Нестандартные периферийные устройства

 

 

ПОВОЛЖСКИЙ  КООПЕРАТИВНЫЙ ИНСТИТУТ

РОССИЙСКОГО УНИВЕРСИТЕТА КООПЕРАЦИИ

 

Кафедра информационных систем и технологий

 

 

 

 

 

 

 

 

РЕФЕРАТ

 

Тема «Нестандартные периферийные устройства»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил: студент учебной группы ИС 9-11

Лапенко С.П.

 

 

 

 

 

 

Энгельс

2012

 

План

 

Введение

Нестандартные устройства в среде компьютерщиков называют периферийными устройствами.

К нестандартным устройствам  в большинстве случаев относят в первую очередь внешнюю память. К ним, как правило, относят накопители на магнитных и оптических дисках. Далее идут устройства ввода символьной и графической информации (принтеры и плоттеры).

Также к нестандартным  периферийным устройствам ЭВМ относятся платы для записи и воспроизведения видео, платы для приема и воспроизведения на мониторе ТВ-каналов (TV-тюнеры). Платы приема и воспроизведения радиоканалов (FM-тюнеры). Web-камеры.

 

                    1. Web-камера

 

Web-камера – это  цифровое устройство, которое состоит из видеокамеры (ПЗС-матрицы), процессора компрессии и встроенного web-сервера. Web-камера предназначена для организации видеонаблюдения и передачи видеоизображения по сети LAN/WAN/Internet. Для работы web-камеры в сети не требуется специальных устройств и персонального компьютера. В зависимости от настроек, доступ к видеоизображению, полученному web-камерой, может быть открыт всем пользователям сети или только авторизованным пользователям.

Устройство и принцип  работы web-камеры

Современная web-камера представляет собой цифровое устройство, производящее видеосъемку, оцифровку, сжатие и передачу по компьютерной сети видеоизображения. Поэтому в состав web-камеры входят следующие компоненты:

 ПЗС-матрица,

 объектив,

оптический фильтр,

 плата видеозахвата,

 блок компрессии (сжатия) видеоизображения,

 центральный процессор и  встроенный web-сервер,

 ОЗУ,

 флэш-память,

 сетевой интерфейс,

 последовательные порты,

 тревожные входы/выходы.

В качестве фотоприемника в большинстве web-камер применяется ПЗС-матрица (ПЗС, CCD – прибор с зарядовой связью) – прямоугольная светочувствительная полупроводниковая пластинка с отношением сторон 3 : 4, которая преобразует падающий на нее свет в электрический сигнал. ПЗС-матрица состоит из большого числа светочувствительных ячеек. Для того, чтобы повысить световую чувствительность ПЗС-матрицы, нередко формируют структуру, которая создает микролинзу перед каждой из ячеек. В технических параметрах web-камеры обычно указывают формат ПЗС-матрицы (длина диагонали матрицы в дюймах), число эффективных пикселей, тип развертки (построчная или чересстрочная) и чувствительность.

Объектив – это линзовая система, предназначенная для проецирования  изображения объекта наблюдения на светочувствительный элемент web-камеры. Объектив является неотъемлемой частью web-камеры, и от правильности его выбора и установки зависит качество видеоизображения, получаемого web-камерой. Часто объектив входит в комплект поставки web-камеры. Объективы характеризуются рядом важнейших параметров, таких как фокусное расстояние, относительное отверстие (F), глубина резкости, тип крепления (C, CS), формат.

Оптические инфракрасные отсекающие фильтры, которые устанавливают  в web-камеры, представляют собой оптически точные плоскопараллельные пластинки, монтируемые сверху ПЗС-матрицы. Они работают как оптические низкочастотные фильтры с частотой среза около 700 нм, вблизи красного цвета. Они отсекают инфракрасную составляющую световых волн, обеспечивая тем самым правильную цветопередачу web-камеры. Однако во многих черно-белых web-камерах такие фильтры не используются, благодаря чему достигается более высокая чувствительность web-камеры.

Плата видеозахвата (блок оцифровки) осуществляет преобразование аналогового электрического сигнала, сформированного ПЗС-матрицей, в цифровой формат. Процесс преобразования сигнала состоит из трех этапов:

 Дискретизация,

 Квантование,

 Кодирование.

Дискретизация – считывание амплитуды  электрического сигнала через равные промежутки времени (период). Этот этап преобразования сигнала характеризуется частотой дискретизации.

Квантование – это процесс представления  результатов дискретизации в  цифровой форме. Изменение уровня электрического сигнала за период дискретизации представляется в виде кодового слова из 8, 10 или 12 бит, которые дают соответственно 256, 1024 и 4096 уровней квантования. От числа уровней квантования зависит точность представления сигнала в цифровой форме.

