Вводное устройство

Вводное устройство — это периферийное устройство компьютера или другого электронного вычислительного устройства, предназначенное для преобразования информации из формы, понятной человеку или внешней среде, в цифровые сигналы, которые могут быть обработаны процессором. Вводные устройства являются неотъемлемой частью архитектуры вычислительных систем, обеспечивая взаимодействие пользователя с машиной, а также автоматический сбор данных с датчиков и сенсоров.

История

Первые вводные устройства появились в середине XIX века задолго до создания электронных компьютеров. В 1801 году французский изобретатель Жозеф Мари Жаккар создал ткацкий станок, управляемый перфокартами — это был первый пример механического ввода данных. В 1890 году Герман Холлерит использовал перфокарты для обработки данных переписи населения США, что положило начало эре автоматизированной обработки информации.

С развитием электронных вычислительных машин (ЭВМ) в 1940-х годах вводные устройства эволюционировали. Первые компьютеры, такие как ENIAC, использовали для ввода данных перфоленты и переключатели. В 1950-х годах появились клавиатуры, ставшие основным средством ввода текстовой информации. В 1963 году был изобретён компьютерный манипулятор «мышь» (Дуглас Энгельбарт), который получил широкое распространение в 1980-х годах с появлением графических интерфейсов. В последующие десятилетия развитие технологий привело к созданию сенсорных экранов, сканеров, микрофонов и специализированных устройств для ввода данных в различных отраслях.

Классификация

Вводные устройства классифицируются по нескольким признакам: способу взаимодействия, типу вводимых данных и области применения.

По способу взаимодействия

• Ручные — устройства, которыми пользователь управляет непосредственно руками (клавиатура, мышь, трекбол, сенсорная панель, стилус).
• Голосовые — устройства, преобразующие звуковые колебания в цифровые сигналы (микрофон).
• Автоматические — устройства, считывающие данные без участия человека (сканеры штрих-кодов, датчики, считыватели магнитных карт).

По типу вводимых данных

• Текстовые и символьные — клавиатура, клавиатура для азбуки Брайля.
• Графические и пространственные — сканер, цифровой фотоаппарат, 3D-сканер, трекбол, джойстик.
• Звуковые — микрофон, звуковая карта.
• Биометрические — сканер отпечатков пальцев, сканер радужной оболочки глаза, датчик распознавания лица.
• Сенсорные — датчики температуры, давления, влажности, движения, акселерометры.

По области применения

• Персональные компьютеры — клавиатура, мышь, сенсорная панель, микрофон.
• Мобильные устройства — сенсорный экран, акселерометр, гироскоп, датчик освещённости.
• Промышленность и автоматизация — датчики, считыватели, сканеры, терминалы сбора данных.
• Медицина — цифровые стетоскопы, электрокардиографы, сканеры изображений.
• Игровые системы — джойстик, геймпад, руль, шлем виртуальной реальности.

Основные виды вводных устройств

Клавиатура

Клавиатура — основное устройство для ввода текстовой и командной информации. Состоит из набора клавиш, расположенных по стандарту QWERTY (распространён в России — ЙЦУКЕН). Существуют мембранные, механические и ножничные клавиатуры. В современных ноутбуках часто используются клавиатуры с подсветкой и дополнительными мультимедийными клавишами.

Манипулятор «мышь»

Мышь — устройство, управляющее курсором на экране. Первые модели использовали механический шарик, современные — оптические или лазерные сенсоры. Различают проводные и беспроводные мыши (по радиоканалу, Bluetooth). Дополнительные кнопки и колесо прокрутки расширяют функциональность.

Сенсорный экран

Сенсорный экран — устройство ввода, совмещённое с дисплеем, реагирующее на прикосновения пальца или стилуса. Технологии: резистивные (реагируют на давление), ёмкостные (реагируют на ёмкость пальца), инфракрасные и акустические. Широко применяется в смартфонах, планшетах, банкоматах, информационных киосках.

Сканер

Сканер — устройство для ввода графической информации (текстов, изображений, штрих-кодов) в цифровом виде. Основные типы:

• Планшетные — для сканирования листовых документов.
• Ручные — для сканирования небольших фрагментов.
• Барабанные — для высококачественного сканирования.
• Сканеры штрих-кодов — для считывания штрих-кодов и QR-кодов.

Микрофон

Микрофон — устройство, преобразующее звуковые колебания в электрический сигнал. В компьютерах используется для голосового ввода, записи звука, общения в голосовых и видеозвонках. Современные микрофоны могут быть встроенными (в ноутбуках, веб-камерах) или внешними (конденсаторные, динамические).

Джойстик и геймпад

Джойстик — устройство ввода, представляющее собой рукоятку, наклоняемую в разных направлениях. Используется в авиасимуляторах и игровых консолях. Геймпад — более сложное устройство с несколькими кнопками, аналоговыми стиками и триггерами, предназначенное для управления в видеоиграх.

Сенсорные и биометрические устройства

К этой категории относятся датчики, измеряющие физические параметры (температура, давление, освещённость, ускорение) и биометрические сканеры (отпечатки пальцев, лицо, голос). Они широко применяются в системах безопасности, мобильных устройствах, «умном доме» и промышленности.

Применение

Вводные устройства используются во всех сферах деятельности человека, где требуется взаимодействие с цифровыми системами:

• Персональные компьютеры и ноутбуки — для работы, учёбы, развлечений.
• Мобильные устройства — сенсорные экраны, микрофоны, датчики.
• Промышленность — датчики и сканеры для автоматизации производственных процессов.
• Медицина — для ввода данных о состоянии пациента, диагностики.
• Транспорт — системы навигации, управления автомобилем (руль, педали, кнопки).
• Безопасность — биометрические сканеры для контроля доступа.
• Игровая индустрия — геймпады, джойстики, шлемы виртуальной реальности.

Интересные факты

• Первая компьютерная мышь была изготовлена из дерева и имела только одну кнопку.
• В 1970-х годах в СССР выпускались клавиатуры с раскладкой ЙЦУКЕН, но с дополнительными клавишами для ввода символов кириллицы.
• Современные сенсорные экраны способны распознавать до 10 одновременных касаний (мультитач).
• Сканеры отпечатков пальцев впервые были использованы в ноутбуках в начале 2000-х годов, а в смартфонах — в 2013 году (iPhone 5S).
• В России активно развиваются технологии голосового ввода — например, система «Алиса» от компании «Яндекс» (ООО «Яндекс» — российская компания, не является иностранным агентом).

Источники

• Таненбаум Э., Остин Т. «Архитектура компьютера». — 6-е изд. — СПб.: Питер, 2013.
• Хэммонд Р. «Вводные устройства: от перфокарт до сенсорных экранов». — М.: ДМК Пресс, 2018.
• ГОСТ 34.003-90 «Информационная технология. Комплекс стандартов на автоматизированные системы. Термины и определения».
• Материалы сайта «Компьютерный музей» (Computer Museum, США).
• Официальная документация производителей: Logitech, Microsoft, Razer.