Практическая работа. Тема: Примеры использования внешних устройств, подключаемых к компьютеру

Тема: Примеры использования внешних устройств, подключаемых к компьютеру. Программное обеспечение внешних устройств.

Цели: Познакомиться с основными внешними устройствами, подключаемыми к компьютеру.

Оборудование: ПК, ОСWindows.

Литература:

- Основные источники:

1. Колмыкова Е.А., Кумскова И.А. Информатика, ОИЦ «Академия», 2012

2. Астафьева Г.Е., Гаврилова С.А., Цветкова М.С. (под ред. Цветковой М.С.) Информатика и ИКТ. Практикум для профессий и специальностей технического и социально-экономического профилей, ОИЦ «Академия», 2013.

3. Цветкова М.С. Великович Л.С. Информатика и ИКТ., ОИЦ «Академия», 2013

- Дополнительные источники:

1. Е.П. Жукова, Е.Г. Бурда «Информатика», Академцентр,2010

2. Т.И. Немцова, Ю.В. Назарова «Практикум по информатике», Форум, 2009

3. С.В. Беседина «Информатика», Учебно-методическое пособие, Издательско-полиграфический центр Воронежского государственного университета 2009 - http://www.edu.ru/

4. Р.Р. Толстяков, Т.Ю. Забавикова, Т.В. Попова «Информатика», ФГБОУВПО «ТГТУ», 2011 - http://www.edu.ru/

Ход работы:

1. Ознакомиться с теоретической частью

2. Выполнить практическую часть.

3. Оформить отчет по работе.

4. Ответить на вопросы.

5. Показать преподавателю, выполненную работу.

Теоретическая часть.

Устройства ввода

Устройством ввода называется устройство, которое: позволяет человеку отдавать компьютеру команды и/или выполняет первичное преобразование данных в форму, пригодную для хранения и обработки в компьютере.

К устройствам ввода относятся клавиатура;

• манипуляторы: мышь, трекбол, сенсорная панель, джойстик, трекпойнт; сканер;
• микрофон, видеокамера и другие источники мультимедийных данных;
• световое перо и графический планшет – специализированные устройства ввода графической информации;
• датчики.

Клавиатура

В простейших типах клавиатур при нажатии клавиши соединяются два контакта и замыкается электрическая цепь. Роль контактов в наиболее распространенных моделях играет специальное токопроводящее напыление, наносимое на гибкую изолирующую полимерную пленку. Более качественные клавиатуры могут использовать, например, герконы (герметичные контакты), срабатывающие от приближающегося к ним магнита. Еще один вариант – это емкостные клавиатуры, где при нажатии клавиши сближаются две небольшие пластины, образующие конденсатор. Емкостные клавиатуры более долговечны, так как в них нет механического контакта деталей.

Работой современной клавиатуры руководит встроенный в нее микроконтроллер, который: опрашивает все клавиши и фиксирует изменение их состояния: нажатие или отпускание; временно (до момента передачи в центральный процессор) хранит коды нескольких последних нажатых или отпущенных клавиш (скан-коды); при наличии данных посылает требование прерывания центральному процессору и затем (по его запросу) передает имеющиеся данные; управляет световыми индикаторами клавиатуры; выполняет диагностику неисправностей клавиатуры.

Распознавание кода набранного символа с учетом состояния клавиш сдвига выполняет программа, принимающая данные.

Клавиатура имеет определенные технические характеристики, такие как усилие нажатия клавиш (в ньютонах) и ход клавиш (в миллиметрах).

Манипуляторы

Для ввода команд и данных в компьютер широко используются манипуляторы –разнообразные по конструкции устройства, воздействуя на которые (путем их перемещения, давления на их чувствительную поверхность и т.п.), пользователь может управлять компьютером, не набирая текста.

