Розділ 2. Пристрої введення інформації

  • 2.1. Клавіатура
    • 2.1.1. Робота клавіатури
    • 2.1.2. Стандартизація клавішних пристроїв
    • 2.1.3. Розширені 101- і 102-клавішна клавіатури
    • 2.1.4. 104-клавішна Windows-клавіатура
    • 2.1.5. Функціональна схема клавіатури
    • 2.1.6. Скен-коди та ASCII- коди стандартної клавіатури
    • 2.1.7. Портативні клавіатури
  • 2.2. Маніпулятори (вказівники місцеположення та координатні пристрої)
    • 2.2.1. Маніпулятори типу “Миша”
    • 2.2.2. Інтерфейси миші
    • 2.2.3. Нові модифікації маніпуляторів типу “Миша”
    • 2.2.4. Трекбол
  • 2.3. Пристрої введення аналогової інформації в ЕОМ
  • 2.4. Сканери
    • 2.4.1. Історія створення та розвитку сканерів
    • 2.4.2. Оригінали зображень
    • 2.4.3. Механізм руху
    • 2.4.4. Ручні сканери
    • 2.4.5. Настільні сканери
    • 2.4.6. Барабанні сканери
    • 2.4.7. Оптична роздільна здатність сканера
    • 2.4.8. Динамічний діапазон сканера
    • 2.4.9. Типи зображень, що вводяться сканером
    • 2.4.10. Чорно-білі сканери
    • 2.4.11. Кольорові сканери
    • 2.4.12.Архітектура сканерів
    • 2.4.13. Апаратні інтерфейси сканерів
    • 2.4.14. Програмні інтерфейси та стандарти обміну даними сканерів
    • 2.4.15. Параметри зображення сканера. Вибір сканера   

2.1. Клавіатура

Клавіатура на сучасному етапі розвитку обчислювальної техніки є найбільш універсальним пристроєм введення інформації. Для введення будь – якої інформації (в даному разі інформації про символ) необхідно створити адекватний фізичному електричний сигнал. Такий сигнал можливо створювати за допомогою клавішного пристрою, який є складовою частиною клавіатури. Клавішні пристрої введення інформації призначені для ручного введення алфавітно-цифрових символів з метою їх подальшого перетворення в електричні сигнали. Клавішні пристрої можуть виконуватись як автономні, конструктивно завершені одиниці, так і у вигляді вбудованих блоків. В загальному вигляді клавішний пристрій має одну або декілька клавіатур, шифратори, мультиплексори, інтерфейсні регістри, пристрої пам'яті, схему керування, індикатори контролю за станом клавіатури та ряд інших вузлів [2].

Рисунок 2.1 – Структура клавіатури

В структурі використано наступні абревіатури: ДШ - дешифратор, МПС - мультиплексор сигналів вибору клавіші; G - генератор тактових імпульсів, ЛЧ - лічильник імпульсів, ПД – протидребезгова схема, RG – регістр, МП - мікропроцесор, П - пам'ять, ІНТ – інтерфейс.

Схема працює в наступному порядку: лічильник ЛЧ, молодші розряди якого підключені до дешифратора ДШ, а старші до цифрового мультиплексора М, під впливом генератора Г за допомогою дешифратора вибирає сигнал логічного “О” на стовпцях матриці К. В цей час мультиплексор МПС під управлінням старших розрядів лічильника ЛЧ вибирає для опитування рядки матриці К. Якщо один з комутаційних елементів матриці К знаходиться в замкненому положенні, то при виборі відповідного стовпця, логічний “О” з виходу дешифратора ДШ з’являється на виході мультиплексора МПС та видає запис коду відповідного замкненого елемента в регістр RG. Після перетворення коду в стандартну форму послідовний інтерфейс передає його в процесор. Протидребезгова схема ПД частіше всього є одно вібратором з повторним запуском.

Клавіатура має модульну конструкцію і є частиною робочого місця оператора, яке повинно відповідати ряду ергономічних вимог. Клавіатура повинна розташовуватись під кутом біля 15 градусів до горизонтальної площини в доступній для оператора зоні та мати клавіші з вільним ходом 4 - 7мм, зусиллям натиску 0,9Н.

Клавіші, що використовуються в клавіатурах, поділяються на дві групи: контактні та безконтактні. Контактні клавіші знайшли широке застосування у якості елементів клавіатур. Вони поділяються за видом перемикачів на електромеханічні, герконові, мембранні, гумові.

Електромеханічні клавіші відрізняються простотою конструкції, їх основою є контактний перемикач, що забезпечує значну потужність перемикання. В той же час він має явні недоліки: наявність "дребезгу", невисоку частоту перемикання, непостійність електричного опору між контактами, велике зусилля натискання, невеликий термін служби.

Більш надійними є герконові клавіші, в яких комутація здійснюється герметизованими в склі контактами - герконами. Як відомо, герконовий контакт замикається під дією на нього магнітного поля. Тому в склад клавіші вводиться спеціальний кільцевий магніт. Геркон спрацьовує якщо постійний магніт рухається навколо нього при натискуванні клавіші.

В герконових клавіатурах використовують геркони типу КЕМ2, КЕМЗ. Така клавіатура відрізняється простотою та великим терміном служби.

Рисунок 2.2 – Герконова клавіша

Мембранні клавіші побудовані на базі плоского перемикача, мають дві пластинки з еластичного матеріалу на які нанесені контакти та провідники. Між пластинками знаходиться тонка ізоляційна прокладка з отвором у зоні контактів. Ця прокладка перешкоджає замиканню контактів у ненатисненому стані. Натискання верхньої пластинки призводить до замикання контактів. Мембранні клавіші компактні та технологічні при виготовленні.

Перемикачі на основі провідної гуми (Рисунок 2.3) виготовляються у вигляді силіконових клавіш. Клавіші кріпляться прямо на друковану плату, на якій технологічним шляхом нанесено контакти перемикача та схема їх з'єднання. При натисканні клавіші провідна гума основи клавіші притискається до плати та замикає необхідні контакти.

Рисунок 2.3 – Мембранна клавіша

До безконтактних перемикачів відносяться перемикачі, у яких механічні переміщення клавіш перетворюються у зміну ємності, індуктивності або опору і, в подальшому, у зміну напруги або струму.

В безконтактних перемикачах механічний вплив (наприклад, механічне переміщення) перетворюється в зміну ємності, індуктивності або опору, а потім ця зміна перетворюється в електричний сигнал. Для цього може бути використана конструкція мембранного перемикача, у якому між контактами розміщується зтискуюча ізолююча прокладка, котра не дозволяє контактам замкнутися. Тоді факт натискання клавіші визначається по зміні зазору між контактами та пов'язаною з цим зміною міжконтактної ємності, які реєструються спеціальною чутливою схемою. Відомі конструкції безконтактних перемикачів на основі взаємодії феритового сердечника та магніту, які використовують диференційні трансформатори та ефект Холла.

В теперішній час є достатньо широкий набір клавішних перемикачів, в різній мірі задовільняючих ним вимогам. В зарубіжній практиці, наприклад, достатньо широко використовуються безконтактні перемикачі, засновані на ефекті Холла. Перемикачі цього типу містять перетворювач Холла, який складається з власне генератора Холла, підсилювача, тригера Шмідта та одновібратора (Рисунок 2.4). Площа, яку займає перетворювач Холла в інтегральному виконанні, становить 0,25 кв.см.

При натисканні на клавішу постійний магніт, який закріплений на плунжері, зміщується в напрямку перетворювача Холла. В генераторі Холла, який потрапив у магнітне поле, виробляється е.р.с. Холла. Напруга подається на вхід підсилювача, а далі аналоговий сигнал у тригері перетворюється в дискретний. Одновібратор з сигналу, що знімається з плеча тригера, формує одноразовий імпульс. Перевагою цього перемикача є відсутність "дребезгу", висока надійність, довговічність та малі габарити. Недоліком є постійна потреба в електроживленні та порівняно висока вартість.

Рисунок 2.4 – Безконтактний перемикач, заснований на ефекті Холла

а) генератор Хола; б) структурна схема перетворювача Хола

Ємнісні клавіатури, що забезпечують найвищі показники надійності при порівняно низькій вартості та високій технологічності займають провідне положення на ринку клавіатур. Структура ємнісної клавіатури відображена на рисунку 2.5. При натисканні на клавішу зв'язок між пластинами ємнісної клавіатури різко збільшується, що легко визначити, пропускаючи по ланцюгу імпульсний сигнал. Проблема перешкодостійкості одна з найсуттєвіших для ємнісних клавіатур. Ця проблема вирішується в трьох напрямках: збільшення відношення сигнал/перешкода; введення адаптивного порогу спрацьовування; використання алгоритмічних методів відсіву перешкод.

Рисунок 2.5 – Структурна схема ємнісної клавіатури

Позначення на рисунку: М – матриця ємнісних перемикачів, АК –аналоговий комутатор, ДШ – дешифратор, Г – генератор прямокутних імпульсів, Ф – формувач імпульсу опитування, ЛЧ – двійковий лічильник, ПВЗ – пристрій вибірки та зберігання, К – компаратор, О1,О2 – одновібратори, РГ – регістр, ПІ – послідовний інтерфейс.

Сканування матриці перемикача здійснюється аналогічно клавіатурі з електромеханічними перемикачами. Для кожної з вибраних ємнісних клавіш формувач генерує імпульс опитування, що призводить до появи позитивного та негативного сплеску напруги. Для натиснутої клавіші такий сплеск буде в декілька раз вищий, ніж для ненатиснутої. Для формування адаптивного порогу (під кожний ємнісний перемикач) рівень напруги безпосередньо перед сплеском запам'ятовується на ПВЗ. Перевищення сплеску над порогом свідчить про те, що клавішу натиснуто. Реєстрація натискання фіксується, як по позитивному перемиканню схеми фіксації (ПВЗ1, К1, О1), так і по негативному (ПВЗ2, К2, О2), що дає можливість ігнорувати імпульсну перешкоду. Збіг сигналів О1 та О2 формує сигнал запису коду вибраної клавіші в регістр. Принцип дії клавіші ілюструє рисунок 2.6.

Рисунок 2.6 – Принцип дії ємнісного перемикача.

Оптоелектронні клавіатури, не маючи електричного контакту, за своєю надійністю не поступаються ємнісним, але за стійкістю до дії перешкод значно їх перевищують. Завдяки цьому вони незамінні там, де існує високий рівень перешкод, наприклад, електромагнітне поле, радіаційне випромінювання та інше.

Звичайно, оптоелектронні клавіатури містять в собі лінійки світловипромінювачів та фотоприймачів, отже промені, які їх з'єднують, утворюють матрицю. У вузлах матриць розміщені елементи перемикання так, що при натисканні клавіші вони перекривають випромінювання по рядках та стовпчиках матриці. Контролер клавіатури реєструє перекриття світлових променів та виробляє код відповідно знакомісцю клавіші. Оскільки швидкодія не є першочерговим фактором в людинно-машиннім інтерфейсі, то з метою зменшення апаратних витрат використовують послідовне сканування оптоелектронних каналів. В останній час починають поширюватись модульні оптронні клавішні перемикачі та клавіатури з світловим кодуванням.

На рисунку 2.7 зображена конструкція фотоелектричного клавішного перемикача. Кодування за допомогою клавіатури, побудованої на базі цих перемикачів, здійснюється шляхом переривання світлового потоку при натисканні клавіші. Пристрій складається з матричної панелі (МП), кодуючої маски (KM), зв'язаної з клавішами, джерела світла та фотоприймачів. Джерело світла та фотоприймач встановлені на протилежних стінках корпусу. МП та KM розмішують між ними таким чином, щоб забезпечувалась співосність відповідних отворів в МП та KM. Отвори в МП модулюють промені світла, що падають на фотоприймачі. При натисканні на клавішу між МП вводиться кодуюча маска, яка пропускає світловий потік, необхідний для одержання відповідної кодової комбінації.

Рисунок 2.7 – Конструкція фотоелектричної клавіатури.

Можна вважати, що при досягненні більш високої якості світлодіодів (мінімальний розкид по яскравості) оптронні клавіатури та модульні оптрони і перемикачі зможуть успішно конкурувати з перемикачами, що використовують ефект Холла.

Сенсорні перемикачі не мають рухомих механічних елементів. Процес вмикання (перемикання) викликається лише дотиком пальців оператора до клавіатури. Робота на сенсорній клавіатурі вимагає певних навиків, оскільки клавіші нерухомі або малорухомі, а "зворотний зв'язок" з оператором замикається через фіксатор інформації, що вводиться.

Перетворення електричного сигналу від тієї чи іншої клавіші в двійковий код (відповідно кодовій таблиці) здійснює шифратор. Шифратори можуть виконуватись на контактній або безконтактній основі, отже останні - на інтегральних елементах - отримали переважний розвиток.

Для узгодження клавіатури з мікропроцесором зазвичай використовуються БІС програмованих мікроконтролерів або мікропроцесорів клавіатури. В перших розробках персональних комп’ютерів використовувались контролери, які мали клавіатурну та дисплейну частини. Прикладом такого контролера є програмований контролер клавіатури й індикації (ПККІ) КР580ВВ79, структурна схема якого наведена на рисунку 2.8.

Буфер даних (БД) служить для узгодження із шиною даних DB7— DB0 локальної магістралі мікропроцесора. Блок керування введенням-виведенням (БКВВ) керує прийманням і видачею керуючої інформації і даних від МП. На входи RD (читання) і WR (запис) подаються керуючі сигнали шини керування локальної магістралі МП. Вхід СD зазвичай з'єднується з молодшим розрядом адресної шини і служить для поділу керуючої інформації і даних. Вхід СS (вибір мікросхеми) з'єднується з дешифратором адреси, що визначає розташування ПККІ в адресному просторі МП.

Буфер клавіатури, що містить схему захисту від дребезгу контактів, приймає по лініях RET0—RET7 код позицій клавіш і запам'ятовує його в стеці клавіатури на 8 байт із механізмом ПРО. Схема аналізу стека (САС)

Рисунок 2.8 – Структура контролера клавіатури типу КР 580ВВ79

виробляє сигнал переривання на виході INT, якщо черга не порожня. Вхід V/STB використовується для подачі керуючого сигналу при скануванні або стробуванні в режимі введення по стробу. На вхід SН подається сигнал зсуву, який використовується для сканування клавіатури. Лічильник сканування з виходами S0—S3 призначений для сканування стану або клавіш дисплея.

