Logo GenDocs.ru

Поиск по сайту:  


Загрузка...

Лекции по ВМСС - файл Глава 7 ВНЕШНИЕ УСТРОЙСТВА ЭВМ.doc


Загрузка...
Лекции по ВМСС
скачать (35218.7 kb.)

Доступные файлы (18):

Глава 10.doc8030kb.25.01.2005 11:05скачать
Глава 11 ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ.doc2232kb.28.01.2005 20:28скачать
Глава 12.doc4356kb.29.01.2005 18:29скачать
Глава 13.doc745kb.09.03.2005 15:11скачать
Глава 14.doc605kb.11.03.2005 15:19скачать
Глава 15.doc243kb.11.03.2005 15:35скачать
Глава 16.doc498kb.11.03.2005 15:43скачать
Глава 2.doc2062kb.24.02.2005 19:16скачать
Глава 3 ЭЛЕМЕНТНАЯ БАЗА ЭВМ.doc2589kb.24.02.2005 20:00скачать
Глава 4.doc1726kb.02.03.2005 20:36скачать
Глава 5 ЦЕНТРАЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА ЭВМ.doc1113kb.04.03.2005 13:56скачать
Глава 6.doc1177kb.04.03.2005 18:09скачать
Глава 7 ВНЕШНИЕ УСТРОЙСТВА ЭВМ.doc918kb.09.03.2005 14:44скачать
Глава 8.doc6796kb.25.01.2005 19:33скачать
Глава 9.doc4463kb.25.01.2005 18:23скачать
ОГЛАВЛЕНИЕ.doc45kb.11.03.2005 19:02скачать
УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ.doc41kb.04.03.2005 14:10скачать
учебник_введение.doc53kb.25.01.2005 11:37скачать

Глава 7 ВНЕШНИЕ УСТРОЙСТВА ЭВМ.doc

Реклама MarketGid:
Загрузка...
Глава 7 ВНЕШНИЕ УСТРОЙСТВА ЭВМ

7.1. Системы визуального отображения информации (видеосистемы)

Видеосистемы предназначены для оперативного отображения ин­формации, доведения ее до сведения оператора ЭВМ. Обычно они со­стоят из двух частей: монитора и адаптера. Монитор служит для ви­зуализации изображения, адаптер для связи монитора с микропро­цессорным комплектом.

Классификацию мониторов можно провести по следующим при­знакам:---

• по используемым физическим эффектам;

• по принципу формирования изображения на экране;

• по способу управления;

• по длительности хранения информации на экране;

• по цветности изображения;

• по эргономическим характеристикам.

По принципу формирования изображения мониторы делятся на плазменные, электролюминесцентные, жидкокристаллические и элек­тронно-лучевые.

Плазменные, электролюминесцентные и жидкокристаллические мониторы относятся к дисплеям с плоским экраном. Для них харак­терно: экран имеет малые физические размеры, не мерцает, полнос­тью отсутствует рентгеновское излучение. Мониторы этого вида до­пускают локальное стирание и замену информации, имеют малый вес и незначительное потребление энергии, большую механическую проч­ность и длительный срок службы.

Плазменные и электролюминесцентные мониторы являются ак­тивными, излучающими свет. Для работы с ними не нужен посторон­ний источник света.

Жидкокристаллические пассивные мониторы. Они работают только при наличии постороннего источника света и способны рабо­тать либо в отраженном, либо в проходящем свете. Жидкокристалли­ческие мониторы используют способность жидких кристаллов изме­нять свою оптическую плотность или отражающую способность под воздействием электрических сигналов.

В плазменной панели элемент изображения образуется в результате газового разряда, который сопровождается излучением света. Конструктивно панель состоит из трех стеклянных пластин, на две из которых нанесены тонкие прозрачные проводники (до 2—4 проводников на 1 мм). На одной пластине проводники расположены горизонтально, на другой — вертикально. Между ними находится третья стеклянная пластина, в которой в местах пересечения проводников имеются сквозные отверстия. Эти отверстия при сборке панели заполняются инертным газом. Вертикально и горизонтально расположенные проводники образуют координатную сетку; на пересечении проводников находятся элементы изображения — пикселы (picture element). При разрешающей способности 512x512 пиксел такая панель имеет размеры не более 200x200 мм и толщину 6—8 мм. В настоящее время созданы цветные плазменные панели с разрешающей способностью экрана 1024x1024 пиксел.

