Мультимедийные устройства ввода-вывода
К мультимедийным устройствам ввода-вывода относятся устройства ввода, устройства вывода, устройства ввода-вывода и преобразователи информации.
Устройства ввода информации
К устройствам ввода информации относятся устройства управления курсором, сканеры, устройства ввода акустических сигналов, цифровые фото- и видеокамеры, ТУ- устройства ввода.
Устройства управления курсором
Устройства управления курсором включают в себя световое перо, мышь, джойстик, кот, и др. Они используются для перемещения курсора по экрану и для отметки позиции, в которой находится курсор.
Световое перо
Световое перо – это стержень, в торце которого находится приемник светового излучения (например, фотодиод), который фиксирует яркость точки, находящейся напротив него на экране. Нажатие на кнопку происходит значительно медленнее, чем движение луча по экрану: он успевает засветить считываемую точку.
Мышь
Мышь по функциям аналогична световому перу. При перемещении мыши по коврику, лежащему на столе, выступающий с нижнего конца коробочки шарик вращает потенциометры, углы поворота которых характеризуют положение мыши на коврике.
Джойстик
Джойстик работает по принципу мыши. Перемещение ручки относительно коробочки приводит к изменению углов поворота потенциометров.
Вывод
Мультимедийные устройства ввода-вывода играют важную роль в взаимодействии человека с компьютером. Разнообразие устройств позволяет выбрать наиболее удобный способ управления и ввода информации. Световое перо, мышь и джойстик – это лишь некоторые из устройств управления курсором, облегчающие работу пользователя с компьютером.
Описание устройств ввода информации
Коврик для кота
Кот отличается от мыши тем, что у него не коробочка, а коврик связан с ЭВМ кабелем. На коврик нанесена сетка из горизонтальных и вертикальных проводников. В корпусе кота есть металлический контакт, замыкающий вертикальные и горизонтальные линии, чем и определяется положение курсора на экране. В отличие от мыши, кот нельзя перенести в другую часть коврика, не изменив положения курсора на экране, так как положение курсора жестко связано с размещением корпуса кота на коврике.
Сканеры
Сканеры – это устройства ввода в ЭВМ графической информации. Введенная информация представляется в ЭВМ в виде цветных точек различной интенсивности. При вводе текста, он так же отображается в графическом виде. Для обработки его текстовым редактором необходимо преобразование введенного текста из графического в символьный вид, что связано с выполнением операции распознавания, в результате которой в памяти ЭВМ сохраняется не графическое изображение введенных символов, а их коды (ASCII, Windows1251, Windows1252 или др.).
Программное обеспечение
Распознавание введенных графических объектов осуществляется программами, например такими, как Fine Reader.
Устройства ввода акустических сигналов
Устройства ввода акустических сигналов делятся на устройства ввода музыкальных произведений, звуковых эффектов и речи. Для ввода акустических сигналов любого типа необходимо, чтобы ЭВМ была оснащена звуковой картой. Для ввода звуковых эффектов и речи используются микрофон или магнитофон. Музыкальные произведения могут вводиться с магнитофона, через специальный интерфейс с MIDI-устройств или с клавиатуры ЭВМ. Звуковые эффекты могут создаваться программным путем.
Цифровые фотокамеры
Цифровые фотокамеры своим появлением резко изменили технологию фотографии. Цифровая фотокамера – это обычный фотоаппарат, в котором вместо фотопленки используется электронное устройство. Как и фотоаппараты, цифровые фотокамеры имеют объектив, затвор и диафрагму, используемые для регулировки количества света, попадающего на светочувствительный материал.
CCD-матрица
Отличительной особенностью цифровых фотокамер является наличие CCD-матрицы, выполняющей функцию фотопленки. CCD-матрица преобразует падающий на нее свет в аналоговый электрический сигнал. Встроенный аналого-цифровой преобразователь (АЦП) конвертирует его в цифровую форму. Оцифрованное изображение сохраняется в запоминающем устройстве фотокамеры (в памяти).
Память и характеристики цифровых фотокамер
Память цифровых фотокамер может быть встроенной или выполненной на сменных элементах. В качестве сменных элементов используется карты:
- PC-card ATA Flash
- SmartMedia
- CompactFlash
- Kodak Picture Card
Пример: модель Canon PowerShot 600 использует сменную память PC-card объемом 170 Мб, что позволяет сделать 800 снимков высокого качества или более 5 тысяч снимков низкого качества.
