Цифровые устройства обработки информации цифровые устройства. Поколения цифровых устройств обработки информации

Современные цифровые устройства: сенсорные экраны сканеры фотоаппараты видеокамеры мобильные телефоны веб-камеры документ-камеры видеопроекторы устройства беспроводной передачи данных системы видеонаблюдения электронные книги цифровые микроскопы

Сенсорными экранами могут быть оборудованы телевизоры, компьютерные мониторы и другие экранные приспособления. Они могут быть установлены в платёжных терминалах, в оборудовании для автоматизации торговли, в карманных компьютерах, в операторских панелях в промышленности.

Устройства сканирования Сканер — это устройство, предназначенное для ввода в компьютер различных цветных и черно-белых изображений (фотографий, рисунков, слайдов), а также текстовой информации с листа бумаги, со страницы книги или журнала. Сканер используют в случае, когда возникает потребность ввести в компьютер из имеющегося оригинала текст и/или графическое изображение для его дальнейшей обработки (редактирование и т. д.).

Сканер – устройство для ввода информации с бумаги в память компьютера и дальнейшего редактирования текста или изображения.

Сферы применения фотоаппаратов Широко используются в полиграфии, научных исследованиях, медицине, геологии, криминалистике. В этих и многих других отраслях довольно часто возникает необходимость получения снимков практически мгновенно с последующей обработкой и пересылкой их на большие расстояния через сеть Интернет.

Веб-камеры – цифровые камеры, способные в реальном времени фиксировать изображения, которые затем передаются по сети Интернет или по другому видеоприложению.

Документ-камера – специальная видеокамера. Её используют, когда необходимо показать что-то маленькое, что существует в одном экземпляре (книги, картинки, изображения с микроскопа). Подключается к телевизору, проектору, компьютеру.

Электронные книги относят к разновидности планшетных компьютеров. Их появление обусловлено развитием и специализацией планшетных компьютеров вообще. Некоторые современные устройства оборудованы сенсорным экраном и имеют расширенный набор функций, и позволяют не только читать, но и редактировать текст.

Преимущества Компактность и портативность. В одном устройстве могут храниться сотни и тысячи книг. Кроме того, устройство обычно меньше и легче бумажной книги. Настройки изображения. По желанию пользователя можно изменять начертание и размер шрифта и формат вывода (в одну колонку или в две, портрет или ландшафт). Возможность изменения размера шрифта даёт возможность читать книги людям, которым мелкий нерегулируемый шрифт бумажных книг принципиально не позволяет читать. Дополнительные возможности. В устройстве может быть реализован поиск по тексту, переходы по гиперссылкам, отображение временных выделений и примечаний, электронные закладки, словарь.

Преимущества Встроенные программы - синтезаторы речи позволяют озвучивать тексты. Электронная книга позволяет не только читать тексты, но и отображать анимированные картинки, мультимедийные клипы или проигрывать аудиокниги. Стоимость текста. Многие тексты в электронном виде бесплатны или дешевле, чем в бумажном. Доступность. При наличии подключения к Интернету тексты в любое время доступны для скачивания с соответствующих сайтов (электронных библиотек).

Преимущества Экологичность. Для чтения текстов в электронной книге не нужна бумага, для производства которой вырубаются леса. Безопасность для астматиков, аллергиков, чувствительных к домашней и бумажной пыли.

Недостатки Электронные книги с TFT — экранами имеют неблагоприятное влияние на зрение человека по аналогии с компьютером. Относительно невысокое качество изображения, не сравнимое с бумажными книгами, изданными на дорогой высококачественной бумаге[источник не указан 42 дня]. Как любые электронные приборы, устройства для чтения электронных книг гораздо чувствительнее к физическому воздействию (повреждению), чем бумажные книги Высокая цена. Часть издателей выпускают электронную версию книги с задержкой. Часть книг вовсе официально не публикуются в виде электронной версии

Недостатки В части моделей[уточнить] используется DRM накладывающая ограничения в том числе и на добросовестное использование, так применение DRM приводит к ситуации, что любую книгу на любом устройстве прочитать нельзя. Одим из ярких примеров было дистанционное удаление легально купленных книг с устройств пользователей. Однако, поскольку не составляет труда купить электронную книгу, читающую форматы, не поддерживающие DRM (например, fb 2, rtf , txt и т. п.), а коммуникационными возможностями обладают далеко не все электронные книги, это едва ли можно считать недостатком электронных книг как класса устройств. Устройства для чтения электронных книг требуют периодической подзарядки встроенных аккумуляторов (батарей).

