Устройства ввода и вывода

МИНИСТЕРСТВО  ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное бюджетное  государственное образовательное  учреждение высшего профессионального  образования 

ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

 

Кафедра информатики  и информационных технологий

 

 

 

 

Устройства  ввода и вывода

 

 

 

 

 

Выполнил: студент

Жилина Яна

Гр. Э 11-3

Проверил: преподаватель

Ушакова Н.П.

 

 

 

 

Тюмень, 2011

Персональный компьютер – компьютер, предназначенный для эксплуатации одним пользователем, то есть для личного использования. К ПК условно можно отнести также и любой другой компьютер, используемый конкретным человеком в качестве своего личного компьютера. В соответствии с принципами функционирования универсальной вычислительной машины, предложенными Фон Нейманом, основные функциональные части компьютера следующие:

• устройство ввода и вывода;
• устройство хранения информации;
• устройство обработки информации;
• управляющее устройство.

Базовая конфигурация ПК:

• системный блок:
• материнская плата;
• процессор;
• оперативная память;
• видео - и аудиокарты;
• жесткий диск;
• дисководы;
• монитор;
• клавиатура;
• мышь.

 

Компьютер обменивается информацией с внешним миром  с помощью периферийных устройств. Только благодаря периферийным устройствам  человек может взаимодействовать с компьютером, а также со всеми подключенными к нему устройствами. Любое подключенное периферийное устройство в каждый момент времени может быть или занято выполнением порученной ему работы или пребывать в ожидании нового задания. Влияние скорости работы периферийных устройств на эффективность работы с компьютером не меньше, чем скорость работы его центрального процессора. Скорость работы внешних устройств от быстродействия процессора не зависит. Периферийные устройства делятся на устройства ввода и устройства вывода. Устройства ввода преобразуют информацию в форму понятную машине, после чего компьютер может ее обрабатывать и запоминать. Устройства вывода переводят информацию из машинного представления в образы, понятные человеку [ Алексеев Е.Г., Богатырев С.Д. Информатика. Мультимедийный электронный учебник].

 

Устройства ввода

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 (в 1995 году, после выхода операционной системы Windows 95, привычные, 101-клавишные устройства были заменены клавиатурами со 104/105 клавишами. Три новые клавиши были добавлены специально, чтобы реализовать некоторые возможности новой операционной системы), 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.

Мышь предназначена для выбора и перемещения графических объектов экрана монитора компьютера. Позволяет существенно сократить работу человека с клавиатурой при управлении курсором и вводе команд. Особенно эффективно мышь используется при работе графическими редакторами, издательскими системами. 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, сверху 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.

Наибольшее распространение  получили планшетные сканеры, которые позволяют сканировать листы бумаги, 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.

Микрофон — электроакустический прибор, преобразовывающий звуковые колебания в колебания электрического тока, устройство ввода. Служит первичным звеном в цепочке звукозаписывающего тракта или звукоусиления. Микрофоны используются во многих устройствах, таких как телефоны и магнитофоны, в звукозаписи и видеозаписи, на радио и телевидении, для радиосвязи, а также для ультразвукового контроля и измерения.

Веб-камера — цифровая видео или фотокамера, способная в реальном времени фиксировать изображения, предназначенные для дальнейшей передачи по сети Интернет (в программах типа Skype, Instant Messenger или в любом другом видеоприложении).

Веб-камеры, доставляющие изображения  через интернет, закачивают изображения  на веб-сервер либо по запросу, либо непрерывно, либо через регулярные промежутки времени. Это достигается путём подключения  камеры к компьютеру или благодаря  возможностям самой камеры. Некоторые современные модели обладают аппаратным и программным обеспечением, которое позволяет камере самостоятельно работать в качестве веб-сервера, FTP-сервера, FTP-клиента и отсылать изображения электронной почтой.

