Лекция 17. Устройства ввода-вывода

Периферийные устройства, подключаемые к системному блоку, весьма разно­образны. В этом разделе приводится краткий (и неполный, поскольку нельзя объять необъятное) обзор устройств с описанием назначения, возможностей и способов подключения.

Дисплей — основное устройство вывода текстовой, графической и видеоинфор­мации; подключается к выходному разъему графического адаптера. К компью­теру может быть подключено и более одного дисплея, что допускают современ­ные видеокарты с двумя интерфейсами. Можно также установить два графиче­ских адаптера (и подключить к ним по два дисплея). В качестве дисплея (ос­новного или дополнительного) может быть использован и обычный телевизор, если графический адаптер имеет соответствующий интерфейс (или есть специ­альный конвертор). Подробнее о дисплеях, графических адаптерах и их сопря­жении с телевизионной техникой см. главу 10.

Клавиатура — самое привычное устройство ввода символьной информации — подключается к специализированному интерфейсу системной платы или же шине USB. Принцип работы, устройство, аппаратный и программный интер­фейсы клавиатуры рассмотрены в 11.1. Здесь отметим, что клавиатура являет­ся самым быстрым устройством ввода текстовой информации и команд от пользователя. Кроме того, она может использоваться и необычным образом — например, с ее помощью можно управлять объектами в играх, а также испол­нять музыкальные произведения, если назначить ее примитивным MIDI-koh

троллером (см. 12.3). Клавиатур (при наличии USB) можно подключать не­сколько, но все потоки набираемых символов со всех клавиатур сольются в один поток.

Устройства хранения данных (внешняя память) в основном «прячутся» в сис­темном блоке. Компьютер общего назначения должен иметь как минимум один жесткий диск (винчестер) для основной работы. Для переноса информации не­большого объема используют (в настоящее время все реже и реже) дискеты (1,44 Мбайт) с соответствующим дисководом. В качестве удобных средств пе­реноса информации популярны устройства хранения на флэш-памяти с интер­фейсом USB (см. 9.10). Для установки современного ПО, а также исполнения ряда приложений (особенно игр), прослушивания музыки (аудио-CD и диски с файлами формата МРЗ), просмотра фильмов компьютер должен иметь при­вод CD или DVD (который читает и CD). Для выпуска собственной продук­ции, а также архивирования данных и копирования CD/DVD к компьютеру подключают CD/DVD-рекордер. Для архивирования и переноса больших объе­мов данных применяют магнитооптические диски, устройства ZIP, JAZ, стри­меры. Устройства хранения подключаются к шинам АТА (только внутренние), SATA, SCSI, SAS, USB, Fire Wire, а также к LPT-порту. Подробнее об этих уст­ройствах можно узнать в главе 9.

Устройство-указатель — мышь или трекбол (шар) — служит для позициониро­вания курсора на экране, а также подачи команд нажатием нескольких кнопок. Мышь подключается к специализированному интерфейсу системной платы, СОМ-порту или шине USB. Подробно мыши рассмотрены в 11.2. В блокнотных ПК вместо мыши используют сенсорную панель, чувствительную к прикосно­вению. Как правило, к компьютеру подключают лишь одну мышь (и указатель тоже один), но при желании можно подключить несколько устройств-указате­лей, возможно, и разных типов. Все они будут управлять одним курсором.

Принтеры и плоттеры — устройства вывода текстовой и графической инфор­мации на «твердые» носители (бумагу, пленку). Эти устройства подключаются к LPT-порту, к СОМ-порту или к шине USB, и подробно описаны в 11.5. Со­временные принтеры в графическом режиме обеспечивают высокую геометри­ческую точность вывода изображений, ими можно пользоваться, например, для создания фотошаблонов печатных плат или шаблонов раскроя материалов. Это, естественно, относится и к плоттерам.