Электролюминесцентные мониторы работают на принципе люми­несценции вещества при воздействии на него электрического поля. Люминесцентное вещество распыляется на внутренней поверхности одной из пластин с координатной сеткой. Напряжение на координат­ные шины подается такое, чтобы на пересечении координатных шин создавалось электрическое поле, достаточное для возбуждения лю­минофора.

Наибольшее распространение получили мониторы на электрон­но-лучевых трубках. Электронная лучевая трубка (ЭЛТ) представля­ет собой электровакуумный прибор в виде стеклянной колбы, дно которой является экраном. В колбе, из которой удален воздух, распо­ложены электроды: электронная пушка (катод с электронагреватель­ным элементом), анод, вертикально и горизонтально отклоняющие пластины и сетка. Снаружи на ЭЛТ установлена фокусирующая сис­тема. Внутренняя поверхность экрана покрыта люминофором, кото­рый светится при попадании на него потока электронов. Катод, по­верхность которого покрыта веществом, легко отдающим электро­ны при нагревании, является источником электронов. Возле него образуется «электронное облако», которое под действием электри­ческого поля анода движется в сторону экрана. По мере приближения к аноду электронный поток увеличивает скорость. Фокусирующая система сжимает поток электронов в тонкий пучок, который с помо­щью отклоняющих пластин направляется в нужную точку экрана. Сетка служит для регулирования плотности электронного потока. Она расположена гораздо ближе к катоду, чем анод. В зоне ее действия поток электронов имеет небольшую скорость, поэтому она оказыва­ет на поток электронов влияние, сопоставимое с влиянием анода. Сет­ка может создать электрическое поле, которое тормозит электроны, уменьшает их скорость и плотность потока, движущегося в сторону экрана, и даже может полностью «запереть» трубку, не пропустить поток электронов в сторону экрана.

На отклоняющие пластины ЭЛТ подается пилообразное напряже­ние, которое отклоняет электронный луч и заставляет его пробегать по всей поверхности экрана, строка за строкой. На поверхности экра­на появляется развертка, с помощью которой выводится требуемое изображение: в местах экрана, которые должны оставаться темны­ми, трубка запирается, и электронный луч не доходит до поверхности экрана.

В зависимости от формы напряжения, подаваемого на отклоняю­щие пластины, и способа его получения различаются растровая, мат­ричная и векторная развертки.

Растровая развертка представляет собой набор сплошных гори­зонтальных линий, заполняющих весь экран. Она формируется с по­мощью аналоговых приборов — генераторов пилообразного напря­жения, отдельно для строк и отдельно для кадров. Этот вид развертки применяется в телевидении.

Матричная развертка по внешнему виду похожа на растровую, но формируется она с помощью цифровых схем (счетчиков), связан­ных с отклоняющей системой через цифроаналоговые преобразова­тели. В этом случае электронный луч на экране перемещается не не- прерывно, а скачками — от одного пиксела к другому. Поэтому он не рисует линию, а высвечивает матрицу точек — пиксел. При такой развертке легко перевести луч в любую заданную точку экрана — надо только в счетчики строк и кадров поместить координаты этой точки.

Векторная развертка используется для рисования сложных фигур с помощью сплошных линий разной формы. Управление вертикаль­ным и горизонтальным отклонением луча в этом случае осуществля­ется с помощью функциональных генераторов, каждый из которых настроен на прорисовку определенного графического примитива. Состав графических примитивов, из которых строится изображение, определяется наличием функциональных генераторов.

Максимальное количество строк на экране и количество точек в строке образуют разрешающую способность монитора:

• низкую: 320x200 (320 пиксел в строке, 200 строк на экране);

• стандартную: 640x200, 640x350 или 640x480;

• высокую: 750x348 или 800x600;

• особо четкую: 1024x768 или 1024x1024 и выше.

Разрешающая способность оказывает значительное влияние на качество изображения на экране, но качество изображения зависит и от других характеристик: физических размеров элементов изображе­ния (пиксел, или точек), размеров экрана, частоты развертки, цвето­вых характеристик и др.

Размер элементов изображения зависит от величины зерен люми­нофора, напыляемого на экран, которая измеряется в миллиметрах и образует ряд: 0,42; 0,39; 0,31; 0,28; 0,26 и т. д. Фактически приведен­ные цифры характеризуют не диаметр точек люминофора, а расстоя­ние между центрами этих точек.

