Развитие ЭВМ

1. Введение

Все в мире развивается, не что не стоит на месте. Так, от механических счетных машин, мы пришли к мощным компьютерам, без которых не представляется жизнь в современном мире. Развиваются  также и устройства ввода в  эти самые компьютеры. Они прошли не малый путь, и на сегодняшнем  компьютере набор устройств ввода  информации выглядит примерно так:

1. клавиатура- основное и обязательное устройство ввода информации. Служит для ввода  текстовой информации выполнением ряда команд. 

2.мышь- обеспечивает быстрое перемещение по экрану, ввод графической информации и управление выполнением команд по принципу "указать-нажать" и т.д.

3.сканер- устройство оптического ввода информации. Позволяет оцифровать изображения с фотографий. 

4.звуковая карта- устройство, кодирующее (и декодирующее) звук. 

цифровые фото- и видеокамеры  устройства получения видео изображений  и фотоснимков в компьютерном (цифровом) формате. 

5.Джойстики и т.д.

Устройства ввода информации - предназначены для сбора информации, преобразования её в числовой вид, передачи информации в компьютер.

1. Компьютеры первого поколения:

МЭСМ (1950 г.) Для ввода команд и данных использовался пульт  управления с набором переключателей.

БЭСМ (1952 г.) В качестве устройств  ввода использовалась перфолента.

«Раздан» (1958 г.) Ввод информации осуществляется с перфорированной 5-дорожечной ленты (скорость -1000 строк  в 1 секунду) и с 80-колонных перфокарт (скорость - 700 карт в 1 минуту).

2. Второе поколение ЭВМ:

M-20 (1959 г.) Ввод информации  в машину производится с перфокарт  со скоростью 100 карт в 1 минуту. Подача карт осуществляется широкой  стороной с механическим считыванием  пробивок.

МИР (1965 г.) Машина оборудована  устройствами ввода-вывода на магнитных  картах и перфоленте, а также электрифицированной  печатающей машинкой.

НАИРИ (1967 г.) Ввод-вывод с  перфокарт, перфоленты а также алфавитно-цифровая печать на электрической печатающей машинке «Консул».

РУТА-110 (1969 г.) Ввод-вывод: перфокарточное устройство (скорость считывания 350 перфокарт  в 1 минуту); устройство ввода - вывода информации на 5- или 7-дорожечную перфоленту, в  состав которого входят фотосчитыватель  и ленточный перфоратор (скорость считывания 1000 символов в 1 секунду, перфорации - 80 символов в 1 секунду). Ввод: оптическое читающее устройство (простейший аналог современного сканера), которое со скоростью 150 знаков в секунду автоматически воспринимает печатные и рукописные цифры, непосредственно с первичных документов размером 210х297 миллиметра. Распознанные знаки либо вводятся в ЗУ машины, либо выводятся на перфоленту.

3. Третье поколение ЭВМ:

БЭСМ-6, ЕС-ЭВМ (1020, 1030) (1967-1980 г.) Ввод-вывод с перфокарт, перфоленты и магнитной ленты, алфавитно-цифровая печать на электрической печатающей машинке «Консул».

На обложке январского номера за 1975 год журнала "Popular Electronics" красовалось изображение первого в мире микрокомпьютера Altair 8800, собранного на базе новейшего микропроцессора 8080 фирмы Intel, это был MITS Altair 8800. Программы для Альтаира создавались на машинном языке, то есть с помощью нулей и единиц. В компьютере не было ни клавиатуры, ни дисплея, ни долговременой памяти. Программы вводились переключением тумблеров на передней панели. Тумблер (от англ. tumble — опрокидываться), малогабаритный механический переключатель. Применяется главным образом для коммутации цепей управления в электро- и радиотехнических приборах и устройствах.

4. Четвертое поколение ЭВМ:

1983 г. Фирма Apple Computer построила персональный компьютер Apple - первый компьютер, управляемый манипулятором "мышь". В этом же году началось массовое использование гибких дисков (дискет), как стандартных носителей информации. Создатель - Стив Возняк (Steve Wozniak) предусмотрел использование в своей конструкции устройств, без которых компьютер сегодня немыслим - клавиатуры и видеотерминала. А ведь тогдашние пользователи микрокомпьютеров вполне обходились тумблерами на передней панели.

П ерфолента (ПЛ) представляет собой узкую бумажную (или выполненную из иного тонкого материала) ленту, на которую информация нанесена путем пробивки круглых отверстий на информационных или кодовых дорожках, расположенных вдоль края ленты. Одна из дорожек – транспортная дорожка, находящаяся в средней части ленты, содержит непрерывную последовательность отверстий меньшего диаметра. Эта дорожка служит для перемещения ПЛ и синхронизации процессов считывания информации. Совокупность кодовых позиции (с пробивками или без) в направлении, перпендикулярном краю ленты, называется строкой. В каждой строке, которая в зависимости от используемой системы кодирования можетсостоять из 5,6 и 8 позиций, записывается код одного символа.