Общая идея работы манипуляторов заключается в следующем. На экране монитора отображается указатель (курсор), с помощью которого человек может «показать» компьютеру интересующий его объект. Манипулятор перемещает курсор вслед за определенными перемещениями руки человека. Когда курсор установлен в нужное место экрана, человек сообщает об этом компьютеру, обычно нажимая кнопку на манипуляторе. В принципе манипулятор позволяет даже набирать тексты, используя нарисованную на экране клавиатуру.

Самый распространенный манипулятор – компьютерная мышь. Это название принято связывать с кабелем («хвостом»), соединяющим устройство с компьютером. Многим современным мышам «хвост» уже не нужен: они передают данные о своем движении с помощью электромагнитных волн (к компьютеру при этом подсоединяется специальное устройство для приема и декодирования радиоволн). Такие мыши более удобны, хотя стоят дороже и используют дополнительные элементы питания (батарейки или аккумуляторы).

Первоначально датчики движения мыши были механическими: при перемещении мыши вращался находящийся внутри нее шарик. Шарик, в свою очередь, вращал два взаимно перпендикулярных колесика, и их поворот фиксировался электронным устройством. Полученная информация об изменении координат передавалась в компьютер. Такая механическая конструкция была неудобна, так как шарик и колесики приходилось часто очищать от пыли и грязи.

Оптические мыши, которые используются сейчас, не содержат механических частей, поэтому они долговечны и обладают высокой точностью. Расположенная «под брюхом» миниатюрная видеокамера снимает изображение поверхности стола через небольшие промежутки времени (для подсветки используется светодиод или портативный лазер). Сравнивая полученные картинки, специальный микропроцессор вычисляет перемещение мыши по двум осям координат. Этот метод даѐт плохие результаты, когда поверхность очень гладкая и однородная (например, стекло). В таких случаях значительно лучше работают лазерные мыши, потому что подсветка лазером дает более контрастное изображение.

Наиболее интересная характеристика оптической мыши – это разрешение оптического сенсора (видеокамеры). Кроме разрешения, на качество работы мыши влияет количество кадров, которые делает видеокамера за одну секунду (до десяти тысяч). Для игровых мышей важна также максимальная скорость движения – она может достигать нескольких метров в секунду. Шаровой манипулятор – трекбол – это перевернутая мышь. Его чувствительный элемент – закрепленный шар, который вращается вокруг своего центра. Название «трекбол» происходит от английских слов track – направляющее устройство и ball – шар.

Для портативных компьютеров он удобнее мыши, потому что не требует дополнительного ровного пространства. Кроме того, трекболы могут работать там, где есть вибрация. Сейчас трекболы практически не используются.

В ноутбуках в качестве встроенного «заменителя» мыши устанавливают еще один тип манипулятора – сенсорную панель (англ. touchpad), воспринимающая движение по ней пальца. Панель состоит из небольшой чувствительной к давлению поверхности и двух кнопок. Короткое касание чувствительной панели заменяет щелчок мышью (можно использовать также кнопки рядом с панелью). Современные панели способны воспринимать не только перемещение, но и другие команды. Например, для прокрутки документа можно проводить пальцем вдоль правой или нижней границы панели (там, где в окне принято располагать полосы прокрутки). Некоторые панели даже способны анализировать сочетания движений по ним двух пальцев.

«Менее серьезный» манипулятор – джойстик (англ. joy stick – «весѐлая» рукоятка) – используется, в основном, в компьютерных играх и может быть оформлен самым причудливым образом. Джойстик имеет ручку, при повороте которой внутри корпуса замыкаются контакты, соответствующие направлению наклона ручки. В некоторых моделях дополнительно установлен датчик давления, и чем сильнее пользователь наклоняет ручку, тем быстрее движется указатель по экрану.

В некоторых ноутбуках в середине клавиатуры устанавливается трекпойнт (это слово можно перевести с английского как указатель курса или маршрута). Трекпойнт – это кнопка, которая определяет направление давления пальца и преобразует эту команду в перемещение курсора на экране.

