Устройство ввода

Материал из Национальной библиотеки им. Н. Э. Баумана
Последнее изменение этой страницы: 00:17, 28 августа 2017.

Устройства ввода - периферийное (дополнительное) оборудование, предназначенное для ввода информации в компьютер для дальнейшего хранения и обработки. Информация, заносимая на электронное устройство, может содержаться в различных форматах: чисел, текстов, изображений, звуков. Устройства ввода преобразуют данные форматы в цифровую форму, воспринимаемую компьютером ( числовую, текстовую, графическую, звуковую и видеоинформацию).

Виды устройств ввода

В зависимости от формата вводимой информации

Устройства ввода текстовой информации

Клавиатура является наиболее удобным и универсальным устройством ввода информации и входит в конфигурацию всех персональных компьютеров. Клавиатура – это клавишное устройство для ввода числовой и текстовой информации, представляющее собой набор клавиш (кнопок), расположенных в определённом порядке.

Стандартная клавиатура

Стандартная клавиатура содержит:

  1. набор алфавитно-цифровых клавиш;
  2. дополнительно управляющие и функциональные клавиши;
  3. клавиши управления курсором;
  4. малую цифровую клавиатуру.

В каждой клавиатуре содержится встроенный микроконтроллер[Источник 1] (местное устройство управления), задача которого состоит в:

  1. последовательном опрашивании клавиш, считывании введенного сигнала и вырабатывания двоичного скан-кода клавиши;
  2. управлении световыми индикаторами клавиатуры;
  3. проведении внутренней диагностики неисправностей;
  4. осуществлении взаимодействия с центральным процессором через порт ввода-вывода клавиатуры.

Клавиатура имеет встроенный буфер[1]. В случае переполнения буфера нажатие клавиши обычно сопровождается звуковым сигналом, означающим, что символ не введён (отвергнут). Работу клавиатуры поддерживают специальные программы, "зашитые" в BIOS, а также драйвер клавиатуры, который обеспечивает возможность ввода русских букв, управление скоростью работы клавиатуры и пр.

TemplateExampleIcon.svg Пример особенностей клавиатуры
Расположение кнопок подчиняется одной и той же общепринятой схеме. Двенадцать функциональных клавиш от F1 до F12 (на стандартной клавиатуре находятся в верхнем ряду). Их задача – упростить управление некоторыми функциями компьютера.[2]Функции отдельных функциональных клавиш, комбинации функциональных клавиш с клавишами ⇧ Shift, Ctrl и Alt и «обычными» клавишами составляют часть интерфейса пользователя и, как правило, являются постоянными для отдельно взятого вида ПО.

По типу соединения клавиатуры бывают проводные и беспроводные: проводная клавиатура соединяется с компьютером через USB-порт или разъем PS/2. Беспроводная может подсоединяться посредством радиопередатчика (USB-приемника) или bluetooth. Преимущество такого подключения - радиус действия может достигать около 10 метров.[3]

Примечания
  1. Буфер-промежуточную память малого размера, куда помещаются введённые символы
  2. Функции этих клавиш определяются в зависимости от системного или прикладного ПО: программой конфигурации материнской платы (Setup BIOS) и, в последующем, запущенной операционной системой.
  3. Поскольку у беспроводных устройств стационарное питание отсутствует, их требуется подзаряжать отдельно. Для этого в саму клавиатуру может быть встроен специальный аккумулятор, который нужно время от времени заряжать. Или же она может работать на батарейках.


