Лекционный материал по теме «Внешние устройства, подключаемые к компьютеру»

Лекция № 38 «Внешние устройства, подключаемые к компьютеру»

1.       Устройства ввода

Компьютеру, как и человеку, необходимы свои «глаза и уши», с помощью которых он мог бы воспринимать информацию извне. В настоящее время имеются разнообразные устройства, выполняющие эти функции в составе компьютера. Они называются устройствами ввода, так как обеспечивают ввод в компьютер данных в различных формах: чисел, текстов, изображений, звуков.

Устройства ввода преобразуют эту информацию из формы, понятной человеку, в цифровую форму, воспринимаемую компьютером.

Современные компьютеры могут обрабатывать числовую, текстовую, графическую, звуковую и видеоинформацию.

Клавиатура — компьютерное устройство, которое располагается перед экраном дисплея и служит для набора текстов и управления компьютером с помощью клавиш, находящихся на клавиатуре.

Клавиатура позволяет вводить в компьютер числовую и текстовую информацию, а также различные команды и данные.

Микрофон используется для ввода звуковой информации, подключается к входу звуковой карты.

Сканер — устройство для перевода графической информации в цифровую.

Сканер используется для оптического ввода в компьютер и преобразования в компьютерную форму изображений (фотографий, рисунков, чертежей).

Сканеры используются и для бесклавиатурного ввода текста. Всякую информацию сканер воспринимает как графическую. Если это был текст, который в другом случае пришлось бы набирать вновь, то после работы сканера специальная программа распознавания текста, позволяющая выделить в считанном изображении отдельные символы и сопоставить им соответствующие коды символов, преобразовывает его в пригодный для обработки текст.

Веб-камера — малоразмерная цифровая видео или фотокамера, способная в реальном времени фиксировать видеоизображения, предназначенные для дальнейшей передачи по компьютерной сети.

Цифровые камеры позволяют получать видеоизображение и фотоснимки непосредственно в цифровом (компьютерном) формате. Позволяют вводить

в компьютер графическую информацию.

Сенсорный экран — устройство ввода информации, представляющее собой экран, реагирующий на прикосновения к нему.

Графический планшет (дигитайзер). Графический планшет (со световым пером) — это устройство для ввода рисунков от руки и рукописного текста непосредственно в компьютер.

Графический планшет состоит из пера и плоского планшета, чувствительного к нажатию или близости пера. Дигитайзер — это ещё одно устройство ввода графической информации.

Специальные датчики, присоединяемые к компьютеру, позволяют измерять и вводить в его память такие числовые характеристики окружающей среды как температура, влажность, давление и многое другое.

Устройства речевого ввода. Средства речевого ввода позволяют пользователю вместо клавиатуры, мыши и других устройств использовать речевые команды (или проговаривать текст, который должен быть заранее занесен в память компьютера). Возможности таких устройств пока достаточно ограничены.

Указательные устройства ввода информации

Указательные(координатные) устройства ввода информации осуществляют непосредственный ввод информации, указывая курсором на экране монитора 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.

Рассмотренные устройства ввода образуют группу устройств — манипуляторов. 

Мышь. При её перемещении по коврику на экране перемещается указатель мыши, при помощи которого можно указывать на объекты и/или выбирать их.

Используя клавиши мыши, можно задать тот или иной тип операции с объектом.

Трекбол. По принципу действия трекбол (Track ball) лучше всего сравнить с мышкой, которая лежит на столе «брюшком» вверх.  

Джойстик — устройство управления в компьютерных играх. Представляет собой рычаг на подставке, который можно отклонять в двух плоскостях.

Джойстик  входит в необходимый игровой набор для компьютера, применяют его и в различных программах тренажёрах и обучающих симуляторах (наряду с виртуальными шлемами, рулями и т.п.).

Сенсорный экран — устройство ввода информации, представляющее собой экран, реагирующий на прикосновения к нему.

Тачпад служит для перемещения курсора в зависимости от движений пальца пользователя и используется для замены мыши в ноутбуках. Для перемещения курсора на весь экран достаточно небольшого перемещения пальца по поверхности тачпада.

Световое перо внешне имеет вид шариковой ручки или карандаша, соединённого проводом с одним из портов ввода-вывода компьютера.

