Файл: Анализ методов и устройств ввода информации в компьютер. Устройства ввода знаковых данных..pdf

ВВЕДЕНИЕ

На сегодняшний день компьютеры занимают настолько прочное положение в повседневной жизни, что люди сталкиваются с ними на каждом шагу, а ведь компьютеры – это не только домашние ПК, но и планшеты, смартфоны, а также компьютеры, встроенные в холодильники, стиральные машины, часы, телевизоры. Также существуют так называемые “умные дома”, при которых многие процессы в доме, например, нагрев полов или управление стиральной машиной происходит из одного пульта управления. Компьютеры применяют во всех отраслях науки, на производствах, в медицине, в сферах образования и культуры. Компьютеры располагают в автомобилях и поездах, без них невозможно производить полеты самолетов в современной жизни и дальние плавания многотонных кораблей, не говоря уже про полеты в космос и экспедиции в дальние уголки Земли. И всем компьютерам необходим обмен данными с человеком и окружающей средой. Таким образом, создание периферийных устройств, а именно устройств ввода-вывода данных в компьютер объясняется его прямым назначением – для возможности работы человека с информацией. Этим и объясняется актуальность темы данной курсовой работы.

Основным назначением периферийных устройств является обеспечение поступления из окружающей среды в компьютер программ и информации для обработки, а также выдача результатов работы компьютера в таком виде, который будет пригоден для восприятия человека или для передачи на другие ЭВМ, или в другой необходимой форме. Устройств ввода и вывода данных существует очень много, что объясняется интеграцией компьютеров почти во все сферы деятельности человека.

По назначению периферийные устройства делят на:

• устройства ввода информации;
• устройства вывода информации;
• устройства хранения информации;
• устройства обмена информацией.

Главной целью данной работы являются именно устройства ввода данных. Тема данной работы широко освещена во многих источниках благодаря своей актуальности. Особенно полно описаны устройства ввода информации в книгах В. Д. Сидорова и С. В. Симоновича. Также тема прекрасно освещена во многих электронных источниках.

Предметом данной работы являются методы и устройства ввода информации в компьютер. Методы и устройства ввода информации играют для компьютера крайне важную роль. Они позволяют каждому пользователю найти оптимальный для себя вариант при работе с ПК или ноутбуками. Например, без клавиатуры работа с компьютером была бы крайне не удобной.

Целью данной работы является изучение и анализ методов и устройств ввода информации, принципов их работы, главных характеристик и особенностей.

Задачи курсовой работы:

1. Найти и изучить источники литературы по данной теме.
2. Изучить классификацию устройств ввода информации в компьютер.
3. Проанализировать и описать принципы работы, главные характеристики и особенности устройств ввода информации.

1. Устройства ввода знаковых данных. Указательные, координатные устройства

Классификация устройств ввода информации выглядит следующим образом [2, с. 95]:

1. Устройства ввода знаковых данных (клавиатуры).
2. Указательные, координатные устройства или манипуляторы (компьютерные мыши, трекболы, тачпады, световое перо, сенсорные экраны или тачскрины, джойстики).
3. Устройства ввода графических данных (сканеры, графические планшеты, цифровые фотокамеры, видео- и веб-камеры, платы видеозахвата).
4. Устройства ввода звуковых данных (микрофоны, цифровые диктофоны)

1.1. Клавиатура

Клавиатурой называется клавишное устройство управления персональными компьютерами. Она служит для ввода алфавитно-цифровой (знаковой) информации, а также команд управления. Комбинацией монитора и клавиатуры обеспечивается простейший интерфейс пользователя. С помощью клавиатуры происходит управление компьютерной системой, а с помощью монитора получение отклика от нее [4, с. 71].

Клавиатуры относятся к стандартным средствам персональных компьютеров. Их главные функции не нуждаются в поддержке специальными системными программами (драйверами) [2, с. 101]. Нужное для начала работы программное обеспечение (ПО) уже входит в состав базовой системы ввода-вывода в микросхеме ПЗУ, благодаря этому компьютер реагирует на нажатие клавиш сразу после включения.

Принцип действия клавиатуры состоит в следующем [4, с. 71]:

