Файл: Анализ методов и устройств ввода информации в компьютер ( Устройства компьютера ).pdf

На сегодняшний день персональный компьютер имеет возможность выполнять большое количество разнообразных функций посредством дополнительно подключаемых устройств. Так как основным ресурсом вычислительной техники является информация, то компьютер должен иметь возможность получать и отдавать информацию в пригодном для пользователя виде. Для осуществления данной задачи служат устройства ввода, вывода и ввода-вывода.

Для продуктивного взаимодействия пользователя с компьютером необходимо использовать определенные способы передачи информации от пользователя к компьютеру. Для этой цели необходимо использование устройств ввода информации. Так как информации может быть различных типов: текстовая, звуковая, графическая или позиционная, то к ней необходимо использование различных типов устройств ввода, которые должны охватывать весь спектр свойств передаваемой информации.

В данной работе рассмотрено понятие и виды устройств, а также основные разновидности устройств ввода и способы их аппаратного и программного подключения. Касательно каждого вида устройств рассмотрены конкретные примеры и приведены изображения внешнего вида устройств.

Отдельным вопросом рассмотрены драйвера устройств, осуществляющие взаимодействие операционной системы персонального компьютера с самими устройствами.

Актуальность данной темы заключается в объединении ключевых сведений об устройстве и функциях основных устройств ввода, представленных на сегодняшний день на рынке.

Объектом исследования являются устройства компьютера в целом, их разновидности, способы подключения, программное и аппаратное обеспечение.

Предметом исследования являются устройства ввода информации и их разновидности.

Целью данной работы является рассмотрение основных устройств ввода информации, их классификация, изучение способов подключения и приведение конкретных примеров устройств данного типа.

Задачами данной работы являются:

изучение понятия устройства и его разновидностей;
классификация устройств ввода информации;
рассмотрение отдельных примеров устройств ввода-вывода информации;
изучение понятия драйверов устройств;
рассмотрение портов подключения устройств;
приведение конкретных примеров и изображений каждого типа устройств ввода информации.

В основу изучения вопроса устройств ввода информации были положены книги по ремонту и архитектуре компьютера, в частности фундаментом для исследования послужили работы Эндрю Таненбаума.

1. Устройства компьютера

1.1. Понятие и виды устройств

Устройство является рукотворным объектом, прибором, механизмом, конструкцией или установкой со сложной внутренней структурой, созданным для выполнения определённых функций, обычно в области техники^[1].

Устройства ввода-вывода являются компонентом типовой архитектуры ЭВМ, предоставляющим компьютеру возможность взаимодействия с внешним миром и, в частности, с пользователями^[2].

В соответствии с точным определением, в качестве «сердца» компьютера рассматриваются центральный процессор и оперативное запоминающее устройство. Все операции, не являющиеся внутренними по отношению к данному комплексу, рассматриваются как операции ввода-вывода^[3].

Устройства ввода-вывода подразделяются на:

устройства ввода;
устройства вывода;
устройства ввода-вывода:
- компоненты ЭВМ с переносными носителями;
- двунаправленные интерфейсы^[4] [4, 8, 9, 10].

1.2. Устройства ввода

Устройства ввода являются периферийным оборудованием для занесения сигналов или данных в компьютер либо в другое электронное устройство во время его работы. Устройства ввода и вывода составляют аппаратный интерфейс между компьютером и контроллером^[5].

Устройства ввода являются, в основном, датчиками преобразования не электрических и электрических величин в воспринимаемые процессором электрические сигналы для дальнейшей их обработки в основном в цифровом виде^[6].

В качестве преобразуемых неэлектрических величин могут выступать:

давление;
расположение в пространстве;
скорость;
вязкость;
освещенность;
ускорение;
перемещение;
влажность;
температура;
количественные и другие подобные величины^[7].

Устройства ввода подразделяются на следующие категории:

устройства для пространственного использования;
непрерывные устройства ввода;
аудио, видео и механические устройства^[8].

Практически единственным основным и обычно необходимым, устройством ввода текстовых последовательностей и символов является клавиатура^[9].

К устройствам ввода графической информации относятся сканер, видео- и web-камера, цифровой фотоаппарат и плата видеозахвата^[10].

К устройствам ввода звуковой информации относят такие устройства, как микрофон или цифровой диктофон^[11].

К указательным устройствам относят:

мышь;
тачпад;
трекбол;
тачскрин;
графический планшет и дигитайзер;
световое перо;
устройства, основанные на компьютерном зрении, типа Kinect^[12].

К игровым устройствам ввода относят:

руль;
геймпад;
джойстик;
танцевальная платформа и другие подобные устройства^[13] [1, 4, 8, 9, 10].

1.3. Устройства ввода-вывода

Устройствами ввода-вывода являются периферийные устройства, которые могут осуществлять функции как устройств ввода, так и устройств вывода^[14].

В качестве устройств ввода-вывода информации можно привести такие, как:

магнитный барабан;
стример;
дисковод;
жесткий диск;
сетевая плата, модем и другие сетевые интерфейсы^[15].

Магнитный барабан является ранней разновидностью, ныне устаревшей, компьютерной памяти, широко использовавшейся в начале 1960-х годов. Для многих вычислительных машин первого поколения барабан, помимо применения в качестве внешней памяти, выполнял функции оперативной памяти: на нём хранились выполняемые программы и обрабатываемые данные. В качестве внешней памяти тогда использовались такие носители информации, как перфоленты, перфокарты, накопители на магнитных лентах. Барабаны применялись настолько широко, что содержащие их вычислительные машины часто называли «барабанными компьютерами». В дальнейшем магнитный барабан в применениях в качестве оперативной памяти был вытеснен памятью на магнитных сердечниках, которая работала быстрее, время доступа в ней не зависело от расположения информации, не имела движущихся частей и поэтому использовалась до самого появления полупроводниковой памяти^[16] [6].