Сканер

Сканер – это устройство для ввода в компьютер графической информации. С его помощью можно преобразовать в компьютерные данные рисунки, фотографии, снимки на фотоплѐнке (негативы и слайды), а также получить снимки объектов не слишком большой толщины.

Для этого используют программы оптического распознавания символов (англ. OCR = Optical Character Recognition). OCR-программы пытаются «угадать» в пикселях рисунка очертания букв, и определить, какие это буквы, сверяя контуры с имеющимися у них образцами. В принципе, можно распознавать и рукописный текст, однако программы справляются с ним значительно хуже, чем с печатным (подумайте почему?).

Принцип работы сканера достаточно прост. Луч света от яркого источника пробегает вдоль сканируемой поверхности, а светочувствительные датчики при этом воспринимают отраженные лучи и определяют их интенсивность и цвет. Можно сказать, что сканер – это очень сильно упрощенный цифровой фотоаппарат.

Сканеры могут иметь разную конструкцию:

ручные, где считывающую головку перемещает пользователь (вспомните, как считываются штрих-коды);

планшетные, в которых неподвижный объект кладется на стекло, а светочувствительная головка перемещается внутри сканера;

рулонные, протягивающие бумагу с изображением мимо неподвижной головки;

барабанные, где сканируемый объект наклеивается на вращающийся барабан, который медленно вращается мимо неподвижной головки; такие сканеры обеспечивают наилучшее качество сканирования и применяются в издательской деятельности.

Самая важная характеристика сканера – разрешающая способность. Разрешающая способность – это максимальное количество точек на единицу длины, которые способен различить сканер. Разрешающая способность сканера измеряется в пикселях на дюйм (англ. ppi = pixels per inch). При сканировании совсем не обязательно устанавливать максимально возможное разрешение. Конечно, чем оно выше, тем лучше качество, но зато и файл займет больше места на диске! Рекомендуемое разрешение зависит от того, зачем сканируется материал (см. таблицу).

Другая важная характеристика режима сканирования – глубина цвета (разрядность), то есть количество двоичных разрядов, которое используется для кодирования цвета одного пикселя (см. главу 2). Если для кодирования цвета использовано N двоичных разрядов, то общее количество возможных цветов равно N. Высококачественные устройства позволяют сканировать изображения с глубиной цвета 48 бит.

Устройства вывода

Устройства вывода – это устройства, которые представляют компьютерные данные в форме, доступной для восприятия человеком. Первыми устройствами вывода были панели индикаторных лампочек. Каждая из них показывала состояние отдельного бита: горящая лампочка обозначала единицу, а выключенная – ноль. Для чтения результата нужно было хорошо знать двоичную систему. Этот схематический рисунок изображает индикаторную панель на пульте ЭВМ первых поколений. Разноцветные колпачки патронов с лампочками помогали правильно считывать результат: каждая группа из трѐх битов – это одна восьмеричная цифра.

Такие панели использовались для обслуживающего персонала вплоть до третьего поколения ЭВМ, однако для большинства пользователей такой вывод данных был непонятен. Первые «настоящие» устройства вывода печатали числа в десятичном виде на бумагу. Затем печатающие устройства научились печатать не только цифры, но и буквы. Они работали по принципу печатающей машинки: рельефный шаблон символа ударял по красящей ленте, прижатой к бумаге, и оставлял отпечаток.

Кроме устройств, печатающих символы, появились графопостроители (плоттеры), которые рисовали перьями на бумаге графики функций и простейшие картинки. Так как современные принтеры могут выводить текст и графику (в том числе и цветную), специальные устройствах для вывода графики практически не используются.

Революционным событием стало создание мониторов. Это позволило избавиться от ненужного расхода бумаги – теперь можно было выводить на печать только самое необходимое. Кроме того, управление и обслуживание ЭВМ стало более удобным.