Цифровой микроскоп Цифровой микроскоп– это микроскоп, укомплектованный цифровой системой ввода изображений, с помощью которой изображения передаются в компьютер. Цифровой микроскоп дает возможность не просто наблюдать микро объекты, но и документировать изображения с помощью установленной на микроскоп системы ввода, а при необходимости и проводить измерения на изображениях и их анализ с помощью программного обеспечения.

Цифровой микроскоп Для передачи изображений с микроскопа или стереомикроскопа в компьютер могут использоваться цифровые видеокамеры, цифровые фотокамеры или аналоговые системы ввода. С помощью этих устройств изображение с микроскопа передается в компьютер для последующего архивирования или обработки при необходимости. Выбор системы ввода зависит от задач, которые необходимо решать и требований, предъявляемых к качеству изображений.

Цифровой микроскоп Цифровые микроскопы позволяют передавать изображение с различным увеличением от увеличения в несколько раз до увеличения в сотни тысяч раз

Графический планшет, или дигитайзер, предназначен для ввода в компьютер графических изображений, и используется при работе с программами профессиональной графики и САПР, а также для создания либо копирования рисунков или фотографий. Он позволяет создавать рисунки так же, как на листе бумаги. Это устройство ввода информации состоит из планшета и указателя. Изображение преобразуется в цифровую форму, отсюда название устройства (от англ. digit - цифра).

Графический планшет Принцип действия дигитайзера основан на фиксации координат курсора на поверхности планшета при помощи встроенной сетки, состоящей из проволочных или печатных проводников. Устройство позволяет преобразовать передвижение указателя по планшету в формат векторной графики. Дигитайзер точно определяет абсолютные координаты указателя на планшете и переводит их в координаты точки на экране монитора.

Графический планшет В качестве указателей используют- ся специальные круговые курсоры и перья. Как и мыши, указатели снабжаются кнопками. Курсоры позволяют точно задавать координаты точки, их чаще используют при работе в САПР. Перья применяют при работе в графических редакторах, некоторые из них чувствительны к нажиму и позволяют менять параметры линий

Графический планшет Планшеты бывают жесткими и гибкими. Гибкие планшеты можно сворачивать в трубку, они удобны при транспортировке и хранении, обладают меньшим весом, компактностью и ценой, но в то же время – более низкой разрешающей способностью и надежностью, чем жесткие

Графический планшет Результат работы дигитайзера воспроизводится на экране монитора и в случае необходимости может быть распечатан на принтере. Дигитайзерами обычно пользуются архитекторы, дизайнеры. Высокая цена на профессиональные дигитайзеры с большим форматом планшета и качественным, сбалансиро ванным указателем, ограничивает использование этого устройства ввода информации

Тема урока: «Цифровые устройства обработки информации: цифровой фотоаппарат»

Цель урока:

Создать условия для формирования у учащихся представления о видах и назначении цифровых устройств для обработки информации;

Развивать навыки обработки информации с помощью различных устройств;

Воспитывать бережное отношение к компьютерной технике, выполнение правил безопасного поведения.

Учащиеся должны знать:

Возможности применения цифровых фотоаппаратов.

Обеспечение урока:

презентация «Цифровой фотоаппарат»;

мультимедийный проектор и экран;

цифровой фотоаппарат;

ХОД УРОКА:

Организационный момент.

Приветствие, организация учащихся на совместную результативную деятельность.

Объяснение нового материала.