Размер экрана, имеющего прямоугольную форму, обычно измеря­ется по диагонали в дюймах (12, 14, 15, 17, 21, ...). Для экрана с диаго­налью 14" длина горизонтальной части экрана составляет около 10", а вертикальной — около 9". При длине строки 10" (т.е. 257,5 мм) и размере зерна 0,42 мм в строке может разместиться 613 пиксел. По­этому на мониторе с размером экрана 14" и размером зерна 0,42 мм невозможно получить разрешающую способность более 613 пиксел в строке при 535 пикселных строках на экране; монитор может обеспе­чить лишь стандартную разрешающую способность (не более 640x480). При размере зерна 0,28 мм на 14-дюймовом мониторе мак­симально можно получить разрешающую способность 800x600 (зато на 15-дюймовом мониторе размер зерна 0,28 позволяет обеспечить раз­решающую способность 1024x768).

Необходимо отметить, что большее по размерам зерно имеет большую инерционность — электронный луч дольше «разжигает» такое зерно, но оно и светится дольше. Поэтому в мониторах с боль­шим размером зерна частота регенерации не должна быть высокой (25 — 30 кадров в секунду достаточно, чтобы изображение «не мер­цало» из-за угасания зерен люминофора). При уменьшении размеров зерна уменьшается и его инерционность. Поэтому регенерацию экра­на в мониторах с зерном 0,26 и меньше приходится проводить чаще (75—100 раз в секунду). Для того чтобы вывести 100 раз в секунду кадр, содержащий 1000 пиксел в строке и 1000 строк, необходимо обес­печить частоту строчной развертки 100x1000x1000 = 108 Гц = 100 Мгц; частота кадровой развертки при этом составит 100x1000 = 105 Гц = = 0,1 Мгц.

По длительности хранения информации на экране мониторы де­лятся на регенерируемые и запоминающие.

^ В регенерируемых мониторах изображение после однократной прорисовки держится на экране недолго, доли секунды, постепенно угасая. Угасание изображения иногда заметно на глаз (например, ниж­ние строки могут быть ярче верхних). Для поддержания постоянной яркости изображение приходится повторно прорисовывать (регенери­ровать) 20 — 25 раз в секунду, а чтобы яркость в различных частях экрана не очень отличалась и для снижения полосы пропускания при­меняют чересстрочную развертку: при каждой прорисовке сначала рисуются нечетные строки, а затем — четные.

Регенерируемые мониторы незаменимы при визуализации быстро протекающих динамических процессов.

В запоминающих мониторах после однократной прорисовки изоб­ражение держится на экране в течение нескольких часов. Для его сти­рания приходится подавать на экран специальное стирающее напря­жение.

Запоминающие мониторы эффективны там, где выведенное изоб­ражение нуждается в длительной обработке, например подвергается редактированию или должно быть воспринято (изучено) оператором.

По способу управления яркостью луча мониторы делятся на циф­ровые и аналоговые. В цифровых мониторах для управления ярко­стью на сетку подаются дискретные сигналы, которые в зависимости от настройки могут полностью запирать трубку (0) или полностью отпирать ее (1); снижать яркость до 1/2 (0) или обеспечивать полную яркость (1) и т.д.

^ В аналоговых мониторах на сетку подается непрерывный (анало­говый) сигнал, который может плавно изменять яркость от полного запирания до полного отпирания.

По цветности изображения мониторы делятся на монохромные и цветные.

Цветность монитора на ЭЛТ зависит от люминофорного покры­тия экрана. В монохромном мониторе на экране распыляется один люминофор, который и определяет цвет экрана: белый, зеленый и др. В цветном мониторе на экран последовательно напыляются три раз­личных люминофора, каждый из которых светится под воздействием электронного пучка своим цветом. В цветных мониторах в качестве основных цветов применяются красный (Red), зеленый (Green) и си­ний (Blue), в связи с чем они получили название RGB-мониторы. Лю­минофоры наносятся в виде точек, образующих цветные триады на месте каждого пиксела. В цветных ЭЛТ используются три электрон­ные пушки, каждая из которых может подсвечивать точку только од­ного цвета. Изменяя интенсивность каждого электронного пучка, можно регулировать яркость точек в цветных триадах. Но точки, из которых состоит пиксел, глазом по отдельности не воспринимаются, так как имеют очень малые размеры и расположены близко друг от друга. Глаз воспринимает их слитно, как одну цветную точку, цвет которой зависит от яркости ее компонентов.