Сменные элементы
Карты SmartMedia и CompactFlash обладают меньшей на порядок емкостью.
Адаптеры и возможности
Многие производители комплектуют свои камеры специальными адаптерами для беспроводной перекачки файлов. Пример: компания Fujifilm предлагает Floppy Disk Adapter FD-A1.
- Карта SmartMedia вставляется в адаптер
- Адаптер подключается к компьютеру через трехдюймовый дисковод
Существуют также PCMCIA-адаптеры, позволяющие работать с картами CompactFlash напрямую через PCMCIA Type II Slot.
Качество изображений
Качество электронных фотографий зависит от количества элементов (пикселов) CCD-матрицы. Чем больше элементов, тем выше разрешение матрицы и точнее цветопередача. Современные цифровые фотокамеры содержат несколько миллионов пикселов, называемые мегапиксельными.
Съемка и хранение
Каждый снимок формирует файл, который записывается в память фотокамеры в сжатом виде формата JPEG. Различные режимы сжатия позволяют выбирать между размером файла и качеством изображения.
Управление и контроль
Цифровая фотокамера Epson Photo-PC 600 позволяет снимать в различных режимах, определяя количество сделанных фотоснимков в зависимости от режима и объема памяти. Перезаписываемая память позволяет контролировать и корректировать результаты фотосъемки.
Функция стирания дает возможность удалить все кадры сразу или выборочно. LCD-дисплей выполняет функции просмотра снимков, управления камерой и оптического видоискателя.
Размеры LCD-дисплеев обычно составляют 1,8-2 дюйма.
Цифровые фотокамеры: функции и особенности
Полученные фотоснимки перекачиваются на жесткий диск компьютера. Для облегчения работы с изображением к фотокамерам, как правило, прилагается специальное программное обеспечение.
Вспышка и звуковая запись
У некоторых моделей фотокамер может быть вспышка, уровень яркости которой может быть регулируется автоматически или в ручном режиме. Вспышка чаще всего работает в пределах 0,5-3 метров.
Некоторые цифровые фотокамеры также позволяют записывать звук, подключаться к телевизору или видеомагнитофону.
Режимы фиксации изображения
Цифровая фотокамера позволяет переключаться между различными режимами фиксации изображения. Можно настроить камеру на монохромную съемку для экономии места на носителе, а также задать количество цветов для цветной съемки.
Редактирование и создание альбомов
Специальные программные средства, такие как Photoshop, позволяют редактировать снимки. Другие программы позволяют создавать альбомы, записывать их на CD-ROM и распечатывать на цветном принтере.
Цифровые видеокамеры: принцип работы
Видеокамера – это устройство, которое преобразует визуальное изображение в аналоговые или цифровые электрические сигналы.
Аналоговые и цифровые видеокамеры
Аналоговые видеокамеры записывают изображение и звук на магнитную ленту. В свою очередь, цифровые видеокамеры записывают информацию в цифровом формате.
CCD-матрица
Основным блоком, принимающим изображение в видеокамере, является аналог CCD-матрицы. Этот электронный прибор формирует растровую развертку на специальном экране, образуя пиксели для формирования изображения.
Процесс воспроизведения изображения
Электронный луч перемещается по мишени, покрытой серебряно-цезиевым составом. Поток электронов формирует растр на мишени, позволяя проецировать изображение на поверхность.
Пятна серебряно-цезиевого состава с одной стороны мишени и фольга с противоположной ее стороны образуют электрические конденсаторы. При отсутствии изображения (вся мишень затемнена) электронный луч заряжает эти конденсаторы. Когда на мишень попадает изображение, часть серебряно-цезиевых пятен засвечивается. Свет имеет электромагнитную природу: попадая на серебряно-цезиевые вкрапления, он способствует уходу из них электронов, вследствие чего соответствующие конденсаторы разряжаются, причем сила разряда пропорциональна яркости света. При повторном сканировании мишени электронный луч дозаряжает разряженные конденсаторы, в результате чего на противоположной обкладке конденсатора фиксируется возникновение электрического тока, величина которого пропорциональна степени разряда элементарного конденсатора (она в свою очередь зависит от яркости изображения, попавшего на этот пиксел). Сигнал, снятый с фольги на мишени, после усиления является носителем изображения и может быть записан на магнитный носитель или передан на приемник телевизионного изображения.