Оперативний ЗП зберігає інформацію про натиснуті клавіші, яка відображується на дисплеї. Регістр адреси містить адресу даних, які записуються або зчитуються МП. Регістри відображення зберігають дані, що відображуються на виходах DISPA (0 - 3) і DISB (0 - 3). Схема керування і синхронізації (СКС) здійснює керування роботою мікросхеми. На вхід CLK надходять синхроімпульси, на вхід CLR.- сигнал скидання. На виході BD виробляється сигнал гасіння відображення.

2.1.1. Робота клавіатури

Клавіатура персонального IBM сумісного комп'ютера містить контролер клавіатури (наприклад мікросхему типу Intel 8048), який зменшує навантаження на центральний процесор ПК. Основна діяльність контролера полягає в стеженні за клавішами і видачі повідомлень ROM-BIOS при натисканні і відпусканні клавіш чи їх комбінацій. Якщо будь-яка клавіша залишається натиснутою більш як напів секунди, контролер надсилає сигнали через задані інтервали часу. Контоллер І8048 має також деякі можливості з діагностування та виявлення помилок, а додатково у буфері контролера може зберігатися інформація про натискання до 20 клавіш, які не зміг прийняти центральний процесор, що у реальному часі буває рідко. Щораз при натисканні чи відпусканні однієї з клавіш схеми клавіатури генерують однобайтове число, яке називається скен-кодом, що однозначно ідентифікує положення клавіші на матриці поля клавіатури. Клавіатура видає різні скен-коди при натисканні і відпусканні клавіші. При натисканні клавіші байт скен-кода містить число в діапазоні від 1 до 83, якщо клавіатура стандартна і містить у конкретному випадку 83 клавіші. При відпусканні клавіші клавіатура генерує скен-код, число якого на 128 більше, ніж скен-код при натисканні клавші, встановлюючи одиницю в старший (сьомий) розряд скен-кода. Наприклад, коли ми натискаємо клавішу Z, у вказаному стандарті клавіатура генерує скен-код 44, а при відпусканні цієї клавіші клавіатура генерує скен-код 172 (44+128). Діаграма на рисунку 2.9 показує клавіші стандартної клавіатури і відповідні їм скен-коди.

При введенні інформації, клавіатура не знає значення клавіші, що натискається, вона просто звітує про ті дії, що відбуваються. Переклад дії натискання клавіші у значущу інформацію, яка використовується програмами — це робота підпрограм ROM-BIOS, що обслуговують клавіатуру. Як ми побачимо, клавіатура зв'язується з ROM-BIOS за допомогою портів і переривань

Програми, що обслуговують клавіатуру, керують даними, що надходять із клавіатури, і змінюють їх будь-яким способом, який ми покажемо. Звичайно цим програмам передаються команди, які називаються макросами клавіатури, що повідомляють їм, на натискання яких клавіш звертати увагу і які при цьому робити зміни. Зміни можуть складатися з придушення натискань клавіш (тобто начебто нічого не відбулося), заміни одних клавіш іншими чи заміни одного натискання клавіші довгою серією натискань. Найбільш розповсюджене використання

Рисунок 2.9 – Схема та скен-коди стандартної клавіатури PC.

макросів - це скорочення фраз, що вводяться найбільш часто; наприклад, ми можемо дати команду перетворювати комбінацію клавіш, таку як Alt-S, у вітання, що ми використовуємо у своїй кореспонденції, таке як "Щиро Ваш". Ви можете також використовувати клавіші клавіатури для скорочення програмних команд таким чином, що трьох або чотирьох символьні команди можна буде вводити одним натисканням клавіші. Подібні програми працюють, використовуючи комбінацію можливостей двох спеціальних функцій: одна з них є частиною DOS, а друга - частиною ROM-BIOS.

Функція DOS дозволяє програмі залишатися резидентною у пам'яті комп'ютера, непомітно керуючи його операціями, у той час як звичайне керування передається іншим програмам, таким, наприклад, як програма підготовки текстів. Можливості ROM-BIOS дозволяють перехопити потік інформації від клавіатури, так що до того, як інформація потрапить у яку-небудь програму, вона може бути переглянута і змінена. Щоразу, коли натискається або відпускається яка-небудь клавіша на клавіатурі, про цю дію повідомляє ROM-BIOS за допомогою переривання 9, переривання від клавіатури. Переривання 9 викликає підпрограму обробки переривання, що відповідає на це читання з порту 96 (16-рична адреса 60), щоб визначити, яка клавіша була натиснута або відпущена. Потім очікуваний скен-код повертається і підпрограми, що обслуговують клавіатуру, переводять його в 2-байтний код. Молодший байт цього коду містить звичайно код ASCII клавіші, а старший байт — скен-код клавіатури. Спеціальні клавіші, такі як функціональні клавіші і клавіші додаткової цифрової клавіатури, мають у молодшому байті ноль, а в старшому — скен-код .

Потім підпрограми ROM-BIOS розміщують відтрансльований код у чергу, що знаходиться в молодших адресах пам'яті, з 0000 04IE. Ці коди знаходяться тут доти, поки не будуть запитані програмою, що очікує введення з клавіатури.

2.1.2. Стандартизація клавішних пристроїв

За розміщенням клавіш настільні клавіатури поділяються на два основних, функціонально майже рівноцінних види. В клавіатурах першого виду функціональні клавіші розміщувалися в двох вертикальних рядках і не мали окремої групи управління курсором. Всього в такій клавіатурі 84 клавіші. Цей вид використовувався в персональних комп'ютерах типу IBM PC, XT і AT до кінця 80-их років.

Другий вид клавіатури, яку прийнято вважати модернізованою, має 101, 102, 104, 108 чи 112 клавіш. Клавіатурою такого виду оснащені всі сучасні персональні комп'ютери. Кількість функціональних клавіш у такій клавіатурі 12, проти 10 у клавіатурах першого виду. Логічно виділено групу клавіш для роботи з текстами, продубльовані деякі спеціальні клавіші для обох рук.

Розміщення буквених клавіш на комп'ютерних клавіатурах визначено стандартами. Сьогодні широко використовується стандарт QWERTY, названий за першими шести буквами клавіш верхнього ряду. Йому відповідає вітчизняний стандарт ЙЦУКЕН. Отже, розміщення клавіш кириличного алфавіту практично аналогічне розміщенню на друкуючій машинці, відрізняються тільки знаки розділу.

Стандартизація розмірів та розміщення клавіш необхідна для того, щоб користувач міг працювати на будь-якій клавіатурі сліпим методом. Відповідність кожному символу клавіатури певного байта інформації забезпечується застосуванням таблиці кодів ASCII (American Standart Code for information interchange). Цей американський стандарт кодів для обміну інформацією застосовується на більшості сучасних комп'ютерів.

Таблиця ASCII передбачає різні кодові слова навіть для клавіш, що мають однакові буквені позначення. Це дозволяє модифікувати функції цих клавіш при написанні спеціальних програм, що визначають реакцію центрального процесора на натискання певної клавіші. Для обробки послідовності натискувань у клавіатурі передбачена спеціальна пам'ять натиснутих клавіш, яка може зберігати інформацію до 20 натискувань. Це необхідно для того, щоб дати процесору час на обробку переривань, реакцій на натискування клавіш. Окрім фіксації факту (коду) натискання певної клавіші клавіатура забезпечує також і фіксацію відпускань, посилаючи процесору свій сигнал переривання з відповідним кодом.

2.1.3. Розширені 101- і 102-клавішна клавіатури

У 1986 році IBM випустила корпоративну розширену 101-клавішну клавіатуру для нових моделей XT і AT. Така клавіатура поставлялась фактично з кожною системою і терміналом IBM. Багато компаній скопіювали цю модель, і дуже скоро вона стала стандартною для всіх РС-сумісних систем.

Розкладка цієї універсальної клавіатури стала кращою за 84-клавішну, за винятком, можливо, одного: клавіша Enter стала меншою. 101-клавішна клавіатура розроблена відповідно до міжнародних вимог і правил. Фактично компанії Digital Equipment Corporation (DEC) і Texas Instruments (TI) вже використали клавіатури, аналогічні 101-клавішній моделі IBM. Спочатку 101-клавішні пристрої випускалися як з світлодіодними індикаторами, так і без них, залежно від того, для якого комп'ютера (XT або AT) вони призначалися. Зараз є багато варіантів клавіатур, у тому числі і з інтегрованими пристроями позиціонування (маніпуляторами), з трекболами, сенсорними планшетами і “гарячими” клавішами, які програмуються на виконання певних завдань.

Існує декілька варіантів розширеної клавіатури, але всі вони взаємозамінні і мають аналогічні електричні параметри. IBM і її дочірня фірма Lexmark, що спеціалізується на виробництві клавіатур і принтерів, випускає безліч різновидів цієї клавіатури, зокрема з вбудованими пристроями позиціонування і новими розкладками. Більшість розширених клавіатур цього типу підключаються до комп'ютера за допомогою 5-контактного роз'єму DIN, але в нових варіантах частіше використовується 6-контактний роз'єм mini-DIN, який встановлюється в багатьох системах, наприклад PS/2.

Не дивлячись на відмінність роз'ємів, самі клавіатури ідентичні; за бажання можна замінити їх сполучні кабелі або використовувати перехідний роз'єм. 101-клавішна клавіатура може бути умовно розділена на наступні області:

  • область друкарських символів;
  • додаткова цифрова клавіатура;
  • область управління курсором і екраном;
  • функціональні клавіші.

Розкладка 101-клавішної клавіатури аналогічна розкладці клавіатури машинки Selectric, що пише (за винятком клавіші "Enter"). Клавіші "Tab", "Caps Lock", "Shift" і "Backspace" більші за розміром і розташовані так само, як і на машинці, що пише. Клавіші "Ctrl" і "Alt" розміщуються по обидві сторони від клавіші пропуску. Клавіші управління курсором утворюють окрему групу. Додаткова цифрова клавіатура призначена для введення чисел; як і в попередніх РС-клавіатурах, її можна використовувати для управління курсором при відключеному режимі Num Lock. На додаткову цифрову клавіатуру додана u1082 клавіша / і ще одна клавіша Enter.

Клавіші управління курсором розташовані у вигляді переверненої букви “Т”. Над ними розташовані клавіші "Insert", "Delete", "Home", "End", "PageUp" і "PageDown". Функціональні клавіші, об'єднані в групи по чотири, розташовані у верхній частині клавіатури. Крім того, введені дві додаткові функціональні клавіші ("F11" і "F12"), а клавіша "Esc" розташована у верхньому лівому кутку. Для виконання найпоширеніших операцій передбачені спеціальні клавіші "PrintScreen/SysReg", "Scroll Lock" і "Pause/Break".

У двомовних варіантах розширеної клавіатури встановлено 102 клавіші, і розкладка їх декілька інша, чим в американській версії. Одне з найкорисніших нововведень в сучасних клавіатурах - можливість використання знімних ковпачків. Це дозволяє замінювати зламані клавіші, а також спрощує чищення і локалізацію клавіатури. Багато виробників випускають шаблони для клавіатури, в яких передбачені спеціальні інструкції.

2.1.4. 104-клавішна Windows-клавіатура

Для користувачів, що друкують сліпим методом, користуватися мишею не зручно, отже доводиться прибирати руку з клавіатури. Для любителів клавіатури Windows 95/98 виникає ще більше проблем, оскільки при роботі з нею задіюються обидві кнопки миші.

Багато нових клавіатур, особливо в портативних комп'ютерах, включають різні варіанти пристроїв IBM TrackPoint і Alps Glidepoint (описаних нижче в цьому розділі), які дозволяють таким, що друкує усліпу тримати руки на клавіатурі навіть при використанні маніпулятора миші. Microsoft запропонувала доповнити клавіатуру трьома новими клавішами, призначеними спеціально для Windows. Це нововведення допомагає реалізувати функції, для виконання яких необхідно натискати багато клавіш або клацати кнопкою миші. Microsoft випустила специфікацію Windows-клавіатури, що містить нові клавіші і їх комбінації. Клавіатура, подібна 101-клавішній, виросла до 104-клавішної з додатковими лівою і правою Windows-клавішами та клавішею Application (додаток). Вони можуть використовуватися для отримання комбінацій клавіш на рівнях операційної системи або додатку подібно до комбінацій з Ctrl і Alt на 101-клавішній клавіатурі.

Власне для роботи з Windows 95/98 і Windows NT/2000 не вимагається нових клавіш, але розробники програмного забезпечення наділили специфічними функціями Windows- додатки, в яких використовуватиметься нова клавіша Application (вона виконує ті ж функції, що і права кнопка миші). У стандартній розкладці Windows-клавіатури клавіша пропуску коротша, дві клавіші Windows розташовано зліва і справа (WIN), а клавіша Application - справа. Клавіші WIN викликають меню Пуск (Start), по якому можна переміщатися за допомогою клавіш управління курсором. Клавіша Application еквівалентна натисненню правої кнопки миші; у більшості додатків вона дозволяє перейти в контекстно-залежне меню. Декілька комбінацій з клавішею WIN пов'язано з макрокомандами. Наприклад, натискаючи комбінацію клавіш WIN+E, можна запустити програму Провідник Windows (Windows Explorer). У табл. 2.1 перераховані нові комбінації клавіш, які використовуються в Windows 9х/Me/2000. Описані комбінації клавіш підходять практично до будь-якої 104-клавішної клавіатури, додатково володарі продуктів Microsoft можуть розширити їх можливості за допомогою спеціального програмного забезпечення IntelliType Pro, що поставляється разом з клавіатурами Microsoft. Програма IntelliType Pro дозволяє призначати “гарячі” клавіші і параметри клавіатури, її взаємодію з Internet і мультимедійними пристроями. Після інсталяції можна застосовувати комбінації клавіш, перераховані в табл. 2.2 Для отримання нових версій IntelliType Pro зазвичай звертаються на Web-вузол компанії Microsoft.