В аналоговых мониторах для управления цветом может использо­ваться одна общая сетка, одновременно воздействующая на все три луча, — такой монитор называется композитным. В нем одновремен­но с изменением яркости изображения изменяется и цвет. Это один из самых ранних мониторов, и в настоящее время для получения цветно­го изображения он не применяется. Самые большие возможности цветообразования у аналоговых RGB-мониторов с раздельным управле­нием яркостью трех лучей. В этих мониторах применяется три сетки, каждая из которых находится в непосредственной близости от «сво­ей» электронной пушки и управляет интенсивностью только ее луча. Такие мониторы способны воспроизводить на экране миллионы раз­личных цветов.

В цифровых мониторах управление цветом осуществляется раз­дельно по каждому лучу. При использовании трех сеток (на каждую из которых может подаваться один из двух сигналов — 0 или 1) на экране могут быть воспроизведены 23 = 8 цветов (это цифровой RGB-монитор).

Если, кроме трех таких сеток, в мониторе установлена общая сет­ка, управляющая интенсивностью всех трех лучей сразу (сетка ин­тенсивности — Intensity), то такой монитор называется IRGB-монитором и способен воспроизвести на экране 24 = 16 различных цветов.

В третьей разновидности цветных цифровых мониторов для уп­равления цветом каждого луча установлено по две сетки. Поскольку сетки находятся на разном расстоянии от электронной пушки, их вли­яние на электронный луч различно — одна из сеток может ограничить интенсивность луча на 1/3, другая — на 2/3, а вместе они способны полностью отпереть или запереть электронный луч. Такой цифровой монитор называется RGBrgb-монитором, он способен воспроизвести на экране 26 = 64 различных цвета.

По эргономическим характеристикам мониторы делятся на: обыч­ные; с пониженным рентгеновским излучением (LR — Low Radiation) — соответствующие стандарту на ограничение электромагнитных из­лучений; с антистатическим экраном (AS); работающие в энергосберегающем режиме — снижающие потребление энергии в режиме ожи­дания (Green).

Связь ЭВМ с монитором осуществляется с помощью адаптера устройства, которое должно обеспечивать совместимость различных мониторов с микропроцессорным комплектом ЭВМ.

Существуют пять стандартных видеоадаптеров, в полной мере обеспечивающих совместимость различных по конструкции монито­ров с ЭВМ:

• MDA — монохромный дисплейный адаптер;

• CGA — цветной графический адаптер;

• MGA — монохромный графический адаптер;

• EGA — улучшенный графический адаптер;

• VGA — видеографическая матрица.

Кроме них существуют и другие адаптеры, например «Геркулес», PGA, SVGA и др. Но они не поддерживают некоторые общепринятые режимы работы мониторов и вследствие неполной совместимости не позволяют реализовать любое программное обеспечение IBM PC.

Адаптер MDA, разработанный фирмой IBM, является одним из самых ранних адаптеров. Он может воспроизводить лишь алфавит­но-цифровую информацию и небольшое количество служебных сим­волов. В нем отсутствуют графические возможности. Адаптер MDA обеспечивает разрешающую способность экрана 80x25 символов, раз­мер точечной матрицы символа 9x14 пиксел.

Адаптер CGA, производимый той же фирмой, обеспечивает вос­произведение информации только со средним разрешением и ограни­ченным количеством цветов (этот адаптер был предназначен для ра­боты с цифровыми RGB-мониторами). Обеспечивает разрешающую способность 80x25 символов на экране, имеет точечную символь­ную матрицу 8x8 пиксел. Из-за небольшого объема видеопамяти (все­го 16 Кбайт) в графическом режиме адаптер обеспечивал при низкой разрешающей способности (320x200 пиксел) воспроизведение 4 цве­тов (способность монитора — 8 цветов), а при нормальной разреша­ющей способности мог работать только в монохромном режиме. Поскольку монитор позволял воспроизвести большее количество цветов, все цвета были разделены на две палитры: палитра 0 — зе­леный, красный и коричневый (+ черный); палитра 1 — голубой, фиолетовый и белый. Переключение палитр производится с помо­щью прерывания BIOS.

Адаптер EGA начал выпускаться с 1984 г. и был оснащен видеопа­мятью емкостью 64, 128 или 256 Кбайт. Адаптер разрабатывался для монитора RGBrgb, способного воспроизводить 64 цвета, но малый объем видеопамяти позволял работать с 4 палитрами по 16 цветов.