Стример, также называемый ленточным накопителем, является запоминающим устройством, основанным на принципе магнитной записи на ленточном носителе, с последовательным доступом к данным. По принципу действия стример аналогичен бытовому магнитофону. Основным назначением стримера является воспроизведение и запись информации, резервное копирование и архивация данных^[17].

Дисковод является устройством компьютера, которое позволяет осуществить запись и чтение информации на съемный носитель, имеющий форму диска. Основным назначением дисковода является организация долговременной памяти. Основными характеристиками дисковода является емкость и тип используемого сменного носителя информации, скорость чтения/записи, тип интерфейса и форм-фактор^[18].

Жесткий диск является запоминающим устройством произвольного доступа, основанным на принципе магнитной записи. Является основным накопителем данных в большинстве компьютеров. В отличие от гибкого диска, носитель информации обычно совмещают с накопителем, приводом и блоком электроники. Такие жёсткие диски часто используются в качестве несъёмного носителя информации^[19].

Сетевой адаптер является устройством, занимающимся сопряжением компьютера с линией связи, то есть обеспечивающим работу компьютера в локальной сети. При этом пользователь получает доступ к данным, находящимся на других компьютерах и предоставляет данные своего компьютера в распоряжение других пользователей. Сетевая карта имеет свой уникальный MAC-адрес, однозначно определяющий адрес локального компьютера в сети. Для подключения сетевого кабеля имеется специальный разъём. При выборе сетевой карты основным критерием является тип сети. Наиболее распространённым сейчас типом локальной сети является Ethernet. Современные сетевые карты поддерживают скорость передачи данных по сети на уровне: 10/100/1000 МБит/сек^[20].

Модем является устройством, обеспечивающим обмен данными между двумя компьютерами через телефонную линию. Цифровые данные, поступающие из компьютера, преобразуются модемом, в соответствии с выбранным протоколом, в аналоговый сигнал и передаются в телефонную линию. На другом конце происходит обратное преобразование. Модемы характеризуются максимальной скоростью передачи, а также тем, поддерживают ли они средства исправления ошибок^[21] [5-9].

1.4. Драйвер устройств

Драйвер является компьютерным программным обеспечением, с помощью которого операционная система или другое программное обеспечение получают доступ к аппаратному обеспечению некоторого устройства. Обычно с операционными системами поставляются драйверы для ключевых компонентов аппаратного обеспечения, без которых система не сможет работать. Однако для некоторых устройств, таких как видеокарта или принтер, могут потребоваться специальные драйверы, обычно предоставляемые производителем устройства^[22].

Драйвер обычно связывается с устройством через шины компьютера или сообщения подсистемы. Когда вызывающая программа вызывает драйвер, то он выдает команды на устройство. Как только устройство отправляет данные на драйвер, он может использовать процессы в запускаемой программе. Драйвера зависят от оборудования и операционной системы, а также от конкретных условий. Как правило, они обеспечивают прерывание обработки, необходимое для любого зависящего от времени аппаратного интерфейса^[23].

Драйвер устройства упрощает программирование, выступая в роли переводчика между устройством оборудования и приложением операционных систем, которые используют его. Программисты могут создавать на более высоком уровне коды приложения, независимо от аппаратного устройства^[24].

Некоторые драйвера устройств устанавливаются с установкой операционной системы, но в основном все комплектующие комплектуются диском с драйверами сразу под несколько операционных систем, особенно драйвера внешнего устройства^[25].

В общем случае драйвер не обязан взаимодействовать с аппаратными устройствами, он может их только имитировать, предоставлять программные сервисы, не связанные с управлением устройствами, либо не делать ничего^[26] [3, 5, 8, 9, 10].

1.5. Порты

Аппаратный порт является специализированным разъёмом в компьютере, который предназначен для подключения оборудования определённого типа. Обычно портами называют разъёмы, предназначенные для работы периферийного оборудования, существенно разделённого от архитектуры компьютера^[27].

На задней стенке корпуса современных ПК могут размещаться следующие порты:

Game, MIDI, предназначенный для подключения игровых устройств или устройств ввода-вывода MIDI;
D-sub, DVI, HDMI, через которые на монитор выводится видеосигнал со встроенного в системную плату или внешнего VGA-контроллера;
COM – асинхронные последовательные порты, через которые обычно подсоединяются мышь, модем и другие подобные устройства;
PS/2 – асинхронные последовательные порты для подключения клавиатуры и мыши;
LPT – параллельные порты, к которым обычно подключаются принтеры;
USB – универсальный интерфейс для подключения различных устройств, который может располагаться на передней или боковой стенке корпуса;
IEЕЕ-1394 (FireWire) – интерфейс, предназначенный для передачи больших объемов видеоинформации в реальном времени, может использоваться и для создания локальных сетей;
iRDA – инфракрасные порты, которые предназначены для беспроводного подключения карманных или блокнотных компьютеров или сотовых телефонов между собой или к настольному компьютеру при условии прямой видимости и дальности передачи данных не более 1 метра;
bluetooth – высокоскоростной микроволновый стандарт, который позволяет передавать данные на расстояниях до 10 метров;
разъемы звуковой карты: для подключения колонок, микрофона и линейный выход^[28].