• При нажатии на клавишу или комбинацию клавиш специальная микросхема, которая встроена в клавиатуру, выдает скан-код [4, с. 71].
• Скан-код поступает в микросхему, которая выполняет функции порта клавиатуры. Эта микросхема расположена на основной плате компьютера в системном блоке.
• Портом клавиатуры процессору выдается прерывание с фиксированным номером. Для клавиатуры номер прерывания – 9 (Interrupt 9, Int 9) [4, с. 71].
• При получении прерывания процессором откладывается текущая работа и по номеру прерывания он обращается в специальную область оперативной памяти, в которой расположен вектор прерываний. Вектором прерываний называют список адресной информации с фиксированной длиной записи. Каждая запись содержит в себе адрес программы, которая должна обслуживать прерывание с номером, совпадающим с номером записи.
• Определив адрес начала программы, которая обрабатывает возникшее прерывание, процессор переходит к ее исполнению. Простейшая программа обработки клавиатурного прерывания «защита» в микросхеме ПЗУ; программисты могут «подставлять» свою программу вместо нее, если изменят информацию в векторе прерываний [4, с. 71].
• Программой-обработчиком прерывания процессор направляется к порту клавиатуры, где он находит и загружает скан-код в свои регистры, затем под управлением обработчика определяет, какой код символа соответствует этому скан-коду.
• Затем полученный код символа отправляется обработчиком прерываний в небольшую область памяти, называемую буфером клавиатуры, и заканчивает свою работу, извещая процессор об этом.
• Процессор заканчивает обработку прерывания и возвращается к отложенной задаче [4, с. 71].
• Введенный символ сохраняется в буфере клавиатуры до тех пор, пока его не заберет оттуда программа, для которой он предназначен, например, текстовый процессор или текстовый редактор. Когда символы поступают в буфер чаще, чем забираются оттуда, происходит переполнение буфера. В данном случае ввод новых символов прекращается на определенное время. В данный момент при нажатии на клавишу слышится предупреждающий звуковой сигнал и не происходит ввода данных [4, с. 72].

Стандартная клавиатура содержит более 100 клавиш, которые функционально распределены по следующим группам [4, с. 72]:

• группа алфавитно-цифровых клавиш;
• группа функциональных клавиш;
• служебные клавиши;
• клавиши управления курсором;
• группа клавиш дополнительной панели.

Группа алфавитно-цифровых клавиш существует для ввода знаковой информации и команд, которые набираются по буквам (рис. 1). Каждая клавиша может работать в нескольких режимах (регистрах) и, таким образом, может применяться для ввода нескольких символов. Переключение между нижним регистром (при вводе строчных символов) и верхним регистром (для прописных символов) выполняется удерживанием клавиши SHIFT (нефиксированное переключение). Когда нужно жестко переключить регистр, применяют клавишу CAPS LOCK (фиксированное переключение). Если клавиатуру используют для ввода данных, то абзац закрывается нажатием клавиши ENTER [4, с. 72]. При этом ввод текста начинается автоматически с новой строки. Когда клавиатура применяется для ввода команд, клавишей ENTER завершается ввод команды и начинается ее исполнение. Нужно отметить, что для различных языков есть разные схемы закрепления символов национальных алфавитов за определенными алфавитно-цифровыми клавишами. Данные схемы называются раскладками клавиатуры. Переключение между разными раскладками клавиатуры выполняется программно – это одна из функций оперативной системы. При работе с любой оперативной системой способ переключения может быть установлен по справочной системе той программы, которой выполняется переключение. Для персональных компьютеров IBM PC типовыми являются раскладки QWERTY (английская) и ЙЦУКЕНГ (русская). Их принято именовать по символам, которые закреплены за первыми клавишами верхней строки алфавитной группы [4, с. 73].

Рисунок 1. Группы клавиш клавиатуры [4, с. 72]

В группу функциональных клавиш входят 12 клавиш (от F1 до F12), расположенных в верхней части клавиатуры. Функции, закрепленные за ними, зависят от свойств определенной программы, запущенной в данный момент, а иногда и от свойств операционной системы. Общепринятым для многих программ является соглашение о том, что клавишей F1 вызывается справочная система, в которой можно найти данные о действии остальных клавиш [4, с. 73].

Служебные клавиши расположены рядом с клавишами алфавитно-цифровой группы. Они наиболее часто применяются, поэтому имеют увеличенный размер. К ним относят: SHIFT и ENTER, ALT и CTRL (применяются в комбинациях с другими клавишами для формирования команд), ТAB (ввод позиций табуляции при наборе текста), ESC (отказ от выполнения последней команды), BAKSPACE (удаление последних введенных знаков). Также к служебным клавишам относятся PRINT SCREEN (печать текущего вида экрана на принтере или сохранение его в буфере обмена), SCROLL LOCK (переключение режима работы в некоторых программах), PAUSE / BREAK (приостановка/прерывание текущего процесса) [4, с. 73].

Две группы клавиш управления курсором находятся справа от алфавитно-цифровой панели. Курсор применяется при работе с программами, которыми выполняется ввод данных и команд с клавиатуры. Клавиши управления курсором дают возможность управлять позицией ввода. Четыре клавиши со стрелками производят смещение курсора в направлении, указанном стрелкой [4, с. 74]. Также к клавишам управления курсором относятся PAGE UP / PAGE DOWN (перевод курсора вверх или вниз на одну страницу; в графических операционных системах данными клавишами выполняется «прокрутка» содержимого в текущем окне), NOME / END (перевод курсора в начало или конец текущей строки; их действие модифицируется также регистровыми клавишами), INSERT (переключение режимов ввода данных; в современных программах действие этой клавиши может быть другим), DELETE (удаление знаков справа от положения курсора).

