Vstupné zariadenia

Vstupné zariadenia

Vstupné zariadenie alebo vstupná jednotka je periférne zariadenie počítača, ktorá umožňuje vstup údajov alebo signálov do počítača za účelom ich ďalšieho spracovania alebo ich využitia pre riadenie počítača a k nemu pripojených zariadení. Vstupné zariadenie transformuje informácie z “vonkajšieho” sveta do formy použiteľnej pre počítač. Vstupné zariadenia často slúžia užívateľovi – človeku ktorý ich používa pre zadanie príkazov, alebo ďalších informácií spracovávaných počítačom.

Neexistuje presné delenie vstupných zariadení.
Môžeme si ich rozdeliť podľa viacerých kritérií. Príklady možného rozdelenia vstupných zariadení:

podľa ovládania :

• ovládané človekom - klávesnica,
• ovládané počítačom – snímače, kamery

podľa druhu vstupu:

• mechanický pohyb, adio, vizuálne ...

podľa dĺžky trvania vstupu:

• diskrétne napr. ťuknutie klávesy
• kontinuálne napr. pohyb myši.

podľa počtu stupňov voľnosti:

• 2D  zariadenia
• 3D  zariadenia

podľa ovládania kurzora:

• priame – svetelné pero, touchscreen,
• nepriame - myš

podľa zadávania súradníc:

• absolútne - zariadenie udáva presnú polohu - touchpad, tablet ,
• relatívne - zariadenie udáva len zmenu polohy - myš

podľa pripojenie:

• využívajúce štandardné pripojenia (USB, gameport, sériový port...),
• vyžadujúce zvláštny radič

Klávesnica (Keyboard)

Klávesnica je vstupné zariadenie počítača s viacerými tlačidlami pomocou ktorých je možné zadávať príkazy priamo (počítač reaguje na stlačenie tlačidla), alebo nepriamo (napísaním príkazu, alebo programu).
Počítačová klávesnica je odvodená od klávesnice písacieho stroja. Je určená na vkladanie znakov a ovládanie počítača.
Približne polovica kláves slúži na zápis písmen, číslic, alebo znakov. Ďalšie klávesy slúžia na vykonanie určitej činnosti a ďalšie možnosti poskytuje stlačenie viacerých takýchto kláves simultánne.
Existuje množstvo rozdielnych rozložení klávesnice; predovšetkým preto, že rôzni ľudia potrebujú prístup k rozdielnym znakom alebo funkciám. Typickým príkladom sú národné abecedy pozostávajúce z rozdielnych znakov, ale existujú aj špeciálne klávesnice pre matematiku, účtovníctvo a programovanie. Bežná PC klávesnica má štandardne 101 kláves, ale existujú aj varianty s viacerými klávesmi, dokonca až 130. Kompaktné klávesnice, ako napr. na prenosných počítačoch, majú často menej ako 90 kláves.

Najčastejšie rozloženie kláves je tzv. qwerty (rozloženie znakov zľava doprava q-w-e-r-t-y, atď), ktoré vychádza zo štandardnej anglickej klávesnice a používa sa často i v krajinách, ktoré pôvodne používali iné rozloženie. Napr. väčšina operačných systémov obsahuje rozloženie slovenskej klávesnice qwerty i qwertz, ktoré je typické pre písacie stroje na Slovensku. Užívateľ tak má možnosť vybrať si, ktoré rozloženie mu vyhovuje viac. I v krajinách, ktoré používajú rozdielne abecedy alebo i písmo, je rozloženie klávesnice často založené na rozložení qwerty.
Mnohé moderné klávesnice založené na štandardných starších klávesniciach majú niekoľko kláves naviac, ktoré sa používajú na spúšťanie špecifických aplikácií – napr. spustenie internetového prehliadača alebo emailového klienta.

Klávesnica je obvykle konštruovaná ako sústava spínačov zapojená v matici riadkov a stĺpcov v ktorej každý kláves spína práve jeden riadok so stĺpcom (klavesnica1.gif). Vývody riadkov a stĺpcov sú pripojené k dvom nezávislým paralelným rozhraniam mikropočítača. Mikroprocesor ktorý klávesnicu ovláda vysiela na jedno rozhranie postupne kombinácie 1000...., 0100...., 0010.... – nastavuje logickú jednotku postupne na všetkých riadkoch. Druhé rozhranie sníma informáciu zo vstupov. Pokiaľ v aktívnom riadku nie je stlačený žiadny kláves, načíta vstupné rozhranie samé nuly. Ak je stlačený kláves spájajúci aktívny riadok s nejakým stĺpcom načíta vstupné rozhranie v príslušnom bite jednotku. Zo známej polohy tlačidla potom riadiaci mikrokontrolér (mikropočítač) klávesnice vypočíta kód – SCAN KÓD a tento sa pošle počítaču po sériovej linke ako 1 byte. Operačný systém využije tento kód ako index do tabuľky preddefinovaných ASCII kódov priradených klávesom. Pozrite si ukážku TU.