Вопр. Какие наиболее распространенные цифровые устройства обработки информации вам известны?:

Сегодня мы рассмотрим цифровые фотокамеры. Изучать материал вы будете следующим образом: каждый из вас вытянет карточку с заданием и изучит материал. Потом, по номерам карточек вы сформируетесь в группы (пары), вместе обсудите материал и выберите способ донести его до остальных. В конце урока у нас должно с вами сформироваться представление о цифровом фотоаппарате как средстве обработки и передачи информации в компьютер по следующему плану:

Общий вид, составные части.

Достоинства.

Дополнительные возможности.

Способы хранения информации

Связь с ПК и другими устройствами.

Карточка №1

Общий вид, составные части:

В основном устройство цифровой камеры повторяет конструкцию аналоговой. Главное их различие в светочувствительном элементе, на котором формируется изображение: в аналоговых фотоаппаратах это пленка, в цифровых – матрица. Свет через объектив попадает на матрицу, где формируется картинка, которая затем записывается в память. Состоит камера из двух основных частей – корпуса и объектива. В корпусе находятся матрица, затвор (механический или электронный, а иногда и тот и другой сразу), процессор и органы управления. Объектив, съемный или жестковстроенный, состоит из группы линз, размещенных в пластиковом или металлическом корпусе.

Карточка №2

Достоинства

Наглядность и оперативность. При съёмке на «цифру» вы видите результат сразу же после нажатия на кнопку спуска затвора.

Экономичность. Цена на цифровой фотоаппарат снижается до уровня цены на обычный пленочный. Необходимо учесть еще и стоимость расходных материалов (пленки, реактивов и т.д.)

Компактность. Небольшие размеры фотоаппарата являются одним из самых важных критериев для фотографа-любителя.

Независимость, надежность, удобство хранения. Нет зависимости от мастера по печати фотографий, более долгий срок хранения.

Дополнительные возможности. Современные цифровые камеры зачастую обладают целым рядом дополнительных возможностей, принципиально недоступных для плёночных собратьев. Среди них, например, видеозапись, режим съёмки панорам или запись аудиокомментариев. Кроме того, специальные алгоритмы обработки изображений, реализованные в программном обеспечении камер, позволяют отчасти заменить такие традиционные фотографические инструменты, как, например, светофильтры и плёнки для разных типов освещения.

Цифровая обработка.

Печать. Практически все современные «цифровики» и принтеры поддерживают протокол PictBridge, предусматривающий прямой обмен данными между камерой и печатающим устройством.

Карточка №3

Дополнительные возможности

Скоростная съемка. Скоростная съемка - это режим, в котором камера снимает кадры не поодиночке, как обычно, а сериями – в надежде на то, что хотя бы один кадр в серии получится удачным.

Брэкетинг (вилка) автофокуса (экспозиции, баланса белого, вспышки). Это специальный режим, в котором камера делает несколько (обычно 3) снимка подряд с вариацией того или иного параметра.

Съемка панорам («stitch assist»). Эта функция служит для облегчения панорамной съемки. Панорама – это серия кадров, снятая с некотором смещением по горизонтали или вертикали, и впоследствии «склеенная» на компьютере в одно большое изображение.

Макросъемка. Функция макросъемки (макрорежим) – это специальный режим работы автофокуса, в котором становится возможной фокусировка по очень близко расположенным объектам.

Датчик ориентации. Многие камеры имеют так называемый датчик положения или ориентации. Суть его работы проста: в момент съемки датчик определяет, в каком положении находится камера – в обычном или в портретном (повернута на 90 градусов). Если зафиксировано портретное положение, то после спуска затвора возможно два варианта (в зависимости от производителя аппарата). Либо -файл записывается «как есть», но в его заголовке делается специальная пометка о «портретности», либо необходимый поворот на 90 градусов выполняется процессором камеры, и кадр сразу пишется, «как надо.

Голосовые комментарии к снимкам. Некоторые камеры позволяют сопровождать только что снятые кадры краткими голосовыми комментариями. При всей кажущейся вычурности, это довольно полезная возможность. Например, во время экскурсии по незнакомому городу фотограф может отмечать, какую достопримечательность он только что сфотографировал, и в дальнейшем это значительно облегчит разбор отснятого материала.