Таблиця 2.1. Комбінації клавіш в Windows 9х/Me/2000

Комбінація клавіш. Призначення

  • WIN+R Відображення діалогового вікна. Запуск програми (Run);
  • WIN+M Мінімізація всіх вікон;
  • WIN+D Мінімізація всіх вікон або відміна мінімізації;
  • Shift+WIN+M Відміна мінімізації;
  • WIN+F1 Виклик довідки по Windows;
  • WIN+E Запуск програми Провідник;
  • WIN+F Пошук файлів або тек;
  • Ctrl+WIN+F Пошук комп'ютера;
  • WIN+Tab Циклічне перемикання кнопок на панелі управелнія;
  • WIN+Break Відображення діалогового вікна Система (System).
  • Таблиця 2.2. Комбінації клавіш IntelliType Pro

    Комбінація клавіш. Призначення

  • WIN+L Завершення роботи Windows;
  • WIN+P Відкриття діалогового диспетчера друку;
  • WIN+C Відкриття вікна Панель управління (Control Panel);
  • WIN+V Проглядання вмісту буфера обміну;
  • WIN+K Відкриття діалогового вікна властивостей клавіатури;
  • WIN+I Відкриття діалогового вікна властивостей миші;
  • WIN+A Відкриття діалогового вікна спеціальних можливостей;
  • WIN+пробел Відображення списку комбінацій клавіш IntelliType;
  • WIN+S Перемикач Caps Lock.
  • Нова специфікація Windows-клавіатури вимагає, щоб виробники збільшили кількість трилограм. Трилограма - це комбінація трьох клавіш, що одночасно натискаються, наприклад Ctrl+Alt+Del, призначена для виконання деякої спеціальної функції. Сама по собі розробка клавіатури, яка забезпечувала б коректну обробку трилограм, вимагає додаткових витрат, а це приведе до збільшення її вартості. Як би там не було, але сьогодні кожен виробник оснащує свої клавіатури цими клавішами.

    Клавіатури порту USB останнім часом стають більш популярнішими. Вони підключаються до комп'ютера за допомогою універсальної послідовної шини USB замість стандартних портів клавіатури і миші. Оскільки USB є універсальною шиною, вона з успіхом може замінити звичайні паралельні і послідовні порти, а також порти клавіатури і миші. В даний час всі системи поки що випускаються як з USB, так і з стандартними портами. Швидше за все в подальшому комп'ютери підтримуватимуть тільки шину USB.

    Практично всі виробники клавіатур і маніпуляторів випускають USB-пристрої. Наприклад, остання версія ергономічної клавіатури Natural Keyboard Elite, що випускається компанією Microsoft, підтримує підключення через шину USB. Окрім цього, вона забезпечується адаптером для “звичайного” підключення. Не всі системи можуть нормально працювати з USB-клавіатурою, оскільки стандартна BIOS підтримує тільки стандартну клавіатуру, підключену до порту клавіатури. При використанні виключно USB-клавіатури в подібних системах можуть не тільки з'являтися повідомлення про помилки при завантаженні, але можлива навіть повна зупинка.

    Для використання клавіатури, підключеної до універсальної послідовної шини необхідно забезпечити наступні умови:

  • у системі повинен бути встановлений порт USB;
  • на комп'ютері повинні бути встановлені операційні системи Windows 98, Windows Me, Windows 2000, Windows 2003 і інші, які підтримують USB-клавіатури;
  • підтримка режиму USB Legacy повинна бути здійснена на рівні системної BIOS і наборів мікросхем системної логіки.
  • Підтримка USB Legacy означає, що набір мікросхем системної плати і драйвери ROM BIOS дозволяють використовувати клавіатуру USB поза середовищем призначеного для користувача графічного інтерфейсу (GUI) Windows. Режим USB Legacy дозволяє використовувати клавіатуру USB в середовищі MS DOS, для конфігурації системної BIOS, при використанні командного рядка під час роботи в Windows або ж при першій установці Windows в системі. За відсутності підтримки цього режиму клавіатура USB функціонуватиме тільки під час роботи в Windows. Не дивлячись на те що підтримка USB Legacy здійснена в більшості сучасних систем, в системній BIOS вона за умовчанням відключена. В тому випадку, якщо з яких-небудь причин установка Windows буде перервана і доведеться працювати в MS DOS, клавіатура USB не функціонуватиме до тих пір, поки не буде здійснена її підтримка на рівні наборів мікросхем і системної BIOS. Майже всі системи з портами USB, створені після 1998 року, включають набори мікросхем системної логіки і базову систему введення-виведення з підтримкою режиму USB Legacy (іншими словами, що підтримують клавіатуру USB). Режим USB Legacy дозволяє використовувати клавіатуру USB практично в будь-яких ситуаціях, але, не дивлячись на це, відмовлятися від клавіатури із стандартним портом ще рано.

    2.1.5. Функціональна схема клавіатури

    Клавіатура складається з набору перемикачів, об'єднаних в матрицю. При натисканні клавіші процесор, встановлений в клавіатурі визначає координати натисненої клавіші в матриці. Крім того процесор визначає тривалість натискання на клавішу і може обробити навіть натискання декількох клавіш. В клавіатурі встановлено буфер ємністю 16 байт, в який заносяться дані при надто швидкому натисканні клавіш або при одночасному натисканні декількох клавіш. Далі ці дані у відповідній послідовності передаються в систему. Зв'язок із системним блоком відбувається через послідовний канал, по якому дані передаються по 11 біт, при чому вісім з них - власне дані, а інші - синхронізуючі та управляючі. В комп'ютерах типу АТ послідовний інтерфейс клавіатури підключено до спеціального контролера клавіатури на системній платі. В якості такого контролера використовується мікросхема 8042 універсального інтерфейсу периферійних пристроїв (Universal Peripheral Interface - UPI). В деяких комп'ютерах використовують мікросхеми 8041 і 8741, що відрізняються лише ємністю пам'яті.

    В системах АТ мікроконтролер, встановлений в клавіатурі (типу 8048), пересилає дані в контролер клавіатури (типа 8042) на системній платі; можлива також передача даних в зворотньому напрямку. Коли контролер на системній платі приймає дані від клавіатури - він видає запит по IRQ 1 і передає дані головному процесору через порт введення/виведення з адресою 60h (як і в РС/ХТ). Контролер клавіатури грає роль посередника між головним процесором та клавіатурою, він також може перетворювати скан-коди та виконувати деякі інші функції. Дані можуть передаватися контролеру через той самий порт, після чого він пересилає їх в клавіатуру.

    Для того, щоб передати команди або перевірити стан контролера клавіатури, на системній платі - використовують порт 64h. Передача команд звичайно супроводжується передачею даних в одному з напрямків через порт 60h.

    Рис 2.10 – Функціональна схема клавіатури

    2.1.6. Скен-коди та ASCII-коди стандартної клавіатури

    При натисканні клавіш, вмонтований в клавіатуру процесор (8048 або 6805) визначає координати натисненої клавіші в матриці. Після цього він передає контролеру клавіатури пакет даних, що містить скен-код натисненої клавіші.

    Цей код називається кодом активізації (make code). Коли клавіша повертається в свій попередній стан, відсилається код зупинки (break code), який вказує контролеру, що клавіша відпущена. Код зупинки відрізняється від коду активізації на 80h. Наприклад, якщо код активізації для клавиші А складає 1Еh, код зупинки буде 9Еh. За допомогою цих кодів система визначає натиснену клавішу або їх комбінацію.

    Таблиця 2.3 Скен-коди стандартної клавіатури

    Клавіші управління курсором
    2.1.7. Портативні клавіатури

    Широке використання портативних комп'ютерів значною мірою вплинуло на розкладку клавіатури. Обмежений розмір портативного комп'ютера не дозволяє використовувати стандартну розкладку клавіатури, тому виробники запропонували безліч різних типів розкладок. На жаль, на відміну від розкладки 101-клавішної клавіатури, жодна з них не стала промисловим стандартом. Оскільки замінити клавіатуру в портативному комп'ютері значно важче, ніж в стаціонарному.

    Раніше портативні комп'ютери часто поставлялися з клавіатурою, яка відрізнялася тільки меншим розміром. Працювати з такою клавіатурою було незручно. Сьогодні розміри клавіш на портативних комп'ютерах зазвичай збігаються з розмірами клавіш настільної клавіатури. Втім, іноді зустрічаються портативні комп'ютери, у яких розміри клавіш удвічі менше звичайних. Крім того, на вимогу користувачів більшість виготівників зберігають розташування клавіш управління курсором у вигляді перевернутої букви T, хоча було декілька невдалих спроб змінити таке розташування. Звичайно, найбільш очевидна відмінність клавіатури портативних комп'ютерів полягає у відсутності допоміжної цифрової клавіатури. У більшості з них допоміжна клавіатура входить тепер в стандартну буквену частину клавіатури (Рис. 2.11).

    Рис. 2.11. Приклад розташування допоміжної клавіатури

    Для перемикання клавіатури зазвичай використовується комбінація, в яку входить клавіша Fn. Це надзвичайно незручно, і багато користувачів повністю відмовляються від допоміжної клавіатури на портативних комп'ютерах. На жаль, при виконанні деяких дій, наприклад при введенні кодів ASCII, необхідно використовувати клавішу Alt і клавіші допоміжної клавіатури. На додаток до управління допоміжною клавіатурою клавіша Fn часто використовується для перемикання між режимами в портативних комп'ютерах, наприклад для перемикання між вбудованим і зовнішнім u1076 дисплеєм або для управління яскравістю екрану і гучністю звуку.

    У деяких портативних комп'ютерах використовуються досить довгі клавіатури. Протягом нетривалого часу IBM випускала портативні комп'ютери з клавіатурою, яка складалася подібно до крил метелика. Вона була розділена на дві половини і складалася, коли система була закрита. Коли ви відкривали кришку, дві половини розкривалися; довжина такої клавіатури перевищувала довжину корпусу комп'ютера. Як не дивно, в гонці за збільшенням розміру портативних комп'ютерів про цей різновид конструкції забули. Багато виготівників, збільшивши розміри портативних комп'ютерів (встановлюючи 12- і навіть 14-дюймові дисплеї), збільшили і розмір клавіатури.

    2.2. Маніпулятори (вказівники місцеположення та координатні пристрої)

    До маніпуляторів в першу чергу можна віднести такі периферійні пристрої як, миші, трекболи, джойстики та графічні планшети. Ці пристрої дозволяють значно спростити взаємодію оператора з різноманітними прикладними програмами [3,4].

    Першу комп'ютерну мишу створив американський інженер Дуглас Енгельбарт у 1964 році, а перший трекбол (trekball) з'явився значно пізніше на фірмі Logitech. Більшість фірм , які виробляють подібні пристрої забезпечують сумісність, або з Microsoft Mouse (дві управляючих клавіші), або з Моuse System (три управляючих клавіші), а найчастіше з ними обома. Миша забезпечує дуже легке маніпулювання такими широко застосовуваними в графічних пакетах об'єктами, як вікна, меню, кнопки, піктограми і інше. Конструкція найпростішої миші надана на рисунку 2.12.

    Подавляюча більшість комп'ютерних мишок до недавнього часу використовувала оптикомеханічний принцип кодування переміщення мишки по рівній поверхні, наприклад, комп'ютерного стола. З поверхнею столу взаємодіє тяжка, покрита гумою куля доволі великого діаметру. Ця куля опирається на два продовгуваті ролики, що притиснуті своїми площинами до сторін кулі та встановлені на одній вісі з двома датчиками положення. Вісі повертання роликів взаємно ортогональні. Датчики являють собою оптопари (світлодіод -фотодіод) і розміщуються по різні сторони спеціальних дисків з отворами. Послідовність, у якій освітлюються світлочутливі елементи, визначає напрямок переміщення миші, а частота імпульсів, що надходять від них - швидкість руху миші. Хороший механічний контакт з поверхнею забезпечується з використанням спеціального коврика, покритого гумою.

    Рисунок 2.12 – Принцип дії механічної миші

    На даний час можна виділити п’ять основних способів під'єднання мишки до комп'ютера:

  • через послідовний порт (інтерфейс, який подібний RS-232С);
  • через спеціальний шинний інтерфейс фірми Microsoft;
  • через порт типу РS/2;
  • через порт універсальної послідовної шини (USB);
  • через безпровідний порт з передачею даних в радіо, чи інфрачервоному діапазоні хвиль.
  • Маніпулятори випускаються різними виробниками, мають будь-які конструкції та розміри.

    Джойстик являється аналоговим координатним пристроєм введення інформації. Перші моделі джойстиків базуватись на використанні декількох мікроперемикачів При переміщенні рукоятки джойстика в тому, чи іншому напрямку замикався відповідний перемикач і формувався код управління В подальшому перемикачі були заміщені реостатними датчиками У цьому випадку рукоятка джойстика механічно з'єднується з двома змінними резисторами, опір яких змінюється при переміщенні рукоятки. Один з резисторів визначає переміщення по координаті X, а другий по координаті У. В задачу адаптера джойстика входить перетворення параметра опорів датчиків у відповідний цифровий код. Потрібно зазначити, що існуючі конструкції джойстиків можуть мати досить різноманітні зовнішні вигляди, проте їх внутрішня конструкція лишається майже без змін (рисунок 2.13).

    Рисунок 2.13 – Загальний вигляд джойстика

    В основному джойстик використовується для комп'ютерних ігор. Він дозволяє користувачеві зазнати нові відчуття, а також захистити клавіатуру від передчасного руйнування під час повітряних боїв із літаками супротивника. Джойстик підключається до комп'ютера через спеціальний ігровий порт.

    Джойстики бувають аналоговими й цифровими. Аналоговий джойстик посилає в ігровий порт аналоговий сигнал — якийсь змінний електричний сигнал певної напруги й сили струму. Сигнал обробляється контролером ігрового порту й процесором, а далі, уже в цифровому вигляді, використовується програмними інтерфейсами. В основу аналогових джойстиків закладені потенціометри.

