Персональный компьютер: устройство

Содержание:

 Введение……………………………………………………………………….3 

1. Клавиатура…………………………………………………...……………...4 

2. Манипуляторы –  мыши, трекболы………………………..……………….5 

2.1Мышь…………………………………………………………….…………6 

2.2 Трекбол………………………………………………………….…………6 

3. Сканеры………………………………………….………………………….7 

3.1 Чёрно – белые  сканеры. Принцип работы……………….………………9 

3.2 Цветные сканеры.  Принцип работы…………………………………….10 

3.3 Интеллектуальность  сканера…………………………………………….10 

3.4  Показатели  эффективности сканера…………………………………….11 

4. Цифровые фотокамеры…………………………………………………….11 

4.1 Принцип работы  цифровой фотокамеры………………………………..12 

4.2 Вид и емкость  носителя…………………………………………………..14 

5. Микро…………………………………...14 

6. Сенсорн5 

6.1 Дигитайзер… 

6.2

Введение: 

Выпуск компьютеров IBM PC был начат в 1981 году, и они  быстро завоевали огромную популярность у пользователей. IBM PC и совместимые  с ними компьютеры составляют теперь большую часть парка профессиональных ПЭВМ в мире.  В настоящее время  программное обеспечение, разработанное  для IBM PC,  охватывает практически  все сферы человеческой деятельности. 

         Персональный компьютер включает  в себя следующие устройства:  процессор, выполняющий управление  компьютером, вычисления и т.д.; клавиатуру, позволяющую  вводить  символьную информацию в компьютер;  монитор ( или дисплей ) для  изображения текстовой  и   графической  информации; накопители ( или дисководы ) для гибких  магнитных дисков, используемые  для чтения и записи информации  на гибкие магнитные диски  (дискеты); накопитель на  жестком   магнитном диске,  предназначенном  для чтения и записи информации  на несъемный жесткий магнитный  диск  (винчестер). 

Кроме  того к компьютеру могут подключаться принтер - для  вывода на печать текстовой и графической  информации;  мышь - устройство, облегчающее  ввод информации в компьютер, и другие манипулирующие устройства. 

         Процессор персонального компьютера  содержит  порты  ввода-вывода, 

через  которые  процессор обменивается данными  с внешними устройствами ввода-вывода. Имеются специальные порты,  через  которые происходит обмен данными  с внутренними устройствами компьютера, и порты общего назначения, к которым  могут присоединяться различные  дополнительные  устройства ( принтер,  мышь,  сканер и другие ).  Порты  общего назначения бывают двух видов: параллельные ( обозначаемые LPT1-LPT4 ) асинхронные  последовательные ( обозначаемые COM1-COM3 ). Параллельные порты выполняют  ввод и вывод с большей скоростью,  чем асинхронные последовательные, но требуют большего числа проводов для обмена данными.  
 

Устройства ввода  информации – это  устройства, которые  переводят информацию с языка  человека на машинный язык.

К устройствам ввода  информации относятся следующие  устройства:

1. Клавиатура; 

2. Сканер;   

3. Цифровые фотокамеры; 

4. Средство речевого  ввода (микрофон); 

5. Координатные устройства  ввода ( мышь, трекбол ); 

6.Сенсорные устройства  ввода (световое перо, сенсорный  экран, дигитайзер).

1.Клавиатура 

         Трудно сказать,  может ли существовать  более важное и универсаль- 

ное устройство ввода  информации в компьютер,  чем  клавиатура.  Вполне 

возможно, в  скором  будущем,  когда  человек  будет  общаться со своим 

компьютером посредством  жестов,  мимики,  графических  образов, видеоизображений и речи,  клавиатуру потеснят другие средства ввода информации. Однако сегодня,  когда текст и символы как  носители ценной информации еще  столь  важны,  клавиатура обязательно входит в конфигурацию поставляемых персональных компьютеров. 
 

