ПК-это настольная или переносная машина, удовлетворяющая требованиям общедоступности и универсальности.
Конструктивно каждая модель ПК имеет так называемый "базовый набор" внешних устройств, т.е. такой набор компонентов, дальнейшие уменьшение которого приведет к нецелесообразности использования компьютера для конкретной работы или даже полной бессмысленности работы с ним. Этот набор можно увидеть практически везде, где используют компьютер, в него входят:
- системный блок (плюс дисковод или винчестер, вмонтированный в корпус);
- монитор;
- клавиатура.
Все вышеперечисленное составляет "базовую конфигурацию" данной модели. Различают также понятие "обязательной конфигурации" ПК, которая означает необходимый набор компонентов для работы с конкретным программным продуктом.
Систематизация в период стремительного развития техники очень усложнена, постоянно появляются новые устройства, изменяется технология их изготовления и применения, развивается полифукциональность и др.
В данной работе будет дана систематизация с точки зрения функционального назначения.
В первую большую группу объединяются устройства ввода информации в компьютер
Клавиатура
Сейчас основным широко распространенным устройством ввода информации в компьютер является клавиатура (клавишное устройство). Она реализует диалоговое общение пользователя с ПК:
- ввод команд пользователя, обеспечивающий доступ к ресурсам ПК;
- запись, корректировку и отладку программ;
- ввод данных и команд в процесс решения задачи.
В настоящее время принят стандарт клавиатуры MFII. Условно мы можем выделить пять групп клавиш, несущих свою функциональную отгрузку.
Алфавитно-цифровая область - самая большая.
Включает: пробел, цифры 0-9, латинские буквы A-Z, символы кириллицы А-Я, знаки пунктуации, служебные символы "+", "-", "/" и т.д.
Эта область похожа на клавиатуру пишущей машинки и имеет аналогичное назначение.
Область функциональных клавиш.
Включает: F1-F12, Print Screen, Scroll Lock, Pause
Данная область располагается в верхнем ряду клавиатуры. Для разных программных продуктов одни и те же клавиши области могут выполнять неодинаковые функции.
Специальные клавиши:
Включает: Enter, Tab, Caps Lock, Shift, Ctrl, Alt, Esc, Back space, Delete, Insert.
Служат для переключения назначения алфавитно-цифровых клавиш, стирания символов, подтверждения ввода информации.
Блок управления курсором.
Включает: Home, End, Page Up, Page Down, стрелки управления курсором.
Эти клавиша необходимы для перемещения курсора на экране дисплея.
Цифровой блок.
Включает: Num Lock, "/", "*", "-", "+", Enter, цифры 0-9.
Располагается справа. Создан для облегчения ввода большого количества цифр.
Данная классификация строго условна, так как в действительности, в зависимости от выполняемой программы, почти любая клавиша может исполнять и функциональные, и служебные обязанности, а также может блокироваться программой. Поэтому в описании каждого программного продукта обязательно имеется раздел с изложением функций клавиатуры.
Из других видов клавиатур можно упомянуть специальные клавиши для слепых с осязаемыми точками на клавишах; клавиатуры для магазинов и складов, снабженные устройствами для считывания штрихового кода или для считывания магнитных карт; промышленные клавиатуры- сенсорные, имеющие в качестве защиты от вредных воздействий (стружек, пепла и т.д.) дополнительное покрытие клавиш специальной сенсорной фольгой; клавиатура для медицинских учреждений с устройствами для считывания информации со страховых карт. В настоящее время появились клавиатуры с дополнительными клавишами для удобства работы с той или иной операционной системой (ОС), например, клавиатура для Windows 95.
Таким образом, выбор клавиатуры зависит от ОС, с которой предполагается работать.
Манипуляторы
Они облегчают общение пользователя с ПК. Наиболее распространенным из них является так называемая
Мышь
Она служит для ввода данных или одиночных команд, выбираемых из меню или текстограмм графических оболочек, выведенных на экран монитора.
