Файл: Анализ методов и устройств ввода информации в компьютер (Теоретические аспекты вводы информации в компьютер).pdf

Операционная системаобычно имеет дело не с устройством, а с контроллером. Контроллер, как правило, выполняет простые функции, например, преобразует поток бит в блоки, состоящие из байт, и осуществляют контроль и исправление ошибок. Каждый контроллер имеет несколько регистров, которые используются для взаимодействия с центральнымпроцессором. В некоторых компьютерах эти регистры являются частью физического адресного пространства. В таких компьютерах нет специальных операций ввода-вывода. В других компьютерах адреса регистров ввода-вывода, называемых часто портами, образуют собственное адресное пространство за счет введения специальных операций ввода-вывода (например, команд IN и OUT впроцессорахi86).

ОС выполняет ввод-вывод, записывая команды в регистры контроллера. Например, контроллер гибкого диска IBMPC принимает 15 команд, таких как READ, WRITE, SEEK, FORMAT и т.д. Когда команда принята,процессороставляет контроллер и занимается другой работой. При завершении команды контроллер организует прерывание для того, чтобы передать управление процессором операционнойсистеме, которая должна проверить результаты операции. Процессор получает результаты и статус устройства, читая информацию из регистров контроллера.

Основная идея организации программногообеспеченияввода-вывода состоит в разбиении его на несколько уровней, причем нижние уровни обеспечивают экранирование особенностей аппаратуры от верхних, а те, в свою очередь, обеспечивают удобный интерфейс для пользователей.

Ключевым принципом является независимость от устройств. Вид программыне должен зависеть от того, читает ли она данные с гибкого диска или с жесткого диска.

Очень близкой к идее независимости от устройств является идея единообразного именования, то есть для именования устройств должны быть приняты единые правила.

Другим важным вопросом для программного обеспечения ввода-вывода является обработка ошибок. Вообще говоря, ошибки следует обрабатывать как можно ближе к аппаратуре. Если контроллер обнаруживает ошибку чтения, то он должен попытаться ее скорректировать. Если же это ему не удается, то исправлением ошибок должен заняться драйвер устройства. Многие ошибки могут исчезать при повторных попытках выполнения операций ввода-вывода, например, ошибки, вызванные наличием пылинок на головках чтения или на диске. И только если нижний уровень не может справиться с ошибкой, он сообщает об ошибке верхнему уровню.

Еще один ключевой вопрос - это использование блокирующих (синхронных) и неблокирующих (асинхронных) передач. Большинство операций физического ввода-вывода выполняется асинхронно - процессор начинает передачу и переходит на другую работу, пока не наступает прерывание. Пользовательские программы намного легче писать, если операции ввода-вывода блокирующие - после команды READ программаавтоматически приостанавливается до тех пор, пока данные не попадут в буфер программы. ОС выполняет операции ввода-вывода асинхронно, но представляет их для пользовательскихпрограммв синхронной форме.

---

Последняя проблема состоит в том, что одни устройства являются разделяемыми, а другие - выделенными. Диски - это разделяемые устройства, так как одновременный доступ нескольких пользователей к диску не представляет собой проблему. Принтеры - это выделенные устройства, потому что нельзя смешивать строчки, печатаемые различными пользователями. Наличие выделенных устройств создает для операционной системы некоторые проблемы.

Глава 2. Устройства и способы ввода информации

2.1 Устройства ввода информации в компьютер

Кроме основных устройств ввода, таких как клавиатура и мышь, существует разнообразие устройств, известных не каждому. Эти устройства могут быть как совершенно стандартными – периферийными и механическими, представляющие ввод аудио и видео, так и более экзотическими. Без этих устройств встреча данных которые нужно оцифровать человеком и компьютера никогда не сможет осуществиться.

В любом компьютере есть общие и специальные порты, посредством которых и происходит информационный обмен с иными (внутренними или внешними) устройствами.