Видео. Практически все цифровые фотокамеры (кроме зеркальных), присутствующие на рынке, позволяют снимать видеоролики.

Спецэффекты. Почти все аппараты имеют в качестве дополнительной возможности набор спецэффектов (или так называемых фильтров). Среди них обычно присутствует отбрасывание цветовой информации (монохромное изображение), «сепия», повышение или понижение цветовой интенсивности и т.д.

Карточка №4

Способы хранения информации.

а) Встроенная память фотоаппарата (обычно очень мала, позволяет хранить до 10 фотографий)

б) Флэш-память или карты памяти

На данный момент среди форматов флэш-памяти можно выделить трех безусловных лидеров – это Secure Digital, CompactFlash и Memory Stick.

Secure Digital - это стандарт, созданный альянсом компаний SanDisk, Matsushita Electric (Panasonic) и Toshiba. Физические размеры модуля довольно малы и составляют 24x32x1,4 мм, что позволяет использовать память этого типа в суперкомпактных фотоаппаратах. Кроме того, стандартом предусмотрена защита от несанкционированного копирования (что позволяет выпускать в этом формате, например, книги), а также защита от случайной перезаписи (на модуле памяти имеется механический переключатель). По данным на 2004 г, Secure Digital является наиболее популярным формат на рынке.

Модуль памяти Secure Digital

Стандарт CompactFlash, созданный фирмой SanDisk, предусматривает модули двух типов (Type I и Type II), отличающихся толщиной. Размеры карт составляют 42,8x36,4x3,3 мм и 42,8x36,4x5 мм соответственно. CompactFlash – наименее компактный из всех форматов, зато помимо памяти в нем производится огромное количество различной периферии для карманных компьютеров: модемы, GPS-модули, WiFi- и Bluetooth-адаптеры и т.д. Кроме того, в этом формате выпускаются миниатюрные жесткие диски IBM/Hitachi Microdrive и Sony Microdrive объемом от 2 до 4 Гб (ожидается также 6-гигабайтный диск от Western Digital). Впрочем, целесообразность приобретения компактных жестких дисков (в свете обвального падения цен на флэш-память) довольно сомнительна.

Модуль памяти CompactFlash

Авторство формата Memory Stick принадлежит фирме Sony. Этот формат имеет два базовых типа корпуса – Memory Stick и Memory Stick Duo. Первый обладает размерами 50x21,5x2,8 мм, второй – 31x20x1,6 мм. В тех же форм-факторах существуют также высокоскоростные модификации с возможностью адресовать более 128 Мбайт. Они обозначаются индексом Pro (Memory Stick Pro и Memory Stick Pro Duo, соответственно).

Модуль памяти Memory Stick Pro

Secure Digital и CompactFlash являются открытыми стандартами, свободными от каких-либо лицензионных платежей. Memory Stick – стандарт закрытый и лицензируемый, так что за рамками продукции Sony он не получил особого распространения. Модули этого формата стоят почти вдвое дороже остальных, поскольку в их цену включены лицензионные отчисления (роялти).

Также на рынке присутствуют и другие типы памяти (например, стандарт xD, разработанный не так давно компаниями Olympus и Fujifilm), устаревающие стандарты MMC и SmartMedia и т.д. Однако они распространены гораздо меньше, и мы не будем останавливаться на них подробно.

Карточка № 5

Интерфейс с компьютером и принтером

Фотоаппарат подключается к компьютеру для копирования отснятого материала из флэш-памяти, а также, в случае необходимости, для обновления программного обеспечения («прошивки») камеры. Соединение с принтером необходимо, очевидно, для прямой печати с камеры по протоколу PictBridge.