Мышь представляет собой небольшую коробочку с двумя или тремя клавишами и утопленным, свободно вращающимся в любом направлении шариком на нижней поверхности. Она подключается к компьютеру при помощи специального шнура и требует специальной программной поддержки.
Для работы с мышью необходима плоская поверхность, с этой целью используют резиновые коврики (Mouse Pad).
Так как с помощью мыши нельзя вводить в компьютер серии команд, поэтому мышь и клавиатура - не взаимозаменяемые устройства. Назначение графических оболочек - в обеспечении инициализации множества команд без длительного набора их с клавиатуры. Это снижает вероятность опечаток и экономит время. На объекте в виде текторграммы выбирается пункт меню или символ и щелчком кнопки мыши инициализируется. Конечно, при наборе или осуществлении некоторых функций применение мыши может быть нерациональным, если, например, эти функции выполняются нажатием функциональных клавиш.
В настоящее время также существует оптическая мышь, где сигнал передается с помощью луча мыши на специальный коврик и анализируется электроникой. Пока менее распространена бесхвостая (безкабельная) инфракрасная мышь (принцип ее действия похож на действие пультов дистанционного управления) и радиомышь.
В портативных ПК (Lapton, Notebook) мышь обычно заменяют особым встроенным в клавиатуру шариком на подставке с двумя клавишами по бокам, называемым трекбол.
Принцип его работы такой же, как принцип работы мыши. Несмотря на наличие трекбола, пользователь портативной ПК может использовать и обычную мышь.
К ручным манипуляторам относится и джойстик, представляющий собой подвижную рукоять с одной или двумя кнопками, имеющими то же назначение, что и клавиши мыши.
Это устройство ввода наиболее распространено в области компьютерных игр. В игровых приставках используются цифровые джойстики, а в компьютерах - аналоговые. Аналоговый джойстик имеет период цифровым множество преимуществ, самыми главными являются более широкая точность управления и отсутствие необходимости в применении специальной карты и переходника для подключения к компьютеру.
Для ввода рисунков в ПК может использоваться, так называемое, световое перо. Оно применяется сравнительно редко, так как пригодно для работы с крупными объектами, но очень ненадежно при выборе малых объектов.
Световое перо получило дальнейшее развитие при его совместном использовании с дигитайзером (диджитайзером), где пером просто пишут, затем специальные программы переводят рукописный текст или рисунок в цифровой код. Профессиональные световые перья могут определить толщину линий, силу нажатия на перо и другие параметры.
Дигитайзер. Является стандартным устройством ввода для профессиональных графических работ. С помощью программного обеспечения движение руки преобразовывается в формат векторной графики. Дигитайзер способен определять и обрабатывать абсолютно точные координаты, что недоступно другим устройством ввода.
Для непосредственного считывания графической информации с бумажного или иного носителя в ПК применяется оптические сканеры.
Сканируемое изображение считывается и преобразуется в цифровую форму элементами специального устройства: CCD - чипами.
Существует множество видов и моделей сканеров. Какой из них выбрать, зависит от задач, для которых сканер предназначается.
Самые простое сканеры распознают только два цвета: черный и белый.
Такие сканеры используют для чтения штрихового кода.
Ручные сканеры - самые простые и дешевые. Основной недостаток в том, что человек сам перемещает сканер по объекту, и качество полученного изображения зависит от умения и твердости руки. Другой важный недостаток -небольшая ширина полоса сканирования, что затрудняет чтение широких оригиналов.
Барабанные сканеры применяются в профессиональной типографической деятельности. Принцип заключается в том, что оригинал на барабане освещается источником света, а фотосенсоры переводят отраженное излучение в цифровое значение.
Листовые сканеры. Их основное отличие от двух предыдущих в том, что при сканировании неподвижно закреплена линейка с CCD - элементами, а лист со сканируемым изображением движется относительно нее с помощью специальных валиков.
Планшетные сканеры. Это самый распространенный сейчас вид для профессиональных работ. Сканируемый объект помещается на стеклянный лист, изображение построчно с равномерной скоростью считывается головкой чтения с CCD - сенсорами, расположенной снизу. Планшетный сканер может быть оборудован специальным устройством слайд-приставкой для сканирования диапозитивов и негативов.