Компьютеры четвертого поколения начали обрабатывать мультимедийную информацию – звуковые и видеоданные. Поэтому к компьютерам стали подключать устройства для вывода такой информации: звуковые колонки, наушники, телевизор и т.п. Некоторые из этих устройств (например, наушники) – аналоговые, поэтому для вывода необходимо преобразовать дискретные компьютерные данные в аналоговую форму. Для этого используется специальная электронная схема, которую называют цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП). ЦАП для вывода звуковой информации входит в состав звуковой карты.

Эволюция устройств вывода не остановилась – все время разрабатываются устройства новых типов, порой весьма экзотические. Например, появились сообщения о создании «3D-принтеров», которые способны под управлением компьютера создавать объемные тела из различных материалов (прежде всего, из пластика). Монитор Компьютерный монитор состоит из дисплея (панели, на которую смотрит человек) и электронных схем, позволяющих выводить на этот дисплей текстовую и графическую информацию.

Мониторы во многом используют телевизионные технологии. В конце XX века для компьютеров применялись мониторы на основе электронно-лучевых трубок (ЭЛТ), но они были вытеснены жидкокристаллическими (ЖК) мониторами, которые обладают рядом преимуществ: малый вес и размеры; в 2-4 раза меньшее потребление электроэнергии; нет искажений изображения, характерных для электронно-лучевых трубок; значительно ниже уровень электромагнитного излучения.

Тем не менее, некоторые профессионалы по-прежнему работают на электронно-лучевых мониторах. Дело в том, что ЖК-мониторы имеют недостатки, которые трудно устранить в производстве: цветопередача хуже, чем у ЭЛТ-мониторов; например, очень трудно получить чисто черный цвет; контраст и цвета изображения меняются в зависимости от угла, под которым мы смотрим на монитор; при быстром изменении изображения заметно «запаздывание» (жидкие кристаллы не могут поворачиваться слишком быстро); при существующих технологиях изготовления у многих мониторов есть дефектные точки, которые не работают (так называемые «битые пиксели»); могут отображать чѐткую картинку только в одном разрешении, совпадающем с размерами матрицы.

Независимо от конструкции, экран любого монитора строится из отдельных точек, причем каждая из них образована близко расположенными областями трех основных цветов – красного, зелѐного и синего. Для ЖК-монитора эти области имеют форму прямоугольников, слегка вытянутых по вертикали. Расстояние между их центрами – доли миллиметра, поэтому глаз человека воспринимает все три составляющие как одну точку «суммарного» цвета.

Элементы экрана часто называют пикселями, что не совсем точно. Строго говоря, пиксель – это точка рисунка, а не экрана. Например, на одном и том же мониторе можно легко устанавливать разные размеры рабочего стола в пикселях. Компьютер «проектирует» пиксели картинки на экран с учетом установленного разрешения. При этом одному пикселю может соответствовать одна или несколько точек экрана.

Элемент ЖК-экрана – это жидкий кристалл, способный под воздействием электрического напряжения менять свои оптические свойства. Каждая точка управляется своим полупроводниковым транзистором. Подчеркнем, что сам жидкий кристалл не способен светиться, он лишь регулирует пропускание света от расположенного за ним источника света.

Наиболее важные характеристики мониторов – это размер диагонали (в дюймах) имаксимальное разрешение (количество точек экрана по ширине и высоте). Для ЖК-мониторов максимальное разрешение – это количество элементов матрицы. Если установить другое (более низкое) разрешение, то качество изображения будет хуже, т.к. видеосистеме придется «растягивать» картинку на реально существующие точки.

Процессор передает данные для вывода видеокарте (видеоконтроллеру), которая управляет выводом изображения на монитор. Современные видеокарты содержат микропроцессор для обработки графической информации (графический ускоритель) и собственную видеопамять. Можно считать, что видеокарта – это специализированный компьютер, который существенно ускоряет построение и вывод на монитор графических изображений, особенно трехмерных.

Инженеры активно работают над созданием все более совершенных устройств вывода. Большое внимание уделяется разработке так называемых 3D-дисплеев, которые смогут отображать информацию в трех измерениях.