    Цифрові джойстики подають на комп'ютер уже цифровий сигнал, який був згенерований самим джойстиком. При цьому такі джойстики найчастіше теж використовують потенціометри, просто їхній аналоговий сигнал оцифровується усередині пристрою. Перевагою такого рішення є те, що аналоговий сигнал перетворюється у цифровий до того, як він потрапив в ігровий порт — у сильно зашумлений в електронному розумінні внутрішній простір комп'ютера. Недоліком такого рішення є несумісність ігор і нестандартних ігрових портів, тому що передача цифрових даних через ігровий порт не стандартизована, і кожен виробник робить це своїм способом

    В «оптичному» джойстику замість потенціометрів використовуються оптичні сенсори, схожі на ті, котрі застосовуються в мишках. Природно, що сигнал на комп'ютер подається в цифровому вигляді, і це викликає ті ж переваги й недоліки, що й у цифрових джойстиків. Однак оптичні системи зчитування не піддаються механічному зношуванню, як це відбувається з потенціометрами.

    Графічний планшет є кодуючим пристроєм, що використовується, в основному, для виконання задач систем автоматизованого проектування (САПР).

    Планшет забезпечує введення в комп'ютер двохмірного зображення у вигляді растрової таблиці. В склад пристрою входить спеціальний вказівник типу олівця з вмонтованим в нього датчиком. Внутрішній контролер планшета надсилає електричні імпульси по ортогональній сітці провідників, що знаходяться під площиною планшета. Отримавши два таких сигнали, контролер перетворює їх в координати, що передаються в ПК. Комп'ютер перетворює цю інформацію в координати точки на екрані монітора, координати якої відповідають координатам вказівника на планшеті. Зовнішній вигляд планшета наведено на рисунку 2.13.

    Рисунок 2.13 – Графічний планшет

    2.2.1. Маніпулятори типу “Миша”

    Маніпулятор типу “Миша” на ринку РС-сумісних комп’ютерів став майже обов’язковим пристроєм з появою Windows та OS/2. На даний час “Миша” входить в комплектацію практично кожного комп’ютера.

    Серед виробників цього пристрою найбільш великими є Microsoft і Logitech. Не дивлячись на зовнішню різноманітність, всі пристрої працюють однаково і мають однакові основні компоненти: -корпус, який утримується в руках і пересувається на робочому столі; -механизм відстежування переміщення миші: кулька/ролик або оптичні датчики; -декілька кнопок (зазвичай дві) для посилання або вибору команд; -інтерфейс з'єднання миші з системою. У традиційних конструкціях для цього використовується кабель і роз'єм, у бездротових конструкціях застосовуються радіочастотні або інфрачервоні приймачі, розташовані в корпусі миші і спеціальному модулі комп'ютера, який необхідний для взаємодії миші з системою.

    Корпус миші виготовлений з пластмаси, і в нім практично немає рухомих компонентів. У верхній частині корпусу, під пальцями, розташовуються кнопки. Кількість кнопок може бути різною, але зазвичай їх тільки дві. Для роботи додаткових кнопок або колеса прокрутки потрібні спеціальні програми, що як правило надаються виробником. Хоча в ОС Windows9x/Me/2000 і вбудована підтримка колеса прокрутки, без драйвера виробника миші все ж таки не обійтися. Внизу розташовується невелика покрита гумою металева кулька, яка обертається при переміщенні миші на столі. Обертання кульки перетворюються в електричні сигнали, які по кабелю передаються в комп'ютер. Оптичний метод реєстрації переміщень є одним з найперспективніших на сьогоднішній день.

    Рис. 2.14. Оптична миша (вигляд знизу)

    У перших конструкціях оптичної миші компанії Mouse Systems, а також деяких інших застосовувався датчик, для роботи якого був потрібний спеціальний килимок з координатною сіткою. Це привело до того, що пристрої цієї конструкції, не дивлячись на їх високу точність, не набули достатньо широкого поширення. Компанія Microsoft відновила виробництво цих пристроїв, створивши IntelliMouse Explorer. У цій моделі, як і в колишніх конструкціях оптичної миші, для реєстрації переміщень використовується оптична технологія. У цій миші немає рухомих елементів, окрім колеса прокрутки і кнопок, розташованих у верхній частині корпусу. Також не вимагається спеціального килимка, оскільки миша може працювати практично на будь-якій поверхні. У цій конструкції замість простого оптичного датчика, який застосовувався в попередніх версіях оптичної миші, використовується покращена модель сканера із зарядовим зв'язком (Charge Coupled Device — CCD). Цей сканер, по суті, є спрощеною версією датчика відеокамери, який реєструє переміщення, відстежуючи зміну поверхні, на якій розташована миша. Функцію освітлення поверхні виконує світлодіод (light-emitting diode — LED).

    Модель IntelliMouse Explorer є першою з сімейства оптичних пристроїв, створених компанією Microsoft. Крім того, Microsoft проводить кульові покажчики (трекболи), які також створені на основі оптичної технології. До інших відомих виробників оптичної миші і трекбола відносяться компанії Logitech, Genius. На рисунку 2.14 представлена типова оптична миша. Завдяки своїй універсальності і простому технічному обслуговуванню (не кажучи вже про неперевершену точність позиціонування) оптична миша є гідним вибором для будь-якої системи, а різноманіття моделей дозволяє придбати таку мишу по цінах якісних традиційних пристроїв.

    Взаємодія миші і комп'ютера здійснюється за допомогою спеціальної програми-драйвера, яка або завантажується окремо, або є частиною системного програмного забезпечення. Наприклад, для роботи з Windows або OS/2 окремий драйвер для миші не потрібний, але для більшості DOS-додатків він необхідний. У будь-якому випадку драйвер (вбудований або окремий) перетворить отримувані від миші електричні сигнали в інформацию про положення покажчика і стан кнопок.

    На даний час, незважаючи на суттєві переваги оптичних мишей, на ринку присутні оптично-механічні миші, які приваблюють простотою конструкції та низькою ціною. Конструктив такої миші досить простий: обертання кульки передається до двох валів, один з яких обертається при русі навколо вісі Х, а другий - навколо вісі Y. На вісі з валами насаджені невеликі диски з прорізами (“переривачі”), через які проходять (або не проходять) інфрачервоні промені від відповідних джерел. При обертанні дисків промені періодично уриваються, що реєструється відповідними фотодатчиками. Кожен імпульс випромінювання розцінюється системою як один крок по одній з координат. Такі оптико-механічні датчики (рис. 2.15) набули найбільшого поширення.

    Рис. 2.15. Оптико-механічні датчики миші

    2.2.2. Інтерфейси миші

    У попередніх розділах було відзначено декілька способів під’ єднання миші до комп'ютера. Розглянемо більш детально найбільш поширені з них.

    Послідовна миша. У більшості старих РС-сумісних комп'ютерів миша підключається через послідовний інтерфейс. Оскільки в більшості комп'ютерів передбачено два послідовні порти (COM1 і COM2), мишу можна підключати до будь-якого з них. Після запуску програма-драйвер перевіряє порти і визначає, до якого з них підключена миша. Якщо як послідовний порт визначений СОМ 3 або СОМ 4, то драйвер миші може працювати некоректно. Слід відзначити, що більшість сучасних драйверів працюють з будь-яким з портів СОМ 1–4.

    Послідовна миша не підключається безпосередньо до системи, отже вона не використовує її ресурсів. Виявляються зайнятими лише ресурси того послідовного порту, до якого підключена миша. Якщо, наприклад, вона підключена до порту СОМ2, то використовується лінія IRQ 3 і адреси портів введення-виводу 2F8h–2FFh.

    Порт миші на системній платі (PS/2). У більшості нових комп'ютерів передбачений спеціальний порт миші, вбудований в системну плату. Вперше він з'явився в 1987 році в комп'ютерах PS/2, тому його часто називають інтерфейсом миші PS/2. Це зовсім не означає, що така миша може працювати тільки з PS/2. Навпаки, мається на увазі, що її можна підключити до будь-якого комп'ютера, в якому порт встановлений на системній платі. Кабель миші, що підключається до подібного порту, закінчується таким же роз'ємом mini-DIN, як і кабель нової клавіатури. Електрично порт миші підключений до контроллера клавіатури 8042, встановленому на системній платі. У всіх комп'ютерах PS/2 для клавіатури і миші використовуються роз'єми mini-DIN. У інших комп'ютерах для підключення миші застосовуються звичайні роз'єми, оскільки в більшості стандартних корпусів не передбачений роз'єм mini-DIN для миші. В цьому випадку доводиться використовувати перехідній кабель між звичайною штирьовою розеткою системної плати і роз'ємом mini-DIN миші PS/2.

    Краще підключати мишу до вбудованого порту, оскільки при цьому не доводиться займати додаткові слоти розширення або послідовні порти, а можливості миші не обмежуються можливостями схем послідовного порту. Для порту миші на системній платі використовується переривання IRQ 12 і адреси введення-виводу 60h і 64h. Оскільки порт миші на системній платі сполучений з контроллером клавіатури 8042, його адреси введення- виводу ті ж, що і у цієї мікросхеми. Переривання IRQ 12- 16-розрядне, і в більшості випадків воно не застосовується. Таке переривання не повинне використовуватися для інших пристроїв в будь-яких системах з шиною ISA, в яких порт миші встановлений на системній платі, оскільки в шині ISA не допускається сумісне використання переривань.

    Комбінована миша. Ця миша призначена для підключення до портів двох типів. Більшість дешевих пристроїв, що надходятьть в роздрібний продаж, підключаються або до послідовного порту, або до порту PS/2; для підключення дорожчої миші зазвичай використовуються порти PS/2 або USB. В порівнянні з пристроями звичайного типу, призначеними для роботи виключно з портами PS/2 або USB, комбінована миша більш функціональна. Таку мишу можна підключати як до послідовного порту, так і до порту PS/2.

    Миша сама визначає, до якого порту підключена, і настроюється відповідним чином. Зазвичай такі пристрої випускаються з роз'ємом mini-DIN на кінці кабелю і перехідним адаптером на 9- або 25-контактний роз'єм послідовного порту. Комбінована миша PS/2-USB зазвичай поставляється з роз'ємом кабелю mini-DIN і адаптером USB. Деякі користувачі намагаються за допомогою подібних перехідников підключити “чисту” послідовну мишу до порту на системній платі або мишу PS/2 - до послідовного порту. У такому поєднанні вони працювати не будуть, і справа тут не в перехідному пристрої. Якщо явно не сказано, що миша комбінована (тобто одночасно і послідовна і PS/2), то вона може працювати тільки з тим інтерфейсом, для якого спроектована. В більшості випадків тип миші вказується на нижній кришці корпусу. Як підказує практика, якщо миша продається без адаптера, або поставляється разом з комп'ютером, то вона, швидше за все, не працюватиме з адаптером.

    Універсальний послідовний порт USB. Останнім часом порт USB все частіше і частіше використовується для підключення миші, клавіатури і інших пристроїв введення-виводу. Миша USB, як і інші USB-пристрої позиціонування (наприклад, trackball), має ряд переваг.

    Миша з додатковими можливостями часто створюється спеціально для порту USB. Одним з прикладів є миша Logitech iFeel — перший пристрій, що має оптичний датчик і силовий зворотний зв'язок. Під час переміщення покажчика поверх кнопок Web-сторінок, робочого столу Windows або опцій програмного меню миша починає легко вібрувати. Ця миша розроблена виключно для порту USB.

    Миша, клавіатура і інші пристрої USB можуть замінюватися без виключення живлення системи. Можливість “гарячої заміни” - це унікальна особливість порту USB.

    Миша USB може бути підключена до концентраторів USB, що містяться в деяких клавіатурах USB, або до автономного концентратора. Використання концентратора дозволяє спростити процес підключення або відключення миші.

    Не дивлячись на те, що перші миші USB постійно знаходилися у вищій ціновій категорії, в даний час можна придбати пристойну мишу USB за ту ж ціну, що і високоякісну комбіновану мишу.

    Шинна миша. Цей спосіб під’єднання миші є давно застарілим, (так звана в Microsoft миша Inport), для підключення якої потрібна спеціальна плата адаптера.

    2.2.3. Нові модифікації маніпуляторів типу “Миша”

    Маніпулятор типу “Миша” (IntelliMouse) компанії Microsoft.

    В 1996 році Microsoft винайшла нову модель миші - IntelliMouse. Конструктивно новий пристрій не відрізняється від стандартної миші Microsoft, але між правою і лівою кнопкою конструктивну розташоване маленьке коліщатко, яке виконує функції прокрутки зображень на екрані та працює як третя кнопка миші. Трьохкнопкові миші існують вже давно, а функція прокрутки є новим напрацюванням.

    Програмні драйвери пристроїв типу “Миша” різних виробників дозволяють розширити основні функціональні можливості IntelliMouse. Наприклад, драйвер MouseWare 9.2 компаній Logitech надає декілька варіантів використання кнопок миші (колесо прокрутки розглядається як третя кнопка), а також дозволяє визначити параметри переміщення при клацанні коліщатка прокрутки (три рядки, шість рядків або повний екран). Драйвер компанії Microsoft надає нову можливість, що отримала назву ClickLock (блокування натиснення), яка дозволяє перетягувати елементи робочого столу, не утримуючи ліву кнопку миші натиснутою. Крім того, драйвер містить в собі функцію Universal Scroll, що дозволяє упровадити підтримку пристроїв прокрутки в додатки, які не мають такої можливості. Для розширення функціональних можливостей вказаних пристроїв необхідно періодично завантажувати і встановлювати нові драйвери миші.

    Маніпулятор TrackPoint II/III. Це якісно новий пристрій позиціонування компанії IBM. Це пристрій, часто званий маніпулятором, є невеликий гумовий важіль, що знаходиться на клавіатурі між клавішами G, H і В. Після появи миші це був найрішучіший крок вперед в розвитку технології маніпуляторів.

    Такий пристрій практично не займає місця на клавіатурі, не має рухомих частин, які могли б зламатися або забруднитися. А найголовніше –при наявності пристрою не потрібно прибирати руки з клавіатури, отже є можливість друкувати усліпу. Дослідження, проведені винахідниками цього пристрою, показали, що швидкість друку може бути збільшена на два слова за хвилину. Ще одна гідність TrackPoint полягає в тому, що його можна використовувати разом з мишею, забезпечивши подвійне управління покажчиком. На екрані присутній тільки один покажчик, але його можна переміщати як за допомогою TrackPoint, так і за допомогою підключеної миші. З цими пристроями можуть працювати два користувачі (переміщаючи при цьому один і той же покажчик). Пріоритетом користується пристрій, що почав переміщення, і управління покажчиком зберігається за ним до закінчення руху. Другий пристрій позиціонування при цьому автоматично блокується.