Поскольку в цифровых видеокамерах используется микропроцессорный комплект, они предлагают большое количество спецэффектов, которые невозможно сделать с помощью аналоговой видеокамеры. Например, цифровое шумоподавление: два смежных кадра помещаются на две страницы видеопамяти и проверяется их корреляция. Те элементы изображения, которые коррелируют друг с другом на обоих кадрах, оставляют, а некоррелирующие удаляют. Таким образом изображение очищается от помех.
Телевизионные (TV) устройства ввода – цифровые и аналоговые – различаются способами записи и воспроизведения. Подключаются они к ЭВМ через дигитайзер, TV- тюнер (например, AVER Media TV Studio, MediaForte TV Vision). Использование таких устройств требует высокой производительности ЭВМ. При недостаточной производительности изображение движется неравномерно, скачками. Чтобы снизить требования к производительности, изображение уменьшают в размерах (вплоть до 1/8 экрана), сокращают количество цветов в изображении, снижают разрешающую способность. Такие видеоизображения часто используются в баннерах Интернет. Сокращение объема изображения (а значит – и требований к производительности аппаратуры) достигается также кодированием со сжатием. При этом облегчается хранение видеопродукции и усложняется воспроизведение, так как для воспроизведения необходимо восстанавливать сжатое изображение. Восстановление может выполняться либо программным путем (с использованием микропроцессора ЭВМ), либо в специальном ускорителе (акселераторе) видео- или TV-карты.
Для систем ввода TV-информации существует еще одна проблема – перекодировка информации, так как TV-сигнал несет информацию об изображении, звуке и синхронизирующих импульсах (определяющих начало кадра и начало строки). А в ЭВМ эти сигналы должны быть разделены, оцифрованы и представлены в формате RGB. Такое перекодирование информации предусматривается в TV устройствах ввода.
В основе восприятия цветного телевидения лежат следующие особенности человеческого зрения:
– глаз имеет ограниченную разрешающую способность: две точки, угловое расстояние между которыми меньше одной минуты, воспринимаются глазом слитно;
– цветовое восприятие человека субъективно: слабый фиолетовый сигнал воспринимается как красный; сильный (яркий) фиолетовый имеет серый оттенок.
Три цветные элементарные точки на экране образуют триаду. Для того, чтобы триада воспринималась как одна точка, угловое расстояние между отдельными точками должно быть меньше одной минуты. При расстоянии от глаза до экрана 1 метр, линейные размеры точек должны составлять доли миллиметра. При диагонали экрана 61 см
общее число триад на экране должно быть около 500000 (это эквивалентно 1000 пиксел при 500 пикселных строках).
Стандарт телевидения – 525 строк на экране. При чересстрочной развертке частота смены полукадров – 50 герц. Для того, чтобы видеосигнал мог перенести каждый элемент кадра (триаду), он должен иметь частоту (£):
где N – число элементов изображения (триад) на экране;
Т – время передачи одного кадра (1/25 сек.);
Это достаточно большая частота, но для передачи видеосигнала от телецентра к телевизионному приемнику необходима радиочастота примерно в 10 раз большая. Поэтому, диапазон частот телевещания охватывает частоты от 48,5 до 230 Мгц.
Несущая частота используется как энергия для переноса информации. Когда на нее накладывается видеосигнал, образуются модулированные радиочастотные колебания.
Сам процесс наложения видеосигнала на несущую частоту называется модуляцией.
Полный телевизионный сигнал должен нести информацию о яркости, о цвете изображения и о звуке. Для получения устойчивого изображения на экране, прорисовка каждого кадра на передающей камере в телецентре и в телевизионном приемнике должна начинаться в одно и то же время, т.е. синхронно. Поэтому полный телевизионный сигнал включает в себя и синхроимпульсы кадровой и строчной развертки.
Устройства вывода информации включают плоттеры, электронные экраны и панели, системы аудиовывода, видеосистемы. При выводе графической информации может применяться вывод двумерного или объемного (трехмерного) изображения. Для вывода объемного изображения находят применение специальные устройства и способы.
