5. Периферийные устройства

Средства ввода символьной и графической информации. Средства визуального отображения и документирования информации. Внешние устройства хранения информации. Модемы.

Периферийными или внешними устройствами называют устройства, размещенные вне системного блока и задействованные на определенном этапе обработки информации. Понятие "периферийные устройства" довольно условное. К их числу можно отнести, например, накопитель на компакт-дисках, если он выполнен в виде самостоятельного блока и соединен специальным кабелем к внешнему разъему системного блока. И наоборот, модем может быть внутренним, то есть конструктивно выполненным как плата расширения, и тогда нет оснований относить его к периферийным устройствам. Средства ввода: Клавиатура – основное устройство ввода информации. Расположение латинских букв на ней соответствует расположению клавиш на латинской печатной машинке (т.е. клавиатура QWERTY- по первым буквам в верхнем ряду), русских букв - русской печатной машинке. Сканер – устройство для ввода графической информации в компьютер. Это устройство позволяет вводить в компьютер черно-белое или цветное изображения, считывать графическую и текстовую информацию. Сканер используют в случае, когда возникает потребность ввести в компьютер из имеющегося оригинала текст и/или графическое изображение для его дальнейшей обработки (редактирование и т.д.). Ввод такой информации с помощью стандартных устройств ввода требует много времени. Сканированная информация после обрабатывается с помощью специального программного обеспечения (например, программой FineReader) и сохраняется в виде текстового или графического файла. Виды сканеров: 1) По способу организации перемещения считывающего узла относительно оригинала сканеры делятся на: планшетные, барабанные, ручные. В планшетных сканерах оригинал кладут на стекло, под которым двигается оптико-электронное считывающее устройство. В барабанных сканерах оригинал через входную щель втягивается барабаном в транспортный тракт и пропускается мимо неподвижного считывающего устройства. Барабанные сканеры не дают возможности сканировать книги, переплетенные брошюры и т.п. Портативные (или ручные) сканеры обеспечивают недорогой способ преобразования изображения в цифровую форму и их ввод в компьютер. Сканируемый оригинал помещается на плоскую поверхность, сканер устанавливается на одной из сторон этого оригинала и, после нажатия кнопки пуска, медленно перемещается вручную по оригиналу. В процессе работы на экране компьютера воспроизводится получаемое изображение. Максимальная ширина сканируемого изображения составляет 6,4 см, что ограничивается размером рабочей поверхности аппарата. Длина сканируемого оригинала ограничивается памятью компьютера. Если ширина оригинала превышает ширину сканера, то изображение вводится по частям, а затем объединяется с помощью поставляемых программных средств. 2) Кроме того сканеры бывают цветные и черно-белые. Основные технические характеристики сканеров: 1) Разрешающая способность. Сканер рассматривает любой объект как набор отдельных точек (пикселов). Плотность пикселов (количество на единицу площади) называется разрешающей способностью сканера и измеряется в dpi (dots per inch - точек на дюйм). Пиксели располагаются строками, образовывая изображение. Процесс сканирования происходит по строкам, вся строка сканируется одновременно. Обычная разрешающая способность сканера составляет 200-720 dpi. 2) Качество отсканированного материала зависит также от оптической разрешающей способности (определяется количеством светочувствительных диодов CCD-матрицы на дюйм) и механической разрешающей способности (определяется дискретностью движения светочувствительного элемента или системы зеркал относительно листа). Выбор разрешающей способности определяется дальнейшим применением результатов сканирования. 3) Глубина представления цветов. При преобразовании оригинала в цифровую форму, сохраняются данные о любом пикселе изображения. Простые сканеры определяют наличие или отсутствие цвета, результирующее изображение будет черно-белым. Для представления пикселов достаточно одного разряда (0 или 1). Для передачи оттенков серого между черным и белым цветом необходимо как минимум 4 разряда (16 оттенков) или 8 разрядов (256 оттенков). Чем больше разрядов, тем качественней передаются цвета. Большинство современных цветных сканеров поддерживает глубину цвета 24 разряда. Соответственно, сканер разрешает распознавать около 16 млн. цветов и можно качественно сканировать фотографии. На рынке сканеров есть модели, которые имеют глубину представления цвета 30 и 34 разряда. 