи по сети Интернет. Веб-камеры, доставляющие изображения через Интернет, закачивают изображения на веб-сервер либо по запросу, либо непрерывно, либо через регулярные промежутки времени. Это достигается путем подключения камеры к компьютеру или благодаря возможностям самой камеры.

Рис. 12. Веб-камера (Источник)

Сетевые адаптеры

Для обмена информации друг с другом компьютеры подключаются к сети при помощи специальных сетевых карт (адаптеров).

Подключение к сети происходит при помощи сетевого кабеля (Рис. 13).

Рис. 13. Сетевая карта и сетевой кабель  (Источник)

Для подключения компьютера к сети Интернет служат модемы. Они делятся на внутренние и внешние. Внутренний модем (модулятор, демодулятор) вставляется в свободный слот материнской памяти. Внешние модемы подключаются не через кабель, а через порт USB.

Цифровые аудио и видео устройства

К устройствам, которые можно подключать к компьютеру для обмена информацией, можно отнести также цифровые видео- и фото- камеры. Некоторые модели фотокамер позволяют снимать и видео. К подобным устройствам можно отнести и цифровой диктофон.

Мультимедийный проектор

Мультимедийный проектор тоже можно назвать устройством вывода информации. Проектор – это оптический прибор, предназначенный для создания действительного изображения плоского предмета небольшого размера на большом экране. Подключение происходит таким же образом, как и в случае с монитором. При помощи проектора можно проецировать изображение, которое мы видим на экране монитора, на большой экран. Довольно часто проекторы используются в паре с интерактивными досками.

Для того чтобы работать с проектором, не требуется установка дополнительно программного обеспечения. На пульте дистанционного управления либо на корпусе проектора имеются различные инструменты для регулировки яркости, контрастности, размера изображения и т. д. Для качественного воспроизведения изображения с мелкими деталями с монитора компьютера желательно выбирать проектор с графическим разрешением не менее 1024 х 768 точек.

Мобильные устройства

С распространением мобильной связи все большее значение приобретает связь компьютера с различными мобильными устройствами. Обычно такого рода связь осуществляется через инфракрасный порт. Он представляет собой передатчик в виде светодиода и приемник в виде фотодиода, работающим в инфракрасном диапазоне волн. При помощи такой технологии мы можем осуществлять связь между телефоном и компьютером и скачивать с мобильного телефона различные снятые на камеру телефона изображения, видео и т. д. или передавать информацию с компьютера на мобильное устройство.

Характеристики всех перечисленных устройств постоянно меняются и совершенствуются. Появляются новые устройства, к примеру GPS-навигаторы. Это устройства, которые позволяют прокладывать маршруты, отображают на сенсорном экране карты местности (как в 2D-, так и в 3D-режимах), позволяют запоминать проложенные или пройденные маршруты.

Кроме GPS-навигаторов, к новым видам устройств можно отнести смартфоны и коммуникаторы (Рис. 14). Это многофункциональные устройства, которые могут сочетать в себе обычный телефон, GPS-навигатор, MP-3 плеер, фото- и видеосъемку и многие другие функции.

Рис. 14. Коммуникатор (Источник)

Полезным устройством также является карманный переводчик. Он может содержать в себе не только большую базу иностранных слов, но и примеры применения этих слов в различных фразах. Такие виды удобно использовать при путешествиях за границу.

Электронные книги

Все большее распространение получают сейчас электронные книги (Рис. 15). Это устройства, предназначенные для отображения текстовой информации, представленной в электронном виде (в основном электронных книг). Достоинствами таких устройств является то, что процесс чтения получается экологически чистым, т. е. не требуется ни бумага, ни краски. Кроме того, в них можно выставить настройки под каждого пользователя индивидуально (яркость экрана, размер шрифта и т. д.), возможно использовать закладки при чтении книги.

Электронные книги относят к разновидности планшетных компьютеров. Их появление обусловлено развитием и специализацией планшетных компьютеров. Некоторые современные устройства оборудованы сенсорным экраном и имеют расширенный набор функций и позволяют не только читать, но и редактировать текст.

Рис. 15. Электронная книга (Источник)

Переворотом в технологии электронных книг явилась технология Electronic Ink (Рис. 16). Это технология отображения информации, разработанная для имитации обычной печати на бумаге и основанная на явлении электрофореза. В отличие от традиционных плоских жидкокристаллических дисплеев, в которых используется просвет матрицы для формирования изображения, электронная бумага формирует изображение в отраженном свете как обычная бумага и может хранить изображение текста и графики в течение достаточно длительного времени, не потребляя при этом электрической энергии и затрачивая ее только на изменение изображения. В отличие от традиционной бумаги технология позволяет произвольно изменять записанное изображение.

Рис. 16. Технология Electronic Ink (Источник)

Достоинствами этой технологии являются:

• удобство чтения. Отсутствует мерцание и не меняется форма букв, также пользователь не зависим от уровня освещения и угла зрения;

• очень маленькое энергопотребление при условии, что картинка на экране статична. В основном питание потребляется только при обновлении экрана, например при переворачивании страницы.

В среднем энергопотребление главного дисплея электронной книги в 50–100 раз меньше, чем у экрана мобильного телефона. Также дисплеи в рассматриваемых устройствах обладают в шесть раз большей отражательной способностью и вдвое большей контрастностью по сравнению с жидкокристаллическими.

Список литературы

1. Босова Л.Л. Информатика и ИКТ: Учебник для 8 класса. – М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2012

2. Босова Л.Л. Информатика: Рабочая тетрадь для 8 класса. – М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2010.

3. Астафьева Н.Е., Ракитина Е.А., Информатика в схемах. – М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2010.

4. Танненбаум Э. Архитектура компьютера. – 5-е изд. – СПб.: Питер, 2007. – 844 с.

Скотт Мюллер Модернизация и ремонт ПК = Upgrading and Repairing PCs. – 17 изд. — М.: «Вильямс», 2007. – с. 1047–1088.

Дополнительные рекомендованные ссылки на ресурсы сети Интернет

1. Интернет-сайт cdo.bseu.by (Источник)

Домашнее задание

1. Как называется плата, на которой реализована магистраль обмена информацией между различными устройствами компьютера?

2. Перечислите устройства ввода-вывода информации, которые можно подключить к USB-разъему.

3. Назовите наиболее распространенные устройства ввода информации и устройства вывода информации.

4. Какой тип информации позволяет вводить сканер?

5. Каковы основные характеристики мониторов?