Слайд-сканеры используются для сканирования микроизображений.
Проекционные сканеры. Относительно новое направление. Цветной проекционный сканер является мощным многофункциональным средством для ввода в компьютер любых цветных изображений, включая трехмерные. Он вполне может заменить фотоаппарат.
В наше время у сканеров появилось еще одно применение – считывание рукописных текстов, которые затем специальными программами распознавания символов преобразуются в коды ASC II и в дальнейшем могут обрабатываться текстовыми редакторами.
Цифровая камера служит для видеоввода изображений в компьютер.
Принцип действия аналогичен описанному для сканеров. Хотя камера имеет фотооптику подобную оптике фотоаппарата, но нет необходимости в фотопленке, как и для проекционного сканера. Сканируемое камерой изображение сразу принимается и преобразовывается в цифровую форму. В данный области ожидается быстрый процесс и снижение цен на соответствующее оборудование.
Также к данной группе можно отнести устройства ввода звука, в том числе и речи.
Вторую большую группу составляют разнообразные устройства вывода информации.
Дисплей (монитор).
Позволяет вывести на экран алфавитно-цифровую или графическую информацию в удобном для чтения и контроля пользователем виде. В соответствии с этим, существует два режима работы: текстовой и графический.
В текстовом режиме экран представлен в виде строк и столбцов. В графическом формате параметры экрана задаются числом точек по горизонтали и числом точечных строк по вертикали. Количество горизонтальных и вертикальных линий экрана называется разрешением. Чем оно выше, тем больше информации можно отобразить на единице площади экрана.
Цифровые мониторы. Самый простой - монохромный монитор позволяет отображать только черно-белое изображение.
Цифровые RGB - мониторы (Red-Green-Blue) поддерживают и монохромной режим, и цветной (с 16 оттенками цвета).
Аналоговые мониторы. Аналоговая передача сигналов производится в виде различных уровней напряжения. Это позволяет формировать палитру с оттенками разной степени глубины.
Мультичастотные мониторы. Видеокарта формируем сигналы синхронизации, которые относятся к горизонтальной частоте строк и вертикальной частоте повторения кадров. Эти значения монитор должен распознавать и переходить в соответствующий режим.
По возможности настройки можно выделить:
одночастотные мониторы, которые воспринимают сигналы только одной фиксированной частоты;
многочастотные, которые воспринимают несколько фиксированных частот;
мультичастотные, настраивающиеся на произвольные значения частот синхроносигналов в некотором диапазоне.
Жидкокристаллические дисплеи (LCD). Их появление связано с борьбой за снижение габаритов и веса переносных компьютеров.
Основной из недостаток - невозможность быстрого изменения картинок или быстрого движения курсора мыши и т.п. Такие экраны нуждаются в дополнительной подсветке или во внешнем освещении.
Преимущества данных экранов - в значительном сокращении спектра вредных воздействий.
Газоплазменные мониторы. Не имеют ограничений LCD -экранов. Их недостаток - большое потребление электроэнергии.
Особо надо выделить группу сенсорных экранов, так как они позволяют не только выводить на экран данные, но и вводить их, то есть попадают в класс устройств ввода/вывода. Эта относительно новая технология не получила еще широкого распространения. Такие экраны обеспечивают самый простой и короткий путь общения с компьютером: достаточно просто указать на то, что вас интересует. Устройство ввода полностью интегрировано в монитор.
Используются в информационно справочных системах.
Видеосистема ЭВМ
Видеосистемы предназначены для оперативного отображения информации, доведения ее до сведения оператора ЭВМ. Обычно они состоят из двух частей: монитора и адаптера. Монитор служит для визуализации изображения, адаптер — для связи монитора с микропроцессорным комплектом. Классификацию мониторов можно провести по следующим признакам:
по используемым физическим эффектам, по принципу формирования изображения на экране, по способу управления, по длительности хранения информации на экране, по цветности изображения и по его эргономическим характеристикам.