Устройства ввода графической информации

  • сканер - устройство для переноса информации с бумажных документов в память компьютера.Если при помощи сканера вводится текст, то компьютер воспринимает его как изображение, а не как последовательность символов, поэтому для преобразования подобного графического текста в обычный символьный формат используют программы оптического распознавания образов;
  • цифровые фото- и видеокамера - это беспленочное устройство для автоматического ввода графических данных в сжатом виде при помощи USB кабеля, которую можно без труда обработать в соответствующем редакторе и распечатать на листе.
  • плата видеозахвата[1] - электронное устройство для преобразования аналогового видеосигнала в цифровой видеопоток;
  • видео- и веб-камера - это цифровая фото- или видеокамера небольшого размера, которая фиксирует фото- или видеоизображения в режиме реального времени для дальнейшей их передачи по компьютерной сети;
  • графический планшет (дигитайзер)[2] - используется для ввода чертежей, графиков и планов с помощью специального стилуса, которым водят по экрану планшета, и состоит из пера и плоского планшета, чувствительного к нажатию или близости пера, также позволяет вводить рисунки "от руки" и рукописный текст непосредственно в компьютер.
  • световое перо (англ. light pen, также - стило, англ. stylus)- светочувствительный элемент, имеющий вид шариковой ручки или карандаша (часто с одной или несколькими кнопками), соединённого проводом с одним из портов ввода-вывода компьютера.
Принцип работы светового пера

Ввод данных с помощью светового пера заключается в прикосновениях или при ведении линий пером по поверхности экрана монитора. В наконечнике пера устанавливается фотоэлемент, который регистрирует изменение яркости экрана в точке, с которой соприкасается перо, за счёт чего соответствующее программное обеспечение вычисляет позицию, «указываемую» пером на экране и может, в зависимости от необходимости, интерпретировать её тем или иным образом, обычно как указание на отображаемый на экране объект или как команду рисования. Кнопки используются аналогично кнопкам манипулятора компьютерная мышь, т.е.для выполнения дополнительных операций и включения дополнительных режимов.[Источник 2]

Обычно применяется в карманных компьютерах, системах проектирования и дизайна, однако его невозможно использовать с обычными ЖК-мониторами. При этом световое перо может быть элементом дигитайзера (графического планшета). В этом случае пером пишут или рисуют не по экрану монитора, а по поверхности планшета.

Устройства ввода звуковой информации

  • звуковая карта - производит преобразование звука из аналоговой формы в цифровую. Для ввода звуковой информации используется микрофон, который подключается к входу звуковой карты. Звуковая карта имеет также возможность синтезировать звук, т. к. в ее памяти хранятся звуки различных музыкальных инструментов, которые она может воспроизводить;
  • микрофон - это электроакустический прибор для преобразования звуковых колебаний в электрические таким образом, чтобы содержащаяся в звуке информация не претерпевала заметных изменений;
  • цифровой диктофон - это такое записывающее устройство, которое позволяет производить звукозапись и прослушивать ее после записи;
  • устройства речевого ввода - позволяют использовать речевые команды (или проговаривать текст, который должен быть заранее занесен в память компьютера).

Указательные (координатные) устройства

Указательные (координатные) устройства ввода информации осуществляют непосредственный ввод информации, с помощью указания курсором на экране монитора на команду или место ввода данных. Данные устройства позволяют перемещать курсор или другие объекты соответствующих программ по двухмерному пространству экрана монитора с целью облегчения взаимодействия пользователя с компьютером при вводе информации. Подобные устройства ввода образуют группу устройств - манипуляторов, которые, в свою очередь, могут осуществлять ввод данных непосредственно через прикосновение к экрану (сенсорные) или через действия с механическими устройствами (не сенсорные).

Не сенсорные устройства ввода

  • компьютерная мышь - устройство для управления курсором и задания различных команд компьютеру.
Проводная компьютерная мышь

Стандартная мышь состоит из клавишей (двух или трех) и скроллера (колесика, расположенного между кнопками) с возможностью нажатия. Их функциональное значение зависит от выполняемого положения и может быть разнообразным, например: активация указанного объекта, вызов контекстного меню, вертикальная прокрутке веб-страниц и электронных документов.

