دستگاههای ورودی رایانه: پل ارتباطی انسان و ماشین
دستگاه ورودی چیست و چه نقشی در رایانه دارد؟
رایانهها برای انجام کارها به داده و دستور نیاز دارند. دستگاههای ورودی قطعاتی هستند که این دادهها و فرمانها را از کاربر گرفته و به رایانه منتقل میکنند. بدون این دستگاهها، رایانه نمیتواند بفهمد ما چه میخواهیم. به عبارت دیگر، دستگاههای ورودی مانند پلی بین دنیای انسان و دنیای ماشین عمل میکنند. برای نمونه، وقتی با صفحه کلید نام خود را تایپ میکنید، هر حرف به یک کد عددی تبدیل میشود و رایانه آن را پردازش میکند. رایجترین دستگاههای ورودی عبارتند از: صفحه کلید، موشواره، پویشگر، میکروفون و دوربین وبکم.
صفحه کلید: پرکاربردترین دستگاه ورودی
صفحه کلید از دکمههایی به نام کلید تشکیل شده است. هر کلید نشاندهنده یک حرف، عدد، علامت یا فرمان خاص است. وقتی کلیدی را فشار میدهید، یک سیگنال الکتریکی به رایانه فرستاده میشود. رایانه آن سیگنال را با استفاده از جدول استانداردی به نام ASCII (مخفف کد استاندارد آمریکایی برای تبادل اطلاعات) تفسیر میکند. برای مثال، فشردن کلید «الف» باعث میشود رایانه عدد 157 را در کد ASCII فارسی دریافت کند. صفحه کلیدها انواع گوناگونی دارند: صفحه کلیدهای مکانیکی، غشایی و بیسیم.
موشواره: کنترلگر گرافیکی محیط رایانه
موشواره یک دستگاه اشارهگر است که حرکت دست شما را به حرکت نشانگر روی صفحه تبدیل میکند. در زیر موشواره یک گوی یا یک حسگر نوری وجود دارد که جابهجایی را اندازه میگیرد. وقتی موشواره را حرکت میدهید، رایانه مختصات جدید نشانگر را محاسبه کرده و مکان نما را جابهجا میکند. دکمههای موشواره نیز برای انتخاب، باز کردن و انجام فرمانها به کار میروند. فرمول زیر رابطهٔ سادهٔ بین حرکت موشواره و جابهجایی نشانگر را نشان میدهد:
در این فرمول $\Delta x$ میزان جابهجایی نشانگر بر حسب پیکسل، $S$ حساسیت موشواره و $d_x$ مسافت فیزیکی حرکت موشواره است.
سایر دستگاههای ورودی مهم
علاوه بر صفحه کلید و موشواره، دستگاههای ورودی دیگری نیز وجود دارند که هرکدام برای نوع خاصی از داده طراحی شدهاند:
| نام دستگاه | نوع دادهٔ ورودی | کاربرد نمونه |
|---|---|---|
| پویشگر (اسکنر) | تصویر و متن چاپی | تبدیل عکس چاپی به فایل دیجیتال |
| میکروفون | صدا (امواج صوتی) | ضبط صدا یا فرمان صوتی به دستیار هوشمند |
| وبکم | تصویر و ویدئو | تماس تصویری |
| صفحه نمایش لمسی4 | لمس و فشار انگشت | تبلت و تلفن همراه |
کاربرد عملی: تبدیل آنالوگ به دیجیتال در دستگاههای ورودی
یکی از مهمترین مفاهیم در دستگاههای ورودی، تبدیل سیگنالهای آنالوگ (مستمر) به دیجیتال (گسسته) است. میکروفون یک مثال عالی است: صدای شما به صورت موج آنالوگ به میکروفون میرسد. میکروفون این موج را به جریان الکتریکی آنالوگ تبدیل میکند. سپس یک قطعه به نام مبدل آنالوگ به دیجیتال (ADC)5 این جریان را در فواصل زمانی بسیار کوتاه اندازه میگیرد و به اعداد صفر و یک (دادهٔ دیجیتال) تبدیل میکند. این فرایند به صورت زیر قابل نمایش است:
در این فرمول، $V(t)$ ولتاژ آنالوگ در لحظهٔ $t$، $A$ دامنه، $f$ فرکانس، $T_s$ دورهٔ نمونهبرداری و $V[n]$ مقدار دیجیتال در نمونهٔ $n$ام است.