Перфокарта (перфорационная карта), носитель информации в виде прямоугольной карточки, обычно из тонкого эластичного картона (реже из пластмассы), на которую информация записывается пробивкой отверстий (перфораций). Одно из первых применений — машина Жаккарда (1800); перфоленты широко использовались в телеграфных  аппаратах (1-я пол. 20 в.) и ЭВМ (50-60-е  гг. 20 в.). Так например на одном из первых программно-управляемых компьютеров, созданном в 1943г. под руководством американца Говарда Айкена, Mark-1 - программа обработки данных вводилась с перфоленты.

2. Сканер

Сканеры предназначены для  ввода графической информации. С  помощью сканеров можно вводить  и знаковую информацию. В этом случае исходный материал вводится в графическом  виде, после чего обрабатывается специальными программными средствами. Сканирование документов – процесс создания электронного изображения бумажного документа, напоминает его фотографирование.

Из всех компьютерных устройств, сканер – одно из самых старых по времени из изобретений. Системы  для сканирования изображения являются неотъемлемой частью таких устройств, как фототелеграф, телефакс, телекамера и существуют уже более ста  лет. В 1855 году итальянский физик  Казелли создал прибор для передачи изображений, названный "пантелеграфом". В этом приборе игла сканировала  изображение, нарисованное токопроводящими  чернилами. С изобретением фотоэлемента был создан фототелеграф, в котором  тонкий луч света перемещался  по поверхности закрепленной на барабане фотографии. Свет, отражаясь от поверхности  изображения, попадает на катод фотоэлемента, вызывая ток эмиссии, пропорциональный отражательной способности. В начале века немецким физиком Корном был  создан фототелеграф, который ничем  принципиально не отличается от современных  барабанных сканеров. В нем происходит механическое сканирование изображения  по двум координатам и освещается каждая точка в отдельности. Проходящий через нее свет воспринимается одним  селеновым фотоприемником - следовательно, отсутствует погрешность, связанная  с неидентичностью чувствительных элементов. Это самый старый и  на сегодняшний день самый качественный, но и самый дорогой способ. Он не имеет принципиальных ограничений  на число точек, из которых будет  составлено изображение. Развитие полупроводниковых  технологий позволило объединить несколько  фотоприемников в одну линейку и  обойтись перемещением только по одной  координате. Это привело к рождению планшетных, рулонных, проекционных и  ручных сканеров. Их оптическая схема  абсолютно одинакова и может быть представлена в виде объектива, фокусирующего строку изображения на линейку фотоприемников. Различие заключается в способе перемещения фотографии, линейки фотоприемников и объектива. Обычно объектив и линейка фотоэлементов жестко связаны и перемещаются относительно фотографии. Разрешение подобных устройств обусловлено числом чувствительных элементов в линейке, и если ширина фотографии меньше рабочей поверхности сканера, то используется только часть фотоэлементов. В некоторых проекционных сканерах и студийных цифровых фотоаппаратах происходит перемещение линейки фотоприемников относительно изображения, сформированного неподвижным объективом. Проекционные сканеры позволяют сфокусировать объект на всю ширину линейки чувствительных элементов и, таким образом, вне зависимости от размера изображения получить максимально возможное разрешение. Современный сканер функционально состоит из двух частей: собственно сканирующего механизма (engine) и программной части (TWAIN-модуль, система управления цветом и прочее).

1. Принцип работы (планшетный):

Оригинал располагается  на прозрачном неподвижном стекле, вдоль которого передвигается сканирующая  каретка с источником света (если сканируется прозрачный оригинал, используется так называемый слайд-модуль - крышка, в которой параллельно сканирующей  каретке сканера перемещается вторая лампа).

Оптическая система сканера (состоит из обьектива и зеркал или призмы) проецирует световой поток  от сканируемого оригинала на приёмный элемент, осуществляющий разделение информации о цветах - три параллельных линейки  из равного числа отдельных светочувствительных  элементов, принимающие информацию о содержании "своих" цветов. В  трёхпроходных сканерах используются лампы разных цветов или же меняющиеся светофильтры на лампе или CCD-матрице. Приёмный элемент преобразует уровень  освещенности в уровень напряжения (все ещё аналоговую информацию). Далее, после возможной коррекции  и обработки, аналоговый сигнал поступает  на аналого-цифровой преобразователь (АЦП). С АЦП информация выходит  уже в двоичном виде и, после обработки  в контроллере сканера через  интерфейс с компьютером поступает  в драйвер сканера - обычно это  так называемый TWAIN-модуль, с которым  уже взаимодействуют прикладные программы.

