К компьютеру можно подключать дополнительные устройства.

Устройства вывода компьютера

Устройства ввода компьютера

	Это — микрофон. C микрофона компьютер вводит звук в свою память. Микрофон — это устройство ввода .
	Это — сканер. Сканер позволяет компьютеру вводить тексты и рисунки с бумаги в свою память. Сканер — это устройство ввода .
	Это — джойстик. Джойстик — устройство ввода команд, хорошо знакомое любителям компьютерных игр. Джойстиком удобно управлять героями игр на экране компьютера.

Устройства ввода и вывода

Информацию можно вводить в компьютер с лазерного диска . И наоборот, записывать на диск. Ввод и вывод информации с диска компьютер выполняет при помощи дисковода .

Это — флеш-накопитель (или просто флешка):

Флешку легко вставить в разъём компьютера:

У флешки есть память, из которой компьютер может вводить информацию. На память флешки компьютер может выводить информацию.

Флешка — это устройство ввода и вывода .

А память флешки — это устройство хранения информации :

К компьютеру можно подключить станок на заводе. И тогда производство продукта происходит без участия человека.

Станок — это тоже устройство ввода и вывода .

Из компьютера в станок поступают команды (выводятся из компьютера).

В компьютер поступает информация о ходе работы станка (вводится в компьютер).

Ниже на рисунке показан вышивальный станок, которым управляет компьютер.

Фотокамера Видеокамера

Фотокамера и видеокамера имеют внутри карту памяти для хранения отснятого материала. Компьютер может вводить информацию с карты памяти такого устройства и, наоборот, записывать информацию на карту памяти (выводить ). Получается, что фотокамера и видеокамера для компьютера — это устройства ввода и вывода . А память камеры — это устройство хранения информации .

Устройством ввода и вывода для компьютера является и мобильный телефон:

• Устройство вывода — на него информация выводится из компьютера (монитор, принтер, колонки, наушники).
• Устройство ввода — с него информация вводится в компьютер (мышь, клавиатура, микрофон, сканер, джойстик).
• Устройство ввода и вывода — на него информация выводится и с него информация вводится (дисковод, флешка, фотокамера, видеокамера, телефон, станок с компьютерным управлением).

После введения пользователем исходных данных компьютер должен их обработать в соответствии с имеющейся программой и вывести полученные результаты для восприятия их оператором или для использования автоматическими устройствами. Выводимая информация может отображаться на экране монитора, печататься на бумаге (с помощью принтера или плоттера), воспроизводиться в виде звуков (с помощью акустических колонок или головных телефонов), регистрироваться в виде тактильных ощущений (технология виртуальной реальности), распространяться в виде управляющих сигналов (устройства автоматики), передаваться в виде электрических сигналов по сети.

Наиболее распространенными устройствами вывода информации являются мониторы (дисплеи) . Подавляющее большинство мониторов для формирования изображения используют электронно-лучевые трубки (ЭЛТ) или жидкокристаллические матрицы. Причем в настоящее время происходит постепенное вытеснение мониторов с ЭЛТ мониторами, использующими жидкие кристаллы.

Существуют мониторы, основанные на других физических принципах: плазменные, люминесцентные и др.

Например, мониторы, изготовленные по технологии FED (Field Emission Display) базируются на эффекте создания эмиссии по всей поверхности экрана. В отличие от ЭЛТ источником электронов является не отдельная точка (электронная пушка), а целая излучающая поверхность. Облучение производится через маску, в которой число отверстий равно числу пикселей. За счет такой конструкции удается получить яркость изображения такую же, как у мониторов с ЭЛТ, а габариты (толщину) - как у жидкокристаллических мониторов.

Перспективной считается новая технология изготовления мониторов — OLED (Organic Light Emitting Diodes). Их конструкция основана на использовании органических светоизлучающих диодов.

Принтеры , в зависимости от порядка формирования изображения, подразделяются на последовательные, строчные и страничные. Принадлежность принтера к той или иной группе зависит от того, формирует ли он на бумаге символ за символом или сразу всю строку, а то и целую страницу.

По физическому принципу действия принтеры делятся на следующие типы: термографические, лепестковые (ромашковые), матричные (игольчатые), струйные и лазерные.

Конструкция первых двух типов принтеров морально устарела, и они практически уже не используются.

В матричных принтерах изображение формируется из точек ударами иголок по красящей ленте. Под действием управляющих сигналов, поступающих на электромагниты, иголки «выколачивают» краску из ленты, оставляя следы на бумаге. В зависимости от конструкции печатающая головка матричного принтера может иметь 9, 18 или 24 иголки. Все символы формируются из отдельных точек.

Печатающие головки струйных принтеров вместо иголок содержат тонкие трубочки — сопла, через которые на бумагу выбрасываются капельки чернил. Печатающая головка струйного принтера содержит от 12 до 64 сопел, диаметры которых тоньше человеческого волоса.

Известно несколько принципов действия струйных печатающих головок.

В одной из конструкций на входном конце каждого сопла расположен маленький резервуар с чернилами. Позади резервуара располагается нагреватель (тонкопленочный резистор). Когда резистор нагревается проходящим по нему током до температуры 500°С, окружающие его чернила закипают, образуя пузырек пара. Этот расширяющийся пузырек выталкивает из сопла капли чернил диаметром 50...85 мкм со скоростью около 700 км/ч.

В другой конструкции печатающей головки источником давления служит мембрана, приводимая в движение пьезоэлектрическим элементом. Подача электрического напряжения на пьезоэлемент вызывает его деформацию, которая используется для распыления чернил.

Во всех конструкциях принтеров электромеханические устройства перемещают печатающие головки и бумагу таким образом, чтобы печать происходила в нужном месте.

В лазерных принтерах используется электрографический принцип создания изображения. Процесс печати включает в себя формирование невидимого рельефа электростатического потенциала в слое полупроводника с последующей его визуализацией. Визуализация (проявление) осуществляется с помощью частиц сухого порошка - тонера, наносимого на бумагу. Тонер представляет собой кусочки железа, покрытые пластиком. Наиболее важными частями лазерного принтера являются полупроводниковый барабан, лазер и прецизионная оптико-механическая система, перемещающая луч (рис. 10.5).

Лазер генерирует тонкий световой луч, который, отражаясь от вращающегося зеркала, формирует электронное изображение на светочувствительном полупроводниковом барабане.

Поверхности барабана предварительно сообщается некоторый статический заряд. Для создания электростатического заряда используется сетка или тонкий провод. При подаче на провод высокого напряжения возникает коронный разряд, в результате которого вокруг провода появляется светящаяся ионизированная область пространства. За счет коронного разряда поверхность барабана равномерно заряжается. Для получения изображения на барабане лазер должен включаться и выключаться в соответствии с формируемым изображением, что обеспечивается схемой управления. Управляющие сигналы поступают из ЭВМ в соответствии с хранящимся в памяти изображением. Вращающееся зеркало служит для разворота луча лазера в строку, формируемую на поверхности барабана.

Когда луч лазера попадает на предварительно заряженный барабан, заряд «стекает» с освещенной поверхности. Таким образом, освещаемые и неосвещаемые лазером участки барабана имеют разный заряд. В результате сканирования всей поверхности полупроводникового барабана на нем создается скрытое (электронное, не видимое для человека) изображение.

Поворот барабана на новую строку осуществляет прецизионный шаговый двигатель. Это смещение определяет разрешающую способность принтера и может составлять, например, 1/300, 1/600 или 1/1200 дюйма. Процесс развертки изображения на барабане во многом напоминает построение изображения на экране монитора (создание растра).

Рис. 10.5. Процесс печати лазерного принтера

На следующем этапе работы принтера происходит проявление изображения, т. е. превращение скрытого электронного изображения в видимое. При проявлении изображения используется следующее физическое явление: заряженные частицы тонера притягиваются только к тем местам барабана, которые имеют противоположный заряд по отношению к заряду тонера.

Когда видимое изображение на барабане построено и он покрыт тонером в соответствии с оригиналом, подаваемый лист бумаги заряжается таким образом, что тонер с барабана притягивается к бумаге. Прилипший порошок закрепляется на бумаге за счет нагрева частиц тонера до температуры плавления. В результате этого формируется водоупорный отпечаток. Цветные лазерные принтеры формируют изображение, последовательно накладывая голубой, пурпурный, желтый и черный тонеры на фоточувствительный барабан.

В четырехпроходном цветном принтере скорость печати существенно меньше, чем у черно-белого принтера. В однопроходном цветном принтере четыре картриджа с тонером установлены в одной плоскости друг за другом, каждый рядом со своим бараном. Все цвета наносятся за один проход вместо четырех, поэтому скорость формирования изображения повышается.

Кроме лазерных принтеров, существуют так называемые LED-принтеры (Light Emitting Diode), которые получили свое название из-за того, что полупроводниковый лазер в них заменен «гребенкой» (линейкой) светодиодов. В этом случае не нужна сложная механическая система вращения зеркала. Изображение одной строки на полупроводниковом барабане формируется одновременно.

В табл. 10.1. приведены характеристики принтеров различной конструкции.

Таблица 10.1. Характеристики принтеров

Плоттеры (или графопостроители) - устройства вывода графической информации, которые используются при оформлении больших плакатов, чертежей, географических карт, эскизов печатных плат, диаграмм, гистограмм.

Работа плоттера основана на механических и немеханических способах вывода графической информации. При механическом способе применяются карандаши, перья с чернилами. Аналогично принтерам в немеханических графопостроителях применяются термический, матричный, струйный и лазерный способы печати.

В качестве устройств, способных выполнять функции ввода и вывода информации, могут использоваться коммуникационные адаптеры . С их помощью осуществляют связь между ЭВМ по телефонной линии. Поскольку пока еще телефонные сети работают чаще не с цифровыми, а с аналоговыми электрическими сигналами звукового диапазона, необходимо преобразовать цифровые сигналы, поступающие от ЭВМ, в аналоговые сигналы и передать их в телефонную сеть. На другом конце телефонной линии необходимо осуществить обратное преобразование. Эти преобразования выполняются специальным устройством — модемом (от слов МОдулятор — ДЕМодулятор).

Модем выполняется либо в виде внешнего устройства, которое одним выходом подсоединяется к телефонной линии, а другим — к стандартному порту компьютера, либо в виде обыкновенной платы (карты), которая устанавливается на системную шину компьютера (внутренний модем).

Вывод звуковой информации осуществляется с помощью акустических колонок и головных телефонов (рис. 10.6), которые подключаются через специальный адаптер (контроллер, звуковую плату).

Рис. 10.6. Наушники

Существует несколько способов воспроизведения звуков (в частности, музыкальных произведений). Частотный способ (FM-синтез) воспроизведения звука основан на имитации звука реальных инструментов, а табличный способ (wave-table-синтез) оперирует записанными в памяти звуками реальных инструментов.

Частотный синтез основывается на том, что для получения какого-либо звука используются математические формулы (модели), которые описывают спектр частот конкретного музыкального инструмента. Звуки, получаемые по этой технологии, характеризуются металлическим оттенком.

Волновой синтез основан на использовании цифровой записи реальных инструментов, так называемых семплов (samples). Семплы - это образцы звучания различных реальных инструментов, хранящиеся в памяти звуковой карты. При воспроизведении звуков по технологии волнового синтеза пользователь слышит звуки реальных инструментов, поэтому создаваемая звуковая картина ближе к естественному звучанию инструментов.

Семплы могут храниться двумя способами: либо постоянно в находиться ПЗУ, либо загружаться в оперативную память звуковой карты перед их использованием. Существует большой набор разнообразных семплов, что позволяет формировать практически бесконечное разнообразие звуков.

Дисплей (монитор) является наиболее популярным устройством вывода информации. Существуют монохромные (черно-белые) и цветные дисплеи . Вначале рассмотрим принцип действия черно-белых мониторов.

Рис. 10.7. Электронно-лучевая трубка

Основным узлом дисплея является электронно-лучевая трубка (ЭЛТ) . Порой для обозначения ЭЛТ используют аббревиатуру CRT — Cathode Ray Tube. Одна из возможных конструкций ЭЛТ показана на рис. 10.7.

Перечислим основные детали, из которых состоит ЭЛТ: катод, анод, модулятор, горизонтальные отклоняющие пластины, вертикальные отклоняющие пластины, экран, колба.

Катод, анод и модулятор образуют электронный прожектор, который иногда называют электронной пушкой. Горизонтальные и вертикальные отклоняющие пластины образуют отклоняющую систему. Такая отклоняющая система называется электростатической. Существуют магнитные отклоняющие системы, в которых для изменения траектории движения электронного потока вместо пластин используют катушки.

В ЭЛТ используется поток электронов, сфокусированных в узкий пучок, управляемый по интенсивности и по положению в пространстве и взаимодействующий с экраном трубки. Электронный пучок испускается электронным прожектором (точнее, катодом), а изменение положения пучка на экране производится отклоняющей системой.

Перемещение электронного луча по экрану ЭЛТ в соответствии с определенным законом называется разверткой, а рисунок, прочерченный следом пучка электронов на экране, — растром. Развертка осуществляется подачей на отклоняющую систему ЭЛТ периодически изменяющихся напряжений. В ходе развертки электронный пучок последовательно обегает по строчкам поверхность экрана ЭЛТ.

В процессе формирования растра поток электронов движется по зигзагообразной траектории от левого верхнего угла экрана к нижнему правому углу. На рис. 10.8 сплошными линиями показан растр, штриховыми — траектория движения электронного луча, на которой он «гасится» (делается невидимым).

Рис. 10.8. Растр и траектория движения электронного луча

Экран покрыт люминофором, поэтому в местах падения электронного пучка появляется свечение, яркость которого пропорциональна интенсивности пучка. Интенсивность потока электронов изменяется в соответствии с сигналами, подаваемыми на управляющий электрод - модулятор. Именно эти сигналы формируют необходимое изображение на экране дисплея.

Рис. 10.9. Изображение буквы «И»

На рис. 10.9 показано в большом масштабе изображение буквы «И». В данном случае для ее изображения потребовалось восемь строк растра. На рис. 10.10. показаны временные диаграммы для управляющих сигналов, подаваемых на модулятор. Высокий потенциал соответствует белым участкам экрана, низкий - черным. С помощью отклоняющей системы модулированный пучок электронов развертывается в растр, высвечивая на экране строку за строкой, воспроизводя таким образом изображение кадр за кадром. Благодаря инерционности зрения человек видит на экране слитное, часто динамическое, изображение.

Рис. 10.10. Временные диаграммы для управляющих сигналов

Любое изображение на экране монитора состоит из множества дискретных точек, называемых пикселями (pixel — picture element).

Дисплей взаимодействует со своим адаптером, который может также называться видеокартой, видеоадаптером или контроллером. Дисплей и адаптер очень тесно связаны между собой и совместно определяют качество изображения — разрешение, количество воспроизводимых цветов, скорость регенерации (число кадров в единицу времени).

Разрешение зависит от размеров экрана и минимального элемента изображения (так называемого «зерна», равного для лучших мониторов 0,24...0,28 мм). Для 14-дюймовых мониторов разрешение обычно не более 800×600 элементарных точек (пикселей), для 15-дюймовых — 1024×768, для 21-дюймовых — 1280×1024 точек.

Способность адаптера выводить на экран монитора изображение с заданным разрешением и глубиной цвета (т. е. числом цветовых оттенков) определяется объемом установленной оперативной памяти на плате адаптера. Для отображения 16,7 млн оттенков цветов (24 бита на пиксель) нужно установить в адаптер не менее 1,37 Мбайт памяти при разрешении 800×600 элементарных точек, 3,75 Мбайт при разрешении 1280×1024 и 5,49 Мбайт при разрешении 1600×1200.

Для комфортного восприятия изображения, без утомляющего зрения мерцания, нужны достаточно высокие частоты кадровой развертки (рекомендуется не менее 85 Гц).

Принцип работы цветного монитора сходен с принципом действия монохромного монитора, однако конструкция цветного монитора существенно сложнее. Цветной дисплей содержит три электронные пушки с отдельными схемами управления. Экран выполняется в виде мозаичной структуры (прямоугольной матрицы), состоящей из зерен люминофора трех цветов свечения: красного (Red), зеленого (Green) и синего (Blue). Зерна расположены тройками (триадами) так, чтобы электроны каждой из трех пушек попадали только на зерна «своего» цвета. Для обеспечения этого на пути движения электронов устанавливают маски.

Принцип действия цветного дисплея базируется на физиологической особенности зрения человека. Так, при одинаковой интенсивности свечения трех разноцветных маленьких соседних зерен этот участок экрана воспринимается как белая точка. Свечение соседних красного и зеленого зерен воспринимается как желтая точка, а свечение синего и зеленого зерен дает голубую точку и т. д. Изменяя интенсивность свечения трех основных цветов (RGB), можно получить любой цвет или оттенок. Такой способ получения любых цветов является одной из систем цветопередачи и назван RGB-системой (по первым буквам соответствующих английских слов).

Жидкокристаллические мониторы (ЖКМ) обладают следующими достоинствами: малая потребляемая мощность (в 2-3 раза меньше, чем у ЭЛТ), отсутствие рентгеновского излучения, статической электризации, геометрических искажений. У ЖКМ малый вес и габариты: толщина монитора не превышает 5…6 см. Недостатками ЖКМ являются ограниченный угол обзора, меньшие, чем у ЭЛТ, контрастность и глубина цвета, существенная неравномерность яркости в различных местах экрана. У ЖКМ наблюдается большой процент брака при их производстве (наличие «мертвых» пикселей). В настоящее время это считается основной причиной более высокой стоимости ЖКМ по сравнению с мониторами на ЭЛТ.

В электронно-лучевых трубках люминофор размещается в определенных точках экрана, образуя матрицу. Поток электронов направляется в эти точки с помощью непрерывных (аналоговых) управляющих сигналов, поступающих на отклоняющую систему. Электронный луч последовательно строчка за строчкой «обегает» все точки (пиксели) экрана и поочередно изменяет интенсивность их свечения.

Полное изображение на экране ЭЛТ, полученное с участием всех пикселей, называется кадром. Чтобы получить иллюзию движущегося изображения, очередные кадры должны быстро сменять друг друга (не менее чем 25…30 раз в 1 с). В ЭЛТ за время движения электронного луча от начала кадра до его конца свечение первых возбужденных элементов матрицы (люминофора) успевает несколько ослабнуть. Для уменьшения мерцания экрана приходится увеличивать частоту смены (обновления) очередных кадров (говорят: увеличивать частоту кадровой развертки). Частота кадровой развертки ЭЛТ должна быть не менее 85 Гц.

Принцип действия жидкокристаллического монитора существенно отличается от принципа действия монитора с ЭЛТ. В ЖКМ используется физический эффект изменения пространственного положения молекул кристаллов под действием электрического поля. Так же, как в ЭЛТ, в ЖКМ изображение формируется из большого числа точек (пикселей), которые образуют прямоугольную матрицу. Однако в жидкокристаллической матрице управление процессом формирования изображения идет цифровым способом. В ЖКМ одновременно изменяется свечение всех элементов целой строки матрицы (экрана). Мерцание ЖКМ принципиально меньше, чем дисплеев с ЭЛТ, так как при формировании изображения обновляются только изменяющиеся пиксели. Изображение статических картинок не требует обновления, поэтому в этих случаях мерцаний экрана ЖКМ совсем нет. Матрица ЖКМ (Liquid Crystal Display, LCD) сделана из вещества, находящегося в жидком агрегатном состоянии, но обладающего свойствами кристаллов. Под действием электрического поля жидкие кристаллы изменяют свою пространственную ориентацию (поворачиваются) и этим варьируют интенсивность проходящего света.

Рис. 10.11. Многослойная конструкция монитора

Монитор представляет собой многослойную конструкцию (рис. 10.11), которая содержит поляризаторы, матрицу управляющих транзисторов, цветные фильтры, стеклянные пластины, между которыми размещены жидкие кристаллы.

Принцип действия ЖКМ (рис. 10.12) основан на эффекте поляризации. Вначале свет проходит через первый поляризационный фильтр (Поляризатор 1), который характеризуется определенным углом поляризации. В ЖКМ установлен еще один поляризатор (Поляризатор 2). В зависимости от угла поляризации второго фильтра, свет будет либо полностью им поглощаться (если угол поляризации второго фильтра перпендикулярен углу поляризации первого фильтра), либо беспрепятственно проходить (если углы совпадают). Плавное изменение угла поляризации проходящего света позволяет регулировать интенсивность видимого (проходящего) света. Угол поляризации проходящего света изменяют с помощью жидких кристаллов. Их ориентация в пространстве зависит от величины управляющего напряжения, подаваемого на матрицу транзисторов.

Рис. 10.12. Принцип действия ЖКМ

Таким образом, изменяя управляющее напряжение на каждом транзисторе матрицы, можно варьировать пространственное положение жидких кристаллов в данной точке. Изменение пространственного положения кристаллов приводит к изменению угла поляризации света в данной точке экрана (а, значит, и к изменению интенсивности свечения данной точки экрана).

Дискретная конструкция ЖКМ позволяет, в принципе, обходиться без аналого-цифрового преобразования, т. е. работать непосредственно с цифровыми сигналами. Очевидно, что такая конструкция более перспективна по сравнению с устройствами, работающими с аналоговыми сигналами. Напомним, что ЭЛТ — аналоговое устройство. Сигналы на отклоняющих пластинах и модуляторе являются непрерывными. Для управления работой ЭЛТ приходится трансформировать цифровой сигнал, сформированный ЭВМ, в аналоговый сигнал. Однако всякое цифро-аналоговое преобразование сопряжено с возникновением искажений и помех, усложнением конструкции контроллеров.

Монитор

Монитор является устройством визуального отображения всех видов информации, которое подключается к видеокарте ПК.

Различают монохромные и цветные мониторы, алфавитно-цифровые и графические мониторы, мониторы на электронно-лучевой трубке и жидкокристаллические мониторы.

Электронно-лучевые мониторы ($CRT$)

Изображение создается с помощью пучка электронов, которые выпускает электронная пушка. Высокое электрическое напряжение разгоняет пучок электронов, который падает на внутреннюю поверхность экрана, покрытую люминофором (вещество, которое светится под действием пучка электронов). Система управления пучком прогоняет его построчно по всему экрану (создает растр) и регулирует его интенсивностью (яркостью свечения точки люминофора).

$CRT$-монитор излучает электромагнитные и рентгеновские волны, высокий статический электрический потенциал, которые оказывают неблагоприятное воздействие на здоровье человека.

Рисунок 1. Электронно-лучевой монитор

Жидкокристаллические мониторы ($LCD$) на базе жидких кристаллов

Жидкокристаллические мониторы (ЖК) сделаны из жидкого вещества, которое обладает некоторыми свойствами кристаллических тел. При воздействии электрического напряжения молекулы жидких кристаллов могут изменять свою ориентацию и изменять свойства светового луча, который проходит сквозь них.

Преимуществом жидкокристаллических мониторов перед $CRT$-мониторами является отсутствие вредных для человека электромагнитных излучений и компактность.

Изображение в цифровом виде хранится в видеопамяти, которая размещена на видеокарте. Изображение на экран монитора выводится после считывания содержимого видеопамяти и отображения его на экран.

Стабильность изображения на экране монитора зависит от частоты считывания изображения. Частота обновления изображения современных мониторов $75$ и более раз в секунду, что делает незаметным мерцание изображения.

Рисунок 2. Жидкокристаллический монитор

Принтер

Определение 2

Принтер - периферийное устройство, предназначенное для вывода числовой, текстовой и графической информации на бумажный носитель. По принципу действия различают лазерный, струйный и матричный принтер.

Обеспечивает практически бесшумную печать, которая формируется за счет эффектов ксерографии. Страница печатается сразу целиком, что обеспечивает высокую скорость печати (до $30$ страниц в минуту). Высокое качество печати лазерных принтеров обеспечивается за счет высокой разрешающей способности принтера.

Рисунок 3. Лазерный принтер

Обеспечивает практически бесшумную печать достаточно высокой скорости (до нескольких страниц в минуту). В струйных принтерах печать выполняет чернильная печатающая головка, выбрасывающая под давлением чернила из мельчайших отверстий на бумагу. Печатающая головка, перемещаясь вдоль бумаги, оставляет строку символов или полоску изображения. Качество печати струйного принтера зависит от разрешающей способности, которая может достигать фотографического качества.

Рисунок 4. Струйный принтер

Является принтером ударного действия, который формирует знаки с помощью нескольких иголок, расположенных в головке принтера. Бумагу втягивает крутящийся вал, а между бумагой и головкой принтера проходит красящая лента.

На печатающей головке матричного принтера расположен вертикальный столбец маленьких стержней (обычно $9$ или $24$), которые магнитное поле «выталкивает» из головки и они ударяют по бумаге (через красящую ленту). Печатающая головка, перемещаясь, оставляет на бумаге строку символов.

Скорость печати матричных принтеров низкая, производят много шума и качество печати не высокое.

Рисунок 5. Матричный принтер

Графопостроитель (плоттер)

Определение 3

Устройство, предназначенное для сложных и широкоформатных графических объектов (плакатов, чертежей, электрических и электронных схем и пр.) под управлением ПК.

Изображение наносится пером. Используется для получения сложных конструкторских чертежей, архитектурных планов, географических и метеорологических карт, деловых схем.

Рисунок 6. Плоттер

Проектор

Определение 4

Мультимедийный проектор (мультимедиапроектор) – автономный прибор, который обеспечивает передачу (проецирование) на большой экран информации от внешнего источника, которым может быть компьютер (ноутбук), видеомагнитофон, DVD-проигрыватель, видеокамера, документ-камера, телевизионный тюнер и т.п.

$LCD$-проекторы. Изображение формируется с помощью просветной жидкокристаллической матрицы, которых у $3LCD$ моделей три (по одной для каждого из трех основных цветов). $LCD$-технология является сравнительно недорогой, поэтому часто используется в моделях различного класса и назначения.

Рисунок 7. LCD-проектор

$DLP$-проекторы. Изображение формируется отражающей матрицей и цветовым колесом, которое позволяет использовать одну матрицу для последовательного отображения всех трех основных цветов.

Рисунок 8. DLP-проектор

$CRT$-проекторы. Изображение формируется с помощью трех электронно-лучевых трубочек базовых цветов. Сейчас практически не используются.

Рисунок 9. CRT-проектор

$LED$-проекторы. Формирование изображения происходит с помощью светодиодного излучателя света. К преимуществам относится длительный срок службы, который в разы превышает срок службы проекторов с лампой, возможность создания сверхпортативных моделей, которые могут поместиться даже в карман.

Рисунок 10. LED-проектор

$LDT$-проекторы. В моделях используется несколько лазерных генераторов света. Технология позволяет создавать компактные проекторы с очень высокой яркостью.

Устройства вывода звуковой информации

Встроенный динамик

Определение 5

Встроенный динамик - простейшее устройство, предназначенное для воспроизведения звука в ПК. Встроенный динамик являлся основным устройством воспроизведения звука до тех пор, пока не появились недорогие звуковые платы.

В современных ПК динамик используется для подачи сигналов об ошибках, в частности при работе программы POST. Некоторые программы (например, Skype) всегда дублируют вызывной сигнал на динамик, но не выводят через него звук разговора.

64-битная Windows не поддерживает работу встроенного динамика, что связано с конфликтом средств реабилитации и управления питанием звуковой платы.

Устройства для вывода звуковой информации, которые подключаются к выходу звуковой платы.

Рисунок 11. Колонки и наушники

Монитор

Монитор является устройством визуального отображения всех видов информации, которое подключается к видеокарте ПК.

Различают монохромные и цветные мониторы, алфавитно-цифровые и графические мониторы, мониторы на электронно-лучевой трубке и жидкокристаллические мониторы.

Электронно-лучевые мониторы ($CRT$)

Изображение создается с помощью пучка электронов, которые выпускает электронная пушка. Высокое электрическое напряжение разгоняет пучок электронов, который падает на внутреннюю поверхность экрана, покрытую люминофором (вещество, которое светится под действием пучка электронов). Система управления пучком прогоняет его построчно по всему экрану (создает растр) и регулирует его интенсивностью (яркостью свечения точки люминофора).

$CRT$-монитор излучает электромагнитные и рентгеновские волны, высокий статический электрический потенциал, которые оказывают неблагоприятное воздействие на здоровье человека.

Рисунок 1. Электронно-лучевой монитор

Жидкокристаллические мониторы ($LCD$) на базе жидких кристаллов

Жидкокристаллические мониторы (ЖК) сделаны из жидкого вещества, которое обладает некоторыми свойствами кристаллических тел. При воздействии электрического напряжения молекулы жидких кристаллов могут изменять свою ориентацию и изменять свойства светового луча, который проходит сквозь них.

Преимуществом жидкокристаллических мониторов перед $CRT$-мониторами является отсутствие вредных для человека электромагнитных излучений и компактность.

Изображение в цифровом виде хранится в видеопамяти, которая размещена на видеокарте. Изображение на экран монитора выводится после считывания содержимого видеопамяти и отображения его на экран.

Стабильность изображения на экране монитора зависит от частоты считывания изображения. Частота обновления изображения современных мониторов $75$ и более раз в секунду, что делает незаметным мерцание изображения.

Рисунок 2. Жидкокристаллический монитор

Принтер

Определение 2

Принтер - периферийное устройство, предназначенное для вывода числовой, текстовой и графической информации на бумажный носитель. По принципу действия различают лазерный, струйный и матричный принтер.

Обеспечивает практически бесшумную печать, которая формируется за счет эффектов ксерографии. Страница печатается сразу целиком, что обеспечивает высокую скорость печати (до $30$ страниц в минуту). Высокое качество печати лазерных принтеров обеспечивается за счет высокой разрешающей способности принтера.

Рисунок 3. Лазерный принтер

Обеспечивает практически бесшумную печать достаточно высокой скорости (до нескольких страниц в минуту). В струйных принтерах печать выполняет чернильная печатающая головка, выбрасывающая под давлением чернила из мельчайших отверстий на бумагу. Печатающая головка, перемещаясь вдоль бумаги, оставляет строку символов или полоску изображения. Качество печати струйного принтера зависит от разрешающей способности, которая может достигать фотографического качества.

Рисунок 4. Струйный принтер

Является принтером ударного действия, который формирует знаки с помощью нескольких иголок, расположенных в головке принтера. Бумагу втягивает крутящийся вал, а между бумагой и головкой принтера проходит красящая лента.

На печатающей головке матричного принтера расположен вертикальный столбец маленьких стержней (обычно $9$ или $24$), которые магнитное поле «выталкивает» из головки и они ударяют по бумаге (через красящую ленту). Печатающая головка, перемещаясь, оставляет на бумаге строку символов.

Скорость печати матричных принтеров низкая, производят много шума и качество печати не высокое.

Рисунок 5. Матричный принтер

Графопостроитель (плоттер)

Определение 3

Устройство, предназначенное для сложных и широкоформатных графических объектов (плакатов, чертежей, электрических и электронных схем и пр.) под управлением ПК.

Изображение наносится пером. Используется для получения сложных конструкторских чертежей, архитектурных планов, географических и метеорологических карт, деловых схем.

Рисунок 6. Плоттер

Проектор

Определение 4

Мультимедийный проектор (мультимедиапроектор) – автономный прибор, который обеспечивает передачу (проецирование) на большой экран информации от внешнего источника, которым может быть компьютер (ноутбук), видеомагнитофон, DVD-проигрыватель, видеокамера, документ-камера, телевизионный тюнер и т.п.

$LCD$-проекторы. Изображение формируется с помощью просветной жидкокристаллической матрицы, которых у $3LCD$ моделей три (по одной для каждого из трех основных цветов). $LCD$-технология является сравнительно недорогой, поэтому часто используется в моделях различного класса и назначения.

Рисунок 7. LCD-проектор

$DLP$-проекторы. Изображение формируется отражающей матрицей и цветовым колесом, которое позволяет использовать одну матрицу для последовательного отображения всех трех основных цветов.

Рисунок 8. DLP-проектор

$CRT$-проекторы. Изображение формируется с помощью трех электронно-лучевых трубочек базовых цветов. Сейчас практически не используются.

Рисунок 9. CRT-проектор

$LED$-проекторы. Формирование изображения происходит с помощью светодиодного излучателя света. К преимуществам относится длительный срок службы, который в разы превышает срок службы проекторов с лампой, возможность создания сверхпортативных моделей, которые могут поместиться даже в карман.

Рисунок 10. LED-проектор

$LDT$-проекторы. В моделях используется несколько лазерных генераторов света. Технология позволяет создавать компактные проекторы с очень высокой яркостью.

Устройства вывода звуковой информации

Встроенный динамик

Определение 5

Встроенный динамик - простейшее устройство, предназначенное для воспроизведения звука в ПК. Встроенный динамик являлся основным устройством воспроизведения звука до тех пор, пока не появились недорогие звуковые платы.

В современных ПК динамик используется для подачи сигналов об ошибках, в частности при работе программы POST. Некоторые программы (например, Skype) всегда дублируют вызывной сигнал на динамик, но не выводят через него звук разговора.

64-битная Windows не поддерживает работу встроенного динамика, что связано с конфликтом средств реабилитации и управления питанием звуковой платы.

Устройства для вывода звуковой информации, которые подключаются к выходу звуковой платы.

Рисунок 11. Колонки и наушники

Сегодня на вооружении у подавляющего большинства пользователей настольных ПК состоят привычные мышь и клавиатура. Эти устройства ввода уже давно доказали свою жизнеспособность и являются наиболее универсальными инструментами для большинства ныне распространенных задач. Тем не менее, кроме этих двух «столпов», существует огромное количество самых разнообразных по конструкции и по назначению альтернативных устройств ввода — популярных у определенных групп пользователей или существующих лишь в виде нескольких демонстрационных прототипов. Рассмотрению таких устройств и посвящен данный обзор.

Нетрадиционные клавиатуры

охоже, что принцип «лучшее — враг хорошего» уже давно отброшен за ненадобностью разработчиками компьютерных клавиатур. Казалось бы, улучшать уже нечего: методом проб и ошибок найдены оптимальные размеры клавиш, схема их расположения и т.д. Но производители клавиатур постоянно воплощают новые идеи и пробуют весьма необычные и смелые технические решения. И речь в данном случае идет вовсе не о таких косметических мерах, как размещение группы дополнительных кнопок быстрого вызова (сейчас это уже воспринимается скорее как норма), а о гораздо более серьезных конструктивных изменениях.

Около четырех лет тому назад появились первые серийные модели гибких клавиатур. Одним из пионеров данного направления стала компания Flexis, выпустившая клавиатуру FX100 для использования с бесклавиатурными КПК. В качестве основного материала для изготовления такой клавиатуры используется силикон, поскольку его свойства позволяют изделию полностью восстанавливать свою первоначальную форму даже после продолжительного хранения в деформированном (сложенном) виде. Кроме того, силиконовая клавиатура получилась влаго- и пылестойкой, что значительно повысило ее надежность и долговечность, особенно при работе в полевых условиях. При сильном загрязнении поверхность клавиатуры можно промыть под струей воды из-под крана (разумеется, не забыв перед этим закрыть интерфейсный разъем). Еще одним положительным моментом являются чрезвычайно малые толщина и вес — всего 68 г при габаритах 85Ѕ250Ѕ4 мм. В отличие от многих моделей жестких клавиатур, выпускаемых для использования с КПК, Flexis не требует для работы установки элементов питания, получая необходимый для работы ток от самого устройства.

В настоящее время Flexis выпускает целую серию гибких клавиатур, предназначенных как для КПК (с универсальным интерфейсом, позволяющим подключаться к моделям разных производителей), так и для настольных компьютеров и ноутбуков (с интерфейсом USB). Гибкие клавиатуры также выпускает компания Plycon и некоторые другие производители.

Еще одно интересное направление — «скрещивание» клавиатур различных типов. В конце прошлого года компания Creative выпустила клавиатуру Prodikeys, в верхней части которой размещена обычная 104-кнопочная компьютерная клавиатура, а в нижней — трехоктавная музыкальная с чувствительными к силе нажатия клавишами. Музыкальную секцию клавиатуры (37 клавиш) можно закрыть входящей в комплект поставки крышкой, которая при работе с обычной клавиатурой заодно выполняет функцию подставки под запястья. В дополнение к музыкальным клавишам с левой стороны имеются два колесика MIDI-контроллеров (управляющие транспонированием и громкостью) и кнопка быстрого вызова музыкального ПО.

Пока одни производители увеличивают количество кнопок на клавиатурах, другие пытаются по возможности сократить их количество. Основная цель таких новаций — уменьшить габариты клавиатуры, сохранив удобство ее использования. Экспериментами в этой области активно занимаются разработчики небольшой американской компании FrogPad. На созданной ими одноименной мини-клавиатуре (127Ѕ89Ѕ10 мм) имеется всего 15 основных полноразмерных клавиш и 5 клавиш-модификаторов. Конструкция FrogPad оптимизирована для набора одной рукой и, несмотря на малое количество кнопок, позволяет не только вводить все буквы, цифры, знаки пунктуации, стандартные символы, но и использовать функциональные и навигационные клавиши. При этом у пользователя нет необходимости нажимать более двух клавиш одновременно.

По утверждению разработчиков, за счет интуитивно понятного принципа расположения клавиш освоить набор текста на FrogPad можно за 6-10 часов.

А благодаря небольшим размерам эту клавиатуру можно использовать при работе с настольными ПК, ноутбуками, карманными и планшетными компьютерами (выпускаются модификации FrogPad с интерфейсами USB и Bluetooth). В настоящее время поставляются версии FrogPad, адаптированные для набора на английском и японском языках. Появятся ли локализованные версии FrogPad для других языков — пока неизвестно: в отличие от обычных клавиатур, которые можно «локализовать» при помощи прозрачных наклеек, для FrogPad потребуется серьезная доработка программного обеспечения.

Проецируемая клавиатура в действии. Возможно, в будущем подобные решения получат широкое распространение в КПК

Вершины минимизации достигли создатели так называемой виртуальной клавиатуры из компании iBiz Technology, решившие и вовсе обойтись без кнопок. Изображение клавиатуры проецируется при помощи лазера на любую ровную поверхность, а специальные датчики отслеживают «нажатия» пальцев пользователя на виртуальные кнопки. Это устройство размером с зажигалку весит примерно 60 г. В качестве источника автономного питания используется литий-ионный аккумулятор, обеспечивающий от 3 до 4 часов работы без подзарядки.

Разработаны модификации виртуальной клавиатуры для различных моделей КПК, а также настольных ПК и ноутбуков. Устройство готово к запуску в серийное производство, а на сайте iBiz уже начат прием предварительных заказов. Поставки виртуальных клавиатур iBiz Technology должны были начаться нынешней весной, однако компания столкнулась с определенными трудностями при поиске партнера, готового предоставить свои производственные мощности для серийного выпуска этих устройств.

Трекболы

Настоящее время о трекболах почти забыли, однако не упомянуть о них нельзя: во-первых, некоторые модели этих устройств выпускаются и по сей день, а во-вторых, для ряда задач, требующих особой точности (например, архитектурных и конструкторских программ) трекболы подходят гораздо лучше, чем мыши.

Если абстрагироваться от деталей, то трекбол представляет собой классическую мышь 1 , перевернутую кверху «брюшком». Соответственно и управление им осуществляется не перемещением самого манипулятора (как в случае традиционной мыши), а вращением шарика в нужном направлении при помощи пальцев или тыльной стороны ладони.

В диаметре шарик трекбола значительно больше аналогичного элемента мыши, но, как правило, легче. Благодаря этому трекболы обеспечивают возможность более точного управления по сравнению с мышами. Кроме того, для размещения трекбола требуется значительно меньше места, чем для мыши, — так как в процессе работы его не нужно перемещать по столу. Кстати говоря, за счет этого снижается нагрузка на мышцы руки и значительно уменьшается риск появления связанных с этим профессиональных заболеваний. Еще одно достоинство трекбола — возможность полноценного управления даже в том случае, если манипулятор находится не на столе, а прямо в руках пользователя (это может пригодиться, в частности, для управления электронной презентацией).

В отличие от мышей, разные модели трекболов могут существенно различаться по конструктивному исполнению. В трекболах традиционной конструкции шарик располагается по центру манипулятора, и в таком положении его можно прокручивать указательным, средним и безымянным пальцами либо тыльной стороной ладони. Впрочем, сегодня можно встретить самые неожиданные и порой весьма спорные конструкции: шарик может быть смещен в сторону или расположен сбоку (под большим либо под безымянным и указательным пальцами).

Как и в мышах, практически во всех современных моделях трекболов используются оптические сенсоры — это позволяет избежать проблем, связанных с утратой работоспособности манипулятора при загрязнении шарика. А кроме унаследованных от мышей двух основных кнопок, современные модели трекболов зачастую оснащаются дополнительными органами управления — колесиком прокрутки и дополнительными клавишами.

1 В данном контексте речь идет о механических и оптико-механических моделях мышей, основным элементом конструкции которых был обрезиненный шарик, приводящий в движение оси датчиков перемещения.

Графические планшеты

ля работы со многими графическими приложениями мышь зачастую оказывается чересчур грубым и неудобным инструментом, заметно ограничивающим потенциальные возможности этих продуктов. Если говорить более предметно, то мышь традиционной конструкции не позволяет получить необходимую точность позиционирования и (что еще более существенно) не способна воспринимать изменение давления (нажима), что, в свою очередь, не дает возможности использовать традиционную технику рисования карандашом и кистью. Чтобы убедиться в этом, можно провести несложный эксперимент: попробуйте начертить мышью свой автограф в окне любого графического редактора — в подавляющем большинстве случаев результат получается весьма далеким от желаемого.

Для полноценной работы с графическими приложениями были созданы специальные устройства — графические планшеты, или, как их еще иногда называют, дигитайзеры. Планшеты работают со специальными инструментами — перьями (стилусами) и напоминающими мышь манипуляторами. Первые модели подобных устройств были весьма недешевы и предназначались главным образом для профессионального применения в системах компьютерной графики и автоматизированного проектирования.

Качественный скачок в развитии дигитайзеров произошел во многом благодаря усилиям разработчиков компании Wacom. Именно они первыми создали планшет, чувствительный к силе нажатия стилуса, а также планшет с беспроводным пером.

Wacom Volito — недорогой графический планшет с беспроводными безбатареечными пером и мышью

Благодаря появлению подобных устройств художники получили возможность использовать традиционную технику работы с углем, карандашом и красками для создания работ на компьютере. Затем появились и модели с беспроводным безбатареечным пером, получающим питание непосредственно от активной зоны планшета.

В конце 90-х годов на рынке стали появляться бюджетные модели графических планшетов, ориентированных на непрофессиональный рынок (главным образом на пользователей домашних ПК), и сегодня приобрести недорогой графический планшет может практически любой обладатель домашнего компьютера. Кроме того, в последнее время увеличивается количество малогабаритных моделей планшетов, ориентированных на офисное применение (подобные модели часто комплектуются программами для распознавания рукописного текста).

В последнее время становится все больше графических планшетов, ориентированных на работу с офисными приложениями

В настоящее время продукция Wacom составляет порядка 80% рынка графических планшетов. Кроме того, на российском рынке представлены и устройства, выпускаемые компаниями KYE Systems (Genius) и Aiptek.

Wacom Cintiq 18sx — «гибрид» 18-дюймового ЖК-монитора и профессионального графического планшета

В 1998 году Wacom представила концептуально новый продукт — ЖК-дисплей, совмещенный с графическим планшетом. По сравнению с графическими планшетами традиционной конструкции такое устройство является более удобным, поскольку позволяет рисовать прямо на экране — почти так же, как на бумаге или на холсте. Правда, из-за высокой цены подобные устройства не получили широкого распространения.

В настоящее время Wacom выпускает две модели дисплеев-планшетов под названием Cintiq на базе 15-дюймовых (1024Ѕ768) и 18,1-дюймовых (1280Ѕ1024) ЖК-дисплеев. Эти устройства можно подключать как к аналоговому (VGA), так и к цифровому (DVI-D) выходу видеоадаптера, а для ввода информации в компьютер предусмотрены последовательный порт и USB.

Стоит упомянуть и о том, что предпринимались попытки создать такой стилус, которым можно было бы пользоваться вообще без планшета. Так, в линейке выпускаемых компанией Logitech устройств ввода имеется цифровая ручка — io Personal Digital Pen. Это устройство выглядит как обычная авторучка и позволяет писать чернилами на обычной бумаге, а спрятанный внутри корпуса датчик отслеживает траекторию движения пера по бумаге и сохраняет ее во встроенной памяти, вмещающей содержимое до 40 рукописных страниц.

Подзарядка io Personal Digital Pen и копирование записанных в память устройства рисунков на ПК осуществляется при помощи специального крэдла, подключаемого к USB-порту. Программное обеспечение, устанавливаемое на компьютере, позволяет распознавать рукописный текст и редактировать его в электронном виде.

Ручные сканеры

ак ни странно, ручные сканеры и по сей день остаются в арсенале пользователей ПК, хотя, конечно, современные представители этого вида устройств имеют мало общего с ручными сканерами, выпускавшимися в начале 90-х годов.

Ручные сканеры C-Pen предназначены для построчного ввода текстовых и числовых данных с различных непрозрачных оригиналов: книг, распечаток, журналов, газет и т.п. Это весьма удобный инструмент для тех, кто работает с большими объемами печатных материалов, выбирая отдельные цитаты, числовые данные, адреса и т.п. Для того чтобы ввести отдельную строку, слово или символ, не нужно сканировать всю страницу — достаточно просто провести наконечником сканера по нужному участку текста, как это делается при выделении фрагментов текста маркером.

Ручной сканер C-Pen 10 позволяет вводить текстовую информацию с различных оригиналов

Сканер C-Pen 10 подключается к компьютеру через интерфейс USB, от порта которого он заодно получает необходимое для работы электропитание. По габаритам (122Ѕ19Ѕ23 мм) эта модель вполне сопоставима с обычным маркером. Размер области ввода составляет 7,2Ѕ5,5 мм, а разрешающая способность сканирования — около 400 ppi. Характеристики C-Pen 10 позволяют использовать его для ввода печатного текста, набранного кеглем от 5 до 22 пунктов, с максимальной скоростью 15 см/с. В комплекте со сканером поставляется специальное программное обеспечение под ОС Windows, позволяющее осуществлять автоматическое распознавание цифр и текстов на 23 языках.

В сочетании с входящим в комплект поставки специальным ковриком C-Pen 10 можно использовать и в качестве манипулятора (вместо мыши или сенсорной панели). На коврике имеются 10 областей, выполняющих функции настраиваемых клавиш быстрого доступа.

Модель C-Pen 600mx фактически является специализированным мини-компьютером по обработке текстовых данных и позволяет осуществлять распознавание текста в автономном режиме. Помимо сканирующего узла, C-Pen 600mx оснащен монохромным графическим ЖК-дисплеем, универсальным органом управления (качающимся колесиком) и инфракрасным интерфейсом. Таким образом, C-Pen 600mx позволяет сканировать и автоматически распознавать текст (в отличие от C-Pen 10, данная операция производится внутри самого устройства), сохранять распознанные текстовые фрагменты во внутренней памяти, обмениваться различными текстовыми данными с настольными, портативными и карманными ПК, а также распознавать буквы и цифры, «написанные» пользователем при помощи C-Pen. Кроме того, C-Pen 600mx можно использовать и в качестве карманного переводчика: для этого необходимо лишь загрузить с Web-сайта производителя словарные базы нужного языка.

Интерактивные сенсорные экраны

нтерактивные сенсорные экраны позволяют значительно расширить функциональные возможности дисплейных панелей с большим размером экрана, используемых в учебных заведениях, в пресс-центрах, на выставках и т.д. Сенсорный экран с прозрачной чувствительной к нажатию поверхностью монтируется непосредственно на корпус жидкокристаллической или плазменной дисплейной панели. Широкий ассортимент интерактивных сенсорных экранов под маркой SmartBoard для дисплейных панелей различных производителей выпускает компания SMART Technologies.

Сенсорные экраны позволяют значительно расширить функциональность дисплейных панелей с большими размерами экранов

Установив сенсорный экран SmartBoard на дисплейной панели и подключив его к компьютеру, можно управлять перемещением курсора при помощи пальца (указывая в нужную точку экрана). Для того чтобы акцентировать внимание аудитории на определенной части изображения или текста, предусмотрены особые маркеры, расположенные на специальной подставке (Pen Tray). При помощи маркеров на экране можно рисовать линии, закрашивать области и наносить рукописные надписи. Наносимые элементы возникают непосредственно на экранном изображении, что позволяет при необходимости сохранить или распечатать текущую картинку с внесенными пометками. Для удаления ненужных линий или надписей в распоряжении пользователя имеется специальный инструмент — «ластик».

Важной составляющей сенсорного экрана является специализированное программное обеспечение. В настройках программы можно задать цвет и толщину линии для каждого из используемых маркеров, а также активировать режим подчеркивания текста (в этом случае буквы отображаются поверх проводимой маркером линии). Кроме того, пакет программ включает приложения, реализующие режимы виртуальной клавиатуры и распознавания рукописного текста.

Одним из несомненных достоинств интерактивных сенсорных экранов является легкость их освоения — обычно для обучения достаточно нескольких минут, благодаря чему работать с ними могут даже совершенно не знающие компьютера люди.

Игровые манипуляторы

сли оценивать степень популярности различных видов альтернативных устройств ввода, то, видимо, главными претендентами на верхнюю позицию будут игровые манипуляторы. По мере развития таких игровых жанров, как симуляторы различных транспортных средств, стало ясно, что использование традиционных клавиатуры и мыши в принципе не позволяет обеспечить надлежащие удобство и гибкость управления игровым процессом. В результате появились целые классы специализированных игровых манипуляторов, конструкция которых оптимизирована в соответствии с особенностями игр того или иного вида. Пожалуй, одним из наиболее важных событий, оказавших огромное влияние на развитие устройств данного класса, стало появление в 1995 году технологии обратной тактильной связи (подробнее о ней рассказано во врезке).

	Обратная тактильная связь Рассматривая современную индустрию игровых манипуляторов, невозможно не затронуть тему обратной тактильной связи (force feedback). Основная цель, которую преследовали разработчики механизмов обратной тактильной связи для игровых манипуляторов, — придать игровому процессу большую реалистичность и увлекательность. К двум основным каналам, через которые пользователь воспринимает виртуальное пространство, то есть к слуху и зрению, добавляется третий — осязательный. Для полноценной реализации функций обратной тактильной связи необходимы два основных компонента: во-первых, специальные механические приводы внутри манипуляторов, а во-вторых, унифицированный набор команд (API), посредством которого игровые приложения будут управлять активными механизмами манипуляторов. В 1995 году силами разработчиков корпорации Immersion были созданы оба этих компонента — технология TouchSense (на основе которой реализована аппаратная часть активных манипуляторов) и API под названием I-Force. Впоследствии I-Force стал самым распространенным API обратной тактильной связи для компьютерных игровых манипуляторов на платформе РС, оснащенных подвижными органами управления (джойстиками, рулями, штурвалами и т.п.). В немалой степени этому способствовало тесное сотрудничество Immersion и Microsoft: усовершенствованная версия этого API (I-Force 2.0) была включена в состав DirectX 5 и сохранялась в последующих версиях DirectX. TrustMaster Top Gun AfterBurner Force Feedback — «авиационный» джойстик с полной поддержкой эффектов обратной тактильной связи При помощи команд I-Force можно реализовать управление тремя различными видами тактильных воздействий: реакция манипулятора на различные игровые события, не зависящие от текущего положения органов управления манипулятора, — это, например, отдача при стрельбе, а также удары при столкновениях и наезде на различные препятствия; усилие, противодействующее перемещению органов управления манипулятора. Подобные эффекты позволяют изменять усилие, противодействующее перемещению рукоятки или руля, а также возвращать органы управления в исходное (нейтральное) положение в том случае, если пользователь их отпускает; динамически изменяющиеся эффекты, сочетающие в себе возможности двух вышеописанных видов воздействий, позволяют реализовать множество различных вариантов поведения органов управления манипулятора на основе заложенных производителем программ. В качестве примера подобного эффекта можно привести резкое уменьшение усилия противодействия вращению рулевого колеса при «срыве в занос» или «выезде на лед». Стоит отметить, что технология TouchSense позволяет реализовать эффекты обратной тактильной связи в самых различных манипуляторах — как в игровых, так и в обычных (например, в мышах). В зависимости от поддерживаемых манипулятором возможностей все устройства, оснащенные механизмом обратной тактильной связи, можно разделить на три класса: с полной поддержкой обратной тактильной связи (full force feedback). Эти устройства поддерживают все типы тактильных эффектов, связанных как с воспроизведением точечных воздействий, так и с имитацией усилия, противодействующего перемещению органов управления. В этот класс попадают многие модели джойстиков, рулей, штурвалов и прочих манипуляторов; с поддержкой тактильных воздействий (tactile feedback). Данные устройства позволяют точно воспроизводить касания, толчки, текстуры и вибрации. Однако, в отличие от манипуляторов full force feedback, здесь невозможно имитировать усилие, противодействующее перемещению органов управления либо самого манипулятора. К этому классу относится подавляющее большинство мышей, оснащенных механизмом обратной тактильной связи; с поддержкой виброэффектов (rumble feedback). Здесь реализована возможность приблизительного воспроизведения сотрясений и вибраций. К данному классу относятся в основном геймпады, оснащенные механизмом обратной тактильной связи. Logitech WingMan RumblePad — геймпад с поддержкой виброэффектов Первый джойстик с механизмом обратной тактильной связи выпустила в 1996 году компания СН. В течение двух последующих лет практически все ведущие производители игровых манипуляторов лицензировали технологию TouchSense и приступили к выпуску игровых манипуляторов, оснащенных механизмом обратной тактильной связи. По мере распространения подобных устройств стало расти и число игр с поддержкой force feedback. Сегодня на прилавках компьютерных магазинов можно найти огромное количество самых разнообразных игровых манипуляторов, снабженных механизмом обратной тактильной связи. Имеющиеся в распоряжении разработчиков средства позволяют использовать тактильные воздействия не только в играх, но и при работе с широким спектром приложений: офисными программами, flash, Интернет-браузерами и т.д.

Использование механизмов обратной тактильной связи вызвало значительные изменения во внутреннем устройстве игровых манипуляторов. Во-первых, в них появились электродвигатели, через специальные приводы воздействующие на органы управления и корпус манипулятора для создания «силовых» эффектов. Во-вторых, для управления работой электроприводов (что требует обработки в реальном времени большого потока информации, поступающей как от компьютера, так и от датчиков органов управления) стали использовать специализированный процессор, встраиваемый непосредственно в корпус манипулятора. Таким образом, игровые манипуляторы, которые изначально были довольно примитивными конструкциями, построенными на основе нескольких пассивных элементов, за очень короткое время превратились в весьма сложные электронные устройства, оснащенные собственными микропроцессорами.

Джойстики

Джойстики классической конструкции, то есть выполненные в виде вертикального рычага, стали первым массовым видом компьютерных игровых манипуляторов. Наиболее популярны подобные джойстики у поклонников авиационных симуляторов и иных игр, связанных с управлением разнообразными летательными аппаратами.

Logitech WingMan Force 3D — джойстик классической конструкции с механизмом обратной тактильной связи

С момента своего появления джойстики прошли несколько этапов эволюции, и сегодня в продаже можно встретить как совсем простые, так и весьма замысловатые конструкции, оснащенные механизмами обратной тактильной связи и снабженные рукоятками самых причудливых форм. Некоторые производители экспериментируют со «скрещиванием» манипуляторов различных классов: например, Saitek SP550 Pad & Stick Fusion представляет собой оригинальное сочетание классического джойстика и геймпада.

В настоящее время выпускается довольно много моделей специализированных авиационных джойстиков, выполненных в виде органов управления реально существующих моделей самолетов (в частности, TrustMaster HOTAS Cougar копирует органы управления американского военного самолета F-16). Такие манипуляторы оснащаются дополнительной рукояткой управления двигателем (Тhrottle), которая в некоторых случаях выполнена в отдельном корпусе и при необходимости может отсоединяться от основного модуля.

TrustMaster HOTAS Cougar — точная копия органов управления самолета F-16

В последнее время у поклонников авиационных симуляторов становятся все более популярными модели джойстиков, оснащенные механизмом обратной тактильной связи. В качестве наиболее яркого примера можно привести TrustMaster Top Gun AfterBurner Force Feedback, имеющий съемный блок с рукояткой управления двигателем. Механизм обратной тактильной связи данного устройства реализован по технологии Immersion TouchSense: два мощных электродвигателя, размещенных внутри джойстика, имитируют вибрации корпуса самолета, аэродинамическую нагрузку на элементы управления, удары при столкновениях, толчки при запуске ракет и прочие эффекты.

Геймпады

Игровые планшеты, или, как их чаще называют, геймпады (gamepad), пришли в мир компьютерных аксессуаров из родственной сферы телевизионных игровых приставок. Типичный геймпад представляет собой компактный блок с размещенными на нем кнопками. Благодаря меньшему (по сравнению со стандартной компьютерной клавиатурой) количеству кнопок и особой форме корпуса, геймпадом удобно пользоваться держа его в руках.

TrustMaster Firestorm Digital 2 — геймпад традиционной конструкции

По мере развития геймпадов их конструкция постепенно усложнялась. Наряду с обычными для данного класса манипуляторов кнопками со временем стали появляться и иные органы управления. Так, в современных моделях геймпадов широко распространен мини-джойстик — небольшой четырехпозиционный качающийся указатель, которым можно управлять с помощью одного пальца. В продаже можно встретить модели геймпадов, оснащенные как одним, так и двумя мини-джойстиками.

На некоторых моделях геймпадов устанавливаются плоские многопозиционные указатели. Функционально они схожи с мини-джойстиками, но выполнены в виде плоской качающейся клавиши, позволяющей в зависимости от конструкции воспринимать нажатия в четырех или восьми направлениях.

В ряде моделей современных геймпадов (например, Logitech WingMan RumblePad) предусмотрены даже ползунковые регуляторы, дающие возможность плавно изменять значения ассоциированных с ними параметров.

Экспериментируют производители и c нетрадиционными способами управления. Так, в ряде моделей геймпадов (как правило, в их названии присутствует слово tilt) применяются специальные датчики (акселерометры), позволяющие регистрировать наклоны корпуса манипулятора в четырех направлениях (вперед, назад, влево и вправо). В качестве примеров подобных устройств можно привести Gravis Destroyer Tilt и Saitek P2000 Tilt Pad. Правда, подобные решения пока не получили широкого распространения.

Выпускаются также модели геймпадов с механизмом обратной тактильной связи, но в большинстве из них реализована поддержка лишь ограниченного набора тактильных воздействий, а именно виброэффектов (rumble feedback).

Belkin Nostromo SpeedPad n52 — геймпад, дополняющий мышь и предназначенный для левой руки

Помимо множества геймпадов, выполненных в ставшем уже привычным корпусе «двурогой» формы, выпускаются и весьма оригинальные конструкции. Например, в нынешнем году компания Belkin представила устройство под названием Nostromo SpeedPad n52, предназначенное для использования вместе с компьютерной мышью. Конструкция этого геймпада, устанавливаемого на поверхность стола, рассчитана под левую руку. Nostromo SpeedPad n52 снабжен десятью «клавиатурными» кнопками, размещенным под большим пальцем плоским восьмипозиционным указателем, а также вращающимся колесиком.

TrustMaster Tacticalboard — геймпад для любителей стратегических игр

До недавнего времени производители игровых манипуляторов не удостаивали своим вниманием любителей стратегических игр. Но этот пробел заполнила компания TrustMaster, создавшая специализированный стратегический геймпад под названием Tacticalboard. Он оснащен 42 клавишами, для удобства пользователей окрашенными в различные цвета и распределенными по нескольким функциональным группам.

Рули и педали

Заметную часть выпускаемых ныне компьютерных игр составляют автосимуляторы — вспомните хотя бы прошлогодний триумф Need for Speed: Underground или томительное ожидание новой версии Colin McRae Rally. Поэтому не удивительно, что с каждым годом возрастает число игровых манипуляторов, выполненных в виде инструментов управления наземных транспортных средств — рулей и педалей. В настоящее время наибольшим спросом пользуются рули с механизмом обратной тактильной связи.

Помимо собственно руля в большинстве моделей манипуляторов данного класса предусмотрены подрулевые рычаги (одна или две пары). Чаще всего эти инструменты управления представляют собой обычные переключатели (обычно используемые для управления КПП), однако в некоторых моделях манипуляторов (например, в TrustMaster F1 Force Feedback Racing Wheel) подрулевые рычаги позволяют плавно изменять значения ассоциированных с ними параметров — в этом случае их можно использовать вместо педалей акселератора и тормоза.

Руль-манипулятор с подрулевыми рычагами и рычагом КПП (справа), работающим в секвентальном режиме

Менее распространенный орган управления — рычаг переключения передач, который может быть установлен непосредственно на блоке руля либо выполнен в виде отдельного модуля. В большинстве моделей манипуляторов рычаг отклоняется в двух направлениях, позволяя осуществлять лишь секвентальное (последовательное) переключение передач. Однако в ряде дорогих моделей автомобильных манипуляторов предусмотрена возможность произвольного переключения передач по более привычной для дорожных машин Н-образной схеме. Например, в дополнение к базовому комплекту манипулятора Act Labs Force RS можно приобрести отдельный блок RS Shifter, позволяющий осуществлять переключение передач как в произвольном порядке (по Н-образной схеме), так и в секвентальном режиме.

Выпускаемый Act Labs дополнительный блок RS Shifter позволяет управлять переключением передач по привычной для дорожных автомобилей Н-образной схеме

Что касается педалей, то подавляющее большинство автомобильных манипуляторов комплектуется напольной платформой с двумя педалями (по умолчанию — акселератор и тормоз). Для ценителей абсолютного реализма выпускаются комплекты, оснащенные тремя педалями, причем третью педаль делают съемной, чтобы манипулятор можно было использовать в играх, не поддерживающих функцию управления сцеплением. Однако за такие изыски приходится выкладывать весьма внушительную сумму, и к тому же нельзя не учитывать тот факт, что возможность полноценного управления сцеплением имеется лишь у весьма ограниченного числа автосимуляторов.

Наряду с занимающими доминирующие позиции автомобильными манипуляторами в последнее время в данном классе развивается и так называемое мотоциклетное направление. Количество моделей таких рулей пока значительно уступает автомобильным манипуляторам, однако их можно найти в некоторых отечественных компьютерных салонах. В качестве примера мотоциклетного руля можно привести манипулятор Thrustmaster FreeStyler Bike, позволяющий воспринимать не только поворот руля, но и наклон верхней части корпуса относительно основания. На руле FreeStyler Bike имеются одна вращающаяся ручка и два рычага. Предусмотрены и гораздо более привычные органы управления — 11 кнопок и плоский четырехпозиционный указатель.

На пути к трехмерному интерфейсу

огласно неофициальной информации, уже в следующей версии ОС Windows будут использованы элементы трехмерного интерфейса. Подобные слухи исходят и от разработчиков операционных систем для мобильных устройств. Естественно, что для комфортного использования подобных новшеств потребуется серьезная модернизация устройств ввода, и работы в этом направлении уже ведутся.

Вполне вероятно, что одной из основных технологий будущего станет распознавание жестов. Самые доступные сегодня устройства, позволяющие реализовать распознавание жестов на ПК, — это Web-камеры. В ряде современных игровых приложений уже реализованы возможности изменения зоны просмотра в зависимости от положения головы пользователя, а также ввода некоторых команд с помощью жестов. Впрочем, вполне вероятно, что в скором времени появятся и иные, более надежные и удобные в использовании «улавливатели жестов».

Так, в одной из лабораторий Массачусетсского технологического института ведутся работы по созданию манипулятора, способного регистрировать перемещения в трех измерениях. Помимо регистрации текущих координат в трехмерном пространстве с помощью такого манипулятора можно будет распознавать жесты и при помощи специализированного ПО преобразовывать их в те или иные команды.

А в исследовательском подразделении компании Toshiba разработан необычный пульт дистанционного управления бытовыми приборами. Этот пульт размером с пейджер крепится на запястье и благодаря наличию акселерометров (датчиков ускорения) позволяет управлять техникой при помощи жестов (всего распознается девять типов жестов). Например, указав на то или иное устройство рукой, можно включить или выключить его, а движениями руки вверх или вниз можно отрегулировать определенные параметры (например, желаемую температуру воздуха при управлении кондиционером).