Основное управление, в основном, сводится к нажатию левой кнопки мыши одинарным щелчком для выбора объекта на экране, и двойным для открытия объекта\выполнения функции. Скроллером осуществляется прокрутка текстового документа. При нажатии на него пользователь может упростить процесс перемотки. Нажатие на правую кнопку вызывает скрытое в обычном режиме контекстное меню, где отражаются все возможные доступные действия для данного объекта или программы. Функции всех клавиш мыши могут быть переопределены самим пользователем.

Устройство работы мыши основывается на вращении металлического шара, покрытого резиной, чьё движение передается двум пластмассовым валам, положение которых рассчитывается инфракрасными оптопарами и затем преобразуется в электрический сигнал, управляющий движением указателя мыши на экране.

По способу считывания информации их можно классифицировать на: -механические (перемещение мыши по ровной поверхности приводит к вращению шарика, расположенного в нижней част мыши), который взаимодействует с датчиками внутри корпуса мыши. В результате вырабатывается сигнал, который заставляет перемещаться указатель мыши на экране монитора); -оптические (на нижней части мыши присутствует красный светодиод для подсветки и миниатюрная видеокамера, которая делает снимки поверхности под ней (от 1500 до 6000 кадров в секунду), а специальный процессор сравнивает два последовательных кадра и вычисляет величину и направление смещения); -оптико-механические (совмещает в себе элементы механической и оптической мыши);

Также существует два способа соединения мыши с компьютером - с помощью кабеля (проводные) и с помощью инфракрасного сигнала, который воспринимается специальным портом в компьютере (беспроводные, или «бесхвостые» мыши ).

Качество мыши определяется ее разрешающей способностью, которая измеряется количеством точек на дюйм — dpi (dot per inch). От этой характеристики зависит, насколько точно указатель мыши будет передвигаться по экрану. Для мышей среднего класса разрешение составляет 400-800 dpi. Это означает, что при перемещении мыши на 1 дюйм (1 дюйм=2,54 см) указатель мыши на экране переместится на 400-800 точек.[Источник 3]

  • трекбол (от англ. Track Ball / трекбол-мышь или стационарная мышь) - это устройство ввода информации, по форме и элементам похожее на обычную компьютерную мышь, т.к. имеют сходную форму и оснащены стандартными двумя кнопками. Наличие колеса скроллинга и дополнительных кнопок зависит исключительно от производителя.
    Трекбол от Microsoft

Во время работы само устройство, в отличие от мыши, остается неподвижным, а шарик в верхней части устройства вращается непосредственно рукой пользователя, что приводит к перемещению указателя на экране.По размеру шарик трекбола больше шарика мыши и имеет меньший (относительно размера) вес, за счет чего достигается более точное, чем при работе с мышью, позиционирование курсора на экране. С другой стороны, трекболу требуется меньше места на столе, не нужен коврик, надежность этого устройства выше надежности мыши за счет меньшего количества механических частей.

Таким образом, область применения трекболов - в основном, работа с графическими пакетами, пакетами для автоматизированного проектирования и разного рода приложениями, где требуются плавное перемещение, но четкое позиционирование курсора.[3]

  • трекпоинт[4] (Pointing stick) - тензометрический джойстик очень маленького размера (5 мм) с шершавой вершиной (чаще всего заменяемый резиновый наконечник), который расположен между клавишами клавиатуры и управляется нажатием пальца.
    Трекпоинт

Основная его задача - замена мыши в лэптопах. Поэтому обычно трекпоинт присутствует в клавиатурах переносных компьютеров или ноутбуков, т.к. не требует свободного пространства около компьютера, и зачастую изначально встроен в корпус машины.

Курсор управляется определением применённой силы (отсюда и название тензометрический джойстик), для этого используется пара резистивных датчиков деформации (резистивных тензодатчиков). Направление перемещения курсора определяется направлением нажима, скорость — силой нажима. Чувствительность TrackPoint обычно настраиваемая и может быть установлена так, чтобы предоставлять крайне лёгкую степень отклика.