Zapojenie obyčajnej matice spínačov pri niektorých kombináciách zopnutia viacerých spínačov nedovoľuje rozlíšiť, presne ktoré spínače boli zopnuté, preto sa spínače kláves, ktoré sa typicky používajú v kombináciách s inými klávesami (tzv.shift– klávesy, ktoré menia význam bežných kláves; napr. Shift, Ctrl, Alt) pripájajú osobitne, mimo hlavnej matice.

Podľa spôsobu realizácie spínačov klávesnice poznáme klávesnice:

• mikrospínačové – spínací prvok je mechanický mikrospínač
• membránové - na dvoch fóliách sú vytvorené vodivé dráhy so zväčšenými plôškami v mieste spínačov (na jednej sú riadky a na druhej stĺpce matice), medzi týmito fóliami je umiestnená separačná fólia s otvormi v mieste spínačov, ktorá zamedzuje dotyku vodivých plôšok v pokojovom stave. Samotné klávesy nie sú spojené s fóliami, ale sú uložené v plastovom výlisku vrchnej časti klávesnice tak, že sa môžu voľne pohybovať vo vertikálnom smere a pri svojom pohybe nadol v koncovej polohe zatlačia spodnou časťou na príslušný bod na fóliách. Návrat klávesy a priebeh sily počas jej stláčania (pre vhodný pocit používateľa) je zabezpečený sústavou kovových pružín a/alebo vhodne vytvarovaných gumených dielov.
• bezkontaktné – pod každým tlačidlom je skrytý integrovaný obvod s tzv. HALLOVOU SONDOU citlivou na magnetické pole. Stlačením tlačidla sa priblíži k sonde magnet upevnený v spodnej časti klávesu.

kláves s mechanickým kontaktom	bezkontaktový kláves s Hallovou sondou	membránový kláves

Mikrokontrolér vysiela do počítača informáciu o aktuálnom stave pri každej zmene, t.j. pri stlačení aj pustení klávesy.

Klávesnica sa historicky k počítaču pripájala cez sériové rozhranie. Najbežnejším konektorom v minulosti bol tzv. AT konektor, ktorý bol štandardom na základných doskách pred érou Intelu 486. Neskôr to boli rozhrania PS/2 a USB, dnes je nezriedka klávesnica, podobne ako myš pripojená k počítaču bezdrôtovo, buď krátkovlnným rádiovým spojením alebo prostredníctvom Bluetooth.
Pri bežnom použití sa klávesnica využíva na písanie v textovom editore alebo v zadávanie textových údajov v akomkoľvek textovom poli. V moderných počítačoch je väčšinou ponechaná interpretácia stlačenia klávesy na obslužnom softvéri. Klávesnica sa tiež používa na zadávanie príkazov počítaču. Najznámejším príkladom je pravdepodobne simultánne stlačenie kláves Control-Alt-Delete na počítačoch s architektúrou IBM PC. V súčasných verziách Windows spustí menu umožňujúce napr. vypnúť jednotlivé aplikácie a/alebo vypnúť počítač. V predchádzajúcich verziách Windows a v systémoch GNU/Linux  Ctrl-Atl-Del reštartuje počítač. Významné využitie má klávesnica aj v mnohých počítačových hrách, v ktorých sa zvyčajne dajú jednotlivým klávesám priradiť určité funkcie.

Myš

Myš alebo počítačová myš je vstupné zariadenie počítača, periféria počítača slúžiaca na ovládanie polohy kurzora na obrazovke a vykonávanie operácií stlačením tlačidiel.
V dolnej časti myši je zariadenie, ktoré detekuje pohyb myši vzhľadom k vodorovnej podložke a následne tento pohyb prenáša na obrazovku počítača. Myš dostala svoje meno, pretože staršie modely s káblom vedúcim k počítaču pripomínali tohto hlodavca.