Видеографический матричный адаптер VGA, разработанный в 1988 г., позволял реализовать 640x480 точек в графическом режиме при 64—256 (в зависимости от объема видеопамяти) одновременно плоскости определяет разрешающую способность экрана. Количество битовых плоскостей (в каждой из которых выделено по одному биту для соответствующего пиксела) определяет, сколько бит отводится для хранения атрибутивного признака пиксела. Если видеопамять имеет одну битовую плоскость, то такой дисплей может работать только в монохромном режиме (пиксел может быть либо ярким, либо темным). При наличии двух битовых плоскостей в видеопамяти мо­жет храниться 22=4 значения, определяющие, как должен выглядеть пиксел на экране (при цветном мониторе — четыре цвета, один из которых с кодом 00 — черный (т.е. фактически с помощью двух бито­вых плоскостей можно управлять RGB-монитором). При восьми би­товых плоскостях атрибут пиксела обеспечивает кодирование 28=256 цветов — такой адаптер эффективно применять только для аналого­вых RGB-мониторов, в которых между видеопамятью и управляю­щими цветом электродами ЭЛТ ставится цифроаналоговый преоб­разователь (Digital to Analog Converter, DAC). В DAC из видеопамя­ти подается код цвета. Из DAC в ЭЛТ выдается аналоговый сигнал (код цвета преобразуется в величину напряжения на управляющем электроде).

Иногда между видеопамятью и DAC ставятся регистры палитры (RAM DAC). Атрибутивный признак каждого пиксела в этом слу­чае обозначает номер регистра палитры, в котором хранится код цвета данного пиксела. При выборке соответствующего регистра палитры находящийся в нем код цвета передается в DAC и управ­ляет свечением пиксела. Объем RAM DAC равен количеству име­ющихся в наличии регистров палитры (в адаптере EGA — 16, в адап­тере VGA для цифрового монитора — 64). RAM DAC загружается кодами цветов выбранной палитры с помощью специальной видео­функции BIOS перед началом работы, поэтому объем RAM DAC определяет, сколько цветов могут одновременно находиться на эк­ране (монитор может обеспечить и большее количество цветов, но количество регистров палитры ограничивает количество цветов выбранной палитрой).

Начиная с адаптеров SVGA (Super VGA), на которые нет единого стандарта, предпринимаются попытки снять ограничения, наклады­ваемые выбором палитры; для этого код цвета из видеопамяти пере­дается на DAC в момент «разжигания» пиксела. В режиме High Color на DAC передается 15-битовый код цвета (по 5 бит на каждый луч), а в режиме True Color — 24-битовый код цвета (по 8 бит на каждый луч). Видеопамять для этого должна иметь соответственно 15 или 24 битовых плоскости.

Скорость обмена видеопамяти с DAC определяется продолжитель­ностью разжигания (регенерации) одного пиксела и характеризуется частотой, которая при достаточно большой разрешающей способнос­ти превышает 200 Мгц. Поэтому указанные режимы используются для профессиональной обработки цветных изображений и нуждаются в очень дорогой, быстродействующей аппаратуре.

Физически видеопамять может иметь линейную структуру. Раз­биение ее на видеоплоскости в этом случае может осуществляться программным путем — с помощью драйвера дисплея. Поэтому есть возможность одну и ту же видеопамять использовать для различной разрешающей способности экрана (изменяя длину битовой плоскости) и для различного количества воспроизводимых на экране цветов (из­меняя количество битовых плоскостей). Поэтому при фиксированном объеме памяти можно увеличить разрешающую способность (но при этом сократится количество воспроизводимых цветов) или увеличить количество воспроизводимых цветов (снизив соответственно разре­шающую способность экрана). Если же видеоплоскости реализованы аппаратно, переключение режимов (мод экрана) может в ограничен­ных пределах эмулироваться драйвером дисплея.

Для воспроизведения динамических (движущихся, анимационных) изображений видеопамять приходится делить на страницы, которые поочередно выводятся на экран при каждой регенерации (пока одна страница выводится на экран, вторая заполняется очередным кадром).

Во всех адаптерах часть видеопамяти отводится под знакогене­ратор, в котором записаны коды формы выводимых на экран сим­волов. В некоторых случаях в видеопамяти приходится хранить не­сколько знакогенераторов, например с национальными шрифтами.