Клавиатура –  это клавишное устройство для  ввода числовой и текстовой информации, а так же подачи управляющих сигналов,  которое содержит стандартный набор  клавиш пишущей машинки и некоторые дополнительные клавиши – управляющие и функциональные клавиши, клавиши управления курсором и малую цифровую клавиатуру. 

Известны следующие  основные типы клавиатур: 

·       101-клавишная расширенная клавиатура; 

·       104-клавишная расширенная клавиатура  Windows. 

Все символы, набираемые на клавиатуре, немедленно отображаются на  

мониторе в позиции  курсора (курсора – светящийся символ на экране монитора, указывающий позицию, на которой будет отображаться следующий  вводимый с клавиатуры знак). 

         Клавиатура  содержит встроенный  микроконтроллер ( местное устройство  управления), который выполняет следующие  функции: 

·       последовательно опрашивает клавиши, считывая введённый сигнал и вырабатывая  двоичный скан-код клавиши; 

·       управляет световыми индикаторами клавиатуры; 

·       проводит внутреннюю диагностику неисправностей; 

·       осуществляет взаимодействие с центральным  процессором через порт ввода-вывода клавиатуры. 

Клавиатура имеет  встроенный буфер ( промежуточную память малого  

размера, куда помещаются введённые символы). В случае переполнения буфера нажатие клавиши будет  сопровождаться звуковым сигналом –  это означает, что символ не введён (отвергнут). 

Работу клавиатуры поддерживают специальные программы  «защитные» в BIOS, а так же драйвер  клавиатуры, который обеспечивает возможность  ввода русских букв, управление скоростью  работы клавиатуры и др. 

         Клавиатура включает следующие  области: 

1.     Символьная  область. Здесь находятся клавиши,  являющиеся основными для ПМ  и механических терминалов, - строка  цифровых клавиш, пробел   

(<Space bar>) 

2.     Функциональная  клавиатура (ФК), сохранившаяся как  знак преемственности со старыми  терминалами, хотя принципы обмена  информации консоль – ЭВМ здесь  таковы, что необходимость в ней  отсутствует ( вся клавиатура  является программно-управляемой). Сложились определённые стандарты  де-факто применения ФК, например <F1> - HELP ( Помощь, подсказка), <F10 –  F12> - QUIT ( Завершение работы программы)  и т. п. 

3.     Клавиши  редактирования - <Ins> - включение/выключение  режима вставки символов, <Del> - удаление символа. 
 

4.     Управляющие  клавиши ( изменяют значение нажимаемого  одновременно с ними символа): 
 

<

Shift

> - переключение  регистров; 

<

CapsLock

> - фиксация верхнего  регистра; 

<

Ctrl

> - позволяет ввести  коды, которым не соответствуют  какие – либо обычные символы; 

<Alt> - расширяет  возможности <Ctrl>; 

5.     <

Enter

> - ввод. Является  символом окончания строки; 

6.      Малая  цифровая клавиатура используется  в двух режимах: ввода чисел  и управления курсором. 

7.     Клавиша  <

Escape

> (Выйти) реализует  выход из текущей программы. 

С появлением Windows 95  была создана модифицированная версия 101 – клавишной клавиатуры, получившая название 104 – клавишной расширенной  клавиатуры Windows. 

Существуют также  клавиатуры, отличающиеся от стандартных  дополнительными функциональными  возможностями, беспроводные клавиатуры и внешние клавиатуры для карманных  ПК.

2.Манипуляры –  мыши, трекболы:

Мыши, трекболы и  дигитайзеры являются ручными манипуляторами и обычно подключаются к последовательному  порту ПК. При перемещении манипулятора по столу (или планшету) синхронно  с ним по экрану монитора перемещается курсор. Почти все манипуляторы имеют  кнопки, используемые для фиксации конкретной позиции экрана. Эти  устройства подразделяются на две категории – относительные и абсолютные. Относительными являются, например, мышь, трекбол, джойстик, точпад; абсолютным – дигитайзер. 