Игровые устройства ввода
  • джойстик -обычно это стержень-ручка или рукоятка, отклонение которой от вертикального положения в любую из сторон приводит к передвижению курсора в соответствующем направлении по экрану монитора, а также несколько кнопок на небольшой панели для выполнения простейших действий. В некоторых моделях в джойстик монтируется датчик давления. В этом случае, чем сильнее пользователь нажимает на ручку, тем быстрее движется курсор по экрану дисплея. Основная область использования - компьютерные игры, но также может использоваться в различных программах тренажёрах и обучающих симуляторах (наряду с виртуальными шлемами, рулями и т.п.);
  • геймпад - имеет форму пульта, который удерживается двумя руками, для контроля его органов управления используются большие пальцы рук (в современных геймпадах также часто используются указательный и средний пальцы), использующийся для взаимодействия между игроком и игровой приставкой. Также геймпады используются на персональных компьютерах в играх поддерживающих их, заменяя игроку клавиатуру (обычную или игровую) и мышь. Стандартное исполнение геймпада таково: под левой рукой кнопки направления (вперёд-назад-влево-вправо), под правой — кнопки действия (прыгнуть, выстрелить и т.п.);
  • компьютерный руль и ножные педали- являются игровым контроллером, имитирующим управление транспортным средством путем имитации движений водителей за счет руля и педалей (две или три штуки). Основная область применения - компьютерные игры — автосимуляторы;
  • танцевальная платформа или танцевальный мат\танцевальный коврик\дэнспад — плоское электронное игровое устройство ввода, используемое в танцевальных играх. Большая часть платформ напоминает матрицу 3×3 из квадратных панелей, на которые может становиться игрок. Некоторые панели, или даже все, используются для выбора определенного направления или действия в игре.
Один из вариантов танцевальной платформы

Популярные аркадные игры такие как «Dance Dance Revolution», «In The Groove» и «Pump It Up» используют большие стальные платформы, соединенные с аркадным автоматом, тогда как консольные версии обычно используют мягкие пластиковые дэнспады. Такие «домашние» платформы специально созданы для систем вроде GameCube, PlayStation или Xbox, но также могут использоваться и в компьютерных симуляторах, например в «StepMania», благодаря специальным адаптерам.[Источник 4] Существуют также не-танцевальные игры, в которых управление можно осуществлять с помощью дэнспада.

  • световой пистолет - указывающее устройство для компьютеров и телевизионных игровых приставок. Данное устройство позволяет «стрелять» в экран телевизора, с соответствующей реакцией «попал-промахнулся».

Сенсорные устройства ввода

  • тачпад - один из манипуляторов для портативных компьютеров, который управляется движением пальца по сенсорной прямоугольной площадке или нажатием на одну из двух кнопок тачпада. Тачпад перемещает курсор в зависимости от движения пальца пользователя по нему, причем для перемещения курсора на весь экран достаточно небольшого перемещения пальца по поверхности тачпада, а также используется для замены мыши в ноутбуках. Различные виды касания передают и разные команды аналогично управлению мышкой.

Принцип работы тачпада:[Источник 5]
Сенсорная панель ноутбука состоит из емкостных датчиков, так что они образуют сетку на поверхности. Контроллер измеряет все емкости на панели и записывает в память. Затем периодически их сравнивает с текущими значениями, этот период считывания информации с поверхности является одной из характеристик тачпада. Касание пальца изменяет емкость между двумя датчиками, эта емкость измеряется и так определяется точно положение пальца на поверхности. Степень изменения емкости говорит о силе нажатия пальцем.