Клавиатура – это, пожалуй, самое важное и самое универсальное устройство до тех пор, пока ввод слов и символов остаётся единственным источником информации. Стандартные клавишные устройства позволяют не только осуществить ввод необходимой информации, но и подавать управляющие сигналы для компьютера, обычно реализованы дополнительными клавишами.

Манипулятор (абсолютный дигитайзер + относительные мышь, трекбол-мышь, джойстик и тачпад) – это ручные координатные устройства служащие для управления курсором.

Мышь - является довольно весомым аргументом, облегчающим использование интерфейса операционной системы: иначе пользователь просто на просто потеряется в интерфейсе операционной системы и ее программах (окна, иконки, боксы и пр.) Компьютерные мыши  бывают с 2-мя или 3-мя кнопками; оптико-механические, оптические или инфракрасные.

Трекбол-мышь – это, по сути, «мышь наоборот» (само устройство остаётся неподвижным, вращается только шарик вверху). Область применения – автоматизированное проектирование, графические пакеты и разного рода приложения (требуются плавное перемещение, но четкое позиционирование курсора). Современные компьютерные мыши, а также трекболы могут похвастаться как изысканным дизайном, так и высокотехнологичным функционалом.

---

Сканер – это устройство для обработки и преобразования графики (текстов, фото, рисунков и т.д.) в их цифровую форму. Сканеры классифицируют на следующие разновидности: ручные или рулонные, планшетные или проекционные.

Цифровая фотокамера – 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.

Микрофон – это устройство ввода и обработки электроакустических колебаний, используемое в звукозаписи, телефонии, радиовещании и телевидении. Сами по себе микрофоны бывают электродинамические, электростатические или электромагнитные; полупроводниковые, пьезоэлектрические или угольные.

Сенсор – это чувствительная поверхность со специальным слоем и со специальным датчиком, ввод возможен с помощью перемещения курсора обычным движением пальца.

Дигитайзер или цифровой преобразователь, зачастую выполненный в виде планшета, а потому его часто называют «графическим планшетом». В основном используется в узких кругах специалистов анимации, проектирования и компьютерной графики – там, где нужен самый точный ввод любой графической информации.

Сенсорный экран лежит в основе любого чувствительного оборудования, собирающего информацию при помощи датчиков на поверхности. Данное устройство самодостаточно, что позволяет обходиться и без мыши, и без клавиатуры, к тому же и без ущерба надежному и скоростному управлению. В промышленности и в медицине, а также в публичных местах, высокопрочные сверхчувствительные экраны котируются как альтернатива №1 другим способам получения важных данных. Данный способ ввода нужной информации широко используется в современных телефонах и смартфонах, а также в моноблоках и ноутбуках.

Световое перо, соединенное проводом с USB вилкой, передающее информацию за счет фотоэлемента и работающее путем прикосновения с экраном, есть разновидность манипуляторов, внешне похожих на шариковую ручку с 1 и более кнопками (по типу как у мыши). Оно может служить элементом графического планшета, но не может использоваться с обыкновенным ЖК-монитором.

На самом деле, устройства ввода информации в компьютер не ограничиваются вышеперечисленными элементами, а их многообразие в компьютерном мире не перестает удивлять. Например, двухмерную мышь и трехмерный навигатор широко используют для пространственных задач, например, для CAD-приложений. Таким образом, можно с твердой уверенностью заявить, что человек и машина сегодня просто обязаны понимать друг друга с полуслова и с первого ввода, но для этого нужны ещё и устройства вывода информации.

---

2.2 Способы ввода графической информации в компьютер

Рассмотрим, каким образом может осуществляться ввод графики в программные компьютерные средства. Основными способами получения графики в компьютере являются:

• сканирование;
• использование цифровых фотокамер;
• использование графических планшетов;
• использование готовых коллекций цифровых фотографий или фотографических компакт-дисков;
• получение из сети Интернет.