Подавляющее большинство камер подключается к компьютеру или принтеру по интерфейсу USB (Universal Serial Bus). Для этого (со стороны камеры) используется либо стандартный разъем «mini-B», либо нестандартный фирменный. Очевидно, что первый вариант несколько предпочтительнее, поскольку «в случае чего» стандартный кабель вы легко купите в любом магазине за символические деньги, в то время как за фирменным придется побегать (да и обойдется он существенно дороже).

На данный момент распространено две версии стандарта USB: 1.1 и более новая 2.0. Первая обеспечивает пропускную способность 12 Мбит/с, вторая – 480 Мбит/с. Соответственно, если вы используете достаточно быструю флэш-память, интерфейс USB 2.0 будет предпочтительнее. Впрочем, вы всегда можете извлечь память из фотоаппарата и воспользоваться внешним устройством для чтения флэш-карт – так называемым карт-ридером (модуль памяти будет представлена как носитель с файловой системой FAT16/32).

Самый простой разъем - AV-выход RCA - попросту говоря "тюльпаны" - приспособлен для подключения к любой телевидеотехнике, и обеспечивает просмотр изображений на телеэкране.

На ознакомление учащихся с материалом и обсуждение отводится 10 минут . Затем учащиеся выступают с сообщениями, которые сопровождаются презентацией учителя.

Обобщение материала и подведение итогов
Вопросы к классу:

1. Что нового вы узнали на уроке?

   Была ли информация полезна? В чем её польза?

   Если бы вам предстояло выбирать фотоаппарат, то на какие его параметры вы бы обратили внимание?

Практикум по работе с цифровым фотоаппаратом.

Примечание: во время урока можно фотографировать основные этапы. В конце урока отснятый материал передать в компьютер разными способами.

Домашнее задание: задается по группам:

1 группа – основные элементы видеокамеры

2 группа – достоинства цифровых видеокамер

3 группа – устройства для записи информации в видеокамере

4 группа - передача информации с видеокамеры в компьютер

5 группа – веб-камеры

В период развития цифровых технологий были разработаны компьютеры самых разных типов. Многие из них давно забыты, но некоторые оказали сильное влияние на развитие современных вычислительных систем. Здесь мы дадим краткий обзор некоторых этапов развития вычислительных машин, чтобы показать, как человеческая мысль пришла к современному пониманию компьютерных технологий.

Устройства, облегчающие счёт или запоминание его результатов известны давно, но нас будут интересовать только устройства для вычислений, которые автоматически выполняют заложенные в них программы, поэтому не рассматриваем такие устройства как счёты, механические арифмометры и электронные калькуляторы.

Первая счётная машина с хранимой программой была построена французским учёным Блезом Паскалем в 1642 году. Она была механической с ручным приводом и могла выполнять операции сложения и вычитания. Немецкий математикГотфрид Лейбниц в 1672 году построил механическую машину, которая могла делать так же операции умножения и деления. Впервые машину, работающую по программе, разработал в 1834 году английский учёныйЧарльз Бэббидж . Она содержала запоминающее устройство, вычислительное устройство, устройство ввода с перфокарт и печатающее устройство. Команды считывались с перфокарты и выполняли считывание данных из памяти в вычислительное устройство и запись в память результатов вычислений. Все устройства машины Бэббиджа, включая память, были механическими и содержали тысячи шестерёнок, при изготовлении которых требовалась точность недоступная в 19 веке. Машина реализовала любые программы, записанные на перфокарте, поэтому впервые для написания таких программ потребовался программист. Первым программистом была англичанкаАда Ловлейс , в честь которой уже в наше время был назван язык программированияAda.

В 20 веке начала развиваться электроника и её возможности немедленно взяли на вооружение разработчики вычислительных машин. С построения вычислительных машин, базовая система элементов которых была построена на электронных компонентах, начинается отсчёт поколений цифровых вычислительных машин. Отметим, что деление периода развития цифровой техники на этапы связано, в основном, с переводом базовой системы элементов на новые технологии производства электронных компонентов.

Первое поколение – электронные лампы (1945-1955 г.Г.)