По принципу формирования изображения мониторы делятся на плазменные, электролюминесцентные, жидкокристаллические и электронно-лучевые.
Плазменные, электролюминесцентные и жидкокристаллические мониторы относятся к дисплеям с плоским экраном. Для них характерно: экран имеет малые физические размеры, не мерцает, полностью отсутствует рентгеновское излучение. Мониторы этого вида допускают локальное стирание и замену информации, имеют малый вес и незначительное потребление энергии, большую механическую прочность и длительный срок службы. Плоские экраны уступают мониторам на электронно-лучевых трубках в скорости обновления информации на экране (они медленнодействующие, не приспособлены для демонстрации динамично меняющихся изображений) и в количестве отображаемых цветовых оттенков.
Плазменные и электролюминесцентные мониторы являются активными, излучающими свет. Для работы с ними не нужен посторонний источник света.
Жидкокристаллические - пассивные мониторы. Они работают только при наличии постороннего источника света и способны работать либо в отраженном, либо в проходящем свете. Жидкокристаллические мониторы используют способность жидких кристаллов изменять свою оптическую плотность или отражающую способность под воздействием электрических сигналов.
В плазменной панели элемент изображения образуется в результате газового разряда, который сопровождается излучением света. Конструктивно панель состоит из трех стеклянных пластин, на две из которых нанесены тонкие прозрачные проводники (до 2-4 проводников на 1 мм). На одной пластине проводники расположены горизонтально, на другой - вертикально. Между ними находится третья стеклянная пластина, в которой в местах пересечения проводников имеются сквозные отверстия. Эти отверстия при сборке панели заполняются инертным газом. Вертикально и горизонтально расположенные Проводники образуют координатную сетку; на пересечении проводников находятся элементы изображения - пикселы (от “picture element”). При разрешающей способности 512х512 пиксел такая панель имеет размеры не более 200х200мм и толщину 6-8 мм. В настоящее время созданы цветные плазменные панели с разрешающей способностью экрана 1024х1024 пиксел.
Электролюминесцентные мониторы работают на принципе люминесценции вещества при воздействии на него электрического поля. Люминесцентное вещество распыляется на внутренней поверхности одной из пластин с координатной сеткой. Напряжение на координатные шины подается такое, чтобы на пересечении координатных шин создавалось электрическое поле, достаточное для возбуждения люминофора.
Наибольшее распространение получили мониторы на электронно-лучевых трубках. Электронно-лучевая трубка (ЭЛТ) представляет собой электровакуумный прибор в виде стеклянной колбы, дно которой является экраном. В колбе, из которой удален воздух, расположены электроды: электронная пушка (катод с электронагревательным элементом), анод, вертикально и горизонтально отклоняющие пластины и сетка. Снаружи на ЭЛТ установлена фокусирующая система. Внутренняя поверхность экрана покрыта люминофором, который светится при попадании на него потока электронов. Катод, поверхность которого покрыта веществом, легко отдающим электроны при нагревании, является источником электронов. Возле него образуется “электронное облако”, которое под действием электрического поля анода движется в сторону экрана. По мере приближения к аноду электронный поток увеличивает скорость. Фокусирующая система сжимает поток электронов в тонкий пучок, который с помощью отклоняющих пластин направляется в нужную точку экрана. Сетка служит для регулирования плотности электронного потока. Она расположена гораздо ближе к катоду, чем анод. В зоне ее действия поток электронов имеет небольшую скорость, поэтому она оказывает на поток электронов влияние, сопоставимое с влиянием анода. Сетка может создать электрическое поле, которое тормозит электроны, уменьшает их скорость и плотность потока, движущегося в сторону экрана, и даже может полностью “запереть” трубку, не пропустить поток электронов в сторону экрана.
На отклоняющие пластины ЭЛТ подается пилообразное напряжение, которое отклоняет электронный луч и заставляет его пробегать по всей поверхности экрана, строка за строкой. На поверхности экрана появляется развертка, с помощью которой выводится требуемое изображение - в местах экрана, которые должны оставаться темными, трубка запирается и электронный луч не доходит до поверхности экрана.