چالشهای مفهومی در شناخت دستگاههای ورودی
بله، صفحه نمایش لمسی یک دستگاه دوگانه محسوب میشود. وقتی تصویری را روی آن میبینید، نقش خروجی دارد (داده را از رایانه به شما نشان میدهد). اما وقتی با انگشت روی آن ضربه میزنید یا میکشید، فرمان خود را به رایانه میفرستید و نقش ورودی پیدا میکند.
این مشکل معمولاً به دلیل «نرخ تکرار» صفحه کلید رخ میدهد. صفحه کلیدهای قدیمیتر یا بیسیم با نرخ تکرار پایینتر، ممکن است نتوانند فشرده شدن پیاپی کلیدها را ثبت کنند. نرخ تکرار یعنی تعداد دفعاتی که صفحه کلید در هر ثانیه وضعیت کلیدها را به رایانه گزارش میدهد. نرخ تکرار استاندارد معمولاً بین 100 تا 1000 بار در ثانیه است.
موشواره نوری دارای یک دیود نورانی (LED)6 کوچک و یک حسگر تصویر است. LED سطح زیر موشواره را روشن میکند. حسگر تصویر با نرخ بسیار بالا (مثلاً 1700 عکس در ثانیه) از سطح عکس میگیرد. با مقایسهٔ پشت سر هم این عکسها، جهت و مقدار حرکت محاسبه میشود.
نگاهی به آینده: دستگاههای ورودی نوین
امروزه فناوریهای جدیدی مانند ردیابی حرکت چشم7، کلاههای واقعیت مجازی8 که حرکت سر را تشخیص میدهند، و دستکشهای داده9 که حرکات انگشتان را حس میکنند، در حال گسترش هستند. این دستگاهها به رایانه اجازه میدهند بدون نیاز به تماس فیزیکی، فرمان ما را درک کند. برای نمونه، در بازیهای رایانهای جدید، دوربین Kinect شرکت مایکروسافت میتوانست حرکات کل بدن را بدون هیچ وسیلهٔ اضافی به عنوان ورودی بگیرد.
پاورقیها
1صفحه کلید: دستگاه ورودی شامل مجموعهای از کلیدها برای تایپ متن و اجرای فرمانها. معادل انگلیسی: Keyboard
2موشواره: دستگاه اشارهگر برای جابهجایی نشانگر روی صفحه. معادل انگلیسی: Mouse
3پویشگر: دستگاهی که تصاویر یا متن چاپی را به دادهٔ دیجیتال تبدیل میکند. معادل انگلیسی: Scanner
4صفحه نمایش لمسی: صفحهای که با لمس انگشت ورودی دریافت میکند. معادل انگلیسی: Touchscreen
5مبدل آنالوگ به دیجیتال (ADC): قطعهای که سیگنال پیوستهٔ آنالوگ را به اعداد گسسته (دیجیتال) تبدیل میکند. معادل انگلیسی: Analog to Digital Converter
6دیود نورانی (LED): قطعه الکترونیکی که با عبور جریان الکتریکی نور تولید میکند. معادل انگلیسی: Light Emitting Diode
7ردیابی حرکت چشم: فناوری که جهت نگاه کاربر را تشخیص میدهد. معادل انگلیسی: Eye Tracking
8واقعیت مجازی: دنیای شبیهسازی شده با رایانه که کاربر میتواند در آن حرکت کند. معادل انگلیسی: Virtual Reality
9دستکش داده: دستکش دارای حسگر که حرکات انگشتان را به رایانه منتقل میکند. معادل انگلیسی: Data Glove