Prvá mechanická myš bola vyrobená v roku 1963 a mala jedno tlačidlo. Dnešná moderná myš pracuje na základe optického senzora a má spravidla dve tlačidlá (jedno na výber, jedno pre kontextové menu), prípadne je doplnená aj scrollovacím kolieskom (pre vertikálny pohyb v dokumentoch). Myši počítačov Apple Macintosh majú jedno tlačidlo. Dnes predávané myši tak mávajú od jedného tlačidla po päť a viac, ktorých funkcie sú konfigurovateľné a využiteľné napr. aj pri hraní počítačových hier.

Druhy počítačových myší:

1. optická - obsahuje dvojicu svetelného vysielača a prijímača (na báze LED-diód); pohyb je snímaný zmenou odrazu vysielaného lúča od podložky
2. laserová - použiíva infračervenú laseroveú diódu, ktorá emituje ostrý svetelný lúč
3. ultrazvuková - pracuje na podobnom princípe ako optická; jej výhodou je, že umožňuje aj trojrozmerný vstup; tretia súradnica je definovaná vzdialenosťou myši (jej zdvihnutím od podložky); rozlišovacia schopnosť: okolo 6000 dpi

Pripojenie myši k počítaču je riešené buď káblom, pôvodne napr. cez  port PS/2, dnes najmä prostredníctvom USB, alebo bezdrôtovo, dnes najmä prostredníctvom bluetooth.
 

Optická myš

Samotný princíp zisťovania smeru a rýchlosti pohybu je jednoduchý. Zo zdroja svetla, nejčastejšie červenej LED diódy, vychádza svetelný lúč, ktorý prechádza cez špeciálne optické prvky, ktoré ho rozptýlia tak, aby rovnomerne osvetľoval povrch. Od povrchu sa potom odrazí späť cez šošovku, ktoorá ho zameria a zaostrí na snímací senzor.

Z desiatok až stoviek obrázkov za sekundu vyhodnocuje riadiaca jednotka myši posun jednotlivých obrázkov voči sebe a následne tieto údaje prevedie do pohybu po osiach X a Y. Výsledkom je pohyb kurzoru na monitore príslušným smerom.

 Laserová myš

Laserové myši majú oproti optickým vyššie rozlíšenie a kontrast snímaných obrázkov. Avšak aj táto technológia mala problémy. Prvé laserové myši trpeli zlou odezvou potom, čo boli zdvihnuté z povrchu, premiestěné a opäť položené.

Neskoršie úpravy problém vyriešili a dnes laserové myši bežne prekonávajú optické vďaka vysokej presnosti a odozve senzoru. Vysoko kontrastný obraz dovoľuje laserové myši používať aj na náročných povrchoch ako sú lesklé plochy alebo hladké jednofarevné povrchy.

Samotný princip snímania je veľmi podobný optickým myšiam. Hlavným rozdielom je použitie infračervenej laserovej diódy, ktorá emituje ostrý svetelný lúč, ktorý je následne snímaný senzorom schopným zachytiť svetlo s rovnakou vlnovou dĺžkou akú produkuje dióda. Ostatné prvky sú viacmenej totožné s optickými myšami.

Skener

Skener (z angl. scanner) je vstupné zariadenie počítača určené na digitalizáciu plošných predlôh, predovšetkým papierových dokumentov, obrázkov, fotografií alebo iných predlôh obsahujúcich grafické alebo textové informácie.
Skenery si môžeme rozdeliť podľa viacerých hľadísk.

Podľa predlohy

• plošné - predloha sa kladie na plochu, obvykle sklenenú platňu
• ručné - snímacím prvkom sa ručne pohybuje po snímanej ploche
• bubnové -  predloha sa vkladá do skleneného valca
• fotografické - predloha sa sníma podobne ako fotoaparátom - odfotografuje sa
• bezkontaktné - laserové - sníma sa len modulované laserové svetlo odrazené od predlohy
• prechodové - predloha prechádza štrbinou okolo snímacieho prvku (ako pri faxe)
• filmové - snímanou predlohou sú negatívne filmy a diapozitívne filmy
•  

Podľa snímača

CCD skenery.

Snímač  CCD svetlocitlivý polovodičový čip. Predloha je osvetlená výbojkou. Obraz sa odráža od sústavy zrkadiel, prechádza objektívom a dopadá na CCD snímací prvok.