Плоттеры предназначены для вывода графической информации на твердый носитель (бумагу). Планшетный плоттер имеет линейку, по которой может перемещаться печатающий механизм. Перемещение линейки сдвигает печатающий механизм по вертикали, а перемещение механизма по линейке сдвигает его по горизонтали. Благодаря этому, можно установить печатающий механизм в любую точку планшета. На планшете крепится лист бумаги. Плоттер может воспроизводить на бумаге очень сложные штриховые изображения, но работает очень медленно. Для управления плоттером разработаны специальные алгоритмические языки.
Плоттеры нашли применение в строительном и машиностроительном черчении, в картографии, в метеорологии. Для работы с ними существуют специальные пакеты прикладных программ.
Электронные экраны и панели предназначены для предъявления выводимой из ЭВМ информации большой аудитории. Простейший демонстрационный экран может быть сделан из поставленных друг на друга телевизоров (при образовании из телевизоров матрицы размером 8×8 выводимая из ЭВМ информация доступна для большой аудито
рии). Телевизионная матрица через блок сопряжения подключается к ЭВМ. Изображение на такую матрицу может выводится фреймами.
Жидкокристаллическая панель, положенная на проекционный аппарат, образует презентер. Иногда такие панели встраиваются в проекционный аппарат.
Ленточные панели и экраны предназначены для вывода изображения «бегущей строкой».
Системы ввода-вывода включают в себя абонентские пункты (сочетание дисплея с клавиатурой и устройством сопряжения с ЭВМ), модемы, сенсорные дисплеи, аудио и видеомагнитофоны. Они служат как для ввода, так и для вывода информации.
Особое место среди них занимают сенсорные дисплеи. Сенсорный дисплей – это устройство, реагирующее на прикосновение. Необычным в нем является способ ввода информации: вместо мыши, джойстика или светового пера используется рука человека, которая изменяет емкость или индуктивность датчиков при перемещении руки по различным зонам экрана дисплея и за счет этого позволяет определить, к какой части экрана прикоснулись. Для реализации такой системы в углах экрана обыкновенного дисплея устанавливаются емкостные или индуктивные датчики, соединенные с ЭВМ. Рука человека изменяет емкость (или индуктивность) по-разному в разных датчиках (их всего 4) в зависимости от места нахождения руки. ЭВМ это учитывает и определяет, на какую зону экрана рука указывает.
Видеомагнитофон – это устройство, воспринимающее высокочастотный телевизионный сигнал для записи его на магнитную ленту. После окончания записи телевизионный сигнал (хранящийся на видеокассете) может быть считан с магнитной ленты и воспроизведен на телевизионном устройстве. Таким образом, видеомагнитофон – это запоминающее устройство, специализирующееся на приеме, записи и воспроизведении динамической видеоинформации.
Для приема высокочастотного телевизионного сигнала служит тюнер – приемник телевизионных сигналов.
Видеомагнитофон – устройство сложное и дорогое. Поэтому среди бытовой телевизионной аппаратуры появились специализированные устройства, выполняющие отдельные функции: плеер – устройство, позволяющее считывать информацию с видеокассеты для воспроизведения на телевизоре; пишущий плеер – устройство, позволяющее записывать видеоизображение с телевизора (который выполняет функцию тюнера) на видеокассету и считывать информацию с видеокассеты для воспроизведения ее на телевизоре.
Помимо приема, записи и считывания видеоинформации видеомагнитофоны могут выполнять дополнительные функции, что расширяет возможности их использования и позволяет реализовать различные видеоэффекты.
К дополнительным функциям относятся:
- Регулировка скорости и направления протяжки магнитной ленты:
– стандартная скорость – 2,34 см/сек.;
– половинная скорость (long play) – 1,17 см/сек. (позволяет при записи увеличить емкость кассеты в два раза (для кассеты Е-240 – до 8 часов), при воспроизведении реализовать эффект slow motion – замедленного движения);
– ускоренное воспроизведение (fast motion), которое может быть реализовано за счет записи на половинной скорости, а воспроизведения – на стандартной;
– стоп-кадр, который реализуется за счет остановки двигателя перемотки ленты: вращающиеся магнитные головки многократно считывают один и тот же кадр (этот режим называется также «суперпауза»);
– обратное воспроизведение (reverse play).