Кодирование. Помимо информации об изменении  уровня сигнала, полученной на предыдущем этапе, в процессе кодирования формируются биты, сообщающие о конце синхроимпульса и начале нового кадра, а также дополнительные биты защиты от ошибок.

Блок компрессии выполняет сжатие оцифрованного видеосигнала в один из форматов сжатия (JPEG, MJPEG, MPEG-1/2/4, Wavelet). Благодаря сжатию, сокращается размер видеокадра. Это необходимо для хранения и передачи видеоизображения по сети. Если локальная сеть, к которой подсоединена web-камера, имеет ограниченную полосу пропускания, то во избежание переполнения сетевого трафика целесообразно сокращать объем передаваемой информации, снизив либо частоту передачи кадров по сети, либо разрешение кадров. Большинство форматов сжатия обеспечивает разумный компромисс между этими двумя способами решения проблемы передачи видео по сети. Известные на сегодняшний день форматы сжатия позволяют получить оцифрованный поток с полосой пропускания 64 Кб – 2 Мб (при такой полосе пропускания потоки видеоданных могут работать параллельно с другими потоками данных в сетях).

Сжатие видеоизображения в web-камере может быть представлено как аппаратно, так и программно. Программная реализация компрессии дешевле, однако из-за высокой вычислительной емкости алгоритмов сжатия она малоэффективна, особенно когда требуется просматривать видеоизображение с web-камеры в online режиме. Поэтому большинство ведущих производителей выпускают web-камеры с аппаратной реализацией сжатия. Например, каждая сетевая камера компании AXIS Communications оснащена процессором компрессии ARTPEC, осуществляющим высокоскоростное сжатие видеоизображения в формат JPEG/MJPEG.

Центральный процессор  является вычислительным ядром web-камеры. Он осуществляет операции по выводу оцифрованного и сжатого видеоизображения, а также отвечает за выполнение функций встроенного web-сервера и управляющей программы для web-камер.

Интерфейс для Ethernet служит для подключения web-камеры к сети стандарта Ethernet 10/100 Мбит/с.

Также web-камера может иметь последовательный порт для подключения модема и работы в режиме dial-up при отсутствии локальной сети. Через последовательный порт можно также подключать к web-камере периферийное оборудование.

Карта флэш-памяти позволяет  обновлять управляющие программы  для web-камер и хранить пользовательские HTML-страницы.

ОЗУ служит для хранения временных данных, которые генерируются при выполнении управляющих программ, и пользовательских скриптов. Многие интернет-камеры имеют так называемый видеобуфер. Это часть ОЗУ, зарезервированная для записи и временного хранения снятых web-камерой видеокадров. Информация в видеобуфере обновляется циклически, т.е. новый кадр записывается вместо самого старого. Эта функция необходима, если web-камера выполняет охранное видеонаблюдение, поскольку позволяет восстанавливать события, предшествующие и следующие за сигналом тревоги с подключенных к web-камере охранных датчиков.

Тревожные входы/выходы служат для подключения датчиков тревоги. При срабатывании одного из датчиков генерируется сигнал тревоги, в результате чего процессор компонует  набор кадров, записанных в видеобуфер до, после и в момент поступления сигнала тревоги. Этот набор кадров может отсылаться на заданный e-mail адрес или по FTP. 

2. Игровые джойстики

 

Джо́йстик (англ. joystick — «ручка управления самолётом») - устройство ввода информации, которое представляет собой качающуюся в двух плоскостях ручку. Наклоняя ручку вперёд, назад, влево и вправо, пользователь может передвигать что-либо по экрану. На ручке, а также в платформе, на которой она крепится, обычно располагаются кнопки и переключатели различного назначения. Помимо координатных осей X и Y, возможно также изменение координаты Z, за счет вращения рукояти вокруг оси, наличия второй ручки, дополнительного колёсика и т. п.

Широкое применение джойстик получил  в компьютерных играх, мобильных телефонах. В английском языке словом «joystick» называют любую качающуюся ручку управления, в русском языке значение более узкое: помимо компьютерного контроллера, «джойстиком» называют в разговорной речи миниатюрную электрическую ручку — в отличие от традиционной механической.

По количеству степеней свободы  и, соответственно, плоскостей, в которых  возможно изменение положения контролируемого  объекта, джойстики подразделяются на:

одномерные (управление перемещением объекта либо вверх-вниз, либо влево-вправо)

двухмерные (управление объектом в  двух плоскостях)

трёхмерные (управление объектом во всех трёх плоскостях)

также джойстиками ошибочно называют геймпады (например: PS3, Xbox.)