Дигитайзер (планшет) — устройство для оцифровки изображений или рисова­ния (см. 11.3). В этих устройствах лист изображения закрепляется на специ­альном планшете, и, подводя специальный указатель (в виде пера или «оптиче­ского прицела») к элементам изображения, по нажатии кнопки в компьютер вводят точные координаты элемента. Дигитайзеры большого размера служат, например, для ввода чертежей (формата A3 и более). Малогабаритные дигитай­зеры (например, формата А4) с указателем-пером используются художника­ми-оформителями — с их помощью можно рисовать привычными движениями (рисовать мышью или трекболом очень неудобно). Дигитайзеры являются век­торными устройствами ввода, подключаются к СОМ-порту или USB. Дигитай

зер можно применять и как устройство-указатель, но не наоборот: мышь сооб­щает только приращения координат, а дигитайзер — абсолютные координаты.

Сканеры — растровые устройства ввода графической информации. Сканеры бывают различных конструкций (см. 11.4). Наиболее широко распространены планшетные сканеры, в которых лист с вводимым изображением укладывается на прозрачный стол, а под столом проезжает каретка со считывающим устрой­ством. Планшетные сканеры являются высокоточными (в смысле геометрии) устройствами ввода; дорогие сканеры обеспечивают и точную цветопереда­чу. Более дешевые сканеры — ручные, в них отсутствуют стол и привод. Поль­зователь прокатывает считывающий блок по изображению, при этом точность ввода, естественно, страдает. Сканеры-ручки предназначены для построчного ввода текста. Сканеры подключаются через LPT-порт либо через шину SCSI или USB.

Графическое изображение текста, введенное со сканера, может быть преобразо­вано в символьный формат с помощью программ распознавания текста (Optical Character Recognizer, OCR). Современные программы на современных компью­терах позволяют выполнять эти преобразования быстро и довольно верно, ав­томатически выделяя текст в возможном окружении графических рисунков, выявляя таблицы и другие элементы оформления. Символьное хранение тек­стов гораздо компактнее и информативнее графического. Текст может распо­знаваться при разном начертании букв, вплоть до рукописных, но для этого программа распознавания должна быть достаточно совершенна и самообучае­ма. Еще несколько лет назад ввод текста гораздо быстрее и качественнее выпол­няла квалифицированная машинистка, но сейчас ситуация уже иная. Есть ска­неры -ручки, которые сами распознают текст и до передачи в компьютер могут хранить введенный текст во внутренней флэш-памяти. Есть и универсальные «ручки», позволяющие вводить не только готовый текст сканированием, но и текст, тут же записываемый этой самой ручкой; кроме того, возможен ввод фо­тоизображений и даже видео — правда, с невысокой частотой смены кадров. Подобные ручки связываются с компьютером по беспроводной связи Bluetooth.

К сканерам относятся и устройства считывания штрих-кодов. Поскольку вы­ходные данные — не очень длинный набор цифр, для подключения этих уст­ройств может использоваться обычный СОМ-порт. Применение модема позво­ляет при необходимости значительно отдалить сканер от компьютера.

К растровым устройствам ввода относятся и цифровые фотокамеры, как прави­ло, подключаемые к USB (реже — к Fire Wire). В отличие от сканера, вводящего изображение с плоского оригинала, фотокамеры вводят объемное изображение, «видимое» через объектив.

Мультимедийные устройства — это устройства общения компьютера с челове­ком через разные среды (multi media — множество сред). Поскольку основная информация воспринимается зрительно, главным устройством вывода являет­ся дисплей. Помимо текста и графики на дисплей мультимедийного компьюте­ра может выводиться видеоизображение — воспроизводиться видеозапись (с CD и DVD), приниматься поток видеоданных по сети (видеоконференц-связь), воспроизводиться «живое» видео от внешних источников сигнала (камеры, телеприемника, видеомагнитофона). Для этого от дисплея дополнительных способностей (кроме общего качества) практически не требуется. Воспроизво­дить поток сжатых видеоданных (для проигрывания фильмов и обслуживания телеконференций) может практически любой дисплейный адаптер современно­го компьютера, но дополнительные аппаратные средства ускорения декодиро­вания и масштабирования позволят улучшить качество при снижении загрузки центрального процессора. Для работы с источниками видеосигнала требуются специальные аппаратные средства (видеобластер), позволяющие выводить ви­део в окно экрана, захватывать отдельные кадры для сохранения и обработки и даже захватывать поток кадров «живого» видео.