CIS skenery (Contact Image Senzor):

Snímací prvok je tvorený jedným riadkom snímacích senzorov umiestnených čo najbližšie k predlohe. Zdroj svetla zabezpečujú LED diódy integrované v čítacej hlave.

Laserové CCD :

Snímač  sníma iba špecificky modulované monochromatické laserové svetlo odrazené od predlohy. Používa sa pre snímanie čiarového kódu a detekciu tvaru predmetov.

Podľa komunikačného rozhrania

• USB, pripojenie je vytvorené zbernicou USB (Universal Serial Bus)
• FireWire, málo používané, iba pre špeciálne aplikácie. Používa interface 1394 FireWire
• SCSI Small Computer System Interface
• Paralelný port, pripojenie je cez centronics, paralelný port
• Bezdrôtové, používajúce technológie IrDa, Wi-Fi, Bluetooth

Najčastejšie používaným skenerom je plošný skener, ktorý je aj súčasťou multifunkčného zariadenia.

Snímacia hlava
Snímacia hlava je vozík pohybujúci sa po koľajničkách vytvorených presne brúsenými vodiacimi tyčami. Vozík má šírku podľa typu skenera na celú šírku snímaného média. Pohon zabezpečuje krokový motor a prevod lankom, alebo ozubeným remeňom. Horizontálne rozlíšenie je teda dané snímacím prvkom, vertikálne počtom krokov motora vozíka. Preto je často u skenerov udávané rozlíšenie skenera vo forme násobku napr. 300 x 600 dpi. Rýchlosť snímania skenera je teda dané rýchlosťou presunu vozíka, rýchlosťou zosnímania riadku a rýchlosťou prenosu dát do počítača. Na snímacej hlave sa nachádzajú všetky podstatné časti skenera - osvetlenie predlohy, optická sústava a snímací prvok - senzor.

Osvetlenie
Snímače pracujú len v určitom rozsahu osvetlenia predlohy, preto väčšina skenerov si nevystačí s prirodzeným svetlom a vyžaduje prídavné nasvietenie. Osvetlenie musí byť čo najrovnomernejšie a nesmie posúvať farebné spektrum predlohy (vernosť farebného podania). Plošné skenery používajú studené katódové svetlo - katódová lampu, resp. výbojku - žiarivku. Výhodou je vysoká intenzita produkovaného svetla, nevýhodou však práve nerovnomerné osvetlenie (najviac svetla v strede). Nerovnomernosť sa kompenzuje nahriatím lampy, sústavou zrkadiel a elektronicky. CIS technológia požíva na osvetlenie predlohy LED diódy umiestnené hneď vedľa snímacích elementov. Všetky diódy sú rovnaké, čo zaručuje rovnomerné osvetlenie po celej šírke snímaného dokumentu. Osvetľovací a snímací mechanizmus sú obvykle integrované v spoločnej pohyblivej hlave, ktorá sa pomocou motora postupne presúva po predlohe (popod predlohu) po jednotlivých krokoch daných nastaveným rozlíšením a snímajú jeden riadok za druhým.

Snímač
Odrazené svetlo je optickou sústavou (ktorá je taktiež súčasťou snímacej hlavy) premietnuté na CCD snímací prvok (podobný ako u digitálneho fotoaparátu), ktorý premieňa hodnoty zo svetla na dáta. Kombinácia žiarivka - optická sústava - snímací prvok CCD je najpoužívanejšou technológiou, ktorú súhrnne nazývame CCD. Skenery vybavené týmto spôsobom snímania sú o čosi drahšie, chúlostivejšie na poškodenie, ale majú lepšiu farebnú citlivosť a snímanú hĺbku.
Lacnejšou technológiou snímania je technológia CIS. Jedná sa vlastne o dve rady diód - jedna rada vysoko svietivých LED diód a druhý rad zo snímacích polovodičových prvkov. Kladom sú nižšie výrobné náklady a teda aj nižšia cena CIS skenerov, menšie rozmery a väčšia odolnosť. Nevýhodou je ale naopak nižšia svietivosť a citlivosť, ktorá sa potom prejaví pri snímaní jemných farebných odtieňov. Snímací prvok CIS však časom nestráca svoje snímacie vlastnosti ako je tomu u skenerov s CCD snímacími prvkami najmä s ohľadom na žiarivku.