- Цифровые эффекты: в видеомагнитофоне может использоваться микропроцессорное управление, производиться оцифровка видеосигнала, использоваться цифровая память для хранения в ней нескольких кадров. Это позволяет реализовать следующие эффекты:
– «картинка в картинке»: на экране телевизора кроме основного выводится один или несколько фоновых кадров. В фоновом кадре может находиться меню для управления видеомагнитофоном или телевизором, или сжатые примерно в 9 раз кадры из других телевизионных программ. Фоновый кадр, называемый также «кадром врезки», может быть выведен в любой части экрана. Есть возможность быстро поменять местами фоновый и основной кадры (эта функция характерна только для видеомагнитофона и не может быть реализована в плеерах);
– воспроизведение стоп-кадров из цифровой видеопамяти (функция удобна для изучения движения, например, в спорте). Экран при этом может быть разбит на несколько частей, в каждой из которых демонстрируется один из последовательных кадров;
– экстраэффекты: мозаика (изменение числа элементов изображения на экране, например, укрупнение пиксел); соляризация (ограничение числа градаций уровня серого);
– цифровое шумоподавление: сопоставляются кадры, записанные на разных страницах цифровой памяти – полезные видеосигналы последовательных кадров коррелируют между собой, тогда, как помехи – нет. Это позволяет очищать изображение от помех.
Наложение звука (audio dubbing) позволяет дублировать видеоинформацию, накладывая на нее дополнительное звуковое сопровождение.
Поиск по индексу (index search) позволяет наносить на ленту специальные метки и легко находить их в режиме поиска или перемотки.
Таймер позволяет программировать видеомагнитофон на запись телепередачи в определенный момент времени (программируется момент начала записи и ее продолжительность).
Редактирование вставкой (insert edit) позволяет сделать вставку в ранее записанный сюжет без образования шумов в местах стыков.
В настоящее время существуют практически важные мультимедиа-задачи, которые технически и технологически пока не разрешимы. Приходится вести серьезные научные исследования, разрабатывать новую аппаратуру, новые программные средства, искать новые математические методы и технологические решения. Примером такой задачи является создание хранилища фильмов для Голливуда.
Устройства ввода-вывода информации
Устройства вывода информации. Основным устройством вывода информации в ПЭВМ является дисплей. Дисплей (монитор) — устройство визуального отображения текстовой и графической информации без ее долговременной фиксации. Для обозначения этого типа устройств с учетом функций, выполняемых ими в ПК, в английском языке используются как синонимы термины monitor display, monitor, video monitor, video display. Соответственно в русском переводе также в качестве синонимов используется ряд терминов, таких как монитор, видеомонитор, видеодисплей. Мониторы бывают алфавитно-цифровые и графические, монохромные и цветного изображения. В современных ПЭВМ в качестве устройств отображения информации наиболее широкое распространение получили цветные графические дисплеи на базе электронно-лучевых трубок, газоразрядные и жидкокристаллические дисплеи. Дисплей на базе электронно-лучевой трубки. Основной элемент такого дисплея — электронно-лучевая трубка (рис. 6.23), а принцип его работы аналогичен принципу работы телевизора. Формирование изображения производится на внутренней поверхности экрана, покрытого слоем люминофора — вещества, светящегося под воздействием электронного луча, генерируемого специальной «электронной пушкой» и управляемого системами горизонтальной и вертикальной развертки. Люминофор наносится в виде наборов точек трех основных цветов — красного, зеленого и синего. Эти цвета называют основными, потому что их сочетаниями (в различных пропорциях) можно представить любой цвет спектра. Наборы точек люминофора располагаются по треугольным триадам (рис. 6.24). Триада образует пиксель — (от англ, pixel — picture element — элемент картинки) точку, из которых формируется изображение.
Рис. 6.23. Схема электронно-лучевой трубки Расстояние между центрами пикселей называется точечным шагом монитора. Это расстояние существенно влияет на четкость изображения. Чем меньше шаг, тем выше четкость. В современных цветных мониторах шаг составляет 0,24 мм и менее. При таком шаге глаз человека воспринимает точки триады как одну точку «сложного» цвета.
