Информатика конспект лекций_2012

Мышь воспринимает своё перемещение в рабочей плоскости (обычно – на участке поверхности стола) и передаёт эту информацию компьютеру. Программа, работающая на компьютере, в ответ на перемещение мыши производит на экране действие, отвечающее направлению и расстоянию этого перемещения. В универсальных интерфейсах (например, в оконных) с помощью мыши пользователь управляет специальным курсором – указателем, являющимся манипулятором элементами интерфейса. Иногда используется ввод команд мышью без участия видимых элементов интерфейса программы: при помощи анализа движений мыши.

В дополнение к детектору перемещения, мышь имеет от одной до трёх и более кнопок, а также дополнительные элементы управления (колёса прокрутки, потенциометры, джойстики, трекболы, клавиши и т. п.), действия которых обычно связываются с текущим положением курсора (или составляющих специфического интерфейса).

Элементы управления мыши во многом являются воплощением идеи аккордной клавиатуры (то есть клавиатуры для работы вслепую). Мышь, изначально создаваемая в качестве дополнения к аккордной клавиатуре, фактически её заменила.

Название «мышь» манипулятор получил в Стенфордском исследовательском институте из-за схожести сигнального провода с хвостом одноимённого грызуна (у ранних моделей он выходил из задней части устройства).

Изначальная конструкция датчика перемещения мыши, изобретённой Дугласом Энгельбартом в Стенфордском исследовательском институте в 1963 г., состояла из двух перпендикулярных колес, выступающих из корпуса устройства. При перемещении колеса мыши крутились каждое в своем измерении (рис. 28).

Такая конструкция имела много недостатков и довольно скоро была заменена на мышь с шаровым приводом.

Основными недостатками контактных датчиков являются окисление контактов, быстрый износ и невысокая точность. Поэтому со временем все мыши перешли на бесконтактные оптопарные датчики.

Оптронный датчик состоит из двойной оптопары – светодиода и двух фотодиодов (обычно – инфракрасных) и диска с отверстиями или лучевидными прорезями, перекрывающего световой поток по мере вращения. При перемещении мыши диск вращается, и с фотодиодов снимается сигнал с частотой, соответствующей скорости перемещения мыши.

110

Второй фотодиод, смещённый на некоторый угол или имеющий на диске датчика смещённую систему отверстий/прорезей, служит для определения направления вращения диска (свет на нём появляется/исчезает раньше или позже, чем на первом, в зависимости от направления вращения).

Рис. 28. Первая компьютерная мышь

Оптические мыши первого поколения призваны непосредственно отслеживать перемещение рабочей поверхности относительно мыши. Исключение механической составляющей обеспечивало более высокую надёжность и позволяло увеличить разрешающую способность детектора.

Первое поколение оптических датчиков было представлено различными схемами оптопарных датчиков с непрямой оптической связью – светоизлучающих и воспринимающих отражение от рабочей поверхности светочувствительных диодов. Такие датчики имели одно общее свойство – требовали наличия на рабочей поверхности (мышином коврике) специальной штриховки (перпендикулярными или ромбовидными линиями). На некоторых ковриках эти штриховки выполнялись красками, невидимыми при обычном свете (такие коврики могли даже иметь рисунок).

Второе поколение оптических мышей имеет более сложную начинку. В нижней части мыши установлен специальный светодиод, который подсвечивает поверхность, по которой перемещается мышь. Миниатюрная камера «фотографирует» поверхность более тысячи

111

раз в секунду, передавая эти данные процессору, который и делает выводы об изменении координат. Оптические мыши второго поколения имеют огромное преимущество перед первым: они не требуют специального коврика и работают практически на любых поверхностях, кроме зеркальных; такие мыши не нуждаются в чистке.

Предполагалось, что такие мыши будут работать на произвольной поверхности, однако вскоре выяснилось, что многие продаваемые модели (в особенности первые устройства) не так уж и безразличны к рисункам на коврике. На некоторых участках рисунка графический процессор способен сильно ошибаться, что приводит к хаотичным движениям указателя, абсолютно неадекватным реальному перемещению. Для склонных к таким сбоям мышей необходимо подобрать коврик с иным рисунком или вовсе с однотонным покрытием.

Отдельные модели также склонны к детектированию мелких движений при нахождении мыши в состоянии покоя, что проявляется дрожанием указателя на экране, иногда с тенденцией сползания в ту или иную сторону.

Датчики второго поколения постепенно совершенствуются, и в настоящее время мыши, склонные к сбоям, встречаются гораздо реже. Кроме совершенствования датчиков, некоторые модели оборудуются двумя датчиками перемещения при сборке, что позволяет, анализируя изменения сразу на двух участках поверхности, исключать возможные ошибки. Такие мыши иногда способны работать на стеклянных, оргстеклянных и зеркальных поверхностях (на которых не работают другие мыши).