    У компанії IBM було створено декілька варіантів пристрою TrackPoint, використовуваних в портативних комп'ютерах і високоякісних клавіатурах, що реалізовуються під торговими марками IBM, Lexmark і Unicomp. Виробники портативних комп'ютерів HP і Toshiba запатентували власний пристрій TrackPoint III (у компанії Toshiba цей пристрій отримав назву Accupoint).

    Новий пристрій TrackPoint III відрізняється від попереднього в основному матеріалом, з якого виготовлений гумовий ковпачок. Іншою відмінністю TrackPoint III від TrackPoint II є нова технологія IBM, в якій програмне забезпечення враховує не тільки те, наскільки швидко ви рухаєте покажчиком, але і як швидко ви натискаєте і відпускаєте пристрій. TrackPoint, ймовірно, одна з самих революційних розробок в галузі пристроїв позиціонування з часу винаходу миші. Оскільки IBM продала ліцензію на цю технологію іншим виробникам, ви можете зустріти подібні пристрої в багатьох системах.

    Сенсорна панель (TouchPad). TouchPad являє собою панель, зазвичай прямокутної форми, чутливу до натискання пальців або долоні. Натиснувши пальцем на TouchPad і пересуваючи його по поверхні, користувач може маневрувати курсором так само, як і при використанні мишки. Для вибору якогось пункту меню можна натиснути на кнопку, а можна безпосередньо на площину TouchPad. Функціонально пристрій відіграє таку ж роль, що й миша, але є більш компактним, не потребує просторового переміщення пристрою введення й ідеально підходить для портативних комп'ютерів. До того ж пристрій має розширені функціональні можливості.

    Фізично TouchPad являє собою сітку з металевих провідників, розділених тонкою ізолюючою прокладкою з лавсанової плівки, тобто є набором великої кількості маленьких конденсаторів. При наближенні руки до поверхні панелі відбувається зміна електричного поля, а отже, ємності вказаних конденсаторів. Вимірюючи зміну ємності кожного конденсатора в сітці, можна точно визначити координати пальця на поверхні панелі. Більше того, зміна ємності також залежить від сили натискання, що здійснюється на панель. Отже TouchPad може обчислити моменти наближення пальця, натискання, руху й віддалення пальця від поверхні панелі.

    Як правило, TouchPad підтримує стандарт «mouse» і власні, специфічні, розширені протоколи. Підтримка «mouse» означає, що після підключеня до комп'ютера TouchPad може використовуватись як звичайна миша без інсталяції її власного драйвера. Після цього встановлюється драйвер, що надає цілий набір додаткових можливостей. Удосконаленням TouchPad є TouchWriter (панель TouchPad з підвищеною чутливістю), що однаково коректно працює як з пальцем, так і зі спеціальною ручкою і навіть з нігтем. Ця панель дозволяє вводити дані звичним для людини способом — записуючи їх ручкою. Крім того, панель можна використовувати для створення графічних зображень або для підписування ваших документів. Для тих, хто бажає писати ієрогліфами, існують навіть спеціальні програми, що дозволяють вводити ієрогліфи, що безпосередньо малюються на панелі. При такому способі введення програма пропонує готові варіанти ієрогліфів.

    2.2.4. Трекбол

    Трекбол — це «мишка навпаки». Сам пристрій, на відміну від мишки, завжди залишається нерухомим, а керування переміщенням курсору здійснюється обертанням кульки, що знаходиться у верхній частині трекбола. При цьому, обертаючи кульку пальцями, ви одержуєте кращий, ніж у мишки, контроль над її обертанням і, як наслідок, більш точне позиціонування курсору. Цьому сприяє і те, що, на відміну від крихітної в миші, кулька трекбола, як правило, має значно більший розмір і меншу (по відношенню до розміру) вагу.

    Крім кульки, трекболи мають, принаймні, дві кнопки (як і будь-яка двокнопкова миша), а от оснащення їх коліщатками для прокручування, додатковими кнопками і інше, залежить винятково від виробника. Таким чином, сфера застосування трекболів — робота з графічними пакетами, пакетами для автоматизованого проектування тощо, тобто такими програмами, у яких найбільш гостро відчувається необхідність плавного переміщення і точного позиціонування курсору.

    Спостереження за кулькою в трекболах здійснюється так само, як і в мишках: рух кульки зчитується двома валиками (по одному для кожної з координат), обертання яких фіксується за допомогою оптопар — світлодіод і фотоелемент. У трекбола кулька знаходиться зверху, що сприяє її забрудненню. Для розв'язання цієї проблеми деякі фірми запропонували нову технологію оптичного спостереження. Суть її в тому, що спостереження за кулькою здійснюється тільки за допомогою світла. Відсутність будь-якої механіки виключає можливість її забруднення і, відповідно, впливу на точність переміщення курсору.

    2.3. Пристрої введення аналогової інформації в ЕОМ

    Контроль та управління складними інформаційно вимірювальними та технологічними процесами забезпечується шляхом аналізу досить значної кількості параметрів цих процесів. На практиці ця кількість коливається від декількох одиниць до декількох сотень, в залежності від типу процесу. Більшість процесів дозволяє зняти інформацію про їх параметри в автоматичному режимі за допомогою так званих первинних перетворювачів інформації. Як правило, первинний перетворювач інформації у якості вхідного сигналу має фізичні величини, що характеризують процес, такі, наприклад, як температура, тиск, вологість, швидкість і таке інше. Вихідний сигнал формується у вигляді напруги, струму, фази або частоти. Він додатково характеризується такими параметрами, як динамічний діапазон зміни сигналу та ширини смуги частотного спектру.

    Одержані від первинних перетворювачів, як правило, безперервні (аналогові) сигнали напруги, струму, фази або частоти необхідно ввести в ЕОМ в дискретній формі, обробити за вибраним алгоритмом та вивести, можливо в аналоговій формі, для подальшого управління технологічним процесом. Необхідність виконання цих операцій обумовлює проведення ряду перетворень інформаційних сигналів з аналогової форми в дискретну та навпаки, передачу сигналів по інформаційних каналах (в тому числі по лініях зв'язку) в аналоговій або дискретній формі, комутацію інформаційних каналів від різних первинних перетворювачів, узгодження характеристик елементів і ряду інших операцій. Ця задача реалізується за допомогою деякої сукупності пристроїв та елементів, що можна визначити як аналого-цифровий інтерфейс (АЦІ) ЕОМ. Узагальнена структура аналого-цифрового інтерфейсу надана на рисунку 2.16.

    Рисунок 2.16 – Узагальнена структура АЦ інтерфейсу

    В структурній схемі прийняті такі абревіатури:

  • ППІ 1-3 – первинні перетворювачі інформації; УНП –узгоджувально-нормувальні пристрої; АФ – аналогові фільтри; МС –мультиплексор; АЦП – аналого-цифровий перетворювач; МД – апаратура передачі (приймання) даних (модем); ЛЗ – лінія зв'язку; ЦАП – цифро-аналоговий перетворювач; ДМС – демультиплексор сигналів; ПП – підсилювач потужності; ВО – виконавчий орган.
  • Аналогові фізичні величини формують на виході первинних перетворювачів інформації сигнали напруги, струму, фази або частоти, функція зміни яких пропорційна функції зміни параметрів інформаційно- технологічних процессів. Ці сигнали характеризуються, перш за все, динамічним діапазоном Dx(t) в децибелах, де Dx(t)=20 lg Amax / Amin
  • Amax - максимальне значення амплітуди сигналу X(t) в абсолютних одиницях (В,А,Гц);
  • Amin - мінімальне значення сигналу в абсолютних одиницях (В,А,Гц); та смугою частот в спектрі сигналу x(t) від fH, до fB в герцах (кГц, мГц).
  • Графічно це виглядає як показано на рисунку 2.17:

    Рисунок 2.17 – Характеристики сигналу X(t)

    Окрім цих параметрів потрібно враховувати вплив вихідних імпедансів (Rвих) та похибок характеристики передачі (перш за все нелінійностей) первинних перетворювачів. Передача сигналу X(t) в схему АЦ інтерфейсу не повинна супроводжуватись додатковими похибками або їх величина не повинна перевищувати встановленої долі значення Amin (у більшості випадків це 1/4 Amin). Тому на вході АЦ інтерфейсу зазвичай встановлюють узгоджувально - нормувальні пристрої (УНП), основна функція яких полягає в забезпеченні вхідного імпедансу на рівні Rвхунп>(5/10) Rвхпп. Це дозволяє усунути вплив вхідних кіл АЦ інтерфейсу на вихідний опір ППІ, як джерела сигналу.

    Окрім функції узгодження імпедансів, УНП виконує також функції нормування (підсилення або послаблення) сигналу X(t). Така необхідність виникає в тих випадках коли, вихідний сигнал ППІ має низьке значення Amax (на рівні мікровольт або мілівольт). Основні функції УНП та функції аналогового фільтра (АФ) на практиці можна інколи забезпечувати одним елементом, використовуючи операційні підсилювачі. Якщо це неможливо, то аналоговий фільтр встановлюють додатково. До функцій аналогового фільтра відносять обмеження спектру частот сигналу X(t) значеннями fH та fB. При цьому відсікаються всі складові, що не належать до сигналу X(t). Аналоговий фільтр додатково застосовується для усунення ефекту накладання спектрів при дискретизації, а також для відновлення безперервних (аналогових) сигналів з дискретної (цифрової) форми.

    Якщо інформаційно-технологічний процес характеризується значною кількістю параметрів, що обробляються n-ю кількістю ППІ, то до складу АЦІ необхідно вводити мультиплексори аналогових (або цифрових) сигналів. Мультиплексори сигналів (МС) дозволяють забезпечити перетворення m-сигналів X(t) з аналогової форми в цифрову за допомогою одного аналого-цифрового перетворювача (АЦП). Для забезпечення такого перетворення необхідно мати АЦП, розрядність якого забезпечує динамічний діапазон Dx(t).

    n>Dx(t)/G, де G = 20lg2=6

    Цей АЦП повинен мати частоту дискретизації в m раз вищу такої, що потрібна для перетворення в дискретну форму (дискретизації) сигналу X(t) по одному каналу.

    fgАЦП > m•fg Хi(t)

    Передача такої дискретної (цифрової) інформації до системної ЕОМ може здійснюватись на значні відстані, в тому числі і по телефонних мережах. Така передача забезпечується пристроями передачі даних, у якості яких можуть використовуватись модеми (МД) під управлінням схем управління (СУ) АЦІ.

    У випадку необхідності організації зворотного інформаційного каналу передача цифрових даних здійснюється на значні відстані також за допомогою модему. Потім відбувається перетворення інформації з дискретної (цифрової) форми в аналогову за допомогою цифро-аналогового перетворювача (ЦАП). Розділ інформації по каналах здійснює демультиплексор (ДМС) (в данній структурі - аналоговий) сигналів. Подальшу фільтрацію високочастотних складових >fB здійснює аналоговий фільтр. Сигнал x(t) підсилюється підсилювачем потужності і управляє роботою виконавчого органа (ВО). Загальне управління роботою всіх елементів АЦІ знову ж здійснює схема управління (СУ), що може бути побудована на основі мікропроцесора.

    2.4. Сканери

    Сканер - це пристрій введення текстової або графічної інформації в комп'ютер шляхом перетворення її в цифровий вигляд для наступного використання, обробки, збереження або виведення. Настільні сканери з'явилися в 80-х роках і відразу стали об'єктом підвищеної уваги, але складність використання, відсутність універсального програмного забезпечення, а саме головне, висока ціна не дозволяли вийти сканерам за межі спеціалізованого використання. Настільний сканер незамінний при роботі з комп'ютером, якщо у Вас є потреба робити вставки графічних зображень або текстів з паперових носіїв у документи, які створюються за допомогою комп'ютера. Сучасні настільні сканери достатньо прості у використанні, мають інтуїтивно-зрозумілий інтерфейс. Отже будова, принцип дії сканерів та характеристики мають певні особливості.

    На рисунку 2.18 зображені будова та принцип дії сучасного сканера.

    Рисунок 2.18. Будова та принцип дії сканера Лампа підсвічування і система дзеркал встановлені на каретці, що пересувається за допомогою крокового двигуна. 

    Світло від лампи при скануванні на кожному кроці двигуна відбивається від документа і через систему дзеркал попадає на матрицю, що складається з світлочутливих елементів. Ці елементи визначають інтенсивність відбитого світла шляхом перетворення в електричний сигнал. Такі елементи називають CCD (англійська абревіатура Couple-Charged Device), а в українському перекладі це ПЗЗ (прилад із зарядовим зв'язком). Далі відбувається перетворення аналогового сигналу в цифровий з наступною обробкою і передачею в комп'ютер для подальшого використання. У такий спосіб на кожнім кроці каретки сканер фіксує одну горизонтальну смужку оригіналу, розбиту у свою чергу на деяку кількість пікселів на лінійці ПЗЗ. Підсумкове зображення складене із смужок являє собою як би мозаїку, складену з плиток (пікселів) однакового розміру і різного кольору. По команді драйвера каретка (оптичний блок) сканера починає рух до зазначеної ділянки оригіналу. Переміщення блоку здійснюється кроковим двигуном за допомогою спеціального зубчатого ременя. Після прибуття в точку призначення, починається власне процес сканування, що відбувається за принципом "фотографування" рядків зображення під час руху каретки уздовж оригіналу. Цей процес складається з: підсвічування оригіналу; відбивння світла від оригіналу і фокусування відбитого світлового потоку на світлочутливій матриці сканера; формування електричного заряду на елементах матриці; зчитування заряду матриці і передача сигналу на АЦП; оцифровка сигналу, оптимізація характеристик пікселів, формування рядка зображення; передача інформації в комп'ютер; онулення матриці і перехід до наступного рядка. Після закінчення сканування обраної ділянки, каретка повертається у вихідне положення і сканер знову готовий до роботи.