  • сенсорный экран или тачскрин - устройство ввода информации, представляющее собой чувствительный экран, реагирующий на прикосновения к нему и являющийся основой для любого сенсорного устройства.
    Принцип работы сенсорного экрана
    Физически имеет вид стеклянной или пластиковой пластины, специальным образом прикрепляемой поверх экрана монитора или встраиваемой внутрь корпуса. На (или в) пластине находятся датчики, которые собирают информацию с поверхности экрана. В комплекте с сенсорным экраном поставляется специальное подключаемое к компьютеру устройство - контроллер, который обрабатывает информацию, принятую от датчиков, и передает ее в компьютер. Использование сенсорного экрана позволяет обходиться без устройств ввода, таких как мышь и клавиатура, что повышает скорость работы, точность и надежность управления. Помимо этого, работа с сенсорным экраном упрощает взаимодействие пользователя с компьютером (т.к. не требует от пользователя специальных навыков).[5]
  • устройства, основанные на компьютерном зрении - устройства, способные извлекать информацию из фото-, видеоизображений, медицинских снимков из магнитно-резонансного томографа и т.п. Наиболее популярны в этой области алгоритмы, которые работают с изображениями и сочетают цветовую информацию о точках и их пространственное положение, потому что сенсоры, получающие такую информацию, стали гораздо более доступными, а понимать мир с помощью таких сенсоров роботам или компьютерам стало гораздо проще. Информация, которую разные алгоритмы извлекают из изображений в компьютерном зрении, тоже может иметь разную природу, разный тип. Некоторые алгоритмы просто разбивают изображение на части, которые соответствуют отдельным объектам или разным частям объектов. [6] Еще один важный раздел компьютерного зрения — это построение трехмерных моделей из изображений, например из набора фотографий или из видео. Чтобы построить такую трехмерную модель, компьютеру нужно сопоставить части сцены, то есть понять, что на разных изображениях разные фрагменты соответствуют одним и тем же объектам в трехмерном мире.

Источники

  1. Шауцукова Л.З. Что такое клавиатура? Информатика 10-11. Теория. // book.kbsu. [2016-2017]. URL: http://book.kbsu.ru/theory/chapter2/1_2_13.html (дата обращения: 08.03.2017).
  2. 2.2.2. Устройство ввода информации. // informatika-sharipov. [2012-2014]. URL: https://informatika-sharipov.jimdo.com/умр-по-информатике/глава-2-компьютер-как-универсальное-устройство-для-обработки-информации/2-2-2-устройство-ввода-информации/ (дата обращения: 08.03.2017).
  3. Устройства ввода - манипуляторы. // informat444. [2017]. URL: http://informat444.narod.ru/COMP/MN.htm (дата обращения: 08.03.2017).
  4. Танцевальная платформа это. // dic.academic. [2000-2017]. URL: http://dic.academic.ru/dic.nsf/ruwiki/367935 (дата обращения: 08.03.2017).
  5. Что такое тачпад на ноутбуке. // planshetniypc. [2017]. URL: http://planshetniypc.ru/touchpad-v-noutbuke.html (дата обращения: 08.03.2017).

Примечания

  1. Плата видеозахвата
  2. Дигитайзер
  3. Самым изысканным эстетическим и техническим требованиям отвечают сегодня мышки и трекболы фирм Microsoft и Logitech. Фактическим стандартом в мышиной технологии является мышка Microsoft Mouse. Мышки и трекболы всех остальных фирм ориентируются на этот стандарт.
  4. Трекпоинт
  5. В некоторых случаях, благодаря своей высокой надежности и устойчивости к жестким внешним воздействиям, сенсорный экран является единственной альтернативой другим устройствам ввода (например в промышленности, в медицине и т.д.). Созданы также высокопрочные антивандальные варианты исполнения сенсорных экранов, которые позволят применять сенсорное оборудование в местах публичного доступа.
  6. Например, врач может взять медицинский снимок или часть медицинского снимка, разбить его на части и взять ту, которая соответствует интересующему его объекту, например органу или опухоли, а дальше померить объем или измерить диаметр этого объекта. В таком случае не только экономится время врача, но и уменьшается вариативность, связанная с его личностью, что особенно полезно в случаях, когда измерения для одного и того же пациента проводятся несколькими врачами или когда измерения отделяют несколько месяцев.