В основе базовой системы элементов этого поколение компьютеров лежали электронные лампы. Их использование определяло и достоинства и недостатки цифровых устройств. Электронные лампы обеспечивали высокую скорость переключения логических элементов, что увеличивало скорость вычисления по сравнению с попытками создать вычислительную машину, базовый элемент которой был построен на основе электромеханического реле. Электронные лампы были достаточно долговечны и обеспечивали надёжную работу компьютера. К сожалению недостатков у ламповых компьютеров тоже было достаточно. Во-первых электронные лампы работали с напряжениями в десятки вольт и расходовали много энергии, кроме того размер электронных ламп, по совремённым понятиям микроэлектроники, был огромным – несколько десятков кубических сантиметров. Для построения вычислительной машины нужны были тысячи логических элементов, поэтому размер ламповых вычислительных машин по занимаемой площади составлял десятки квадратных метров, а потребляемая мощность колебалась в пределах от единиц до десятков и даже сотен киловатт. Такая мощность приводила к перегреванию ламп, которые были размешены довольно компактно, и ставила задачу эффективного охлаждения электронных компонентов машины. Скорость обработки информации в ламповых машинах колебалась от нескольких сотен до нескольких тысяч операций в секунду.

Цифровые устройства

Аналоговые устройства

К аналоговым устройствам относятся функциональные электронные узлы, предназначенные для выполнения различных операций и преобразований над аналоговыми сигналами. В структурном отношении, аналоговые устройства можно представить в виде:

1. Двухполюсника

Имеет 2 пары входных зажимов, к которым подключаются источники сигналов, а к выходным зажимам подключают нагрузку. Представляет собой передаточное звено с управляющими параметрами.

К цифровым устройствам относятся функциональные узлы, предназначенные для выполнения операций над объектами информации в виде цифровых сигналов. Для представления цифровых сигналов служат кодовые слова. Особенности: для построения используется простейший алфавит – две буквы, обозначаемые символами 0 и 1. Кодовое слово – число в 2 СС. Число букв в кодовом слове фиксировано.

Слово содержит n букв или разрядов. В цифровых устройствах объектом информации являются двоичные числа, а не функции времени.

Принципы функционирования цифровых устройств:

1) Для выполнения команды отводится определœенное время, для этого используется генератор тактовых импульсов, он формулирует управляющий сигнал

2) После начала операции происходит преобразование всœех входных кодовых слов в требуемые выходные

3) Выходные кодовые слова отправляются на хранение в память цифровой системы или во внешние устройства для выполнения действий

Способы обработки кодовых слов:

Для реализации операций над кодовыми словами, крайне важно их в виде электрических сигналов. Распространение получил потенциальный способ представления. Логический ноль соответствует низкому уровню сигнала(напряжение), логическая единица- высокому. Операции над кодовыми словами могут выполняться двумя способами: последовательно(по разрядно) и параллельно.

Простейшие преобразователи информации:

Компьютер состоит из миллионов элементов: транзисторов, диодов, регистров, входящих в состав интегральных схем. Но изучение работы ПК облегчается регулярностью его структуры, что означает: компьютер состоит из большого количества простейших элементов, всœего несколько типов. Элементы образуют небольшое количество типовых схем.

По степени сложности выполненных функций различают:

1) Элементы – простейшая часть, выполняющая операции над отдельными битами. Различают логически(и, или, не, и-не, или-не), запоминающие(триггеры различных типов) и вспомогательные, служащие для усиления и формирования сигналов.

2) Узлы – состоят из элементов и выполняют операции над словами. Различают комбинационные и накапливающие(последовательностные)

Комбинационные построены исключительно на логических элементах;

Накапливающие включают логические элементы и элементы памяти;

К узлам ПК относят: регистры, счетчики, сумматоры, мультиплексоры и т.д.

3) Устройства – состоят из нескольких узлов, выполняют одну или ряд однотипных операций над машинными словами К устройствам относят АЛУ, устройство памяти, устройство управления, ЗУ, устройство ввода/вывода.

Цифровые устройства - понятие и виды. Классификация и особенности категории "Цифровые устройства" 2017, 2018.