Группа клавиш дополнительной панели повторяет действие цифровых и некоторых знаковых клавиш главной панели. Чаще всего для применения данной группы клавиш нужно предварительно включить клавишу-переключатель NUM LOCK. Дополнительная клавиатура выполняет важную функцию ввода символов, которым известен расширенный код ASC 2 [3, с. 193].

Раньше применялись стандартные клавиатуры, имеющие 101/102 клавиши, но с развитием ПК производители стали развивать и основное устройство ввода данных. Это и привело к появлению мультимедийных клавиатур, которые сегодня становятся все более популярными. В них входят группы клавиш управления мультимедийными приложениями (к примеру, вызов и управление программами просмотров видео), клавиши управления громкостью системы, клавиши для быстрого вызова офисных приложений (Numbers, Pages, Keynote), калькулятора, Safari и т. д.

Клавиатуры различают по двум признакам: способ подключения и дизайн. Подключение клавиатуры к компьютеру может производиться через порт PS/2, USB, а также через ИК и BT порт для беспроводных клавиатур. В последнем методе подключения клавиатура нуждается в дополнительном источнике питания, например, в батарейках.

Специальные клавиатуры созданы для повышения эффективности процесса ввода информации. Этого достигают с помощью изменения формы клавиатуры, раскладки ее клавиш или путем подключения к системному блоку [4, с. 94].

Клавиатуры, обладающие специальной формой, рассчитанной с учетом требований эргономики, называются эргономичными клавиатурами [3, с. 192]. Их целесообразно использовать на рабочих местах, которые предназначены для ввода большого количества данных. Эргономичные клавиатуры не только повышают производительность наборщика и понижают общее утомление в течение рабочего дня, но и уменьшают вероятность и степень развития некоторых заболеваний. Раскладка клавиш стандартных клавиатур далека от оптимальной. Сегодня существует техническая возможность производства клавиатур с оптимальной раскладкой (клавиатура Дворака) [4, с. 95]. Но на практике внедрение клавиатур с нестандартной раскладкой находится под вопросом из-за того, что работе с ними необходимо специально учиться. Подобными клавиатурами оснащаются лишь специализированные рабочие места.

По методу подключения выделяются проводные и беспроводные клавиатуры. Передача данных в беспроводных системах происходит с помощью инфракрасного луча. Обычный радиус действия данных клавиатур составляет несколько метров. При этом клавиатура является источником сигнала [4, с. 95].

1.2 Мыши и другие указательные устройства

Манипуляторами осуществляется непосредственный ввод данных путем указания курсором на экране монитора команды или места ввода информации. Они применяются для облегчения управления компьютером. К манипуляторам относятся: компьютерные мыши, трекболы, тачпады, световое перо, графические планшеты, сенсорные экраны или тачскрины, джойстики [5, с. 144].

Мышь – это устройство управления манипуляторного типа. Перемещение мыши на плоской поверхности синхронизировано с перемещением указателя мыши – графического объекта на экране монитора (рис. 2).

Рисунок 2. Мышь [9]

Мышь не считается стандартным органом управления и персональные компьютеры не обладают выделенным портом для нее. Кроме того, для мыши нет и постоянного выделенного прерывания, а базовые средства ввода и вывода компьютера, которые размещены в постоянном запоминающем устройстве (ПЗУ), не имеют программных средств для обработки прерываний мыши. Из-за этого в первый момент после включения компьютера мышь не будет работает. Ей нужна поддержка специальной системной программы – драйвера мыши. Он устанавливается при первом подключении мыши или при установке операционной системы компьютера. При работе с мышью используется один из стандартных портов. Драйвер мыши предназначается для интерпретации сигналов, которые поступают через порт. Кроме того, он обеспечивает механизм передачи данных о положении мыши в операционной системе и работающих программах [4, с. 75].

Компьютером управляют с помощью перемещения мыши по плоскости и кратковременных нажатий правой и левой кнопок [3, с. 197]. Мышь не может напрямую применяться для ввода знаковой информации – принцип ее управления является событийным. Перемещение мыши и щелчки с кнопок считаются событиями с точки зрения программы-драйвера. Анализируя данные события, драйвер устанавливает, когда они произошли и в каком месте экрана в данный момент находится указатель. Эти данные передаются в прикладную программу, в которой работает пользователь в данное время. По ним программа определит команду, которую хотел задать пользователь, и приступает к выполнению. Комбинацией монитора и мыши обеспечивается наиболее своевременный тип интерфейса пользователя, называемый графическим. Пользователь видит на экране графические объекты и элементы управления, с помощью мыши меняются свойства данных объектов и приводятся в действие элементы управления компьютерной системы. Стандартные мыши могут иметь две или три кнопки, а также один вращающийся регулятор [4, с. 76].