    У старих розробках сканерів джерелом світла є звичайна флуоресцентна лампа. Недолік такого джерела в слабкій стабільності характеристик висвітлення й обмежений термін служби. У сучасних моделях використовується лампа з холодним катодом, що має кращі параметри і значно більший термін служби. При зміні характеристик джерела освітлення оригіналу змінюється падаючий на приймаючу матрицю світловий потік, що несе інформацію про оригінал, який сканується. Орієнтовані на професійну роботу з кольором сканери містять крім вбудованої процедури самокалібрації по інтенсивності світлового потоку від лампи ще й схеми підтримки стабільності потоку при зміні температури.

    Світловий потік від оригіналу проектується на матрицю ПЗЗ, що перетворить його в електричний сигнал. Звичайно використовується один фокусований об'єктив (або лінза), що проектує повну ширину області сканування на повну ширину матриці. Вимоги до якості оптики для такої задачі досить високі, особливо складно забезпечити прийнятну якість проекціювання країв робочої області для кольорових оригіналів. Оцінити якість фокусування і роздільну здатність оптики можна візуально при скануванні спеціальної тестової мішені або захисних ділянок банкноти.

    У найбільш якісних моделях планшетних сканерів зустрічаються змінні об'єктиви: при роботі в звичайному режимі, де оптика працює аналогічно однолінзовим механізмам, при перемиканні на другий, "посилений" режим використовується інший об'єктив, що проектує на повну ширину ПЗЗ-матриці тільки частину ширини робочого столу сканера. Таким чином, на постійне число приймальних комірок ПЗЗ-матриці проектується ділянка меншої ширини і відповідно зростає оптичний дозвіл. Звичайно в документації зазначене число комірок ПЗЗ-матриці. Новітні матриці 42-бітних сканерів мають 10600 комірок (хоча в однопрохідних сканерах матриця має три паралельних лінійки приймальних комірок - по одній на колір, вказується число елементів в одній). Поділивши число осередків на ширину поля сканування, одержимо оптичний дозвіл. Деякі професійні площинні сканери мають більше двох (до 5) об'єктивів, що переключаються.

    ПЗЗ-матриця є одним з найважливіших вузлів, що впливають на якість сканування. Характеристика, що приводиться для неї в документації – число елементів на лінію (на колір). Число елементів, поділене на ширину робочої зони сканера, дорівнює оптичній роздільній здатності. На рисунку 2.19 зображений найпростіший варіант структури двовимірної матриці ПЗЗ. У ньому можна виділити два вертикальних регістри зрушення на ПЗЗ, що утворять секцію нагромадження і секцію збереження з рівним числом рядків (кожен рядок секції утворений однією трійкою електродів), горизонтальний регістр зсуву і вихідний пристрій. Розглянемо докладніше роботу такої структури.

    Протягом часу прямого ходу по кадру секція нагромадження стоїть, тобто на неї подаються незмінні напруги, що формують потенційні ями тільки під одним електродом кожної трійки, скажемо, під електродом першої фази (VS1), причому потенційні ями утворюються у елементах усіх рядків секції. По горизонталі окремі комірки нагромадження відділені стоп-каналами (виділені на малюнку жирними чорними лініями). Зображення, що проєкціюється на секцію нагромадження, викликає фотогенерацію - утворення электронно-діркових пар. При цьому фотогенеровані електрони залишаються в потенційній ямі, дірки ж, відповідно, підуть у підкладку або в уздовж поверхні в стоп-канали. Таким чином, під дією світла в осередках накопичується зарядовий рельєф, тобто в кожнім осередку збирається заряд, пропорційний її освітленості і часові нагромадження.

    Рисунок 2.19 – Структура матриці ПЗЗ

    По закінченні прямого ходу по кадру на обидві секції подаються тактові імпульси, що викликають синхронний перенос заряду, при цьому важливо (і це показано на рисунку), що обидві секції утворюють безперервний регістр зрушення. Після числа тактів, рівного числу рядків у кожній секції (нагадаємо, що кожен рядок утворений трьома електродами), весь накопичений зарядовий рельєф цілком переміститься в секцію пам'яті, закриту від світла, а секція нагромадження буде очищена від заряду. Цей перенос секції в секцію відбувається досить швидко (фактично він займає малу частину часу зворотнього ходу кадра). Тепер, під час наступного циклу нагромадження (це наступне поле кадрової розгортки), секція нагромадження накопичує наступний кадр зображення, а із секції пам'яті заряди пострічково, під час зворотнього ходу по рядку, передаються в горизонтальний регістр (кожен елемент регістра має зарядовий зв'язок з відповідним стовпцем секції пам'яті, і за один раз передається один рядок), і потім виводяться у вихідний пристрій регістра за час прямого ходу по рядку, формуючи відеосигнал. Сканер поставляється зі своєю унікальною картою і працює тільки з нею.

    Обов'язково в комплекті зі сканером йде його Twain драйвер. У середовищі DOS усі сканери працювали тільки зі своїми програмними додатками. Поява Windows здавалося б, повинна була покласти кінець проблемам зв'язаним із сумісністю сканерів з різним програмним забезпеченням, але Microsoft на етапі створення не включив сканери в список пристроїв, стандартно підтримуваних Windows. Ведучі виробники сканерів і програмного забезпечення створили цей стандарт самотужки, і називатися він став TWAIN [6].

    Зараз стандарт TWAIN підтримується усіма виробниками настільних сканерів і усіма ведучими виробниками графічних пакетів і програм розпізнавання символів. У такий спосіб вибравши TWAIN пристрій користувач може прямо сканувати зі своєї улюбленої графічної програми, запустивши з неї TWAIN драйвер сканера. TWAIN драйвер сканера – це програмний додаток із графічним інтерфейсом, що несе на собі функції панелі керування сканером і здійснює передачу даних від сканера в програмний додаток, з якого ви викликаєте сканер. За допомогою TWAIN драйвера встановлюються параметри та ділянки сканування Попереднє сканування і перегляд забезпечує можливість корекції колбору і постобробки одержуваного зображення. Окрім сканерів, стандарт TWAIN підтримується також і цифровими камерами.

    2.4.1 Історія створення та розвитку сканерів

    Перші сканери дозволяли вводити тільки чорно-білі зображення. У 1989 р. з'явилися перші сканери, що забезпечують зчитування кольорових зображень.

    Використання сканерів для введення в ПЕОМ текстової і графічної інформації має як мінімум п'ятилітню історію. Зараз на ринку Заходу представлено не менш 150 різних пристроїв, від ручних портативних сканерів (Handy scanner) до складних систем оптичного розпізнавання символів OCR (Optical Character Recognition).

    Розвиток відповідної техніки швидкими темпами йде не тільки на Заході, але і на Сході. Японські фірми довели технологію сканування до такої досконалості, що тепер можна передавати і вводити в ПЕОМ інформацію відразу цілими сторінками. Це єдиний реальний спосіб зчитування ієрогліфів.

    Для ілюстрації зростаючої популярності сканерів досить відзначити, що їхній продаж щорічно зростає більш ніж на 200 відсотків. За кожні три роки роздільна здатність сканерів збільшується у 2-3 рази, з'явилася детальна шкала яскравості ("сіра шкала") для забезпечення напівтонових зображень, стандартизувалися формати файлів.

    Нове покоління таких систем дозволяє за один прохід переглядати текст, додавати коди керування форматом, виконувати розбивку на сторінки, перевіряти правильність написання тексту, видавати майже готові файли - і все це здійснюється у фоновому режимі роботи ПЕОМ.

    Переважна більшість сканерів використовується в даний час для підготовки і видання різних інформаційних матеріалів, тобто споживачі зацікавлені головним чином у засобах обробки зображень і текстів. Деякі сканери успішно використовуються в САПР. В даний час сканери широко застосовуються в галузі факсимільного зв'язку.

    2.4.2. Оригінали зображень

    Узагалі говорячи, зображення (чи оригінали) можна умовно розділити на дві великі групи. До першої з них відносяться називані непрозорі оригінали: усілякі фотографії, малюнки, сторінки журналів і буклетів. Якщо згадати курс шкільної фізики, то відомо, що зображення з подібних оригіналів ми бачимо у відбитому світлі. Інша справа прозорі оригінали — кольорові і чорно-білі слайди і негативи; у цьому випадку очей (як оптична система) обробляє світло, що пройшло через оригінал. Таким чином, насамперед, варто звернути увагу на те, з якими типами оригіналів сканер може працювати. Зокрема, для роботи зі слайдами існують спеціальні приставки.

    2.4.3. Механізм руху

    Визначальним фактором для даного параметра є спосіб переміщення голівки сканера, що зчитує, і папера відносно один одного. В даний час усі відомі сканери про цей критерій можна розбити на два основних типи: ручний (hand-held) і настільний (desktop). Проте, існують також комбіновані пристрої, що сполучать у собі можливості настільних і ручних сканерів. Як приклад можна привести модель Niscan Page американської фірми Nisca.

    2.4.4. Ручні сканери

    Ручний сканер, як правило, чимось нагадує збільшенню в розмірах електробритву. Для того щоб ввести в комп'ютер який-небудь документ за допомогою цього пристрою, треба без різких рухів провести скануючою голівкою по відповідному зображенню. Таким чином, проблема переміщення голівки, що зчитує, щодо папера цілком лягає на користувача. До речі, рівномірність переміщення сканера істотно позначається на якості зображення, що вводиться в комп'ютер. У ряді моделей для підтвердження нормального введення мається спеціальний індикатор. Ширина зображення, що вводиться, для ручних сканерів не перевищує звичайно 4 дюймів (10 див). У деяких моделях ручних сканерів у році підвищення здатності, що дозволяє, зменшують ширину зображення, що вводиться. Сучасні ручні сканери можуть забезпечувати автоматичну "склейку" зображення, що вводиться, тобто формують ціле зображення з окремо введених його частин. Це, зокрема, зв'язане з тим, що за допомогою ручного сканера неможливо ввести зображення навіть формату А4 за один прохід. До основних достоїнств такого дна сканерів відносяться невеликі габаритні розміри і порівняно низька ціна.

    2.4.5. Настільні сканери

    Настільні сканери називають і сторінковими, і. планшетними, і навіть авто сканерами. Такі сканери дозволяють уводити зображення розмірами 8,5 на 11 чи 8,5 на 14 дюймів. Існують три різновиди настільних сканерів: планшетні (flatbed), рулонні (sheet-fed) і проекційні (overhead).

    Основною відмінністю планшетних сканерів є те, що скануюча голівка переміщається щодо папера за допомогою крокового двигуна. Планшетні сканери — звичайно , досить дорогі пристрої, але, мабуть, і найбільше "здатні". Зовні вони чимось можуть нагадувати копіювальні машини — "ксерокси", зовнішній вигляд яких відомий, звичайно, багатьом. Для сканування зображення (чого-небудь) необхідно відкрити кришку сканера, поставити скануємий лист на скляну пластину зображенням униз, після чого закрити кришку. Усе подальше керування процесом сканування здійснюється з клавіатури комп'ютера — при роботі з однієї зі спеціальних програм, що поставляються разом з таким сканером. Зрозуміло, що розглянута конструкція виробу дозволяє (подібно "ксероксу") сканувати не тільки окремі аркуші, але і сторінки чи журналу книги. Найбільш популярними сканерами цього типу на російському ринку є моделі фірми Hewlett Packard.

    Робота рулонних сканерів чимось нагадує роботу звичайної факсу-машини. Окремі аркуші документів протягаються через такий пристрій, при цьому і здійснюється їхнє сканування. Таким чином, у даному випадку скануюча голівка залишається на місці, а вже щодо її переміщається папір. Зрозуміло, що в цьому випадку копіювання сторінок книг і журналів просто неможливо. Розглянуті сканери досить широко використовуються в областях, зв'язаних з оптичним розпізнаванням символів ОС (Optiсаl Character Recognition). Для зручності роботи рулонні сканери звичайно оснащуються пристроями для автоматичної подачі сторінок.

    Третій різновид настільних сканерів — проекційні сканери, що більше всього нагадують своєрідний проекційний апарат (чи фотозбільшувач). Документ, що вводиться, кладеться на поверхню сканування зображенням нагору, блок сканування знаходиться при цьому також зверху. Переміщається тільки скануюсий пристрій. Основною особливістю даних сканерів є можливість сканування проекцій тривимірних проекцій.

    Згадуваний вище комбінований сканер Niscan Page забезпечує роботу в двох режимах: протягання аркушів (сканування оригіналів форматом від візитної картки до21,6 див) і саморушного сканера. Для реалізації останнього режиму сканера необхідно зняти нижню кришку. При цьому валики, що звичайно протягають папір, служать своєрідними кодами, на яких сканер і рухається по скануємій поверхні. Хоча зрозуміло, що ширина зображення, що вводиться сканером, в обох режимах не змінюється (ледве більше формату А4), однак у саморушному режимі можна сканувати зображення з листа папера, що перевищує цей формат, чи уводити формацію зі сторінок книги.

    2.4.6. Барабанні сканери

    За світлочутливістю, значно переважаючі споживчі планшетні пристрої, застосовуються винятково в поліграфії, де потрібно високоякісне відтворення професійних фотознімків. Дозвіл таких сканерів звичайно складає 8000-11000 крапок на дюйм і більш.

    У барабанних сканерах оригінали розміщаються на внутрішній чи зовнішній (у залежності від моделі) стороні прозорого циліндра, що називається барабаном. Чим більше барабан, тим більше площа його поверхні, на яку монтується оригінал, і відповідно, тим більше максимальна область сканування. Після монтажу оригіналу барабан приводиться в рух. За один його оборот зчитується одна лінія пікселей, так що процес сканування дуже нагадує роботу токарно-гвинторізного верстата. Минаючий через слайд (чи відбитий від непрозорого оригіналу) вузький промінь світла, що створюється могутнім лазером, за допомогою системи дзеркал попадає на ФЕП (фотоелектронний помножувач), де оцифровується.

    2.4.7. Оптична роздільна здатність сканера

    Оптична розділювальна здатність – безперечно, найважливіший критерій оцінки сканера. Однак користувачу варто знати, яка розділювальна здатність йому необхідна. У цілому воно залежить від можливостей пристрою, на якому буде відтворюватися отсканированная картинка, - принтера, типографської офсетної чи машини монітора, а також від її масштабу.