Для ввода-вывода видеопотока («живого» видео) используются различные ин­терфейсы: аналоговые (Composite Video или S-Video) и цифровые (USB, Fire-Wire). Для компьютеров выпускают карты телевизионных приемников (тюне­ров), способных принимать телепрограммы одного или нескольких стандартов вещания. Тюнер может входить и в состав графической карты — такой «ком­байн» приобретает богатые функциональные возможности. Например, можно выводить в отдельные окна сигналы нескольких каналов (правда, не полнодви­жущиеся, поскольку приемник один и его можно лишь переключать с канала на канал, запоминая картинку). Полезным свойством графической карты является выход на телевизионный приемник (монитор) — с его помощью можно выво­дить изображение на большой экран и даже на несколько экранов, что удобно на презентациях и тому подобных мероприятиях. К графическому адаптеру мо­гут подключаться и специальные проекционные аппараты, выводящие изобра­жение на большой экран. Относящаяся к видео часть мультимедийного компью­тера рассмотрена в главе 10.

Неотъемлемой частью мультимедийного компьютера является аудиосистема (см. главу 12), которая может быть картой расширения (звуковая карта ISA или PCI) или встраиваться в системную плату (интегрированный звук). Современ­ные звуковые карты имеют аудиокодек — средство цифровой записи и воспро­изведения аудиосигналов, обеспечивающее качество на уровне аудио-CD и выше. Кодек позволяет озвучивать приложения (звук в играх), проигрывать звуковые файлы с различными форматами данных, записывать (оцифровывать) внешние аудиосигналы (можно, например, переписывать грампластинки в цифровой формат), организовывать голосовую связь по сети и выполнять ряд других опе­раций. Кодек совместно с программными средствами позволяет синтезировать и распознавать речь. Текст (например, из файла) может проговариваться ком­пьютером, причем «диктором» можно управлять — подобрать приятный голос, темп, попросить подождать и повторить и т. п. Распознавание речи позволяет подавать команды голосом. Очень эффективен компьютер для обучения язы­кам. Карта обычно имеет синтезатор, с помощью которого можно проигрывать MIDI-файлы, исполнять MIDI-команды с внешнего порта и просто играть на клавиатуре (обычной компьютерной или виртуальной, нарисованной на экра­не). Звуковая карта имеет микшер, позволяющий смешивать сигналы от раз­ных источников — от кодека, микрофона, аудиовыхода привода CD/DVD, ли­нейного входа, синтезатора. К карте подключают стереонаушники, колонки,

внешние усилители с акустическими системами. При этом можно использовать разные схемы расположения акустики: от обычной стереофонической (и моно­фонической, конечно, тоже) до объемной, вплоть до 6- или 8-колоночной схемы Dolby Digital AC-3. Внешние интерфейсы аудиосистемы постепенно мигриру­ют от традиционных аналоговых к цифровым. Аудиосистема ПК может обхо­диться и без специальных аппаратных средств — звуковые устройства (микро­фон, акустические системы) подключаются к компьютеру по шине USB или FireWire, а все операции с цифровыми аудиоданными выполняются чисто про­граммно — современные компьютеры на это уже вполне способны.

Для мультимедийных применений требуются средства хранения данных, кото­рыми, как правило, являются приводы CD/DVD. Хранить мультимедийные данные только на винчестере слишком накладно — даже сжатые данные, осо­бенно видео, занимают много места. Исключение составляют разве что MIDI-файлы — этот формат позволяет небольшое музыкальное (но чисто инструмен­тальное!) произведение уместить на обычной дискете.