Процесс сканирования производится с помощью перифирийного устройства (сканера). Упрощенно говоря, сканеры используют узкий луч света для построчного "осматривания" изображения. Затем отраженный луч принимается чувствительным элементом сканера и преобразуется в набор дискретных величин. Таким образом, в конечном счете компьютер получает цифровое изображение благодаря действующему в сканере световому лучу.

Задача сканирования обычно заключается в наиболее полном считывании информации с оригинала, включая его тоновый и цветовой диапазон. Параметры, определяющие качество сканирования изображения - это разрешение сканера и глубина цвета. Разрешение сканера измеряется в точках на квадратный дюйм (dpi) и чем значение выше, тем лучше качество изображения (для сканирования фотографий подходят сканеры с разрешением не менее 300dpi), но тем больше размер файла, получаемого в результате. Глубина цвета измеряется в битах и оптимальный размер - 32 или 64 бита.

При сканировании фотографий очень важно выбрать оптимальное разрешение, чтобы сэкономить ресурсы компьютера и в то же время получить желаемое качество при выводе изображения на выбранное устройство. Не нужно указывать разрешение выше, чем действительно нужно: размер изображения будет больше, чем необходимо, понадобится больше времени для его отображения на экране, в сети или при печати, но при этом не получится какого-либо улучшения качества. С другой стороны, при слишком низком разрешении распечатанное изображение выглядит грубым, неровным и нечетким. Как показывает опыт, оптимальным разрешением для сканирования фотографий является 200-300 dpi, а для полиграфических оригиналов - 600 dpi.

Сканировать можно не только фотографии, но и негативы. Но эта возможность относится к дополнительным и поддерживается только дорогими профессиональными сканерами.

---

Сканеры - мощное средство ввода изображений. Можно сканировать не только изображения на бумаге, но и различные предметы (листья растений, наручные часы, человеческая рука и пр.). Также попытаться производить сканирование при различных фонах позади объекта, находящегося в фокусе сканера.

Процесс сканирования всегда должен производиться с максимальным качеством. Ведь, используя изначально плохо отсканированный материал, трудно получить что-нибудь хорошее даже при обширных возможностях для изменения внешнего вида изображений программы Photoshop.

Цифровые фотокамеры сразу формируют изображения в электронном виде, так что не требуется никакого дополнительного времени на преобразование фотографий из аналоговой в цифровую форму. Фотография записывается в память камеры, а затем может быть загружена в компьютер. После этого остается только открыть файл фотографии в программе Photoshop и приступить к работе над ним.

Цифровые камеры особенно удобны для подготовки изображений, предназначенных для Web-страниц, по двум причинам. Во-первых, это быстрый способ. Изображение оказывается готовым для опубликования на Web-узле буквально через несколько мгновений после загрузки в компьютер. Вторая причина состоит в том, что разрешение цифровых камер (по крайней мере, потребительского уровня) оставляет желать лучшего. Но в связи с тем, что для web-графики достаточно разрешения всего в 72 dpi, цифровые камеры становятся естественным выбором для работы с ней.

Применяя для ввода в компьютер рисунков графический планшет со специальным пером, можно рисовать точно так же, как и на листе бумаги. При этом, возможности графического пера значительно больше, т.к. Photoshop может воспринимать его как карандаш, кисть, аэрограф и другие доступные в программе инструменты. Использование графического планшета помогает создавать на компьютере любые иллюстрации.

Еще один способ получения качественных изображений состоит в использовании готовых коллекций цифровых фотографий или фотографических компакт-дисков.

При поиске графики в сети Интернет с целью сохранения рекомендуется пользоваться бесплатными коллекциями. Необходимо помнить, что у каждой картинки, размещенной в сети Интернет, есть законный правообладатель. Размещение в сети изображения, скопированного с авторского сайта, в своем пособии, web-странице и т.д., без разрешения и даже без указания ссылки на источник получения, может вызвать законные претензии автора изображения по данному вопросу. Обычно разрешается некоммерческое использование информации из сети Интернет при обязательном указании источника получения этой информации.

---