Веб-камеры, предназначенные  для видеоконференций, — это, как  правило, простые модели камер, подключаемые к компьютеру, на котором запущена программа типа Instant Messenger.

Тачпа́д, се́нсорная пане́ль — указательное устройство ввода, применяемое чаще всего в ноутбуках.

Как и другие указательные устройства, тачпад обычно используется для управления «указателем» путем перемещения пальца по поверхности  устройства. Тачпады имеют различные  размеры, но обычно их площадь не превышает 50 см². Форма исполнения - чаще всего прямоугольник, но существуют модели и в виде круга.

USB-флеш-накопитель (сленг: флешка, флэшка) — запоминающее устройство, использующее в качестве носителя флеш-память и подключаемое к компьютеру или иному считывающему устройству по интерфейсу USB.

USB-флешки обычно  съёмные и перезаписываемые. Размер  — около 5 см, вес — меньше 60 г. Получили большую популярность  в 2000-е годы из-за компактности, лёгкости перезаписывания файлов  и большого объёма памяти (от 32 МБ до 256 ГБ). Основное назначение USB-накопителей — хранение, перенос и обмен данными, резервное копирование, загрузка операционных систем и др. Разработан умещающийся на флешку пакет программ для автоматического снятия улик с компьютера неквалифицированным полицейским (COFEE).

Обычно устройство имеет вытянутую форму и съёмный колпачок, прикрывающий разъём; иногда прилагается шнур для ношения на шее. Современные флешки могут иметь самые разные размеры и способы защиты разъёма, а также «нестандартный» внешний вид (армейский нож, часы и т. п.) и различные дополнительные возможности (например, проверку отпечатка пальца и т. п.).

Дисковод — устройство компьютера, позволяющее осуществить чтение/запись информации на носители информации. Основное назначение дисковода, в рамках концепции иерархии памяти — организация долговременной памяти.

 

Устройства вывода

Монитор (дисплей) является основным устройством вывода графической информации. По размеру диагонали экрана выделяют мониторы 14-дюймовые, 15-дюймовые, 17-дюймовые, 19-дюймовые, 21-дюймовые. Чем больше диагональ монитора, тем он дороже. По цветности мониторы бывают монохромные и цветные. Любое изображение на экране монитора образуется из светящихся разными цветами точек, называемых пикселями (это название происходит от PICture CELL - элемент картинки). Пиксель – это самый мелкий элемент, который может быть отображен на экране. Чем качественнее монитор, тем меньше размер пикселей, тем четче и контрастнее изображение, тем легче прочесть самый мелкий текст, а значит, и меньше напряжение глаз. По принципу действия мониторы подразделяются на мониторы с электронно-лучевой трубкой (Catode Ray Tube - CRT) и жидкокристаллические - (Liquid Crystal Display - LCD).

 

Для получения  копий изображения на бумаге применяют принтеры, которые классифицируются:

• по способу получения изображения: литерные, матричные, струйные, лазерные и термические;
• по способу формирования изображения: последовательные, строчные, страничные;
• по способу печати: ударные, безударные;
• по цветности: чёрно-белые, цветные.

Наиболее распространены принтеры матричные, лазерные и струйные. Матричные принтеры схожи по принципу действия с печатной машинкой. Печатающая головка перемещается в поперечном направлении и формирует изображение из множества точек, ударяя иголками по красящей ленте. Красящая лента перемещается через печатающую головку с помощью микроэлектродвигателя. Соответствующие точки в месте удара иголок отпечатываются на бумаге, расположенной под красящей лентой. Бумага перемещается в продольном направлении после формирования каждой строчки изображения. Полиграфическое качество изображения, получаемого с помощью матричных принтеров низкое и они шумны во время работы. Основное достоинство матричных принтеров - низкая цена расходных материалов и невысокие требования к качеству бумаги.

Струйный принтер относится к безударным принтерам. Изображение в нем формируется с помощью чернил, которые распыляются через капилляры печатающей головки.