Итак, мультимедийный компьютер должен иметь, как минимум, графический адаптер, звуковую карту (или интегрированный звук) и привод CD/DVD. По­мимо этого минимума возможны игровые «излишества». С самого своего появ­ления персональные компьютеры в значительной степени были ориентированы на игры, что в первую очередь отражается на стремительном прогрессе графи­ческих средств. На данном этапе «игровой» ПК должен иметь графический адаптер с ЗО-ускорителем — современные игры на простых картах если и рабо­тают, то не так эффектно. Помимо трехмерного изображения игры производят и «трехмерный» звук, правда, не так убедительно, как графику. Для трехмерно­го звука в аудиосистему добавляют специальные средства, программные и ап­паратные. К изображению и звуку для игр требуется и более «объемные» сред­ства ввода. С первых моделей PC к ним можно подключить джойстик или иное устройство аналогового ввода, для чего предназначен игровой порт (GAME-порт, см. 11.6). Эти устройства (например, руль и педали автомобиля) создают у игрока реальные ощущения управления каким-либо игровым объектом. С по­мощью этих устройств «играют» и в серьезные игры — компьютер легко пре­вратить в тренажер для обучения вождению автомобиля или самолета. Для большего реализма в эти устройства можно вводить и сигналы обратной связи, позволяющие физически (тактильно) прочувствовать поведение объекта в раз­ных ситуациях. Современные игровые манипуляторы, особенно с механической обратной связью, подключают к шине USB.

И наконец, для полного отрыва от реальной действительности появились шле­мы виртуальной реальности — комбинированные аудиовидеосистемы. В отли­чие от обычного монитора, эти шлемы выводят изображения раздельно для каж­дого глаза, что обеспечивает объемное восприятие трехмерного изображения. Изображения формируются малогабаритными жидкокристаллическими дис­плеями. Шлем подключается к выходу графического адаптера, который про­граммно заставляют поочередно выводить изображения для левого и правого глаз, а также к аудиовыходу. Существуют и более простые средства стереоско­пического зрения — стереоочки с оптическими затворами, поочередно открываемыми синхронно со сменой кадров графического адаптера. Через эти очки смотрят на обычный дисплей, который опять-таки выводит чередующиеся кад­ры. Однако такие очки хотя и дают объемное восприятие, сильно утомляют гла­за. Существуют системы стерёопоказа и с пассивными очками (неуправляемы­ми), но они требуют более сложных устройств вывода.

Коммуникационные устройства позволяют связывать компьютеры между со­бой и с «внешним миром» — например, с Интернетом. Цели связи: обмен дан­ными, использование общих информационных ресурсов, общей периферии, об­щей внешней памяти, совместная работа над общим проектом, совместные игры. К коммуникационным устройствам относят модемы и адаптеры локаль­ных сетей. Модем позволяет связываться с другими компьютерами и сетями по телефонной сети общего пользования или по специальным выделенным лини­ям. Модем в ПК может выполнять множество функций: пересылать данные (в том числе получать все услуги Интернета, включая интернет-телефонию и видеосвязь), принимать и передавать факсы, работать как автоответчик, теле­фонный секретарь и др. Модемы устанавливаются в слоты расширения (ISA, PCI, PC-Card) или подключаются внешне, к СОМ-, к LPT-порту или к шине USB. Адаптеры локальных сетей, проводных и беспроводных, позволяют обме­ниваться данными с гораздо более высокими скоростями, но на меньших рас­стояниях (в пределах здания). Локальные сети используют для совместного доступа нескольких ПК к общей периферии (принтеры, плоттеры, устройства хранения данных), обеспечения связи для клиент-серверных приложений, ком­муникаций между пользователями (включая сетевые игры). Более подробные сведения о сетях приведены в [4], а в главе 13 рассматриваются вопросы теле­коммуникаций, непосредственно связанные с самим компьютером.