В зависимости от формы напряжения, подаваемого на отклоняющие пластины, и способа его получения различаются растровая, матричная и векторная развертки.
Растровая развертка представляет собой набор сплошных горизонтальных линий, заполняющих весь экран. Она формируется с помощью аналоговых приборов - генераторов пилообразного напряжения, отдельно - для строк и отдельно для кадров. Этот вид развертки применяется в телевидении.
Матричная развертка по внешнему виду похожа на растровую. Но формируется она с помощью цифровых схем (счетчиков), связанных с отклоняющей системой через цифро-аналоговые преобразователи. В этом случае электронный луч на экране перемещается не непрерывно, а скачками - от одного пиксела к другому. Поэтому он не рисует линию, а высвечивает матрицу точек - пиксел. При такой развертке легко перевести луч в любую заданную точку экрана - надо только в счетчики строк и кадров поместить координаты этой точки.
Векторная развертка используется для рисования сложных фигур с помощью сплошных линий разной формы. Управление вертикальным и горизонтальным отклонением луча в этом случае осуществляется с помощью функциональных генераторов, каждый из которых настроен на прорисовку определенного графического примитива. Состав графических примитивов, из которых строится изображение, определяется наличием функциональных генераторов.
Максимальное количество строк на экране и количество точек в строке образуют разрешающую способность монитора:
· низкую: 320 х 200 (320 пиксел в строке, 200 строк на экране);
· стандартную: 640 х 200,640х350 или 640 х 480;
· высокую: 750 х 348 или 800 х 600;
· особо четкую: 1024 х 768 или 1024 х 1024 и выше.
Разрешающая способность оказывает значительное влияние на качество изображения на экране, но качество изображения зависит и от других характеристик: физических размеров элементов изображения (пиксел, или точек), размеров экрана, частоты развертки, цветовых характеристик и др.
Размер элементов изображения зависит от величины зерен люминофора, напыляемого на экран, которая измеряется в миллиметрах и образует ряд:
0.42; 0.39; 0.31; 0.28; 0.26;... Фактически приведенные цифры характеризуют не диаметр точек люминофора, а расстояние между центрами этих точек.
Размер экрана, имеющего прямоугольную форму, обычно измеряется по диагонали в дюймах (12, 14, 15, 17, 21,...). Для экрана с диагональю 14" длина горизонтальной части экрана составляет около 10", а вертикальной -около 9". При длине строки 10" (т.е. 257.5 мм) и размере зерна 0.42 мм, в строке может разместиться 613 пиксел. Поэтому на мониторе с размером экрана 14" и размером зерна 0.42 мм невозможно получить разрешающую способность более 613 пиксел в строке при 535 пикселных строках на экране;
монитор может обеспечить лишь стандартную разрешающую способность (не более 640 х 480). При размере зерна 0.28мм на 14" мониторе максимально можно получить разрешающую способность 800 х 600 (зато на 15" мониторе размер зерна 0.28 позволяет обеспечить разрешающую способность 1024 х 768).
Необходимо отметить, что большее по размерам зерно имеет большую инерционность - электронный луч дольше “разжигает” такое зерно, но оно и светится дольше. Поэтому в мониторах с большим размером зерна частота регенерации не должна быть высокой (25-30 кадров в секунду достаточно, чтобы изображение “не мерцало” из-за угасания зерен люминофора). При уменьшении размеров зерна уменьшается и его инерционность. Поэтому регенерацию экрана в мониторах с зерном 0.26 и меньше приходится проводить чаще (75-100 раз в секунду). Для того чтобы вывести 100 раз в секунду кадр, содержащий 1000 пиксел в строке и 1000 строк, необходимо обеспечить частоту строчной развертки 100 х 1000 х 1000 = 10* Гц = 100 Мгц; частота кадровой развертки при этом составит 100 х 1000 = 105 Гц = 0.1 Мгц.