Обычно на световом пере имеется одна или несколько кнопок, которые могут нажиматься рукой, удерживающей перо. Ввод данных с помощью светового пера заключается в прикосновениях или проведении 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.

К указательным устройствам относятся также сенсорный экран и графический планшет (дигитайзер).

2.       Устройства вывода

Устройства вывода предназначены для передачи информации от компьютера к пользователю.

Основными устройствами вывода являются монитор, принтер, плоттер акустические колонки, наушники.

Монитор — это устройство для визуального отображения (вывода) текстовой и графической информации. 

Самым распространенным в настоящее время типом мониторов являются жидкокристаллические мониторы LCD. Однако еще достаточно большое число пользователей применяют устаревшие мониторы с электронно-лучевой трубкой (CRT-мониторы). Существуют также газоплазменные мониторы, которые пока являются достаточно большой редкостью ввиду их высокой цены.

CRT-мониторы {Cathode Ray Tube — «катодно-лучевая трубка», рисунок 1). В основе этих мониторов лежит катодно-лучевая или электронно-лучевая трубка (ЭЛТ). Внутри этой трубки вакуум.

Важной характеристикой мониторов является разрешающая способность, которая определяется количеством пикселей, размещающихся по горизонтали и вертикали монитора. Современные мониторы должны обеспечивать разрешающую способность не менее 1024 х 768 пикселей. 

Жидкокристаллические (ЖК) мониторы (LCD — Liquid Crystal Display, рисунок 2) используют так называемые жидкие кристаллы, которые могут изменять свою структуру и прозрачность под действием электрического напряжения. Когда нет электрического заряда, жидкие кристаллы находятся в аморфном состоянии и пропускают свет. Количеством света, проходящего через жидкие кристаллы, можно управлять с помощью электрических зарядов.

Преимуществами жидкокристаллических мониторов являются их компактность, низкое энергопотребление, отсутствие электромагнитного излучения, высокие уровни яркости. Однако, в отличие от CRT-мониторов, у LCD-мониторов есть такая характеристика, как стандартное разрешение. Только в стандартном разрешении ЖК-монитор воспроизводит изображение наиболее качественно. Разрешение больше стандартного нельзя установить в принципе. При уменьшении разрешения изображение становится нечетким, с «зазубринами». Также, по сравнению с мониторами ЭЛТ, у жидкокристаллических мониторов хуже точность цветопередачи. Существенным недостатком является зависимость контрастности от угла обзора.

Принтер — это устройство для вывода цифровой информации на бумагу.

Существуют три основных типа принтеров: матричные, струйные и лазерные.

Матричные принтеры (Рисунок 3) формируют изображение построчно с помощью печатающей головки, которая ударяет по бумаге через красящую ленту. Головка содержит ряд иголок (pin), от количества которых зависит качество изображения. 

В настоящее время этот тип принтеров устарел из-за большого количества недостатков, таких как низкая скорость печати, высокий уровень шума при работе, низкое качество изображения. К плюсам можно отнести невысокую стоимость расходных материалов и возможность печати на бумаге практически любого качества.

Струйные принтеры (Рисунок 4) печатают путем набрызгивания чернил на бумагу через мелкие сопла в печатающей головке. В черно-белых принтерах используется один цвет краски (черный), в цветных принтерах — голубой, пурпурный и желтый. В более дорогих моделях цветных принтеров к трем базовым цветам добавляется черный, так как чисто черный цвет с помощью трех базовых цветов получить невозможно. Стоимость самих струйных принтеров обычно невысока, но зато очень высока стоимость расходных материалов (картриджей, наполненных чернилами). 

Кроме того, для струйного принтера нужна бумага высокого качества, иначе краска будет расплываться. Скорость печати струйных принтеров (особенно цветных) очень невысока. Но, несмотря на все недостатки, струйные принтеры широко распространены, так как они обеспечивают достаточно высокое качество печати.

В лазерных принтерах изображение создается путем переноса на бумагу специального порошка (тонера). Источник света (лазер) освещает предварительно заряженную поверхность фотобарабана. На тех местах, куда попал свет, меняется заряд, и к ним притягивается тонер. Затем тонер за счет электростатики переносится на бумагу, после чего попадает в печку, где и закрепляется под действием высокой температуры. Качество такого изображения очень высокое. Так как лазерные принтеры формируют изображение постранично, а не построчно (как матричные и струйные принтеры), то и скорость их работы достаточно высока. Скорость работы лазерных принтеров измеряется в страницах в минуту. Современные принтеры обеспечивают скорость печати 20-40 страниц в минуту.

Лазерные принтеры могут быть монохромными или цветными, однако цветные принтеры очень дороги. Основным недостатком лазерных принтеров является высокая стоимость. К достоинствам (помимо высокого качества печати и скорости) можно отнести низкий уровень шума, долговечность полученных отпечатков, невысокую стоимость расходных материалов. Картриджа для лазерного принтера хватает на достаточно большое количество отпечатков.

Графопостроитель (плоттер) — устройство для вывода данных в графической форме на бумагу, пластик, фоточувствительный материал или иной носитель путем черчения.

Компьютерные колонки и наушники — устройства для вывода оцифрованного звука. Компьютерные колонки (динамики) бывают разного качества: от недорогих пластиковых до дорогих стереосистем с высококачественным звуком. Усилитель в компьютерных колонках встроен прямо в них и не нуждается в отдельном подключении. Часто применяется система из нескольких (двух, четырех или пяти) колонок с сабвуфером, который усиливает звучание низких частот, плохо воспринимаемых человеческим ухом.

3.       Устройства хранения информации

Дискета - носитель информации, который представляет собой гибкий диск с покрытием ферромагнитным материалом и отверстие в центре для обеспечения вращения приводом и такой диск помещен в специальный пластмассовый корпус. Запись и чтение информации производится с помощью двух электромагнитных катушек, установленных по обе стороны магнитного диска (так как диски являются двухсторонними) и перемещаемые по радиусу дисков на системе привода головок. Для хранения информации применяется термин дорожка – узкая концентрическая полоска на диске, и цилиндр – совокупность дорожек, которые могут считать головки без изменения своего положения.

Скорость вращения двигателя гибкого диска при работе составляет от 300 до 360 оборотов в минуту.

Имеется два основных размера диска: 3,5´´ и 5,25´´ (а первые дискеты имели размер 8 дюймов).

HDD (Hard Disk Drive - устройство управления жестких дисков), иливинчестер, имеет также название накопитель для жестких дисков, просто жесткие диски, дисководы жестких дисков (на практике - винт), накопитель на жестких дисках (НМЖД), HMDD (Hard Magmetic Disk Drive) и предназначен для хранения основной информации пользователя.

Основным отличием жестких дисков от оперативной памяти является то, что при выключении компьютера данные сохраняются, а не уничтожаются, как в оперативной памяти.

Физически жесткие диски устроены аналогично гибким дискам, за исключением того, что в накопителе может находиться не одна пластина, а несколько, расположенных одна под другой, при этом у каждой пластины сверху и снизу находится по магнитной головке. Кроме того, для хранения информации используется не гибкие, а жесткие диски из алюминия либо стеклянные, покрытые слоем магнитного материала (ферромагнетика из сплавов железа, марганца и др). Как и в гибких дисководах, головки жестко связаны между собой и расположены одна под другой. Для перемещения одной головки перемещаются и другие, поэтому совокупность головок называется блоком головок. При их фиксированном расположении каждая головка может считывать информацию только с одной дорожки (дорожка - это область в виде узкого кольца на диске, которая считывается головкой без ее смещения), эти дорожки в совокупности всех дисков называются цилиндром.

Общий объем диска рассчитывается по формуле: емкость диска = число цилиндров (или дорожек на одной поверхности) х количество головок (или количество рабочих поверхностей) х размер кластера.

Жесткие диски названы так потому, что твердые пластины с намагниченным слоем жестко устана­вливаются в устройстве на заводе и являются несъемными в отличие от гибких дисков. Из-за боль­шой скорости вращения дисков может возникнуть резонанс, поэтому устройство должно быть прочно укреплено в системном блоке, зафиксировано винтами во всех необходимых местах и находиться в горизонтальном или вертикальном положении. Еще одно неприятное действие вращающихся дисков - эффект гироскопа, потому скорость вращения дисков для ноутбуков несколько ниже, чем у стационарных компьютеров, у которых системный блок неподвижен. При работе считы­вающие головки расположены очень близко от рабочей поверхности. Винчестер не следует разбирать, так как попадание малейшей пыли выведет его из строя, и, кроме того, он центрирован на заводе, а в домашних условиях этого сделать невозможно.

Логическая структура диска. Существует несколько видов файловой системы: FAT имеет несколько стандартов: FAT12, FAT16, FAT32 и exFAT. Цифры обозначают число бит, используемых для адреса сектора.

NTFS создана компанией Microsoft в 90-х годах для Windows NT. В отличие от FAT в ней записывается список изменений в главной файловой таблице (MFT), что позволяет восстановить систему после сбоя. Максимальный размер файла – 2 в степени 64 байтов, максимальное число файлов – 2 в степени 32, максимальная длина имени файла 255 из 16 битных слов.

Жесткие диски типа SSP (Solid-State Drive – твердотельный накопитель), у которого вместо диска установлена память на основе флэш-памяти. Компьютер считает, что на нем имеются также оглавление, дорожки, сектора как на жестком диске. Контроллер жесткого диска адрес в виде дорожек, секторов преобразует во внутренний адрес и таким образом происходят операции с ним. Данный вид дисков более быстрый, бесшумный (нет движущихся частей), но более дорогой.

Оптические накопители предназначены для чтения, записи/перезаписи с оптических дисков. Оптические диски представляют собой круглые и плоские по форме пластины из плотного материала (обычно, состоящие из поликарбоната) с нанесенными слоями, позволяющими хранить информацию в виде мельчайших ямок (пит, от pit — ямка, углубление). Процесс считывания производится лучом лазера, который отражаясь от поверхности диска, попадает в фотоэлемент, где свет преобразуется в электрический сигнал, величина которого позволяет декодировать записанную информацию.

Наиболее распространенные форматы оптических дисков для использования в персональных компьютерах– это CD, DVD, Blu-ray.

CD-ROM (Compact Disc Read Only Memory, компакт-диск только с возможностью чтения) разновидность компакт-дисков, которые появились в 1982 году в результате исследования двух компаний – Sony и Philips. CD-ROM диски вначале развивались как аналог виниловых дисков и предназначались для записи и проигрывания музыкальной информации. Они также имеют одну концентрическую дорожку, которая проходит от внешнего края к внутреннему, делая множество оборотов. Принцип считывания информации оптический, то есть луч лазера считывает данные, которые записаны на алюминиевой (или другого вида) подложке. Кроме того, информация записана на диск, в отличие от винилового диска, в цифровом, а не аналоговом виде, а после считывания расшифровывается и переводится в звук. Для предохранения диска от порчи алюминиевая подложка покрыта прозрачным пластиком.

CD-R диск имеет такие же характеристики, как и CD-ROM, но позволяют записывать на них один раз информацию.

CD-RW диск имеет такие же характеристики, как и CD-ROM, но позволяет не только записывать на них информацию, но и дозаписывать ее, также стирать ранее записанные данные и записать новые.

Для работы с ними использовались CD-накопители.

DVD-диски (Digital Versatile Disc — цифровой универсальный диск) первоначально расшифровывалось как Digital video Disc - цифровой видеодиск. Эти диски имели большую емкость по сравнению с CD-ROM за счет уплотнения дорожек с записью. Это наиболее распространенный вид дисков, которые являются однослойными и односторонними. Двухслойные диски имеют два полупрозрачных слоя с мощной фокусировкой луча, позволяют считывать информацию либо с первого, либо со второго слоя. Более высокая плотность данных достигается за счет уменьшения области на диске для одного бита и применения методов сжатия.

Для работы с DVD используются DVD-накопители.

Стандарт Blu-ray Disc (BD) (blue ray — синий луч и disc — диск; написание blu вместо blue — намеренное) был разработан консорциумом BDA, выпущен в 2006 году.

Повышение объема записываемой информации выполняется за счет использования лазерного луча в сине-фиолетовом диапазоне с более короткой длиной 405 нм, в то же время как CD и DVD приводы используют красный и инфракрасный лазеры с длиной волны 650 нм и 780 нм.

Скачано с www.znanio.ru