4) Динамический диапазон. Диапазон оптической плотности, определяет спектр полутонов. Оптическая плотность определяется как отношение падающего света к отраженному и колеблется в диапазоне от 0,0 (абсолютно белое тело) до 4,0 (абсолютно черное тело). Значение диапазона дополняется буквой D и определяет степень его чувствительности. Большинство планшетных сканеров имеют стандартный диапазон 2,4 D, неважно различают близкие оттенки одного цвета, но этого достаточно для непрофессионального пользователя. 5) Метод сканирования. Качество сканированного цветного изображения зависит от метода накопления сканером данных. Первые сканеры использовали 3-проходное сканирование. При каждом проходе сканировался один из цветов палитры RGB. Современные сканеры используют однопроходную методику, которая разделяет световой луч на составляющие с помощью призмы. 6) Область сканирования. Максимальный размер сканируемого изображения. Ручные сканеры - до 105 мм, барабанные, планшетные сканеры - от формата А4 до Full Legar (8.5'x14'). 7) Скорость сканирования. Нет стандартной методики, которая определяет производительность сканера. Производители указывают количество миллисекунд сканирования одной строки. Но нужно учитывать также способ подсоединения к компьютеру, драйвер, схему передачи цветов, разрешающую способность. Поэтому скорость сканирования определяется экспериментальным путем. Устройства местоуказания предназначены для ввода координат в компьютер. Мышь – наиболее распространенный манипулятор, позволяющий перемещать указатель (курсор мыши) по экрану дисплея и указывать им на определенные объекты на экране (т.е. вводить в компьютер координаты выбранной точки на экране). Наиболее просты и дешевы механические мыши, в основании которых имеется шарик, вращающийся при перемещении мыши по ровной поверхности. Вращение шарика передается на датчики, вырабатывающие электрические сигналы, отслеживая тем самым движения кисти руки человека, что и приводит к соответствующим перемещениям курсора на экране. Более дорогой и сложной, но более точной и надежной является оптическая мышь, перемещающаяся на планшете, покрытом сеткой линий (отражающих или поглощающих свет). В ее основании имеются светоизлучатели и фотодетекторы. Сигналы вырабатываются мышью на основе анализа лучей света, отраженных от планшета и воспринятых фотодетекторами. Трекбол – это своеобразная "мышь вверх ногами". Он представляет собой шарик, как правило, встраиваемый в клавиатуру, который вращают пальцами. Трекбол обычно используют в переносных компьютерах- ноутбуках (англ. notebook - записная книжка). Джойстик – манипулятор, выполняемый в виде рычажка (ручки) на массивном основании. Управляющие сигналы вырабатываются движениями ручки и нажатием кнопки (или кнопок) на ней. Джойстики, как правило, используют для работы с игровыми программами. Графический планшет (дигитайзер или диджитайзер – англ. Digitizer – оцифровыватель) – планшет, покрытый сеткой пьезоэлементов – элементов, вырабатывающих электрический ток при механическом воздействии. На нем размещают лист бумаги с изображением и надавливанием на определенные точки на нем вводят их координаты в компьютер. Дигитайзеры, как правило, используются для ввода карт или планов в ЭВМ. Световым пером также указываются координаты определенной точки, но непосредственно на экране дисплея. На его конце имеется фотоэлемент. Им при поднесении к экрану фиксируется момент попадания на него электронного луча, формирующего изображение (как известно, этот электронный луч несколько раз в секунду обегает все точки поверхности экрана). На основе этого вычисляются координаты точки, к которой поднесено световое перо в данный момент времени. Средства речевого ввода: программа Kurzwell Voice 1.0. for Windows. Средства вывода: Дисплей (монитор) – основное устройство вывода информации. Дисплеи бывают основанными на электронно-лучевой трубке (обычном кинескопе) или жидких кристаллах (LCD, англ. Liquid Crystal Display). Кроме того, различают цветные и монохромные (одноцветные) дисплеи. В настоящее время на дисплей приходится значительная доля стоимости компьютера. Монохромные дисплеи дешевле цветных, поэтому, если Вы не работаете с графикой, их покупка может быть целесообразной. Недаром такие дисплеи можно часто увидеть в банках, центрах управления сложными системами и т.