Манипуляторы связываются  с ПК посредством соответствующих  драйверов.

2.1 Мышь 

Одним из традиционных устройств ввода является манипулятор  мышь, в ранних советских ЭВМ фигурировавшая под названием «колобок». Это  устройство было изобретено достаточно давно – ещё в 1970-х гг. 

В настоящее время  хотя клавиатура еще вовсе не утратила значения для общения  пользователя компьютера,  другое устройство ручного  ввода информации - мышка - становится все более весомой и важной. Можно даже уверено утверждать, что  на современном компьютере работать без мыши почти невозможно: вы тут  же увязните в графическом интерфейсе Windows и многих прикладных программах,  работающих с окнами, меню, иконками и диалоговыми боксами. 

         Мышки бывают с двумя и тремя  кнопками. Функциональное значение  клавиш различно и зависит  от выполняемого положения. Функции  клавиш можно переопределять. 

         Качество мыши определяется её  разрешением, которое измеряется  числом точек на дюйм. 

         По типу устройств и способу  функционирования мыши разделяются  на: 

1.     Механические. В этом случае движение фиксируется  механически и связано с перемещением  частей устройства. Внутри корпуса  располагается тяжёлый обрезиненный  металлический шарик, который  при перемещении мыши по поверхности  стола перекатывается внутри  корпуса. Такие мыши не очень  долговечны и тяжелее перемещаются, поэтому на сегодняшний момент  их выпуск прекращён. 

2.     Оптико-механическая  мышь. Манипулятор конструктивно  напоминает первый тип, но движение  шарика отслеживается посредством  двух валиков с прорезями ( горизонтального и вертикального)  и двух оптических пар-светодиод. 

3.     Оптическая  мышь. Внутри корпуса находятся  2 пары светодиодов и фотоэлементов.  Один светодиод обычно излучает  красный свет, а другой инфракрасный. 

4.     «Бесхвостые» (инфракрасные) мыши для передачи  сигналов используют приёмник  инфракрасного излучения, который  кабелем присоединяется к ПК  и располагается или на ПК, или устанавливается где-то рядом.  Преимуществом  является свободное  передвижение мыши.

2.2 Трекбол

Трекбол это как  бы "мышка наоборот". Т.е. само устройство, в отличие от мышки, всегда остается неподвижным, а управление перемещением курсора осуществляется вращением  шарика, который находится в верхней  части трекбола. При этом, вращая шарик пальцами, вы получаете лучший, нежели у мышки, контроль над его  вращением и, как следствие, более  точное позиционирование курсора. Этому  способствует и то, что, в отличие  от крохотного мышиного, шарик трекбола, как правило, имеет больший размер и меньший (относительно размера) вес. Помимо шарика, трекболы имеют, по крайней  мере, две кнопки (как и любая  двухкнопочная мышь), а вот оснащение  их колесиками для прокрутки, дополнительными  кнопками и т.п., зависит исключительно  от производителя. Таким образом, область  применения трекболов - в основном, работа с графическими пакетами, пакетами для автоматизированного проектирования и им подобными. Т.е. такими приложениями, в которых наиболее остро ощущается  необходимость плавного перемещения  и точного позиционирования курсора. 

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. 

3. Сканеры 

         Сканер(scaner), устройство ввода в  компьютер графических изображений  (текстов, рисунков, слайдов, фотографий, чертежей). В большинстве сканеров  для преобразования изображения  в цифровую форму применяются  светочувствительные элементы на  основе приборов с зарядовой  связью (ПЗС) (англ. Charge-Coupled Device, CCD).

        По способу перемещения считывающей  головки и изображения относительно  друг друга сканеры подразделяются  на ручные (англ. Handheld), рулонные (англ. Sheet-Feed), планшетные (англ. Flatbed) и проекционные. Разновидностью проекционных сканеров  являются слайдсканеры, предназначенные  для сканирования фотопленок. В  высококачественной полиграфии  используются барабанные сканеры,  в которых в качестве светочувствительного  элемента используется фотоэлектронный  умножитель (ФЭУ).