Печатающие устройства

Печатающие устройства (принтеры) служат для вывода текстовой и графической информации на бумагу или пленку. Современные принтеры обрабатывают символы как графику, т.е. рисуют их. На принтерах можно печатать очень сложные изображения, в том числе цветные фотографии.

В настоящее время существует четыре основных типа принтеров: матричные, струйные, лазерные и сублимационные.

Матричные принтеры – это последнее поколение принтеров с ударным принципом работы. Печатающая головка содержит вертикальный ряд иголок, которые под воздействием управляющих сигналов ударяют по красящей ленте, оставляя на бумаге отпечатки в виде маленьких точек.

Головка движется в горизонтальном направлении, что позволяет сформировать строку из символов произвольного вида. На таком принтере можно получать не только тексты, но черно-белые рисунки, однако вывод графики происходит очень медленно. Достоинства матричных принтеров – дешевизна самих принтеров и расходных материалов (красящих лент), а также способность печатать практически на любой бумаге. Однако они не могут обеспечить высокое качество печати, работают медленно и сильно шумят.

Печатающая головка струйных принтеров содержит крошечные отверстия, через которые под большим давлением на бумагу выбрасываются чернила. Диаметр получаемых при этом точек гораздо меньше, чем у матричных принтеров, что позволяет получить значительно лучшее качество печати. В цветных принтерах чаще всего устанавливается два картриджа: один с черной краской, а второй – с голубой, фиолетовой и желтой (вспомните цветовую модель CMYK). Изображение строится из точек этих цветов. В некоторых моделях для повышения качества используют шесть базовых цветов. Для печати на струйных принтерах необходима качественная бумага, кроме того, напечатанное изображение расплывается при попадании воды.

Лазерные принтеры обеспечивают очень высокое качество печати. Компьютер строит в памяти полный образ страницы и предает его принтеру. Тот с помощью лазерного луча построчно переносит изображение на вращающийся барабан – строит электростатическую копию картинки. Затем к барабану притягиваются мелкие частицы красящего порошка – тонера, причем, чем сильнее наэлектризован участок барабана, тем больше краски он получает. На следующем этапе бумага прижимается к барабану, в результате на ней строится отпечаток картинки. Чтобы краска не осыпалась, на выходе нагретый валик вплавляет частицы тонера в бумагу. Поскольку лазерные принтеры используют достаточно сложные технологии, они стоят дороже матричных и струйных, и потребляют больше электроэнергии. Светодиодные принтеры (их тоже часто называют лазерными) работают по такому же принципу, но изображение переносится на барабан не лазером, а светодиодной матрицей.

Сублимационный принтер печатает изображение совсем иначе: головка принтера нагревает поверхность, размягчая ее, а затем «впрыскивает» крохотные частицы красителя.

Сверху наносится защитный слой, который предохраняет краску от разрушения солнечными лучами, и в итоге образуется очень стойкое изображение. Сублимационные принтеры прекрасно подходят для печати на пластиковых картах и компакт-дисках, часто используются для печати фотографий. Их недостатки – низкая скорость печати (более 1 минуты на одну фотографию) и высокая стоимость.

Важнейшей характеристикой принтера является его разрешающая способность. Разрешающая способность принтера – это максимальное количество точек, которые он способен напечатать на единицу длины. По традиции разрешающая способность измеряется в точках на дюйм (англ. dpi = dots per inch). Все современные струйные и лазерные принтеры имеют разрешающую способность не ниже 300 dpi, что обеспечивает высококачественную печать. Некоторые принтеры позволяют пользователю менять разрешающую способность, регулируя тем самым качество печати.

Обратим внимание на разницу обозначений ppi (пиксели на дюйм) и dpi (точки на дюйм). В ppi измеряется разрешение цифрового изображения (например, отсканированного), а в dpi – качество печати принтера. Каждый пиксель картинки может изображаться принтером в виде нескольких точек.

Принтеры также часто сравнивают по скорости печати (в количестве страниц в минуту).

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: