Файл: Анализ методов и устройств ввода информации в компьютер (Общая характеристика и классификация методов и устройств ввода информации).pdf

Роль компьютера в современном мире сложно переоценить. Во многом благодаря компьютерным технологиям наша цивилизация испытывает всплеск развития науки и техники, а общество меняется, все больше становясь информатизированным. Так как компьютер — это средство для обработки информации, то несомненно, что очень важным является то, как компьютер взаимодействует с пользователем, в частности — как пользователь предоставляет компьютеру информацию для обработки и отдает команды. Разнообразие методов и устройств ввода информации в компьютер очень велико, они эволюционировали, становясь не только более совершенными, но и более удобными, интуитивно понятными для конечного пользователя. Многочисленные электронные устройства, которые в наши дни можно повстречать на каждом шагу, требуют различных методов ввода информации в зависимости от целей и условий их использования, и зачастую ставят перед их разработчиком нетривиальные задачи по проектированию и обеспечению наибольшего удобства использования. Во многом именно предлагаемые средства ввода информации определяют популярность того или иного устройства среди конечных пользователей, особенно в условиях конкуренции на рынке.

Предметом курсовой работы является множество устройств ввода информации в компьютер и методов, с помощью которых пользователь осуществляет ввод информации. Цель данной работы состоит в том, чтоб сделать вывод о тенденциях развития устройств и методов ввода информации, а также о современном состоянии предметной области. Для достижения этого следует классифицировать устройства и методы ввода с тем, чтоб рассмотреть каждый из классов в отдельности, развитие и совершенствование устройств и методов, принадлежащих к данному классу, достоинства и недостатки отдельных устройств, принципы работы, различия и особенности, а также современные разработки.

2 Общая характеристика и классификация методов и устройств ввода информации

Назначение устройств ввода информации — предоставление пользователю интерфейса для взаимодействия с компьютером. За время существования компьютерных технологий средства ввода информации претерпели значительные изменения. Первые компьютеры имели достаточно примитивные средства ввода, так как не имели возможности полноценного интерактивного взаимодействия с пользователем — программа в виде двоичного кода на перфокартах либо перфоленте загружалась в компьютер, после чего компьютер производил операции и выводил результат. Таким образом, именно перфокарты можно назвать исторически первым средством ввода информации в компьютер (если, конечно, не принимать во внимание устройства ввода того аппарата, на котором изготавливались перфокарты). Перфокарты представляли из себя лист тонкого картона, в котором проделаны отверстия, наличие или отсутствие которых в определенных позициях позволяло представлять двоичные данные. Перфокарты впервые стали использоваться еще в начале XIX-го века в ткацких станках, где с их помощью можно было управлять создаваемым рисунком на ткани (для этого они часто используются и по сей день). На сегодняшний день перфокарты в компьютерной технике не используются нигде, кроме крайне устаревших систем, которые до сих пор выполняют свою задачу. Для занесения данных на перфокарту использовался отдельный специализированный аппарат [14].

По мере роста производительности компьютеров и их удешевления средства ввода эволюционировали до терминалов с клавиатурой и монитором — небольших и сравнительно недорогих вычислительных машин, которые позволяли ввести код программы, скомпилировать его и записать машинный код на носитель — перфоленту или магнитную ленту, которая уже использовалась основным компьютером [14]. В 1963 году Дугласом Энгельбартом в США была изобретена компьютерная мышь [2]. Хотя долгое время пользователям было сложно найти применение этому устройству в мире царивших тогда текстовых интерфейсов, в настоящее время большинству сложно представить персональный компьютер без компьютерной мыши. Начали использоваться и другие средства ввода — графические планшеты, микрофоны.

С распространением персональных компьютеров вычислительные устройства все чаще стали использоваться для игр. Соответственно появились такие устройства, как джойстики, геймпады, а позже и более экзотические — руль, педали, танцевальные платформы и т. п. Совершенствовались и средства ввода, ориентированные на другие сферы использования компьютеров — графические планшеты, перья, микрофоны, сканеры, веб-камеры, микрофоны и др. В последнее время все сильнее развиваются методы, основанные на более естественном взаимодействии с компьютером, такие, как голосовое или жестовое управление компьютером. Голосовые помощники уже встраиваются во многие популярные программные продукты — Siri в iOS, Cortana в Windows, Google Now в Android и т. п.

Наиболее привычными и часто используемыми устройствами ввода информации для пользователей современных персональных компьютеров являются клавиатура, компьютерная мышь, тачпад и сенсорный экран, видео и фотокамеры, микрофоны, а также сканеры.

Устройства ввода информации можно подразделить на следующие классы в зависимости от типа вводимой информации:

- устройства ввода текстовой информации;

- указательные устройства (с относительным и абсолютным указанием позиции);

- устройства ввода графической информации;

- устройства ввода звуковой информации;

- игровые устройства ввода;

- прочие устройства [8].

3 Устройства и методы для ввода текстовой информации

3.1 Клавиатура

Клавиатура — устройство, состоящее из набора клавиш (кнопок), с помощью которых осуществляется ввод команд и текстовой информации в компьютер. Клавиатура является наиболее знакомым и привычным для современного пользователя устройством ввода. Командные интерфейсы полностью полагаются на использование клавиатуры как устройства ввода (либо других средств, которые выполняют функцию клавиатуры). Первые клавиатуры функционально повторяли конструкцию пишущих машинок, от которых и унаследовали как распространенные символьные раскладки. Уже в первых поколениях компьютерах, с 1940 по 1960 года электрические печатные машинки использовались как основное средство ввода информации в составе компьютерных терминалов [14]. Клавиатура как средство ввода настолько привычна пользователю, что даже на устройствах без физической клавиатуры, например, с сенсорным вводом, она эмулируется (в виде экранной клавиатуры) и остается основным средством работы с текстом.

Современная стандарная клавиатура состоит из 101-102 клавиш, однако существует большое количество различных устройств с дополнительными и мультимедийными клавишами, так как с развитием персональных компьютеров производители старались развивать и устройства ввода, обеспечивая пользователю быстрый доступ к наиболее часто используемым функциям. Дополнительные клавиши зачастую позволяют запускать избранные приложения, а также управлять популярными функциями устройства (соединение с сетью, яркость монитора, громкость и т.п.) часто допуская перепрограммирование этой функции пользователем [3]. На ноутбуках из-за ограничений в размерах зачастую используются не полноразмерные, а компактные версии клавиатур, на которых могут отсутствовать как отдельные клавиши, так и целые блоки (например, цифровой блок), некоторые клавиши, опять таки же в целях минимизации размера, возможно использовать только в специальными клавишами-модификаторами [2]. С еще большим уменьшением размера устройства (например, на pda, телефонах с qwerty-клавиатурой) клавиши еще сильнее уменьшены в размерах, и предоставляют пользователю крайне ограниченный и переработанный набор несимвольных клавиш. В промышленных системах для ввода информации могут использоваться разнообразные клавиатуры, как расширенные, так и такие, которые позволяют вводить только ограниченный вид информации (например, цифровые клавиатуры) [8].

В зависимости от используемых технологий клавиатуры подразделяются на несколько типов. Существуют мембранные (использовались только в ранних ЭВМ, на данный момент применяются в основном в бытовой технике), резиновые (используются в телефонах, пультах, игровых контроллерах и других устройствах, также на этом принципе построены современные гибкие компьютерные клавиатуры, которые можно сворачивать в рулон), резинопленочные (большинство клавиатур современных персональных компьютеров и ноутбуков, по принципу действия делятся на шахтные и ножничные), емкостные, механические и магнитные (используются в промышленных и авиационных компьютерах, где важна надежность) [2].

По способу коммуникации с компьютером клавиатуры могут быть проводными (с подключением к порту USB или PS/2), или беспроводными (с использованием технологии Bluetooth) [2].

Методы ввода текста с использованием клавиатуры не менее разнообразны. Для ввода текста на большинстве алфавитных языков существуют различные раскладки. Традиционная раскладка для английского языка (QWERTY) появилась еще на первых пищущих машинках. Расположение клавиш было выбрано таким образом, чтоб буквы, которые наиболее часто использовались последовательно, не находились рядом друг с другом, чтоб предотвратить зацепление клавиш, но со временем эта причина стала несущественной, и в 1936 году Август Дворак разработал раскладку для латинского алфавита, которая была призвана обеспечить максимальное удобство для набирающего. Эта раскладка может использоваться пользователями персонального компьютера и сейчас. Также в 2006 году была разработана раскладка под названием Colemak, которая, по утверждению авторов, максимально адаптирована к современных компьютерам и позволяет пользователю достичь наибольшей производительности при работе. Для работы с русским языком чаще всего используется ЙЦУКЕН, которая, так же, как и QWERTY, появилась еще в эпоху пищущих машинок. На различных операционных системах в рамках данной раскладки существуют некоторые вариации в расположении буквы Ё и небуквенных знаков. Также некоторыми пользователями используется фонетическая раскладка (где буквы, фонетические схожие с буквами латинского алфавита, расположены на тех же клавишах). На основе раскладки ЙЦУКЕН построены раскладки для национальных языков, которые базируются на кириллическом алфавите (украинский, белорусский, казахский) [7].

С вводом текстов на иероглифических языках связаны дополнительные сложности. В отличие от алфавитных языков в китайском, например, существуют десятки тысяч различных иероглифов, каждый из которых уникален и представляет собой целое слово. Создавать клавиатуру с отдельной клавишей для каждого иероглифа нерационально (хотя такие устройства существовали на заре развития печатных машинок) и они практически не используются. Вместо этого применяются стандартные клавиатуры. При использовании структурного метода ввода каждый иероглиф разбивается на элементарные графические элементы - графемы, которым соответствуют отдельные клавиши либо их сочетания. В таком случае пользователь, нажимая соответствующие клавиши, комбинирует иероглиф из отдельных графем. Зачастую предпочитаемым является фонетический метод ввода (пиньинь), который требует от пользователя ввода фонетической транскрипции иероглифа с использованием латинского алфавита, после чего система предлагает выбор из соответствующих иероглифов. Предпочтения пользователей по поводу ввода текстовой информации на китайском языке разнятся, и выбрать какой-то один, доминирующий, не представляется возможным [10].

3.2 Другие методы ввода текстовой информации

На мобильных устройствах, где использовать полноразмерную клавиатуру не представляется возможным, существуют другие способы ввода текста. Так, на ранних моделях телефонов применялся метод Multi-tap (использование цифровой клавиатуры, для ввода одного символа нужно нажать определенную клавишу от одного до четырех раз). На более современных устройствах с сенсорным вводом клавиатура чаще всего эмулируется в виде экранной клавиатуры. Могут использоваться различные методы ускорения ввода текста, основанные на предиктивных алгоритмах, при которых программное обеспечение предлагает варианты окончания слов и фраз, основываясь на заранее подготовленной базе данных, а также предлагает исправить обнаруженные ошибки. Примером такой технологии может являться Т9, часто используемая на кнопочных телефонах, или iTap, созданная компанией Motorola [15].

Кроме того, на устройствах с сенсорным экраном используется запатентованный метод Swype, когда пользователь вводит текст, не отрывая палец (или стилус) от виртуальных кнопок на экранной клавиатуре. Система выбирает из базы слова на основе распознавания жеста, и предоставляет пользователю выбор из похожих слов или же сразу вводит выбранный текст [11].

4 Указательные устройства

4.1 Мышь

Манипулятор «мышь» впервые был создан Дугласом Энгельбартом в 1967 г [6]. Первым компьютером, который использовался в комплекте с новым манипулятором, являлся Alto производства Xerox, представленный в 1973 году. Мышь получила широкое распространение с появлением графических интерфейсов, в частности, она использовалась в ранних моделях компьютеров Apple, например, с Apple Lisa, выпущенном в 1983 [2]. Мышь является координатным устройством ввода, с помощью которого пользователь управляет курсором посредством перемещения манипулятора по плоской поверхности.

По принципу действия мыши делятся на:

- шаровые. Движение передается на обрезиненный металлический шарик, выступающий из корпуса, который посредством прижатых к нему роликов передает сообщает датчику об изменениях своего положения. Мыши с таким устройством характеризуются невысокой стоимостью, и на сегодняшний день малопопулярны.