п. Кстати, работа на монохромных дисплеях с оранжевым и зеленым цветами считаются наименее утомительной для глаз. Дисплей может работать либо в текстовом, либо в одном из графических режимов (видеорежимов). В текстовом режиме на экран могут быть выведены только стандартные ASCII-символы. При этом экран разделяется на строки и столбцы (в стандартном случае 80 столбцов и 25 строк, границы между ними на экране не видны). В графическом режиме изображение формируется из совокупности большого числа пикселов. При этом можно выводить на экран любые изображения – чертежи, фотографии, рисунки, видеофильмы и, естественно, тексты. Качество изображения в графическом режиме определяется разрешающей способностью – количеством пикселов по вертикали и горизонтали. Например, фраза "разрешающая способность – 640х480" означает, что изображение формируется из 640*480=307200 пикселов, причем по горизонтали размещается 640, а по вертикали- 480 пикселов. Разрешающая способность не зависит от размера экрана дисплея. Существуют различные графические режимы. Они отличаются разрешающей способностью и палитрой – количеством выводимых цветов. Различные типы дисплеев отличаются способностью поддерживать различные графические режимы. Как правило, для дисплеев выполняется правило совместимости "сверху вниз". Это значит, что дисплей более современного типа может работать как в режимах с высокой разрешающей способностью и большим количеством выводимых цветов, так и в режимах, разработанных для дисплеев старых типов – с меньшей разрешающей способностью и меньшим количеством цветов. Принтер – устройство для вывода информации на бумагу. Принтеры бывают матричные, струйные, лазерные. Иногда встречаются принтеры других типов – литерные, лепестковые, светодиодные и другие. Кроме того, по формату бумаги различают "широкие" и "узкие" принтеры. В матричном принтере изображение выводится на бумагу с помощью специальной движущейся головки, в которой имеется несколько (9, 24 или 48) иголок, наносящих удары по листу бумаги через красящую ленту. Скорость работы матричных принтеров невысока, кроме того, они издают неприятный звук при работе. К их преимуществам следует отнести низкую стоимость, а также то обстоятельство, что краска вбивается иголками в бумагу, и поэтому подделать документ, напечатанный на матричном принтере, сложнее, чем документы, напечатанные на принтерах других типов. Обратите внимание, что водительские права, паспорта, финансовые и другие документы оформляются именно на матричных принтерах. В струйных принтерах красящее вещество (тонер) выдувается на бумагу с помощью системы сопел. Эти принтеры обеспечивают более высокие скорость и качество печати, позволяют создавать цветные изображения. При этом по стоимости струйные принтеры незначительно отличаются от матричных, правда эксплуатационные расходы (стоимость тонера и обслуживания) у них выше. Наиболее высокую скорость печати (до 5 секунд на страницу) при наилучшем качестве обеспечивают лазерные принтеры. В них изображение переносится на бумагу со специального барабана, к участкам поверхности которого, электролизуемым лучом лазера, притягиваются частицы красящего порошка. Лазерные принтеры являются достаточно дорогими. Плоттер (графопостроитель)- устройство для вывода чертежей на бумагу. Их используют в проектных институтах, конструкторских бюро и т.п. Бывают струйные и механические плоттеры. Устройство струйных плоттеров аналогично устройству струйных принтеров, только они имеют значительно большие размеры. В механических плоттерах пишущий узел с перьями (шариковыми, керамическими или фитильными, как во фломастерах) перемещается относительно листа ватмана с помощью механических рычагов, или (и) бумага, зажатая в прижимных устройствах, перемещается относительно пишущего узла. Виды плоттеров: перьевые плоттеры (Pen Рlotter), карандашно-перьевые плоттеры (Реn/Реnсil Рlotter), струйные плоттеры (СП, Ilk-Jet Plotter), электростатические плоттеры (ЭП, Electrostatic Plotter), плоттеры прямого вывода изображения (ПВИ, Direct Imaging Plotter). Средства хранения: Внешние запоминающие устройства. Помимо оперативной памяти, компьютеру необходима дополнительная память для долговременного размещения данных. Такие устройства называются ВЗУ (внешние запоминающие устройства). К ним относятся накопители на магнитной ленте, накопители на дискетах, винчестеры, CD-ROM, магнитооптические диски, Flash-карты. Флэш-память - энергонезависимое полупроводниковое запоминающее устройство, выпускаемое в виде плат и карт персонального компьютера. Данные во флэш-памяти перезаписываются целыми блоками. Накопители на гибких дисках (Floppy Disk Drive), являются старейшими периферийными устройствами PC. В качестве носителя информации в них применяются дискеты диаметрами 3,5” 5,25” и 8” (на сегодняшний день дискеты 5,25” и 8” практически не используются). Конструкция дискет одинакова для всех форматов. В футляре находится пластмассовый диск с нанесенным на него магнитным слоем для записи информации. Объем записываемой информации зависит от плотности записи. Самые распространенные - дискеты 3,5” HD. Как носители информации дискеты почти изжили себя, малый объем, небольшая скорость чтения/записи, ненадежность делают их применение невыгодным. Накопители на жестких дисках (Hard Disk Drive) так называемые – винчестеры. По сравнению с дискетами имеют несколько преимуществ: объем записываемой информации многократно превосходит возможности гибких дисков. Скорость чтения/записи также намного больше, высокая надежность. HDD существуют в виде внутренних и внешних (переносных) устройств. Емкость винчестера – его основная характеристика. Сегодня объем данных, которые можно записать должен быть не менее 4-5 Гб, но требования программного обеспечения постоянно растут. Еще одной характеристикой является время доступа необходимое HDD для поиска любой информации на диске. Время безотказной работы. Производители дают гарантию надежности устройства, которая обычно составляет 20000-500000 часов. Наработка винчестера за год составит 8760 часов, что делает этот параметр не важным, так как винчестер морально устареет раньше, чем физически. Кэш-память винчестера – ячейки памяти, размещенные на контроллере винчестера, существенно влияет на скорость работы винчестера, работает по принципу кэш памяти 2-го уровня. Типичная величина может варьироваться от 64 Кб до 1024 Кб. Съемные/внешние/переносные жесткие диски. По характеристикам не отличаются от обычных. Альтернативой им служат накопители со сменными дисками, в отличии от съемных винчестеров подвижным является лишь непосредственно носитель информации, функционально напоминают накопители на жестких дисках, но существенно превосходят их по характеристикам. Объем записываемой информации варьируется от 100 Мб, до 1 Гб, среднее время доступа 10-30 мс, средняя скорость обмена 4-6 Мб/сек.

Приводы CD-ROM. Компакт диски, использовавшиеся для аудиоаппаратуры, были модифицированы для применения в РС и в настоящее время стали неотъемлемой частью современных компьютеров. Является отличным носителем информации, более компактным, удобным и дешевым, чем винчестер. Основной характеристикой является скорость передачи данных. За единицу считывания, принята скорость считывания с магнитной ленты. Скорость считывания последующих устройств кратна этой и варьируется от 150 Кб/сек до 6-7 Мб/сек. Накопители CD-RW позволяют производить запись на компакт диск, диск при этом покрыт слоем термочувствительной краски, с такими же отражающими свойствами, как и у алюминиевого покрытия. Является последним достижением в области разработок записываемых компакт дисков. DVD (Digital Video Disk) – диски, которые сменят CD-ROM, первоначально разрабатывались для домашнего видео. Отличаются тем, что могут хранить объем данных многократно превышающий возможности компакт дисков (от 4,7 до 17 Гб.). Уровень качества звука и изображения хранимого на DVD приближен к студийному качеству. В накопителях DVD используется более узкий луч лазера чем в CD-ROM, поэтому толщина защитного слоя диска была снижена в 2 раза, что привело к появлению двухслойных дисков. Магнитооптические накопители (Magneto-Optical) представляют собой накопитель информации, в основу которого положен магнитный носитель с оптическим управлением. Поверхность магнитооптического диска покрыта сплавом, свойства которого меняются как под воздействием тепла, так и под воздействием магнитного поля. Если нагреть диск сверх некоторой температуры, то становится возможным изменение магнитной поляризации посредством небольшого