    Якщо картинка не підлягає збільшенню, то досить вважати її з розділювальною здатністю, рівною аналогічному показнику пристрою виводу: 96 крапок на дюйм для виводу на монітор, 50-200 крапок на дюйм для друку на лазерному, струминному чи принтері з термопереносом, 300 крапок на дюйм для офсетного друку (60-й растр) чи термосублімаційнного принтера. Щоб був резерв для обробки, зображення звичайно скануються з розділювальною здатністю, що вдвічі перевищує необхідне. Якщо масштаб картинки збільшується, то в стільки ж раз потрібно збільшити і розділювальну здатність сканування, тому до апарата, використовуваному для одержання електронних копій невеликих оригіналів – чи слайдів негативів, пред'являються дуже високі вимоги. Зокрема, щоб вважати 35-мм діапозитив і потім роздрукувати його у форматі А4, випливає відсканувати його з оптичним дозволом, щонайменше, 1500 крапок на дюйм, а з урахуванням запасу для обробки – 3000 крапок на дюйм.

    2.4.8. Динамічний діапазон сканера

    Динамічний діапазон сканера виміряється по логарифмічній шкалі від 0 (абсолютна прозорість) до 4,0 (абсолютна чорна поверхня). Ці числа мають значення тільки тоді, коли вам необхідно високоякісне чи сканування ви плануєте сканувати велику кількість слайдів. Як правило, для чи фотографій інших плоских предметів (непрозорих оригіналів) не потрібно щільність сканера вище 2,2. У більшості випадків для такої роботи цілком достатньо значення 2,0. Однак для одержання високоякісних результатів при скануванні чи слайдів плівок (прозорих оригіналів) вам знадобиться сканер з динамічним діапазоном близько 3,2. Варто звернути увагу, що шкала виміру, як і сейсмографічна шкала Ріхтера, є логарифмічної, тому оригінал із щільністю 3,0 D темніше оригіналу з щільністю 2,0 D у 10 разів. Відповідно, значення 3,3 D відповідає вдвічі більш темному зображенню, чим 3,0 D.

    Поряд з фізичною здатністю, що дозволяє, важливим критерієм оцінки вважається оптична щільність, що означає, що сканер може розрізняти ті чи інші градації яскравості оригінального зображення. Теоретично 12-розрядний сканер може розрізнити більше відтінків, чим 8-розрядний, однак, велика глибина кольору – ще не доказ високої оптичної щільності. Щільність недорогих пристроїв, як правило, не повідомляється в інструкціях; у професійних апаратів цей показник дорівнює 3,0 чи вище.

    Призначення сканера в тім, щоб як можна точніше передати фарби оригіналу. Монохромні документні сканери працюють у двох колірних режимах: чорно-білому (1 біт/піксель; найкраще підходить для сканування штрихових малюнків і текстів) і в сірих півтонах (8, 10 чи 12 біт/піксель). У кольорових сканерах до них додається третій – повнокольоровий RGB-режим (24, 30 чи 36 біт/піксель). Пристрій із глибиною кольору 24 біт може розрізняти 16,7 млн. відтінків. Людське око, що сприймає стільки ж колірних відтінків, не в змозі уловити різницю між зображеннями, отриманими за допомогою 24- і 36-розрядного сканера.

    2.4.9. Типи зображень, що вводяться сканером

    За даним критерієм всі існуючі сканери можна підрозділити на чорно-білі і кольорові. Чорно-білі сканери у свою чергу можуть підрозділятися на штрихові і напівтонові («сірі»). Однак, як ми побачимо надалі, півтону зображення можуть також емулюватись. Отже, перші моделі чорно-білих сканерів могли працювати тільки в дворівневому (bilevel) режимі, чи сприймаючи чорний, чи білий колір. Таким чином, скануватися могли або штрихові малюнки (наприклад, креслення), або двох тонових зображень. Хоча ці сканери і не могли працювати з дійсними відтінками сірого кольору, вихід для сканування напівтонових зображень такими сканерами був знайдений. Псевдополутоновий режим, чи режим растрування (dithering), сканера імітує відтінки сірого кольору, групуючи, кілька крапок зображення, що вводиться, у так називані gray-scale-пікселі. Такі пікселі можуть мати розміри 2х2 (4 крапки), 3х3 (9 крапок) чи 4х4 (16 крапок) і т.д. Відношення кількості чорних крапок до білого і виділяє рівень сірого кольору. Наприклад, gray-scale-піксель роз міром 4х4 дозволяє відтворювати 17 рівнів сірого кольору (включаючи і цілком білий колір). Не випливає, щоправда, забувати, що здатність сканера, що дозволяє, при використанні gray-scale-пікселя знижується (в останньому випадку в 4 рази).

    Напівтонові сканери використовують максимальну здатність, що дозволяє, як правило, тільки в дворівневому режимі. Звичайно вони підтримують 16, 64 чи 256 відтінків сірого кольору для 4-, 6- і 8-розрядного коду, що ставиться при цьому у відповідність кожній крапці зображення. Здатність сканера, що дозволяє, виміряється в кількості крапок, що розрізняються, на дюйм зображення — dpi (dot per inch). Якщо в перших моделях сканерів здатність, що дозволяє, була 200—300 dpi, то в сучасних моделях це, як правило, 400, а те і 800 dpi. Деякі сканери забезпечують апаратний дозвіл 600х1200 dpi. У ряді випадків дозвіл сканера може встановлюватися програмним шляхом у процесі роботи з ряду значень: 75, 1 150, 200, 300 і 400 dpi.

    Треба сказати, що завдяки операції інтерполяції, виконуваної, як правило, програмно, сучасні сканери можуть мати дозвіл 800 і навіть 1600 dpi. У результаті інтерполяції на одержуваному при скануванні зображенні згладжуються криві лінії і зникають нерівності діагональних ліній. Нагадаємо, що інтерполяція дозволяє відшукувати значення проміжних величин по уже відомих значеннях. Наприклад, у результаті сканування один з пікселів має значення рівня сірого кольору 48, а сусідній з ним — 76. Використання найпростішої лінійної інтерполяції дозволяє зробити припущення про те, що значення рівня сірого кольору для проміжного пікселя могло б бути дорівнює 62. Якщо уставити всі оцінні значення пікселів у файл відсканованого зображення, то здатність сканера, що дозволяє, як би подвоїться, тобто замість звичайних 400 dpi стане рівної 800 dpi.

    2.4.10. Чорно-білі сканери

    Спробуємо пояснити принцип роботи чорно-білого сканера. Скануєме зображення висвітлюється білим світлом, одержуваним, як правило, від флуоресцентної лампи. Відбите світло через що редукує (зменшуючу) лінзу попадає на фоточуттєвий напівпровідниковий елемент, називаний приладом із зарядовим зв'язком ПЗЗ (Change- Coupled Device, CCD), в основу якого покладена чутливість провідності p-n-переходу звичайного напівпровідникового діода до ступеня його освітленості. На p-n-переході створюється заряд, що розсмоктується зі швидкістю, що залежить від освітленості. Чим вище швидкість розсмоктування, тим більший струм проходить через діод.

    Кожен рядок сканування зображення відповідає визначеним значенням напруги на ПЗЗ. Ці значення напруги перетворяться в цифрову форму або через аналого-цифровий перетворювач АЦП (для напівтонових сканерів), або через компаратор (для дворівневих сканерів). Компаратор порівнює два значення ( чинапруга струм) від ПЗЗ і опорне (мал. 1), причому в залежності від результату порівняння на його виході формується сигнал 0 (чорний колір) чи 1 (білий). Розрядність АЦП для напівтонових сканерів залежить від кількості підтримуваних рівнів сірого кольору. Наприклад, сканер, що підтримує 64 рівня сірого, повинний мати 6-розрядний АЦП. Яким образом сканується кожна наступна стрічка

    Рис.2.20 Блок схема чорно-білого сканера.

    зображення, цілком залежить від типу використовуваного сканера. Нагадаємо, що в планшетних сканерів рухається скануюча голівка, а в рулонних сканерах вона залишається нерухомої, тому що рухається носій із зображенням — папір.

    2.4.11. Кольорові сканери

    В даний час існує кілька технологій для одержання кольорових скануємих зображень. Один з найбільш загальних принципів роботи кольорового сканера полягає в наступному. скануєме зображення висвітлюється вже не білим кольором, а через обертовий RGB-світлофільтр (мал. 2). Для кожного з основних квітів (червоного, зеленого і синього) послідовність операцій практично не відрізняється від послідовності дій при скануванні чорно-білого зображення. Виключення складає, мабуть, тільки етап попередньої обробки і гамма-корекції квітів, перед тим як інформація передається в комп'ютер. Зрозуміло, що цей етап є загальним для всіх кольорових сканерів.

    У результаті трьох проходів сканування виходить файл, що містить образ зображення в трьох основних квітах — RGB (образ композитного сигналу). Якщо використовується восьмирозрядний АЦП, що підтримує 256 відтінків для одного кольору, то кожній крапці зображення ставиться у відповідність один з 16,7 мільйона можливих квітів (24 розряду). Сканери, що використовують подібний принцип дії, випускаються, наприклад, фірмою Microtek.

    Рис.2.21. Блок-схема кольорового сканера з обертовим RGB-фільтром.

    Треба відзначити, що найбільш істотним недоліком описаного вище методу є збільшення часу сканування в три рази. Проблему може представляти також «вирівнювання» пікселів при кожнім із трьох проходів, тому що в противному випадку можливе розмивання відтінків і «змазування» квітів.

    У сканерах відомих японських фірм Epson і Sharp, як правило, замість одного джерела світла використовується три, для кожного кольору окремо. Це дозволяє сканувати зображення усього за один прохід і виключає невірне «вирівнювання» пікселів. Складності цього методу полягають звичайно в підборі джерел світла зі стабільними характеристиками.

    Інша японська фірма — Seiko Instruments — розробила Кольоровий планшетний сканер SpectraPoint, у якому елементи ПЗЗ були замінені фототранзисторами. На ширині 8,5 дюйма розміщено 10200 фототранзисторів, розташованих у три стовпчики по 3400 у кожній. Три кольорових фільтри (RGB) улаштовані так, що кожен стовпчик фототранзисторів сприймає тільки один основний колір. Висока щільність інтегральних фототранзисторів дозволяє досягати гарної здатності, що дозволяє — 400 dpi (3400/8,5) — без використання лінзи, що редукує.

    Принцип дії кольорового сканера ScanJet Iic фірми Hewlett Packard трохи інший. Джерело білого світла висвітлює скануєме зображення, а відбите світло через лінзу, що редукує, попадає на трьох полосну ПЗЗ через систему спеціальних фільтрів, що і розділяють біле світло на три компоненти: червоний, зелений і синій (мал. 3). Фізика роботи подібних фільтрів зв'язана з явищем діхроизма, що полягає в різному фарбуванні одноосьових кристалів у минаючому білому світлі в залежності від положення оптичної осі. У розглянутому випадку фільтрація здійснюється парою таких фільтрів, кожний з який являє собою «сендвіч» із двох тонких і одного більш товстого шару кристалів. Перший шар першого фільтра відбиває синє світло, але пропускає зелений і червоний. Другий шар відбиває зелене світло і пропускає червоний, котрий відбивається тільки від третього шару. В другому фільтрі, навпаки, від першого шару відбивається червоне світло, від другого — зелений, а від третього — синій. Після системи фільтрів розділене червоне, зелене і синє світло попадає на власну смугу ПЗЗ, кожен елемент якого має розмір близько 8 мкм. Подальша обробка сигналів кольоровості практично не відрізняється від звичайної. Помітимо, що подібний принцип роботи (з деякими відмінностями, розуміється) використовується й у кольорових сканерах фірми Ricoh.

    Рис.2.22. Блок-схема сканера з dichroic-фільтрами.

    2.4.12. Архітектура сканерів

    Принцип роботи сканера полягає в тому, що поверхня зображення освітлює променем світла, що переміщається, а світлочутливий прилад (фотоелемент, фотодіод або фотоелектронний помножувач) сприймає відображене світло, інтенсивність якого залежить від яскравості освітленої ділянки зображення, і перетворює його в електричний сигнал. Отриманий електричний сигнал перетворюється з аналогової в цифрову форму і у вигляді цифрової характеристики яскравості крапки поступає в ЕОМ.

    Такий сканер прочитує зображення в графічному вигляді; отримане зображення може бути збережене в пам'яті ЕОМ, оброблене графічним редактором або виведене на дисплей або принтер. Якщо був введений текст, то при відображенні на дисплеї або принтері його можна прочитати. Використовувати ж текстові редактори для роботи (редагування, форматування) з таким документом не представляється можливим.

    Перед обробкою зображення, що просканувалося, текстовим редактором необхідне графічне зображення тексту перетворити в код ASCH.

    Промінь світла, за допомогою якого сканується зображення, винен послідовно, елемент за елементом освітити все зображення. У залежності тому, яким чином здійснюється послідовне освітлення елементів зображення, розрізняються оптичні пристрої, що читають, з прочитуванням зображень лінійкою і матрицею фотоелементів, із спіральною барабанною розгорткою; з прочитуванням методом променя”, що “біжить, “стеженням за контуром”.

    Прочитування лінійкою фотоелементів полягає в тому, що зображення освітлює смужкою світла, а відображене світло падає на фотоелементи, змонтовані у вигляді лінійки. Кожен фотоелемент фіксує частину світлового потоку, що потрапила на нього. Електричний сигнал прочитується послідовно зі всіх елементів лінійки. Після прочитування смужка світла (разом з прочитуючою головкою) переміщається на наступну частину документа (або смужка світла нерухома, а переміщається документ щодо прочитуючої головки).

    Прочитування матрицею фотоелементів проводиться аналогічно, але фотоелементи змонтовані у вигляді матриці (наприклад, розміром з прочитуваний документ). Освітлення документа в цьому випадку проводиться всього цілком, а не окремої смужки. Переміщення документа щодо прочитуючої головки не вимагається.

    Якщо фотоелементи виконуються у вигляді мікросхеми, то роздільна здатність такого считивателя може бути достатнє високою. Якщо ж вони виконані у вигляді окремих конструктивних елементів і збираються в лінійку або матрицю при збірці пристрою, то із-за великих фізичних розмірів компонентів считиватель володіє невисокою роздільною здатністю. Підвищити роздільну здатність лінійки або матриці можна, проектуючи на неї прочитуване зображення із збільшенням.