Классификация современных  сканеров:

2. Ручные сканеры

В основу работы ручных сканеров положен процесс регистрации  отраженных лучей светодиодов от поверхности сканируемого документа. Для того чтобы ввести в компьютер  какой-либо документ при помощи этого  устройства, надо без резких движений провести сканирующей головкой по соответствующему изображению. Таким образом, проблема перемещения считывающей головки  относительно бумаги целиком ложится  на пользователя. Равномерность перемещения сканера существенно сказывается на качестве вводимого в компьютер изображения. В ряде моделей для подтверждения нормального ввода имеется специальный индикатор. Ширина вводимого изображения для ручных сканеров не превышает обычно 4 дюймов (10 см). В некоторых моделях ручных сканеров для повышения разрешающей способности уменьшают ширину вводимого изображения. Современные ручные сканеры могут обеспечивать автоматическую "склейку" вводимого изображения, то есть формируют целое изображение из отдельно вводимых его частей. Благодаря этому, при помощи ручного сканера невозможно ввести изображения даже формата А4 за один проход. 

К основным достоинствам такого типа сканеров относятся: 
низкая стоимость. Поскольку в ручных сканерах в качестве позиционирующего модуля выступает пользователь, отпадает необходимость в этом дорогом элементе; портативность. С появлением ручных сканеров, подключаемых к параллельному порту, их можно использовать как с настольными, так и с портативными компьютерами; 
сканирование книг без их повреждения. С помощью ручного сканера можно отсканировать книгу, не сгибая и не разрывая ее. Это особенно важно при сканировании старинных книг или древних манускриптов.  
Первые модели ручных сканеров подключались к компьютеру с помощью интерфейсной карты, которой необходимо было выделять отдельное прерывание, канал прямого доступа к памяти и адрес ввода-вывода. В настоящее время практически все устройства этого класса подключаются к параллельному порту, освобождая, таким образом, необходимые ресурсы.

3. Настольные сканеры:

В России модели с реднего  класса (настольные офисные сканеры  документов) в силу своей универсальности  являются наиболее часто используемым типом сканерного оборудования. Настольные сканеры называют и страничными, и. планшетными, и даже авто сканерами. Такие сканеры позволяют вводить  изображения размерами 8,5 на 11 или 8,5 на 14 дюймов. Они выпускаются со SCSI или скоростными видео- интерфейсами, обычно допускают сканирование с  планшета или с использованием интегрированного устройства автоподачи документов. Существуют три разновидности настольных сканеров: планшетные (flatbed), рулонные (shett-fed) и  проекционные(overhead).

4. Планшетные сканеры

Планшетные сканеры, особенно предназначенные для чего-то кроме  подарка или использования в  качестве игрушки, при внешней простоте являются весьма интересными и довольно сложными опто-электронно-механическими  устройствами. Однако конструкция их устоялась, производство хорошо налажено и технологически не является чем-то запредельным, так что обычно планшетные сканеры в ценовом диапазоне  до 10000 долларов (включая такие известные  имена, как AGFA, Linotype-Hell и UMAX) производятся на Тайване.

Основным отличием планшетных сканеров является то, что сканирующая  головка перемещается относительно бумаги с помощью шагового двигателя. Понятно, что рассмотренная конструкция  изделия позволяет сканировать  не только отдельные листы, но и страницы журнала или книги.Оптическое разрешение настольных сканеров регулируется в  диапазоне 100-800 dpi. Скорости сканирования достигают 64 страниц в минуту. На планшетных настольных сканерах можно  сканировать неразброшюрованные документы, книжные страницы, документы нестандартного размера или полиграфического исполнения. Универсальный характер устройств  подчеркивается в последнее время  выпуском моделей, позволяющих наряду со скоростным вводом документов полноценно (до 16.7 млн. цветов) сканировать в  цвете. Несмотря на то, что паспортная производительность отдельных моделей  настольных сканеров не уступает и  даже, иной раз, превосходит соответствующие  показатели специализированных производственных сканеров, во избежание частых замен  изнашивающихся элементов устройства (главным образом, ламп, роликов и  прокладок), настольные модели не следует  использовать в режимах полносменного  или круглосуточного сканирования. При условии  непревышения рекомендованных дневных нагрузок (приблизительно 5 часов сканирования в день) среднее время между отказами для старших моделей настольных скоростных сканеров составляет около трех лет (при этом в зависимости от модели после сканирования каждых 100-200 тысяч страниц потребуется замена расходуемых элементов -consumables).