На противоположной стороне трубки расположены три (по количеству основных цветов) электронные пушки. Все три пушки «нацелены» на один и тот же пиксель, но каждая из них излучает поток электронов в сторону «своей» точки люминофора. Чтобы электроны беспрепятственно достигали экрана, из трубки откачивается воздух, а между пушками и экраном создается высокое электрическое напряжение, ускоряющее электроны. Перед экраном на пути электронов ставится маска — тонкая металлическая пластина с большим количеством отверстий, расположенных напротив точек люминофора. Маска обеспечивает попадание электронных лучей только в точки люминофора соответствующего цвета. Пиксельные^триады Величиной электронного тока пушек и, следовательно, яркостью свечения пикселей, управляет сигнал, поступающий с видеоконтроллера. Отклоняющая система монитора обеспечивает прохождение электронным лучом поочередно всех пикселей — строчка за строчкой от верхней до нижней, затем возвращается в начало верхней строки и т. д. (рис. 6.25).
Рис. 6.25. Ход электронного пучка по экрану Количество отображенных строк в секунду называется строчной частотой развертки. А частота, с которой меняются кадры изображения, называется кадровой частотой развертки. Кадровая частота развертки должна быть такой, чтобы глаз человека не замечал последовательной смены кадров. (Ассоциация видеоэлектрон- ных стандартов (VESA — Video Electronics Standards Association) рекомендует частоту не ниже 75 кадров в секунду). Синхросигналы строчной и кадровой разверток, а также сигналы управления яркостью лучей формируются видеоконтроллером, часто называемым видеокартой, или видеоадаптером. Основным компонентом видеокарты (рис. 6.26) является память, где хранятся передаваемые процессором числа, характеризующие каждый пиксель монитора. Цифроаналоговые преобразователи преобразуют эти числа в аналоговые сигналы, необходимые для работы монитора. Для ускорения процесса обработки видеоданных и разгрузки при этом центрального процессора ЭВМ современные видеокарты имеют свой собственный видеопроцессор. Минимальный размер видеопамяти определяется количеством цветов и разрешающей способностью монитора. Так, для представления на мониторе 16,7 млн цветов (цвет каждого пикселя задается 24-разрядным числом) с разрешающей способностью 640×480 пикселей необходимый объем видеопамяти равен 0,9 Мбайт, при разрешающей способности 800×600 — 1,4 Мбайт. Газоразрядные и жидкокристаллические дисплеи. Такие дисплеи часто называют панелями. Газоразрядную панель образуют д ва плоскопараллельных стекла, между которыми размещены миниатюрные газоразрядные элементы. В инертном газе газоразрядного элемента под действием управляющих сигналов, формируемых микропроцессором устройства синхронизации и подаваемых на прозрачные электроды одного или обоих стекол, возникает разряд с ультрафиолетовым излучением. Это излучение вызывает свечение нанесенного на переднее или заднее стекло люминофора одного цвета черно-белой панели или люминофоров красного, зеленого или синего цветов цветной панели.
Рис. 6.26. Структура видеоконтроллера Основой жидкокристаллической панели служат также две плоскопараллельные стеклянные пластины. На одну из них нанесены прозрачные горизонтальные и вертикальные токопроводящие электроды. В местах их пересечения укреплены пленочные транзисторы, два вывода которых соединены с электродами на стекле, а третий образует обкладку конденсатора. Вторую пластину конденсатора представляет прозрачный металлизированный слой на второй стеклянной пластине, расположенной параллельно первой на расстоянии, измеряемом микронами. Между пластинами помещено органическое вещество (жидкий кристалл), поворачивающее под действием электрического поля плоскость поляризации проходящего через него света. С двух сторон панели укреплены поля- роидные пленки, плоскости поляризации которых повернуты на 90е относительно друг друга (рис. 6.27). Растр телевизионного изображения формируется сигналами, генерируемыми устройством синхронизации и подаваемыми на электроды стеклянных пластин. При подаче на эти электроды напряжения в точке их пересечения конденсатор заряжается, и возникает электрическое поле между соответствующими обкладками конденсатора. В зависимости от величины напряжения изменяется угол поляризации жидкого кристалла между обкладками конденсатора. При отсутствии напряжения и соответственно электрического поля жидкий кристалл поворачивает угол поляризации света от лампы подсветки на 90°, в результате чего свет свободно проходит через поляроидные пленки. В зависимости от напряжения на обкладках конденсатора угол поляризации может изменяться от 90° до 0°, а прозрачность ячейки панели — от максимальной до непропускания света. Панель цветного дисплея содержит красный, зеленый и синий светофильтры, образующие триаду элемента разложения изображения. Плоские панели имеют преимущества перед вакуумными кинескопами по техническим параметрам, экологической безопасности и сроку службы. Экран современных ЖК-мониторов (панелей) с разрешением 1280×1024 имеет до 5 млн точек, каждая из которых управляется собственным транзистором. Такие мониторы занимают в 2—3 раза меньше места, чем мониторы с ЭЛТ и во столько же раз легче; потребляют гораздо меньше электроэнергии и не излучают электромагнитных волн, воздействующих на здоровье людей.
Рис. 6.27. Жидкокристаллический дисплей Сигналы, которые получает монитор (сигналы управления яркостью лучей и синхросигналы строчной и кадровой разверток), формируются соответствующим контроллером, который называют видеокартой, или видеоадаптером. Монитор преобразует эти сигналы в зрительные образы. Другим широко распространенным устройством вывода текстовой и графической информации, обрабатываемой ПЭВМ является принтер. Принтер — печатающее устройство для регистрации информации на твердый, как правило, бумажный носитель. Существует огромное количество наименований принтеров. Но основных видов принтеров три: матричные (игольчатые), лазерные и струйные. Матричные принтеры. Их печатающая головка содержит некоторое количество «иголок», которые под воздействием управляющих сигналов наносят удар по красящей ленте, благодаря чему на бумаге остается отпечаток символа. Каждый символ, печатаемый на таком принтере, образуется из набора 9 или 24 игл, сформированных в виде вертикальной колонки. При использовании многоцветной печатной ленты можно получить цветную печать. Недостатками этих недорогих принтеров являются их шумная работа и невысокое качество печати. Струйные принтеры. Печатное устройство этого принтера представляет собой емкость со специальными чернилами, которые через крошечные сопла под большим давлением выбрызгиваются на бумагу. Диаметр полученной таким образом точки на бумаге в десятки раз меньше, чем диаметр точки от матричного принтера, что обеспечивает значительно лучшее качество печати. Цветные струйные принтеры, кроме черного картриджа, дополнительно имеют картридж с чернилами ярко-голубого, пурпурного и желтого цветов. Лазерные принтеры. Основным печатающим устройством лазерного принтера (рис. 6.28), также как ксерокса, является валик- «барабан», имеющий светочувствительное покрытие, изменяющее свои электрические свойства в зависимости от освещенности. Принцип работы лазерного принтера заключается в следующем. Компьютер формирует в своей памяти «образ» страницы текста и передает его принтеру. Информация о странице проецируется с помощью лазерного луча на вращающийся барабан. После чего на барабан, находящийся под электрическим напряжением, наносится красящий порошок — тонер, частицы которого налипают на засвеченные участки поверхности барабана. Принтер с помощью специального горячего валика протягивает бумагу под барабаном; тонер переносится на бумагу и «вплавляется» в нее, оставляя стойкое высококачественное изображение. В отличие от лазерных принтеров в светодиодных принтерах (которые часто также называют лазерными) информация на барабан проецируется не лазерным лучом, а светодиодной матрицей. Из-за сложности технологии цветной лазерной печати цветные лазерные принтеры стоят значительно дороже черно-белых.
Рис. 6.28. Лазерный принтер Устройства ввода информации. Важнейшими устройствами ввода информации, которыми укомплектован практически каждый ПК, являются клавиатура и манипулятор типа «мышь». Клавиатура — клавишное устройство д ля ручного ввода числовой, текстовой и управляющей информации в ПК, оно обеспечивает диалоговое общение пользователя с ПЭВМ. Клавиатура содержит стандартный набор клавиш печатной машинки и некоторые дополнительные клавиши — управляющие и функциональные клавиши, клавиши управления курсором и малую цифровую клавиатуру. Все символы, набираемые на клавиатуре, немедленно отображаются на мониторе в позиции курсора (светящийся символ на экране монитора, указывающий позицию, на которой будет отображаться следующий вводимый с клавиатуры знак). В настоящее время наиболее распространена клавиатура с раскладкой клавиш (УМЕШТ (читается «кверти»), названная так по клавишам, расположенным в верхнем левом ряду алфавитно-цифровой части клавиатуры. Такая клавиатура имеет 12 функциональных клавиш, размещенных вдоль верхнего края. Нажатие функциональной клавиши приводит к посылке в компьютер не одного символа, а целой совокупности символов. Функциональные клавиши могут программироваться пользователем. Например, во многих программах для полу- чения помощи (подсказки) задействована клавиша F1, а для выхода из программы — клавиша F10. Название управляющих клавиш и их назначение представлены в табл. 6.2. Таблица 6.2
Малая цифровая клавиатура используется в двух режимах — ввода чисел и управления курсором. Переключение этих режимов осуществляется клавишей Num Lock. Клавиатура содержит встроенный микроконтроллер (местное устройство управления), который выполняет следующие функции: ■ последовательно опрашивает клавиши, считывая введенный сигнал и вырабатывая двоичный скан-код клавиши; ■ осуществляет буферизацию (временное запоминание до 20 отдельных кодов клавиш на время между двумя соседними опросами клавиатуры процессором); ■ управляет световыми индикаторами клавиатуры; ■ проводит внутреннюю диагностику неисправностей; ■ осуществляет взаимодействие с центральным процессором. При поступлении любой информации в буферную память клавиатуры посылается запрос на аппаратное прерывание, инициируемое клавиатурой. При выполнении прерывания скан-код преобразуется в АБСИ и оба кода пересылаются в соответствующее поле ОЗУ ЭВМ. Манипуляторы (мышь, трекбол и др.) — специальные устройства ввода и управления, облегчающие взаимодействие пользователя и ПЭВМ. Несмотря на большое разнообразие форм и размеров манипуляторов типа мышь, они имеют единые принципы работы. При перемещении мыши по поверхности это перемещение преобразуется в последовательности импульсов, передаваемых в ПК. При нажатии кнопок мыши их код также передается в ПК, где специальная программа управления мышью (драйвер мыши) преобразует последовательности импульсов и коды нажатия кнопок в определенные действия. В зависимости от способа определения перемещения — механического, связанного с перемещением частей устройства, или оптического, основанного на фиксации перемещения с помощью оптических приборов, различают соответственно механические и оптические мыши. На рис. 6.29 представлено устройство механической мыши. Принцип ее работы заключается в следующем. При перемещении мыши по поверхности расположенный в ее основании шарик начинает вращаться, приводя в движение расположенные внутри корпуса ролики. Эти ролики смонтированы относительно друг друга под углом 90° и, соприкасаясь с шариком, могут вращаться только по часовой или против часовой стрелки, преобразуя произвольное движение шарика в движение в двух взаимно-перпендикулярных направлениях (X и У). При перемещении мыши строго горизонтально или строго вертикально приводится в движение только один из роликов, показывающий движение либо в направлении X, либо У соответственно. Электронные схемы мыши преобразуют движения роликов в последовательности импульсов, передаваемые в ПЭВМ.
Рис. 6.29. Устройство механической мыши Оптическая мышь, в отличие от механической, не имеет никаких движущихся элементов, а для фиксации перемещения используются оптические приборы. Трекбол по своему функциональному устройству аналогичен механической мыши, с той лишь разницей, что вместо перемещения мыши для вращения шарика, пользователь вращает рукой сам шарик, встроенный в верхнюю часть корпуса. В отличие от мыши, трекбол не требует свободного пространства около компьютера, его можно встроить в корпус машины. Одним из широко распространенных манипуляторов, применяемых в компьютерных играх, является джойстик. Обычно это стержень-ручка, отклонение которой от вертикального положения приводит к передвижению курсора в соответствующем направлении по экрану монитора. В некоторых моделях в джойстик монтируется датчик давления. В этом случае, чем сильнее пользователь нажимает на ручку, тем быстрее движется курсор по экрану дисплея. Для ввода в ПЭВМ графической информации наиболее часто используется сканер. Он создает оцифрованное изображение документа и помещает его в память компьютера. Существуют ручные сканеры, которые прокатывают по поверхности документа рукой, и планшетные сканеры (рис. 6.30), по внешнему виду напоминающие копировальные машины. Принцип работы сканера относительно прост. Луч света (специальная лампа, расположенная в корпусе сканера) «пробегает» по сканируемой поверхности, при этом светочувствительными датчиками воспринимается яркость
и цветность отраженного света и преобразуется в двоичный код. Введенную с помощью сканера и графическую, и текстовую информацию компьютер воспринимает как «картинку», поэтому для преобразования графического текста в обычный символьный формат используют программы оптического распознавания образов. 6.4.3.