    Оптичні зчитувача із спіральною барабанною розгорткою складаються з барабана із закріпленим на нім носієм прочитуваного зображення, дзеркала, джерела світла, фотоелемента і механічного приводу для обертання барабана і переміщення дзеркала (рис.4).

    Рис. 2.23. Схема оптичного зчитувача з спіральною барабанною розгорткою

    Дзеркало служить для відхилення на 90° тонкого променя світла. Відбиваючись від дзеркала, промінь падає на створюючу барабана і освітлює крапку на його поверхні (а до поверхні барабана прикріплений носій прочитуваного зображення).

    Обертання барабана і переміщення дзеркала уздовж його створюючої відбуваються одночасно, завдяки чому промінь по спіралі “розгортає” зображення, що знаходиться на поверхні барабана.

    Відображене від барабана світло сприймається фотоелементом.

    Оптичні считивателі методом променя”, що “біжить, побудовані за принципом растрової розгортки. Як промінь світла може використовуватися або світло від екрану електронно-променевої трубки (ЕЛТ), або лазерний промінь, що відхиляється системою дзеркал.

    Схема прочитування зображень методом променя”, що “біжить, з використанням ЕЛТ приведена на рис.5.

    До складу считивателя входять: генератор розгортки, ЕЛТ, екран з прочитуваним зображенням, об'єктив, фотоелемент і блок кодування зображення з АЦП.

    Генератор розгортки виробляє напруга, що переміщає електронний промінь на екрані ЕЛТ. Нанесений на екран люмінофор є джерелом світла, що переміщається (для цього ЕЛТ повинна мати люмінофор з дуже коротким післясвіченням): електронний промінь малює на екрані матрицю крапок, яка проектується на екран з прочитуваним зображенням. Кожен піксель екрану працює як імпульсне джерело світла: при спаласі він освітлює відповідну точку зображення, відображене світло від якої фіксується фотоелементом і перетворюється в цифровий код зображення.

    Прочитування “стеження за контуром” проводиться аналогічно , але генератор розгортки малює на екрані матрицю або растр тільки до того моменту, поки на зображенні не зустрілася лінія. Після цього блок сканування перемикає генератор розгортки в режим стеження за контуром і запам'ятовує напрям переміщення світивши - ця інформація оформляється як векторний опис ліченого зображення.

    Всі розглянуті системи прочитування зображення дозволяють отримати графічне (але не символьне) представлення інформації.

    Але апаратурні засоби можуть перетворювати лічене зображення в символьний вигляд. Для цього використовуються пристрої прочитування з розпізнаванням: порівнянням з еталонами, методом зондів і нейронні системи типу “перцептрон”.

    Принцип дії считивателя з розпізнаванням методом еталонів видно із структурної схеми .

    Блок прочитування (як яке може використовуватися будь-який розглянутий раніше считиватель) передає цифровий опис ліченого зображення (або його фрагмента) в порівнюючий пристрій, на інший вхід якого поступають описи відомих об'єктів з пам'яті з еталонами. При збігу еталону з ліченим зображенням виробляється сигнал розпізнавання, і на вихід считивателя видається код розпізнаного елементу (якщо розпізнається текст - те код ASCII).

    Рис. 2.24. Схема оптичного зчитувача методом “стеження за контуром”

    Рис.2.25. Схема считувача з розпізнаванням- порівнянням з еталонами

    Метод зондів полягає в особливій побудові лінійок (або матриць) фотоелементів. Наприклад, зонд може складатися з горизонтальних, вертикальних і похилих лінійок фотоелементів.

    Рис.2.26. Принцип прочитування методом зондів

    На такий зонд проектується розпізнаваний символ. По комбінації затінених лінійок пізнається символ, і на вихід системи, що розпізнає, поступає код розпізнаного символу.

    Пристрій типу “перцептрон”, що розпізнає, має матрицю фотоелементів (Аi), що підсумовують блоки (Sj ) і вирішальні елементи (К1)

    Рис.2.27. Пристрій типу “перцептрон”, що розпізнає

    Матриця фотоелементів Аi пов'язана зі всіма елементами Sj, що підсумовують, які, у свою чергу, пов'язані з вирішальними елементами К1. Спочатку (поки перцептрон не навчений) ваги зв'язків елементів Аi з Sj однакові.

    В процесі навчання на фотоелементи проектується яке-небудь зображення (узяте з повчальної вибірки). Ваги зв'язків Аi з Sj змінюються (наприклад, випадковим чином) до тих пір, поки при певному поєднанні сигналів А, на виході не утворюється код розпізнаваного зображення. Після цього з повчальної вибірки береться наступне зображення і проектується на матрицю фотоелементів, після чого ваги зв'язків Аi з Sj коректуються до отримання на виході К1 правильного коду розпізнаваного зображення.

    Після навчання перцептрона він здатний розпізнавати образи, що поступили у вигляді зображення на матрицю фотоелементів, видаючи на виході їх коди.

    Перцептрон відноситься до паралельних (нейронним) систем, оскільки в нім використовується принцип розпізнавання, реалізований в нейронних мережах живих організмів.

    Елементами перцептрона, що підсумовують, є аналогові суматори, що видають на виході суму сигналів, що поступили на входи з урахуванням ваги кожного входу (тієї самої ваги, яка змінювалася в процесі навчання).

    Вирішальні елементи можуть бути побудовані за принципом виділення найбільшого або найменшого з сигналів, що поступили на них, але можуть бути побудовані і на основі складніших алгоритмів.

    Введення в схему перцептрона зворотних зв'язків (з виходу на вхід) дозволяє реалізувати в них самонавчання.

    Враховуючи різницю між пікселом і Пелом, а також те, що сучасні сканери можуть мати роздільну здатність, що перевищує 1000 піксел на дюйм, вдається програмним шляхом підвищити чутливість сканера у визначенні характеристик яскравості лічених зображень. Ця процедура називається фільтруванням і приводить до отримання змащених зображень, оскільки при збільшенні кількості рівнів сірого знижується контрастність.

    Конструктивно сканери випускаються в двох варіантах: портативні і настольниє.

    Портативні сканери є пристроєм, зовні схожим на мишу, яке переміщається по зображенню, що вводиться в ЕОМ. Зазвичай сканери мають невеликі розміри (ширина 2,5 дюйма = 6,4 см). Тому великі зображення (як, наприклад, лист тексту формату A4) доводиться прочитувати за декілька проходів. Але в програмному забезпеченні, що поставляється разом з сканером, передбачена функція “склеювання” зображень, яке дозволяє з'єднати лічені за різні проходи частини в єдине ціле. Роздільна здатність таких сканерів рідко перевищує 400 піксел на дюйм, кожен піксел супроводжується чотирьохбітовим кодом рівня сірого, що відповідає 16 відтінкам шкали яскравості. Лічене таким сканером зображення можна роздрукувати без перетворення на кольоровому принтері. Для друку ж на чорно-білому принтері його потрібно перетворити з півтонового в штрихове, шкала яскравості якого має тільки два рівні - біле і чорне.

    Настільні сканери випускаються трьох типів: sheet-fed- рядковий сканер, в якому носій зображення пропускається через нерухому прочитуючу головку (прочитувати можна тільки листовий матеріал, книги і журнали - не можна); flat-bed - сторінковий сканер, в якому прочитуване зображення нерухоме; over-head - сканер-планшет проєкторного типу, в якому прочитуване зображення поміщається на екрані (зображенням вгору), що прочитує блок розташований вверху пристрою.

    Порівняльний аналіз сканерів різних фірм, що проводиться журналом РС Magazine, неодноразово відзначав високу якість сканерів фірми Hewlet Packard, представниками яких є чорно-білий сканер Scan Jet IIP і кольоровий Scan Jet Iiiсх. Вони забезпечують оптичний дозвіл 300—400 крапок на дюйм, здатні сприйняти 256 відтінків сірого. Сканер читає сторінку формату A4 за 10 з. Але фірмове програмне забезпечення здійснює розпізнавання тільки латинських символів. Задовільний ступінь розпізнавання символів досягається тільки для текстів, віддрукованих на машинці, що пише, або шрифтом Courier на лазерному або струменевому принтері.

    2.4.13. Апаратні інтерфейси сканерів

    Для зв'язку з комп'ютером сканери можуть використовувати спеціальну 8- чи 16-розрядну інтерфейсну плату, що вставляється у відповідний слот розширення. Для портативних комп'ютерів підходить пристрій PC Card. Крім того, у даний час достатнє широке поширення одержали стандартні інтерфейси, застосовувані в IBM PC-сумісних комп'ютерах (послідовний і рівнобіжний порти, а також інтерфейс SCSI). Варто відзначити, що у випадку стандартного інтерфейсу в користувача не виникає проблем з поділом системних ресурсів: портів уведення-висновку, переривань IRQ і каналів прямого доступу DMA.

    По зрозумілих причинах найбільше повільно передача даних здійснюється через послідовний порт (RS-232C). Саме тому в ряді останніх ручних чи комбінованих моделей сканерів для зв'язку з комп'ютером застосовується стандартний рівнобіжний порт. Це дуже зручно, наприклад, при роботі з портативним комп'ютером.

    2.4.14.Програмні інтерфейси та стандарти обміну даними сканерів

    Для керування роботою сканера (утім, як і іншого пристрою) необхідна відповідна програма — драйвер. У цьому випадку керування йде не на рівні «заліза» (портів уведення-виведення), а через чи функції крапки входу драйвера. Донедавна кожен драйвер для сканера мав свій власний інтерфейс. Це було незручно, оскільки для кожної моделі сканера була потрібна своя прикладна програма. Логічніше було б навпаки, якби з однією прикладною програмою могли працювати кілька моделей сканерів. Це стало можливим завдяки TWAIN.

    TWAIN — це стандарт, відповідно до якого здійснюється обмін даними між прикладною програмою і зовнішнім пристроєм (читай — його драйвером). Нагадаємо, що консорціум TWAIN був організований за участю представників компаній Aldus, Caere, Eastman Kodak, Hewlett Packard & Logitech. Основною метою створення TWAIN-специфікації було рішення проблеми сумісності, тобто легкого об’єднання різних пристроїв уведення з будь-яким програмним забезпеченням. Конкретизуючи, можна виділити кілька основних питань: по-перше, підтримку різних платформ комп’ютерів; по-друге, підтримку різних пристроїв, включаючи різноманітні сканери і пристрої уведення відео; по-третє, можливість роботи з різними формату даних. Завдяки використанню TWAIN-інтерфейсу можна вводити зображення одночасне з роботою в прикладній програмі, що підтримує TWAIN, наприклад CorelDraw, Picture Publisher, PhotoFinish. Таким чином, будь-яка TWAIN –сумісна програма буде працювати з TWAIN-сумісним сканером.

    На закінчення варто відзначити, що образи зображень у комп’ютері можуть зберігатися в графічних файлах різних форматів, наприклад TIFF, РСХ, ВМР, GIF і інших. Треба мати в через, що при скануванні зображень файли виходять досить громіздкими і можуть досягати десятків і сотень мегабайт. Для зменшення обсягу збереженої інформації використовується звичайно процес компресії (стиску) таких файлів.

    2.4.15. Параметри зображення сканера. Вибір сканера.

    Якість зображення. Сканери розрізняються по багатьом параметрам технологія зчитування зображення, типу механізму і деяким іншим. Існують параметри скануючого пристрою, що впливають на якість зображення. До таких параметрів відноситься оптична здатність, що дозволяє, число переданих півтонів і квітів, діапазон оптичних плотностей, інтелектуальність сканера, світлові перекручування, точність фокусування ( різкість ).

    Інтелектуальність сканера. Під інтелектуальністю звичайно мається на увазі здатність сканера за допомогою закладених у ньому апаратним і програмними засобами, що поставляються з ним, автоматично набудовуватися і мінімізувати втрати якості. Найбільше цінуються сканери, що володіють здатністю автокалібровки, тобто настроювання на динамічний діапазон плотностей оригіналу, а також компенсації колірних перекручувань. Допустимо, ми маємо Пзс-сканер, що сприймає оптичний діапазон плотностей до 3.2. З його допомогою нам потрібно відсканувати слайд, що має максимальну оптичну щільність 4.0. "Гарний" сканер спочатку робить попереднє сканування для аналізу оригіналу й одержання діаграми оптичних площин. Після аналізу діаграми сканер робить свою автокалібровку з метою зрушення свого динамічного діапазону сприйняття оптичних плотностей. у такий спосіб мінімізуються втрати в "тінях" завдяки скороченню втрат у "світлах".

    Колірні перекручування сканерів. Кожен сканер володіє своїми власними недоліками при сприйнятті квітів і загальних недоліків, властивої даної моделі. Загальні недоліки обумовлені технічними можливостями і механічними характеристиками моделі. Власний недолік сканера обумовлений індивідуальною здатністю оригінал джерела, що висвітлює, світла й елемента, що зчитує. Вважається, що всі продавані сканери проходять заводське калібрування. Однак, якщо сканер має функцію автокалібровки, та ця велика перевага перед сканером, позбавленим такої функції. Автокалібровка сканера дозволяє скорегувати колірні перекручування і збільшити число розпізнаваних колірних відтінків. Оскільки джерело світла має властивість змінювати свої характеристики згодом, як, утім, і елемент, що зчитує, наявність автокалібровки здобуває першорядне значення, якщо Ви постійно з кольоровими напівтоновими зображеннями. Практично всі сучасні моделі сканерів мають таку функцію.

    Вибір сканера. В офісі сканер може ефективно використовуватися для роботи як з текстами (OCR), так і з зображеннями. У першому випадку можна орієнтуватися на недорогу чорно-білу модель з дозволом 200—300 dpi. Для введення коротких документів може придатися навіть ручний сканер. При великих обсягах варто зупинитися на сканері з автоматичною подачею оригіналів. У залежності від складності зображень, що вводяться в комп'ютер, може знадобитися сканер з дозволом 300—600 dpi (з інтерполяцією до 1200 dpi), з можливістю сприйняття до 16,7 мільйона відтінків квітів (24-розрядне кодування) і продуктивним інтерфейсом (SCSI-2). В усіх випадках треба упевнитися, що в комплект зі сканером входить відповідне програмне забезпечення, будь те чи OCR-програми графічний пакет. Не варто забувати також і про TWAIN-сумісність.


    Comments