        Принцип работы однопроходного  планшетного сканера состоит  в том, что вдоль сканируемого  изображения, расположенного на  прозрачном неподвижном стекле, движется сканирующая каретка  с источником света. Отраженный  свет через оптическую систему  сканера (состоящую из объектива  и зеркал или призмы) попадает  на три расположенных параллельно  друг другу фоточувствительных полупроводниковых элемента на основе ПЗС, каждый из которых принимает информацию о компонентах изображения.     

Ручной  сканер, словно мышка, соединяется кабелем с  компьютером. При прокатывании сканера  по странице книги или журнала,  необходимое изображение считывается  и в цифровом коде вводиться в  память компьютера.  В ручном сканере  роль привода считывающего механизма  выполняет рука.  Понятно, что  равномерность  перемещения сканера  существенно сказывается на качестве вводимого в компьютер изображения.  Ширина вводимого  изображения  для  ручных сканеров  обычно  не превышает 4 дюймов ( 10 см ).  Современные ручные сканеры могут обеспечивать автоматическую " склейку " изображения, то есть формируют  целое изображение из отдельно вводимых его частей. К основным достоинствам этих сканеров относятся  небольшие  габаритные размеры  и  сравнительно низкая цена,  однако добиться высокого качества изображения с их помощью  очень трубно, поэтому ручные сканеры  можно использовать  для ограниченного  круга задач.  Кроме того они  совершенно лишены " интеллектуальности ", свойственной другим типам сканеров. 

Планшетныый сканер самый распространенный  тип  сканеров. 

Первоначально  он использовался для сканирования непрозрачных оригиналов. Почти все  модули имеют съемную крышку,  что позволяет сканировать " толстые " оригиналы ( журналы,  книги ). Дополнительно  некоторые модели могут оснащаться механизмом подачи отдельных листов,  что  удобно при работе с программами  распознавания текстов - OCR ( Optical Characters Recognition ). В последние время многие фирмы-лидеры в производстве  плоскостных  сканеров стали дополнительно предлагать 1 слайд-модуль ( для сканирования прозрачных оригиналов ).  Слайд-модуль имеет  свой, расположенный сверху,  источник света. Такой слайд-модуль устанавливается  на плоскостной сканер вместо простой  крышки и превращает сканер универсальный ( плоскостной сканер с установленным  слайд-модулем ). 
 

Основное отличие  барабанного сканера состоит  в том, что оригинал закрепляется  на прозрачном барабане,  который  вращается с большой скоростью. Считывающий элемент  располагается  максимально  близко  от 

оригинала. Данная  конструкция обеспечивает наибольшее качество скани- 

рования. Обычно в  барабанные сканеры устанавливают  три фотоумножителя, и сканирование осуществляется за один проход. " Младшие " модели у некоторых фирм с  целью удешевления используют вместо фотоумножителя  фотодиод в  качестве считывающего элемента.  Барабанные сканеры способны сканировать любые  типы оригиналов. 

В отличие  от плоскостных  сканеров со слайд-модулем,  барабанные могут сканировать непрозрачные и прозрачные оригиналы одновременно. Проекционный тип сканеров применяется  для сканирования с высоким разрешением  и качеством слайдов небольшого формата ( как правило, размером не более 4 x 5 дюймов ). Существует две модификации: с горизонтальным и вертикальным расположением оптической оси  считывания. Наиболее популярным в России, как, впрочем, и на Западе, является вертикальный проекционный сканер. 

     Типов  оригиналов  бывает  всего два.  Это прозрачные негативные и 

позитивные слайды,  которые сканируют в проходящем свете. Непрозрачные оригиналы представляют собой либо аналоговые изображения - фотографии, либо дискретные - иллюстрации  из печатных изданий (в полиграфии полутоновая  печать  осуществляется  с  помощью  растровых точек различного цвета  и размера). 

3.1 Черно-белые сканеры.  Принцип работы 
 

Редуцирующая линза

Источник белого света

Сканируемое изображение  освещается белым светом, получаемым, как  правило, от флуоресцентной лампы. Отраженный свет через редуцирующую (уменьшающую) линзу попадает на фоточувствительный полупроводниковый элемент, называемый прибором с зарядовой связью ПЗС (Change- Coupled Device, CCD), в основу которого положена чувствительность проводимости p-n-перехода обыкновенного полупроводникового диода к степени его освещенности. На p-n-переходе создается заряд, который  рассасывается со скоростью, зависящей  от освещенности. Чем выше скорость рассасывания, тем больший ток  проходит через диод. 

Рис.1.  Блок схема  черно-белого сканера. 

Каждая строка сканирования изображения соответствует определенным значениям напряжения на ПЗС. Эти  значения напряжения преобразуются  в цифровую форму либо через аналого-цифровой преобразователь АЦП (для полутоновых  сканеров), либо через компаратор (для  двухуровневых сканеров). Компаратор сравнивает два значения (напряжение или ток) от ПЗС и опорное (рис. 1), причем в зависимости от результата сравнения на его выходе формируется  сигнал 0 (черный цвет) или 1 (белый). Разрядность  АЦП для полутоновых сканеров зависит от количества поддерживаемых уровней серого цвета. Например, сканер, поддерживающий 64 уровня серого, должен иметь 6-разрядный АЦП. Каким образом  сканируется каждая следующая строка изображения, целиком зависит от типа используемого сканера. Напом­ним, что у планшетных сканеров движется сканирующая голов­ка, а в рулонных сканерах она остается неподвижной, потому что движется носитель с изображением — бумага.

3.2 Цветные сканеры.  Принцип работы. 

В настоящее время  существует несколько технологий для  получения цветных сканируемых  изображений. Один из наиболее общих  принципов работы цветного сканера  заключается в следующем. Сканируемое  изображение освещается уже не белым  цветом, а через вращающийся RGB-светофильтр (рис. 2). Для каждого из основных цветов (красного, зеленого и синего) последовательность операций практически не отличается от последовательности действий при  сканировании черно-белого изображения. Исключение составляет, пожалуй, только этап предварительной обработки  и гамма-коррекции цветов, перед  тем как информация передается в  компьютер. Понятно, что этот этап является общим для всех цветных сканеров. 

В результате трех проходов сканирования получается файл, содержащий образ изображения в трех основных цветах — RGB (образ композитного сигнала). Если используется восьмиразрядный  АЦП, который поддерживает 256 оттенков для одного цвета, то каждой точке  изображения ставится в соответствие один из 16,7 миллиона возможных цветов (24 разряда). Сканеры, использующие подобный принцип действия, выпускаются, например, фирмой Microtek. 

Рис.2. Блок-схема  цветного сканера с вращающимся 

RGB

-фильтром. 

3.3 Интеллектуальность  сканера 

Под интеллектуальностью  обычно подразумевается способность  сканера с помощью заложенных в нем аппаратным и поставляемых с  ним  программных средств  автоматически настраиваться и  минимизировать потери качества.  Наиболее ценятся сканеры,  обладающие способностью автокалибровки,  т.е.  настройки  на динамический диапазон плотностей оригинала,  а также компенсации  цветовых искажений.  Допустим, мы  имеем  ПЗС-сканер,  воспринимающий  оптический диапазон плотностей до 3.2.  С его помощью нам нужно  отсканировать  слайд,  имеющий  максимальную оптическую плотность 4.0. "Хороший" сканер сначала делает предварительное сканирование для  анализа оригинала и получения  диаграммы оптических плоскостей. После  анализа диаграммы сканер производит свою автокалибровку с целью сдвига своего динамического  диапазона  восприятия оптических плотностей.  таким образом минимизируются потери в "тенях" благодаря сокращению потерь в "светах". 

3.4 Показатели эффективности  сканера 

·       механизм датчика; 

·       разрешающая способность; 

·       разрядная глубина; 

·       динамический диапазон. 

4.Цифровые фотокамеры 

Бесплёночные ( цифровые ) камеры тоже являются устройствами ввода 

графической информации. 

По внешне­му виду он не слишком отличается от обычного, да и выпускаются «цифровики»  теми же фирмами, что и обычные  фотокамеры. Раз­ница — внутри: вместо пленки «цифровик» использует специаль­ный элемент памяти, который сохраняет  переданную с объектива картинку в виде несжатого (TIFF) или сжатого  с некоторой поте­рей качества файла (JPEG-компрессия). Позднее получившийся файл передается в компьютер, а затем  его можно обработать в любом  графическом редакторе и, если нужно, от­печатать, как обычную фотографию, на специальном принтере, либо на обычном  струйном принтере, снаб­женном фотокартриджем. 

 Это автоматические  устройства, не требующие ручной  настройки. Загрузка изображений  в ПК не вызывает затруднений  и требует только подключения  соединительного кабеля к камере  и порту компьютера, открытия  файлов поставляемого с фотокамерой  программного обеспечения и выбора  изображений, которые будут автоматически  переданы и запомнены на жёстком  диске. Существует и другой  вариант — подключить к компьютеру  сами карты памяти. (карты CompactFlash или SmartMedia).

4.1 Принцип работы  цифровой фотокамеры

Чувствительная матрица  цифрового фотоаппарата не «различает»  спектральные особенности света, а  иногда вообще чувствительна только к тепловому эффекту от падающего  светового потока. Для того чтобы  заставить ее уловить и воспроизвести  цвета, пред ней устанавливают цветные  фильтры основных или дополнительных цветов и их комбинации. Алгоритм построения картинки «знает», где какой фильтр находится, и, рассчитывая и интерполируя (три фильтра поставить на одну чувствительную точку технически сложно, хотя и реализуемо) на соседние точки  других цветов значения цветовых компонентов, строит «истинную» картинку. При съемке на пленку всегда нужно помнить о  цветовой температуре основного  источника света. Для получения  приемлемого качества снимка нужно, чтобы пленка соответствовала источнику  света, в противном случае необходимо применять конверсионные фильтры, вводить поправку на экспозицию и  потом «вытягивать» цвета при  печати. В цифровом фотоаппарате достаточно «задать большую чувствительность»  компоненту «слабой» области спектра  и уменьшить чувствительность в  наиболее «яркой», и картинка получится  такой, как ее видит глаз, тем более  что глаз точно так же подстраивается под источник света. Недорогие цифровые камеры имеют стандартный набор  настроек «баланса белого»: «в помещении» (лампа накаливания), «вне помещения» (солнце), «люминесцентная лампа», «авто». Режим «авто» устанавливает баланс белого по самому яркому объекту и  потому может ошибиться, если тот  не белый. У более сложных моделей  можно выбрать несколько настроек для режима «вне помещения» - «солнце», «облачно», или для режима «люминесцентная лампа»/«в помещении». И наконец, как у профессиональной видеокамеры, возможен ручной режим выбора «баланса белого» по белой мишени.  

Чувствительная матрица, доставшаяся в наследство от видеокамер, имеет чересстрочный режим считывания сигнала. Это позволяет исключить  использование механического затвора  и передавать в видоискатель изображение, попадающее на матрицу, а также снимать  видеофрагменты длиной в десятки  секунд или использовать цифровой фотоаппарат  как видеокамеру при подключении  к ПК или телевизору (большинство  недорогих цифровых камер имеют  видеовыход). Отсутствие затвора исключает  вибрации, повышает надежность и долговечность  системы и уменьшает стоимость  изделия, хотя механическим затвором, тем не менее, оснащено большинство  цифровых камер.