Джойстики можно разделить на два  вида:

дискретные - сенсоры таких джойстиков могут принимать два значения: «0» или «1», включён/выключен и т. д. При этом каждое нажатие выдает один управляющий импульс и смещает курсор на одну позицию (длительное нажатие приводит к автоповтору команды), диапазон смещения курсора при этом неограничен и определяется только количеством нажатий. Джойстики такого типа считаются устаревшими в ПК, но широко применяются в простых игровых приставках, мобильных телефонах и прочих устройствах.

аналоговые - у таковых выходной сигнал плавно меняется от нуля до максимума в зависимости от угла отклонения рукоятки: чем больше рукоять отклонена, тем больше уровень сигнала. Диапазон перемещения курсора ограничен ходом ручки джойстика и разрешением применённых сенсоров. После калибровки, подобные джойстики можно применять для указания абсолютной позиции курсора.

Существует несколько технологий аналоговых джойстиков.

Потенциометр и аналогово-цифровой преобразователь. Преимущества: нет особых требований к механике. Недостатки: требователен к качеству питания и АЦП, сам датчик при этом недостаточно долговечен. Интересно, что в игровом порту АЦП находится в компьютере, а не в джойстике.

Энкодер — оптический датчик наподобие тех, что применяются в компьютерных мышах (зубчатое колесо, при вращении пересекающее луч от светодиода к фотодиоду). Преимущества: очень чёткий ход, датчик практически вечен. Недостатки: чтобы датчик имел достаточное количество шагов дискретности (примерно 500 шагов на оборот руля, или 150 на движение джойстика от края до края, или 100 на ход педали), нужен или дорогой высокоточный энкодер, или качественный редуктор (мультипликатор).

Тензометрические датчики. Применяются в ноутбуках, в некоторых  самолётах. В игровых устройствах  распространения не получили: тензодатчики практичны только когда джойстик надёжно прикручен к столу.

Оптическая матрица. Такие джойстики действуют аналогично оптической мыши и совмещают высокую точность с высокой надёжностью. Недостаток: применимо только для устройств с небольшим ходом ручки.

Магнитные датчики — магниторезистивные и на эффекте Холла. Те и другие надёжны и долговечны; распространение получили только когда в датчиках стали располагать схемы, компенсирующие допуски сборки и люфт механики.

Ранее джойстики для ПК подключались к нему через игровой порт, далее полностью произошёл переход к стандартному интерфейсу USB.

Долгое время у игровых приставок джойстики подключались через специализированный разъём, специфичный для каждой фирмы-производителя, поэтому джойстик для одной приставки не подходил к другой или же к ПК. В настоящее время джойстики имеют стандартный интерфейс USB, поэтому могут подключаться как к приставке, так к персональному компьютеру.

 

3.Использование  нестандартных  периферийных устройств с базами  данных

 

Базы данных стали  настолько обыденным явлением, что мы даже не замечаем того, как легко пользуемся ими в своей повседневной жизни. Вы включаете свой мобильный телефон и видите список принятых и отправленных звонков, вы листаете свою электронную записную книжку в поиске друзей и родственников, которых в этом месяце нужно поздравить с днем рождения, вы заглядываете в Internet в поисках последних новинок музыки и видео. Вся эта информация не просто лежит «вповалку», а систематизирована и определенным образом организована для нашего удобства. Производители обещают, что скоро, для тех, кто хочет похудеть, прямо в холодильники и микроволновые печи и духовые шкафы будет заложена база данных продуктов с указанием их калорийности, рецептов блюд, которые можно из них приготовить, причем эти данные будут обновляться через Интернет.

Базы данных проникли буквально всюду, однако, главное  их место расположения не мобильный  телефон или еще более экзотические места, а персональный компьютер. «Персоналка», которая используется для выполнения рабочих задач, хранит на своем жестком  диске десятки гигабайт учетной информации. Деятельность современного предприятия уже невозможна без компьютерной обработки огромных массивов данных, которые накапливаются на предприятии во время его работы. Как попадает информация в корпоративные базы данных? Если рассматривать обычный путь, то это происходит при помощи клавиатуры и мыши. Операторы сидят перед монитором компьютера вводят и редактируют информацию. Одна, две, десять, сто записей… Сколько может ввести оператор и не ошибиться? Использование труда операторов – самый простой, но не самый продуктивный способ, особенно с учетом того, что затем нужно тратить много времени на проверку данных.