Prevodník
Jeho úlohou je prevod obrazovej informácie zosnímanej snímačom do elektronickej formy. Snímač pracuje tak, že intenzita svetla, ktoré dopadá na jeho jednotlivé bunky je premenená na elektrický náboj s rôznou intenzitou.
Každý bod elektronickej podoby obrazu je zložený z troch informácií - intenzity troch základných farieb - R (červená), G (zelená) a B (modrá). Každý bod snímanej predlohy je teda "meraný" tromi bunkami snímača - každá bunka pomocou špeciálnych filtrov vyhodnocuje jednu z uvedených farebných zložiek bodu. V plošných skeneroch sú použité tzv. riadkové CCD alebo CIS snímače, Použitý snímač (počet snímacích elementov v riadku) teda určuje maximálne možné rozlíšenie skenera. Kvalita skenera je priamo závislá na kvalite použitého snímača a počtu jeho buniek, tzv. pixelov. V súčasnej dobe väčšina plošných skenerov používa snímače s rozlíšením 600, 1200 alebo 2400 dpi.
Označenie dpi (dot per inch) udáva, koľko bodov je snímač schopný nasnímať na jednotku vzdialenosti jedného palca (2.54 cm). CCD snímač s rozlíšením 600 dpi má teda 1800 buniek (každý bod je snímaný trikrát) na každých 2.54 cm. Plošný skener určený pre formáty A4 má približne 15 000 buniek.
Skenery umožňujú aj tzv interpoláciu, čiže predlohu zosnímanú na nižší počet dpi prepočítajú na vyšší počet s rešpektovaním prechodov, hrán a pod. Každý pôvodne vyhodnotený bod rozdelí na niekoľko ďalších bodov a na kvalite programového vybavenia potom záleží, ako dobre si skener poradí s farebnými odtieňmi pridelenými novým bodom. Tento  proces zvládne väčšina programov pre úpravu obrázkov, a preto využitie tejto funkcie skenera je malé.
Kvalitu výstupu zo skenera ovplyvňuje najviac jeho optické rozlíšenie a tým aj ostrosť výsledného elektronického obrazu.
Okrem počtu buniek na snímači je dôležitá aj jeho kvalita, ktorá je reprezentovaná bitovou hĺbkou. Táto vlastnosť je ako verne je schopný prevodník obrazovej informácie na elektronickú reprodukovať farby. Udáva, koľko možných hodnôt môže mať elektrický náboj produkovanými jednotlivými bunkami snímača. Udáva sa v bitoch a väčšie číslo udáva väčší počet farieb, ktoré je schopný skener rozpoznať. V praxi sa u farebných skeneroch stretávame s hodnotami 24 až 48 bitov. Snímané údaje sú spracované procesorom a cez komunikačné rozhranie odoslané do počítača.

Použitie
Kritériom pre použitie skenera je rozsah jeho používania - požiadavky na rýchlosť, objem snímaných dokumentov, rozlíšenie, účel snímaného obrázku a pod. Ďalším dôležitým kritériom je jeho cena a možnosť  technickej podpory a servisu. Najväčšia časť domácich a kancelárskych užívateľov bude pre spracovanie grafických a textových predlôh dostačujúce rozlíšenie 600 dpi, pre náročnejších 1200 resp. 2400 dpi, ktoré dnes ponúka väčšina modelov.
Pri voľbe rozlíšenia je dôležitá skutočnosť, že obrázky s vyšším rozlíšením zaberajú viac miesta v operačnej pamäti a pri práci ale najmä viacej miesta na disku pri ukladaní. Taktiež pre pružnú prácu s veľkými obrázkami bude potrebné aj príslušné hardwarové vybavenie. To je zvlášť dôležité pri snímaní predlôh A3.
Okrem počítača ovplyvňuje rýchlosť práce práve skener. Väčšina skenerov sníma predlohu o veľkosti formátu A4 v rozmedzí jednej až dvoch minút. Pred vlastným snímaním je však obvykle nutné podľa náhľadu dokumentu nastaviť minimálne oblasť snímania a korekcie - tento náhľad zvládne bežne skener asi za polovicu uvedenej doby. Pokiaľ je potrebné skenovať niekoľko desiatok strán denne, je potrebný skener s rýchlym snímaním a s rýchlym rozhraním.
Pri výbere skenera si musíme zvoliť aj typ rozhrania, ktorým pripojíme skener k počítaču. Dnes je takmer výhradne používané rozhranie USB. Pre profesionálne použitie sa ešte využíva aj SCSI rozhranie.

Prezentáciu k danej téme si môžete pozrieť TU.