Электронные ключи — устройства, с помощью которых возможно ограничение незаконного распространения (тиражирования) ПО. Разработчики ПО, отстаи­вая свои законные права на получение вознаграждения за свой труд, предпри­нимают ряд мер, препятствующих бесконтрольному тиражированию их про­дукции. Эти меры могут быть как организационными (необходимость ввода ключа — последовательности символов, который можно получить «только» у за­конного продавца, требование соблюдения лицензионных соглашений и т. п.), так и техническими. Несостоятельность организационных мер пояснять не тре­буется. Технические меры могут быть двоякими — защита от копирования или применение электронных ключей. Как известно, любую защиту от копирования (будь то нестандартный формат ключевой дискеты или CD-ROM) можно «рас­колоть», поскольку она проверяется и создается теми рке самыми программны­ми средствами, которые доступны и взломщику. Электронные ключи представ­ляют собой устройства, без подключения которых к компьютеру защищаемое приложение работать не будет. Конечно, и здесь возможен взлом, но его вероят­ность зависит от сложности ключа и системы привязки. Первые системы были довольно простыми, и зачастую в приложении можно было найти и «выкусить» кусок кода, проверяющего присутствие ключа (так, например, «ломали» пакет p-CAD, предназначенный для разводки печатных плат). Более сложные ключи внутри себя содержат некий «фрагмент кода», используемый в работе приложе­ния. «Выкусить» его из приложения, не имея исходных кодов программы, очень трудно, а снять копию с ключа может быть и технически невозмож­но. Есть, например, устройства энергонезависимой памяти (см. 8.5), которые не позволяют считать свое содержимое, но могут дать только результат сравне­ния — совпал приложенный ключ (многобитный) с записанным образцом или нет. При большой длине ключа (и небыстром обмене с такой памятью) перебор вариантов просто не завершится при жизни взломщика. Электронные ключи подключают к портам (СОМ или LPT) или шине USB; сетевые приложения могут использовать и сетевые ключи — ключ должен быть подключен к одному из компьютеров локальной сети, на котором работает приложение (так, например, защищается популярный бухгалтерский пакет фирмы 1С). Конечный пользова­тель приобретает ключ у продавца защищаемого программного продукта. У производителя ключи («болванки») приобретают разработчики программно­го обеспечения, и именно они привязывают ключи к своей продукции. Говоря о ключах, вспомним о привязке ПО к конкретному компьютеру — этот метод защиты одно время использовался для недорогих продуктов. Суть его заключа­ется в записи ключевой информации в какую-либо скрытую область энергоне­зависимой памяти компьютера — CMOS (см. 4.6) или на жесткий диск либо в привязке продукта к серийному номеру какого-либо компонента (процессора, винчестера и т. п.). Конечно же, защита условна — зная скрытые, но доступные места хранения информации, скопировать ключ большого труда не составит. Этот способ некорректен, поскольку при обслуживании компьютера, модерни­зации (замене ключевого элемента), ремонте и в других ситуациях пользова­тель может лишиться законного права на использование продукта (к этому мо­менту поставщик «защищенного» ПО может уже стать недоступным). Кроме того, две разные программы могут писать свой ключ в одно и то же место — вы­живает последняя устанавливаемая. Электронные ключи этих недостатков не имеют — они не копируемы, но переносимы и зачастую «прозрачны»: ключ для СОМ- или LPT-порта является проходным, через него к порту может быть под­ключено обычное периферийное устройство или еще один ключ. На компьюте­ре, где работают множество защищенных пакетов, можно увидеть целые гир­лянды ключей. Конечно же, сложность (и связанная с ней стоимость) ключа должна соответствовать защищаемому продукту — смешно ставить противо­угонное устройство за 500 долларов на детский велосипед (иногда и без педа­лей).

В системах, связанных с защитой данных от несанкционированного доступа, применяют различные средства аутентификации (подтверждения личности) пользователя. Когда простейших административных средств (введение имени и пароля) оказывается недостаточно, применяют, например, биометрические дат­чики. Эти датчики анализируют какие-либо неизменяемые (неподделываемые) признаки. Существуют, например, устройства, считывающие дактилоскопиче­ские отцечатки, для чего достаточно лишь приложить палец к специальной площадке. Такие устройства подключаются, как правило, к обычным интерфей­сам (СОМ-порт, USB).

Для промышленных и инструментальных компьютеров периферия (подклю­чаемые объекты управления и наблюдения) содержит аналоговые и дискретные датчики и исполнительные устройства. Для их подключения выпускают различные карты сопряжения (и отдельные устройства внешнего исполнения), со­держащие аналого-цифровые и цифроаналоговые преобразователи, порты вво­да и вывода дискретных сигналов с различными параметрами. С помощью этих устройств и надлежащего программного обеспечения компьютер можно нау­чить всему чему угодно — от медицинской диагностики до управления военной и космической техникой.

Поиск по сайту: