Сканеры и их устройство. Виды сканеров и их характеристики

Сканер – это устройство, предназначенное для ввода в ЭВМ информации (текстов, рисунков) с листа бумаги. Сканер анализирует изображение, оцифровывает его и переводит в память компьютера.

Основные типы сканеров: планшетные; ручные; рулонные; слайд-сканеры,
барабанные.

Наиболее распространены планшетные сканеры (рисунок 19).

 

Рисунок 19 − Планшетный сканер

Сканер вводит изображение в ЭВМ как множество точек, указав для каждой координаты и номер цвета. По этим данным выводится на монитор копия
изображения.

Если же с помощью сканера считывать и вводить текст, то потребуются специальные программы, которые преобразуют множество точек изображения, представляющего текст в последовательность символов (букв алфавита и пр.). Программа по переводу сканированных изображений в текст – FineReader выдаёт символьное представление текста, позволяет исправить ошибки ввода, затем включает текст в редактор Word. Такие возможности сканера позволяют быстро вводить тексты большого объёма.

Есть программы, способные распознавать даже рукописный текст.

Основными характеристиками сканера являются разрешающая способность и глубина цвета. Единицей измерения разрешающей способности сканера является количество пикселов на дюйм – dpi. Обычно она указывается производителями в виде пары чисел, например 2400×4800 dpi. Горизонтальное (меньшее) разрешение зависит светочувствительной матрицы, вертикальное задаётся количеством шагов двигателя на дюйм.

 

Современные сканеры могут распознать то же количество оттенков, которое способен передать монитор.

Сравнительные характеристики качества сканирования:

планшетные – до 5400 dpi;

барабанные – до 14400 dpi;

рулонные – до 800 dpi.

Устройства ввода-вывода информации

• Аудиокарта (звуковая плата).

• Модем – устройство для подключения к другим компьютерам по телефонной линии. Модемы выпускают во внешнем или внутреннем исполнении. Функционально они не отличаются, разве что внутренний модем занимает лишний разъём на материнской плате, а внутренний – какой-либо из портов ПК (LPT**или СОМ) и место на столе.

• Шлем виртуальной реальности – устройство, внешне напоминающее угловатый мотоциклетный шлём. В нём расположены мониторы для представления трёхмерного видеоизображения. Устройством ввода в шлеме являются датчики, отслеживающие перемещение головы пользователя в пространстве. Данные о перемещении обрабатываются ПК и соответствующим образом меняется картинка мира, наблюдаемая на мониторах шлема.

• Карта обработки видеоизображений. Это устройство применяется для монтажа видеопродукции. Через эту карту можно ввести видеоинформацию (с видеокамеры или используя телевизионный сигнал), обработать её на ПК, а затем вывести на видеоленту результат. В зависимости от качества и стандарта входного-выходного сигнала карты обработки изображений (видеобластеры) могут быть очень дорогими – профессиональными или сравнительно дешёвыми – для любителей.

Аудиосистемы ПК

Компьютерный звук

Современный компьютер должен быть оснащён звуковыми системами.

Звук – это распространяющееся в пространстве колебание давления воздуха. Ухо воспринимает звуковые колебания от 16 Гц до 20 кГц. Для записи звуковых сигналов в компьютер их необходимо преобразовать в цифровой формат (АЦП – аналоговый цифровой преобразователь). Для вывода необходимо обратное
преобразование (ЦАП).

Обработка звука в компьютере включает в себя как цифровые, так и аналоговые компоненты. Современные цифровые платы воспроизводят широкий диапазон звуков. Помимо записанных в цифровом формате звуков, каждая аудиоплата может генерировать звуки с помощью синтезатора. Такие звуки называются MIDI-звуками.

Обычно аудиоплата состоит из трёх модулей:

1) блок цифровой записи, воспроизведения и обработки звука;

2) многоголосный частотный синтезатор звука, в состав которого часто входит интерфейс музыкальных инструментов;

3) встроенные интерфейсы внешних устройств, в том числе усилители.

Основные параметры

В аналого-цифровом преобразователе аналоговый сигнал после нормирования по амплитуде кодируется. То есть каждому моменту измерения по временной шкале ставится в соответствие цифровое значение мгновенной амплитуды сигнала. Таким образом, аналоговый звуковой сигнал представляется последовательностью чисел.

Частота, с которой сигнал оцифровывается, называется частотой дискретизации (Sampling Rate). Очевидно, что чем короче временные промежутки между отдельными измерениями, т. е. чем выше частота дискретизации, тем точнее описывается и затем воспроизводится звуковой сигнал. Обратное преобразование осуществляется с помощью цифро-аналогового преобразователя и реализуется достаточно просто.

Чем выше частота дискретизации, тем более естественным окажется воспроизводимый картой звук. Некоторые карты имеют различные частоты дискретизации при воспроизведении и записи звука: обычно это 44,1 кГц при воспроизведении стереосигналов, что соответствует стандарту звуковых компакт-дисков, и 22,05 кГц при записи.

Разрядность

Преобразование аналогового сигнала в цифровой код можно произвести только с какой-то степенью точности. Под разрешающей способностью аналого-цифрового преобразователя понимают наименьшее изменение аналогового сигнала, которое может привести к изменению цифрового кода. Например, 8-разрядный преобразователь может квантовать амплитуду сигнала на 256 (2⁸) уровней, 16-разрядный – на 65536 (2¹⁶) уровней. С увеличением разрядности АЦП растёт его динамический диапазон. Каждый бит соответствует примерно 6 дБ. В этом случае 8-разрядное преобразование может обеспечить динамический диапазон 48 дБ (качество аналогового кассетного магнитофона), 12-разрядное – 72 дБ (качество аналогового катушечного магнитофона) и 16-разрядное – 96 дБ (качество проигрывателя компакт-дисков).

Конфигурация

Для нормальной работы звуковой карты как элемента ПК необходимо грамотно установить её параметры: номер линии прерываний (IRQ), адрес порта ввода-вывода (I/O) и канал DMA (Direct Memory Access – Канал прямого доступа к памяти). Пример стандартных значений этих параметров для звуковой карты Sound Blaster Pro приведён в таблице.

I/O	IRQ	DMA

Чаще всего настройка этих параметров производится автоматически, средствами ОС.

Почти все звуковые карты оснащены усилителем низкой частоты, имеющим мощность 2 – 4 Вт (у стерео 2x2 и 2x4 Вт). Благодаря наличию соответствующего разъёма на карте к ней можно подключить или головные телефоны, или стереофонические акустические системы. Имея мощную звуковую карту (с 16-разрядным представлением данных и частотой дискретизации 44,1 кГц) и привод CD-ROM, вы сэкономите на проигрывателе компакт-дисков, поскольку привод CD-ROM в PC обеспечивает точно такие же характеристики воспроизводимого звукового сигнала, как и отдельный проигрыватель аудиокомпакт-дисков.

Практически на любой звуковой карте находится разъём для подключения джойстика (игровой порт – Game). Это 15-контактный штекер типа SUB-D.

Два игровых порта в одной системе не могут быть активны. Если вы хотите подключить к компьютеру два джойстика, то сделайте это с помощью Y-образного разветвителя (переходника) – каждый игровой порт рассчитан на подключение двух джойстиков.

Киберкостюм — это устройство для выдачи тактильных импульсов и отслеживания перемещения конечностей. Обычно используется совместно со
шлемом.

Модем

Для передачи информации по телефонным линиям её необходимо предварительно преобразовать из формы двоичного кода в непрерывный электрический сигнал. Для этой цели используется модулятор. Непрерывный сигнал, принятый по телефонной линии, необходимо преобразовать в форму двоичного кода, «понятную» компьютеру. Эту операцию выполняет демодулятор. Модулятор и демодулятор чаще всего объединены в одном устройстве, которое называется модем (рисунок 20).

Предполагается, что в будущем существующие сейчас телефонные линии будут повсеместно заменены линиями, основанными на цифровой форме представления информации (линии ISDN — Integrated Services Digital Network — цифровая сеть с интегрированными службами). Цифровая форма обеспечивает значительно более высокие качество и скорость передачи информации. При переходе к цифровой связи необходимость в модемах отпадает, так как форма сигнала в цифровой телефонной сети и в компьютере одинаковая — цифровая.

Рисунок 20 – Схема соединения компьютеров через телефонную сеть

Территориальные или региональные сети (WAN — Wide Area Network — сеть широкой области) объединяют локальные или городские сети, расположенные в различных городах или районах. Такие сети могут охватывать несколько областей, а также целые страны и континенты. В качестве примера территориальных сетей можно указать действующие в России сети Relcom (Reliable Communications — надёжные коммуникации), Relarn, Rosnet, Sprint, Unicom, Роспак и ряд других. В качестве линий связи в таких сетях в основном используются телефонные линии и оптоволоконные каналы.

Глобальные сети (ГВС — глобальная вычислительная сеть, global network). По мере роста и развития территориальных сетей возникали устойчивые соединения и связи между ними. Таким образом появились глобальные сети, сети планетарного масштаба, охватывающие все континенты Земли, например сети Usenet, Fidonet, Интернет. Фрагменты глобальных сетей соединяются друг с другом с помощью спутниковой связи, радиосвязи, телефонных линий и оптоволоконных каналов.

Итак, модем (от сокращённого «модулятор-демодулятор») — устройство для передачи данных от одного компьютера к другому посредством телефонных линий. Он превращает цифровой поток данных, идущий от компьютера, в аналоговый, слышимый человеческим ухом сигнал, который способны передавать телефонные линии, и наоборот. На самом деле эта характеристика относится лишь к части модемов – к простым и аналоговым.

Но существуют ещё и другие модемы — кабельные, цифровые. Эти модемы без образований сигнал посылают по цифровым каналам (волоконно-оптическим кабелям или линиям кабельного телевидения). Устройства этого класса в России не вошли в повсеместный обиход — цифровыми каналы у нас не нашли широкого применения.

Современный модем умеет не только предавать компьютерные данные — может работать автоответчиком, определителем номера, факс-модемы могут автоматически пересылать подготовленные на вашем компьютере документы на факс, а также выполнять обратную операцию — приём факсов.

Передача данных в России осуществляется с помощью телефонных линий, но этот канал связи – медленный, зашумлённый, малочувствительный, понимающий лишь узкий диапазон частот.

Любой модем устроен просто, на основе нескольких микросхем, отвечающих за выполнение трёх ключевых задач:

Цифровой сигнальный процессор (DSP). Руководит процессом подготовки компьютерной информации к передаче — разбивает её на «пакеты» в соответствии с протоколом. Именно в его ведении программная «начинка» модема — BIOS, который чаще называют просто «прошивкой».

Контроллер. Это специальная микросхема, которой передается информация, прошедшая через DSP. Она отвечает за сжатие информации, а заодно и за коррекцию ошибок.

Кодек (Digital-Analog Coder-Decoder). Работает с полностью готовыми к отправке данными. Переводит цифровые сигналы в аналоговые и отправляет их в путешествие по телефонным линиям. Информация, поступающая на ваш компьютер через Интернет, проходит через обратное преобразование из аналоговых сигналов в цифровые, и затем передаётся для обработки контроллеру и процессору DSP.

Типы модемов. Сегодня по описанной выше классической схеме изготавливаются далеко не все модемы. Если дорогие и качественные модели содержат в себе все три микросхемы, то в самых дешёвых внутренних устройствах может отсутствовать одна или даже две из трёх ключевых микросхем!

«Софтмодем» (softmodem) — не содержит микросхемы контроллера — вся работа по сжатию и коррекции ошибок ложится на центральный процессор. Последнему дополнительная нагрузка никакого дискомфорта не доставляет, ну а падения скорости в пару процентов пользователь и не заметит.

«Винмодемы» (winmodem). У этих устройств отсутствует модемный мозг (микросхема DSP), вместо которого «думает» специальное программное обеспечение, предназначенное для работы под операционной системой Windows (отсюда и название).

Конечно, по стабильности работы ни софт-, ни винмодем не смогут конкурировать с модемом полноценным. Однако низкая цена (15—30 долл.) компенсирует эти недостатки. Вот почему именно «урезанные» модемы и используют все без исключения сборщики типовых, «домашних» компьютеров.

Внешний модем. Подключается к последовательному (СОМ) порту или порту USB, занимает место на столе, требует отдельную розетку, но даёт возможность контролировать все параметры его работы с помощью сигнальных лампочек-индикаторов. Работает стабильно (как-никак внутренний модем подвержен воздействию многочисленных помех) и позволяет выключить себя, не отключая компьютера.

Внутренний модем. Подключается к PCI-разъёму на системной плате. Имеет низкую цену, отличается компактностью и не занимает дополнительное пространство на столе.

Существуют и другие классификации модемов, например обычные и голосовые модемы, снабжённые разъёмами для подключения наушников и микрофона. С помощью голосовых модемов удобно общаться по сети Интернет в режиме «интернет-телефона».

Протокол и скорость. Протокол можно сравнить с языком, на котором договариваются беседовать друг с другом два модема при установке связи. Язык этот определяет и скорость, и тип передачи данных.

На практике используются такие языки:

V.34, позволяющий принимать данные со скоростью до 33 600 бит в
секунду (bps);

V.90, х2 и k56flex, поддерживающие работу на скорости 57 600 бит/с. Первый протокол является универсальным, в то время как его предшественники х2 и k56flex представляют собой «приватные» разработки отдельных фирм.

V.92, протокол, принятый в 2000 г.

Для работы в Интернете минимальной является скорость 28 800 бит/с, но большинство продающихся модемов поддерживают протокол связи V.90, поэтому, теоретически способны работать на скорости 57 600 бит/с.

Пропускная способность сети

Кроме дальности передачи линии связи характеризуются пропускной способностью, ещё одной очень важной величиной, существенно влияющей на эффективность сети. Пропускной способностью называется максимальное количество битов информации, которое может быть передано по линии связи за одну секунду — бит/с или бод. Кроме того, используются кратные единицы: килобит в секунду (Кбит/с) равен 1 000 бод; мегабит в секунду (Мбит/с) равен 1 000 Кбит/с или 1 000 000 бод; гигабит в секунду (Гбит/с) равен 1 000 Мбит/с или 1 000 000 000 бод. Чем выше пропускная способность, тем удобнее работа в сети и тем меньше время ожидания передаваемой информации. Используемые в настоящее время линии связи имеют очень большой разброс по пропускной способности: от десятков килобит в секунду (что очень мало) и 10 Мбит/с у электрического кабеля типа Ethernet до 1 Гбит/с и выше у оптоволоконного кабеля.

Одной из основных характеристик модемов является скорость, с которой они обеспечивают преобразование и передачу информации. Современные модемы работают со скоростями от 2 400 до 115 200 бод. Типичными являются скорости 9 600, 14 400, 19 200, 28 800, 38 400 и 57 600 бод.

 

 

Программное обеспечение ПК

Программным обеспечением (ПО) (software) ЭВМ называют cовокупность программ и сопровождающей их технической и служебной документации предназначенная для решения задач на ПК.

Для каждого вида ЭВМ разработано в настоящее время большое количество программ.

Программа — это предписание, указывающее, какие операции, над какими данными и в каком порядке ЭВМ должна выполнить. Некоторые программы могут быть встроены в аппаратные компоненты компьютера, однако для обеспечения большей гибкости в работе их обычно записывают на жёсткий диск, компакт-диск или другие носители данных. В таком случае их необходимо каждый раз заново загружать в оперативную память при запуске компьютера или перед выполнением конкретной программы.

Программа – точная и подробная последовательность инструкций на понятном компьютеру языке для обработки информации.

Часто употребляемое выражение «компьютер сделал» (посчитал, нарисовал) означает ровно то, что на компьютере была выполнена программа, которая позволила совершить соответствующее действие. Меняя программы для компьютера, можно превратить его в рабочее место конструктора, агронома или бухгалтера, редактировать документы и т. д. Поэтому для эффективного использования компьютера необходимо знать назначение и свойства необходимых при работе с ним программ.

Каждый тип ЭВМ и персональной ЭВМ обладает своим собственным «внутренним» языком и может понимать программы, написанные только на нём. Такие программы называют загрузочными (исполняемыми).

В настоящее время в программном обеспечении персональных компьютеров принято выделять следующие группы программ: системное, прикладное и инструментальное программное обеспечение (рисунок 21).

Системные программы, выполняющие вспомогательные функции, например создание копий используемой информации, проверку работоспособности устройств компьютера, загрузку прикладных и инструментальных программ и т.д.

Прикладные программы, непосредственно обеспечивающие выполнение необходимых пользователям работ.

Инструментальные системы (системы программирования), обеспечивающие создание новых программ для компьютера.

Рисунок 21 – Современная классификация программного обеспечения

Грани между указанными тремя классами программ весьма условны, например в состав программы системного характера может входить редактор текстов, т.е. программа прикладного характера.

Один из вариантов ранней классификации программного обеспечения представлен в Приложении 2 (рисунок 25).