Также выпускаются коврики, специально ориентированные на оптических мышей. Например, коврик, имеющий на поверхности силиконовую плёнку с взвесью блёсток (предполагается, что оптический сенсор гораздо чётче определяет перемещения по такой поверхности).

Сканеры

Сканер (англ. scanner) – устройство, которое, анализируя какойлибо объект (обычно изображение, текст), создаёт цифровую копию его изображения (рис. 29). Процесс получения этой копии называется сканированием.

Различают ручные (англ. handheld), рулонные (англ. sheet-Feed), планшетные (англ. flatbed) и проекционные сканеры. Разновидностью проекционных сканеров являются слайдсканеры, предназначенные

112

для сканирования фотопленок. В высококачественной полиграфии используются барабанные сканеры, где в качестве светочувствительного элемента используется фотоэлектронный умножитель (ФЭУ).

Принцип работы однопроходного планшетного сканера состоит в том, что вдоль сканируемого изображения, расположенного на прозрачном неподвижном стекле, движется сканирующая каретка с источником света.

Рис. 29. Планшетный сканер

Отраженный свет через оптическую систему сканера (состоящую из объектива и зеркал или призмы) попадает на три расположенных параллельно друг другу фоточувствительных полупроводниковых элемента на основе ПЗС, каждый из которых принимает информацию о компонентах изображения.

Веб-камера

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

113

Веб-камеры (рис. 30), 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, FTPклиента и (или) отсылать изображения электронной почтой.

Рис. 30. Веб-камера

Веб-камера содержит объектив, оптический фильтр, ПЗС или КМОП-матрицу, схему цифровой обработки изображения, схему компрессии изображения и опционально – веб-сервер для подключения к сети.

Помимо очевидного применения в видеоконференцсвязи, вебкамеры быстро обрели популярность в качестве средства, позволяющего одним пользователям Интернета созерцать мир через камеры, подключённые к Интернету другими пользователями.

Мониторы

Монитор – это универсальное устройство визуального отображения всех видов информации, состоящее из дисплея и устройств, и предназначенное для вывода текстовой, графической и видеоинформации на дисплей. Различают алфавитно-цифровые

114

и графические мониторы, а также монохромные и мониторы цветного изображения – активно-матричные и пассивно-матричные ЖКМ.

По строению различают:

•ЭЛТ – мониторы на основе электронно-лучевой трубки (англ. cathode ray tube, CRT);

•ЖК – жидкокристаллические мониторы (англ. liquid crystal display, LCD);

•плазменные – на основе плазменной панели;

•проекционные – состоящие из видеопроектора и экрана, размещённых отдельно или объединённых в одном корпусе (как вариант

-через зеркало или систему зеркал);

•OLED-мониторы – основанные на технологии OLED (англ. organic light-emitting diode – органический светоизлучающий диод).

Самое большое распростарнение получили жидкокристаллические мониторы (LCD TFT, рис. 31) – разновидность жидкокристаллических дисплеев, в которых используется активная матрица, управляемая тонкоплёночными транзисторами. Усилитель TFT для каждого субпиксела применяется для повышения быстродействия, контрастности и чёткости изображения дисплея.

Рис. 31. ЖК-монитор

Изображение формируется с помощью отдельных элементов, как правило, через систему развёртки. Простые приборы (электронные часы, телефоны, плееры, термометры и пр.) могут иметь монохром-

115

ный или 2 – 5-цветный дисплей. Многоцветное изображение формируется с помощью RGB-триад.

Основные технологии при изготовлении ЖК дисплеев – это: TN+film, IPS и MVA. Различаются эти технологии геометрией поверхностей полимера, управляющей пластины и фронтального электрода. Большое значение имеют чистота и тип полимера со свойствами жидких кристаллов, применённого в конкретной разработке.

Каждый пиксел ЖК-дисплея (рис. 32) состоит из слоя молекул между двумя прозрачными электродами и двух поляризационных фильтров, плоскости поляризации которых (как правило) перпендикулярны. В отсутствие жидких кристаллов свет, пропускаемый первым фильтром, практически полностью блокируется вторым.

Поверхность электродов, контактирующая с жидкими кристаллами, специально обработана для изначальной ориентации молекул в одном направлении. В TN-матрице эти направления взаимно перпендикулярны, поэтому молекулы в отсутствие напряжения выстраиваются в винтовую структуру. Эта структура преломляет свет таким образом, что до второго фильтра плоскость его поляризации поворачивается и через него свет проходит уже без потерь. Если не считать поглощения первым фильтром половины неполяризованного света, ячейку можно считать прозрачной (рис. 32).

Рис. 32. Субпиксел цветного ЖК-дисплея

Если же к электродам приложено напряжение, то молекулы стремятся выстроиться в направлении электрического поля, что искажает винтовую структуру. При этом силы упругости противодействуют

116

этому, и при отключении напряжения молекулы возвращаются в исходное положение. При достаточной величине поля практически все молекулы становятся параллельны, что приводит к непрозрачности структуры. Варьируя напряжение, можно управлять степенью прозрачности.

Если постоянное напряжение приложено в течение долгого времени, жидкокристаллическая структура может деградировать из-за миграции ионов. Для решения этой проблемы применяется переменный ток или изменение полярности поля при каждой адресации ячейки (так как изменение прозрачности происходит при включении тока, вне зависимости от его полярности).

Во всей матрице можно управлять каждой из ячеек индивидуально, но при увеличении их количества это становится трудновыполнимо, так как растёт число требуемых электродов. Поэтому практически везде применяется адресация по строкам и столбцам.

Проходящий через ячейки свет может быть естественным – отражённым от подложки (в ЖК-дисплеях без подсветки). Но чаще применяют искусственный источник света; кроме независимости от внешнего освещения это также стабилизирует свойства полученного изображения.

Таким образом, полноценный ЖК-монитор состоит из электроники, обрабатывающей входной видеосигнал, ЖК-матрицы, модуля подсветки, блока питания и корпуса. Именно совокупность этих составляющих определяет свойства монитора в целом, хотя некоторые характеристики важнее других.

Важнейшими характеристиками ЖК-мониторов являются следующие:

•разрешение: горизонтальный и вертикальный размеры, выраженные в пикселях. В отличие от ЭЛТ-мониторов, ЖК имеют одно фиксированное разрешение, остальные достигаются интерполяцией;

•размер точки: расстояние между центрами соседних пикселей. Непосредственно связан с физическим разрешением;

•	соотношение сторон экрана (формат): отношение	ширины
к высоте, например: 5:4, 4:3, 5:3, 8:5, 16:9, 16:10;
•	видимая диагональ: размер самой панели, измеренный по диа-
гонали. Площадь дисплеев зависит также от формата:		монитор

с форматом 4:3 имеет большую площадь, чем с форматом 16:9 при одинаковой диагонали;

117

•контрастность: соотношение яркостей самой светлой и самой тёмной точек. В некоторых мониторах используется адаптивный уровень подсветки с использованием дополнительных ламп; приведённая для них цифра контрастности (так называемая динамическая) не относится к статическому изображению;

•яркость: количество света, излучаемое дисплеем; измеряется

обычно в канделах на м2 ;

•время отклика: минимальное время, необходимое пикселю для изменения своей яркости. Методы измерения неоднозначны;

•угол обзора: угол, при котором падение контраста достигает заданного, для разных типов матриц и разными производителями вычисляется по-разному, и часто не подлежит сравнению;

•тип матрицы: технология, по которой изготовлен ЖК-дисплей;

•входы: например, DVI, D-Sub, HDMI и т. п.

Принтеры

Компьютерный принтер (англ. printer – печатник) – это устройство для печати цифровой информации на твёрдом носителе, обычно на бумаге. Процесс печати называется выводом на печать, а получившийся документ – распечаткой, или твёрдой копией.

Различают струйные, лазерные, матричные и сублимационные принтеры, а по цвету печати – чёрно-белые (монохромные) и цветные. Иногда из лазерных принтеров выделяют в отдельный вид светодиодные принтеры.

Монохромные принтеры имеют несколько градаций, обычно 2 – 5, например: чёрный – белый, одноцветный (красный либо синий, либо зелёный) – белый, многоцветный (чёрный, красный, синий, зелёный) – белый.

Монохромные принтеры имеют свою собственную нишу и вряд ли (в обозримом будущем) будут полностью вытеснены цветными.

Лазерный принтер (laser printer) – один из видов компьютерных принтеров, позволяющий быстро изготавливать высококачественные отпечатки текста и графики на обыкновенной бумаге (рис. 33).

118

Рис. 33. Лазерный принтер

Подобно фотокопировальным аппаратам, лазерные принтеры используют в работе процесс ксерографической печати, однако различие состоит в том, что формирование изображения происходит путём непосредственного сканирования лазерным лучом фоточувствительных элементов принтера.

Отпечатки, сделанные таким способом, не боятся влаги, устойчивы к истиранию и выцветанию. Качество такого изображения очень высокое.

Процесс лазерной печати (рис. 34) складывается из нескольких последовательных этапов:

Рис. 34. Процесс лазерной печати

Первый этап – зарядка фотовала. Фотовал – это цилиндр с покрытием из фотополупроводника (материала, способного менять своё электрическое сопротивление при освещении). В некоторых системах вместо фотоцилиндра используется фоторемень – эластичная закольцованная полоса с фотослоем. Зарядка фотовала заключается в нанесении равномерного электрического заряда на поверхность вращающегося фотобарабана (1). Наиболее часто применяемый материал фо-

119