магнитного поля. Накопители на магнитной ленте (стримеры). В качестве носителя информации в них применяется магнитная лента. Они могут быть в виде внешнего и внутреннего устройства. Стримеры в основном используются для архивирования и резервного копирования больших объемов данных на компактном носителе. К их недостаткам относится малая скорость передачи данных, значительно ниже, чем у винчестеров и сменных жестких дисков. Моде́м (аббревиатура, составленная из слов модулятор-демодулятор) — устройство, применяющееся в системах связи и выполняющее функцию модуляции и демодуляции. Модулятор осуществляет модуляцию (Модуля́ция — процесс изменения одного или нескольких параметров высокочастотного модулируемого колебания под воздействием относительно низкочастотного управляющего модулирующего сигнала. В результате спектр управляющего сигнала переносится в область высоких частот, где передача электромагнитных сигналов посредством излучения более эффективна), то есть изменяет характеристики несущего сигнала в соответствии с изменениями входного информационного сигнала, демодулятор осуществляет обратный процесс. Частным случаем модема является широко применяемое периферийное устройство для компьютера, позволяющее ему связываться с другим компьютером, оборудованным модемом, через телефонную сеть (телефонный модем) или кабельную сеть (кабельный модем). Типы модемов: 1) По исполнению: внешние — подключаются к COM или USB порту, обычно имеют внешний блок питания (существуют USB-модемы, питающиеся от USB и LPT-модемы (производитель — Prolink)); внутренние — устанавливаются внутрь компьютера в слот ISA, PCI, PCMCIA. 2) По принципу работы: аппаратные — все операции и преобразования (цифро-аналоговые и аналого-цифровые) сигнала производятся отдельным процессором — Digital Signal Processor DSP, а все функции управления сигнальным процессором и обработка команд компьютера производится специальным контроллером. Так же в аппаратном модеме присутствует ПЗУ, в котором записана микропрограмма, управляющая модемом; винмодемы — аппаратные модемы, лишенные ПЗУ с микропрограммой. Микропрограмма такого модема хранится в памяти компьютера, к которому подключён модем. Работоспособен только при наличии драйверов, которые обычно писались исключительно под операционные системы семейства MS Windows; полупрограммные (Controller based soft-modem) — модемы, в которых присутствует аппаратный Digital Signal Processor DSP, а функции контроллера выполняет компьютер, к которому подключен модем; программные (Host based soft-modem) — все операции по кодированию сигнала, проверке на ошибки и управление протоколами реализованы программно и производятся центральным процессором компьютера. При этом в модеме находится только АЦП обеспечивающий перевод сигнала из цифровой в аналоговую форму (и обратно), сопряжение уровней сигнала и их передачу в телефонную линию (только в DSL и коммутируемых модемах). 3) По типу: аналоговые — наиболее распространенный тип модемов для обычных коммутируемых телефонных линий; ISDN — модемы для цифровых коммутируемых телефонных линий; DSL — используются для организации выделенных (некоммутируемых) линий, используя обычную телефонную сеть. Отличием от коммутируемых модемов в кодировании сигнала. Некоторые варианты позволяют одновременно с передачей данных осуществлять пользование телефонной линией в обычном порядке; кабельные — используются для передачи данных по специализированным кабелям — к примеру, по кабелям систем коллективного телевидения; радио; спутниковые; PLC — используют технологию передачи данных по электрическим проводам, в частности – по электропроводке 220 Вольт. Наиболее распространены в настоящее время: внутренний программный модем и внешний аппаратный модем. Модемы с дополнительными возможностями. Факс-модем — позволяет компьютеру, к которому он присоединен, передавать и принимать факсимильные изображения на другой факс-модем или обычную факс-машину. Голосовой модем — имеет функцию оцифровки сигнала с телефонной линии и воспроизведение произвольного звука в линию. Часть голосовых модемов имеет встроенный микрофон. Это позволяет осуществить: передачу голосовых сообщений в режиме реального времени на другой удаленный голосовой модем, прием сообщений от него и воспроизведение их через внутренний динамик; использование такого модема в режиме автоответчика и для организации голосовой почты.