Кроме видеопамяти в состав адаптера входят блок сопряжения с монитором, различные ускорители (графический, Windows-ускоритель, SD-ускоритель и др.), которые предназначены для выполнения вычис­лительных операций без обращения к МП ЭВМ, и блок управления.
7.2. Клавиатура

Клавиатура это одно из основных устройств ввода информа­ции в ЭВМ, позволяющее вводить различные виды информации. Вид вводимой информации определяется программой, интерпретирующей нажатые или отпущенные клавиши. С помощью клавиатуры можно вводить любые символы — от букв и цифр до иероглифов и знаков музыкальной нотации. Клавиатура позволяет управлять курсором на экране дисплея — устанавливать его в нужную точку экрана, пере­мещать по экрану, «прокручивать» экран в режиме скроллинга, от­правлять содержимое экрана на принтер, производить выбор при на­личии альтернативных вариантов и т.д.

В последнее время наблюдаются тенденции отказа от клавиату­ры в пользу альтернативных устройств: мыши, речевого ввода, ска­неров. Но полностью эти устройства клавиатуру не заменяют. Стандартная клавиатура IBM PC имеет несколько групп клавиш:

1) алфавитно-цифровые и знаковые клавиши (с латинскими и рус­скими буквами, цифрами, знаками пунктуации, математическими знаками);

2) специальные клавиши: <Esc>, <Tab>, <Enter>, <BackSpace>;

3) функциональные клавиши: <F1> ... <F10...>;

4) служебные клавиши для управления перемещением курсора (стрелки — <Up>, <Down>, <Left>,<Right>, клавиши — <Home>, <End>, <PgUp>, <PgDn> и клавиша, обозначенная значком «[ ]» — в центре дополнительной цифровой клавиатуры);

5) служебные клавиши для управления редактированием: <Ins>,

6) служебные клавиши для смены регистров и модификации кодов других клавиш: <Alt>, <Ctrl>, <Shift>;

7) служебные клавиши для фиксации регистров: <CapsLock>, <ScrollLock>, <NumLock>;

8) вспомогательные клавиши: <PrtSc>, <Break>, <Grey +>, <Grey ->.

Если клавиша первой, четвертой, а иногда и пятой группы оказы­вается нажатой дольше, чем 0,5 с, начинает генерироваться последо­вательность ее основных кодов с частотой 10 раз/с (в IBM PC XT), что имитирует серию очень быстрых нажатий этой клавиши.

Общее число клавиш в основной модификации клавиатуры — 83, в расширенной клавиатуре — до 104. Количество различных сигна­лов от клавиатуры значительно превышает это число, так как:

• при нажатии и освобождении клавиши в ЭВМ передаются разные кодовые комбинации: при нажатии — порядковый номер нажатой клавиши на клавиатуре (ее скан-код), а при освобождении — скан-код, увеличенный на 80h;

• заглавные и строчные буквы первой группы клавиш (алфавитно-цифровых и знаковых) набираются на разных регистрах. Опера­тивное переключение регистров производится клавишей <Shift>. Если при нажатой (и удерживаемой в нажатом состоянии) клави­ше <Shift> «клюнуть» (от английского слова click) любую алфа­витную клавишу, то в ЭВМ будет отправлен код заглавной бук­вы, соответствующий нажатой клавише;

• после однократного нажатия клавиши <CapsLock> (зажигается лам­почка на клавиатуре рядом с клавишей) изменяется порядок работы клавиши <Shift>: без нажатия на нее будут набираться заглавные буквы, а при нажатии (совместном) — строчные. После повторного нажатия на <CapsLock> порядок работы клавиши <Shift> восста­навливается, а лампочка гаснет. Такой режим (переключательный) работы клавиши называется триггерным режимом или flip-flop;

• аналогично клавише <Shift> действуют клавиши <Alt> и <Ctrl> — при одновременном нажатии с ними любой другой клавиши в ЭВМ передается не скан-код, а расширенный код (2 байта). Иногда та­ким же образом используется клавиша <Esc>;

• клавиша <NumLock> является триггерным переключателем до­полнительной цифровой клавиатуры: при негорящей лампочке она работает как клавиатура для управления курсором; при зажжен­ной — как цифровая;

• для переключения регистров (или даже групп регистров) иногда используются другие комбинации клавиш: например, программы-русификаторы клавиатуры переключают РУС-ЛАТ с помощью правой клавиши <Shift> или при одновременном нажатии двух кла­виш <Shift> (правой и левой) и т.д. Эти комбинации клавиш обла­дают триггерным эффектом.

Сигналы, поступающие от клавиатуры, проходят трехуровневую обработку: на физическом, логическом и функциональном уровнях.

Физический уровень имеет дело с сигналами, поступающими в вычислительную машину при нажатии и отпускании клавиш.

На логическом уровне, реализуемом BIOS через прерывание 9, скан-код транслируется в специальный 2-байтовый код. Младший байт для клавиш группы 1 содержит ASCII-код, соответствующий изображен­ному на клавише знаку. Этот байт называют главным. Старший байт (вспомогательный) содержит исходный скан-код нажатой клавиши. На функциональном уровне отдельным клавишам программным путем приписываются определенные функции. Такое «программиро­вание» клавиш осуществляется с помощью драйвера — программы, обслуживающей клавиатуру в операционной системе.

На IBM PC AT используется клавиатура с большим количеством клавиш. На этих машинах есть возможность управлять некоторыми функциями клавиатуры, например изменять время ожидания автопов­тора, частоту автоповтора, зажигать и гасить светодиоды на панели управления клавиатуры. Клавиатура Microsoft Natural Keyboard име­ет две дополнительные клавиши для вызова главного меню Windows 95/NT, контекстных меню и часто используемых функций. Форма кла­виатуры способствует снятию напряжения в руках во время работы.

Устройство клавиатуры не является простым: в клавиатуре ис­пользуется свой микропроцессор, работающий по прошитой в ПЗУ программе. Контроллер клавиатуры постоянно опрашивает клавиши, определяет, какие из них нажаты, проводит контроль на «дребезг» и выдает код нажатой или отпущенной клавиши в системный блок ЭВМ.

Выпускаемые разными производителями клавиатуры различают­ся также по расстоянию между клавишами, числу специальных кла­виш, способу переключения на цифровой регистр для быстрого ввода числовых данных, углу наклона, форме и текстуре поверхности кла­виш, усилию нажима и величине хода клавиш, расположению часто используемых клавиш и др.
7.3. Принтер

Принтер это внешнее устройство ЭВМ, предназначенное для вывода информации на твердый носитель в символьном или графичес­ком виде. Классификация принтеров может быть проведена по следую­щим критериям: способу вывода, принципу формирования изображе­ния, способу регистрации и принципу управления процессом печати.

По способу вывода изображения принтеры делятся на две группы: символьные и графические. Символьные принтеры могут выводить информацию в виде отдельных символов по мере их поступления в печатающее устройство (ПУ). При этом за один цикл печати форми­руется один знак (посимвольные ПУ). В построчных ПУ вывод на пе­чать осуществляется только после заполнения буферного ЗУ, кото­рое по емкости равно одной строке. Постраничные ПУ за один цикл печати формируют и распечатывают целую страницу.

Графические печатающие устройства выводят информацию не целыми символами, а отдельными точками или линиями. Количество точек на единицу длины определяет разрешающую способность прин­тера, которая имеет разную величину в зависимости от направления: по горизонтали и по вертикали. В принтерах этого типа каждая точка имеет свои координаты, которые являются адресом этой точки.

По принципу формирования выводимого изображения ПУ делятся на три вида: литерные, матричные и координатные (векторные).

Литерные устройства выводят информацию в виде символов, каж­дый из которых является графическим примитивом данного устрой­ства. Литеры сформированы при изготовлении принтера и нанесены на специальные рычаги или литерные колеса — шрифтоносители и при эксплуатации принтера без замены шрифтоносителя не изменяются.

Матричные ПУ выводят информацию в виде символов, сформи­рованных из отдельных точек, объединенных в символьную матрицу. Печатающая головка матричного принтера имеет вертикальный ряд иголок, каждая из которых может сделать оттиск самого маленького элемента изображения — пиксела (точки). Печать символа происхо­дит при перемещении головки по горизонтали. Если подлежащий пе­чати символ имеет размеры, большие, чем может обеспечить печата­ющая головка, такой символ печатается за несколько проходов, пос­ле каждого из которых осуществляется перемещение по вертикали (относительно печатающей головки) носителя изображения (например, бумаги).

Одной из наиболее существенных характеристик матричного прин­тера является количество иголок, с помощью которых формируется изоб­ражение. В печатающей головке принтера может находиться 9, 18 или 24 иголки, которые располагаются вертикально в 1—2 ряда. От количе­ства иголок, их расположения и размера зависят качество и скорость печати. Качество печати регулируется переключением режима: Draft (черновая печать за один проход), LQ (чистовая печать), NLQ (получис­товая печать), а также определяет скорость печати (количество знаков в секунду) и разрешающую способность (количество точек, печатаемых на одном дюйме). Обычно матричные принтеры имеют диаметр иголки около 0,2 мм, скорость печати — от 180 до 400 символов в секунду (в режиме Draft), разрешение — 360x360 точек на дюйм.

Координатные ПУ — плоттеры, графопостроители — выводят информацию, как текстовую, так и графическую, либо в виде отдель­но адресуемых точек, либо сформированную из различных линий (так называемое «штриховое» изображение). При решении экономических задач координатные ПУ используются редко.

По способу регистрации изображения ПУ делятся на ударные и безударные.

ПУ ударного действия формируют изображение на бумаге, сжи­мая с помощью удара на короткий промежуток времени рельефное изображение символа или его части, красящую ленту и бумагу. Иногда краска наносится на поверхность литеры, в этом случае красящая лента отсутствует.

Существуют принтеры, использующие ударочувствительную бумагу, цвет которой изменяется за счет механического воздействия на нее без дополнительного нанесения краски.

ПУ безударного действия характеризуются тем, что изображение на бумагу наносится через промежуточный носитель, чувствитель­ный к электрическому воздействию, электростатическому и магнит­ному полям и др. Обычно промежуточный носитель исполняется в виде барабана. Изображение на него наносится лазерным лучом, с помо­щью магнитных головок и др. Затем изображение на промежуточном носителе проявляется — на поверхность барабана наносится смесь сухого красителя с порошком, «прилипающим» к зафиксированному на барабане изображению (например, если изображение наносилось на барабан магнитным полем, в качестве порошка используются мел­кие металлические опилки). После этого к барабану «прикатывает­ся» чистый лист бумаги, на который переносится краситель с бараба­на. Лист с накатанным на него красителем подвергается термообра­ботке — нагревается до расплавления красителя, который в жидком виде проникает в поры бумаги и хорошо закрепляется на ней. После расплавления красителя отдельные точки сливаются в единое целое, поэтому качество изображения получается высоким. Разрешающая способность таких принтеров очень высока. Например, лазерные прин­теры Lazerjet III и Lazerjet IV обеспечивают 300—600 точек на дюйм. Матричные принтеры такую разрешающую способность обеспечить не могут. Скорость печати у лазерных принтеров измеряется количе­ством страниц в минуту и составляет: 4—12 стр./мин. — при моно­хромной печати и 2—6 стр./мин. — при цветной печати. К ПУ безударного действия также относятся термические прин­теры, использующие термочувствительную бумагу, которая изменяет свой цвет под действием тепловых лучей, и струйные принтеры, у которых жидкий краситель (чернила) находится в печатающей го­ловке. Головка имеет отверстия, через которые краситель не может вылиться из-за сил поверхностного натяжения. Внутри головки на­ходится терморезистор, который при подаче на него импульса тока разогревает краситель, увеличивая его испарение. Пары красителя проникают через отверстие в головке и попадают на бумагу в виде капли. Благодаря тому что головка может работать с несколькими красителями, выпускаются и цветные струйные принтеры. Длитель­ностью нагрева терморезистора можно регулировать количество выбрасываемых чернил, а следовательно, размеры и яркость точки. Разрешающая способность струйных принтеров составляет от 360 до 720 точек на дюйм. Скорость печати — 4—10 стр./мин. Печатаю­щая головка струйного принтера содержит от 48 до 416 отверстий (сопел).

Несмотря на большое разнообразие типов принтеров, различия принципов управления печатью касаются в основном способов зна-когенерации. Матричный принтер, а также большинство принтеров безударного действия формируют изображение из отдельных точек, образующих символьную матрицу.

Обычно кодовые комбинации, характеризующие форму символа на матрице, образуют матричный шрифт (фонт), который заносится в постоянное запоминающее устройство знакогенератора.

Каждый шрифт (фонт) представляет собой комплект букв, цифр и специальных символов, оформленных в соответствии с едиными тре­бованиями.

Альтернативой матричной является векторная знакогенерация. Векторные шрифты строятся на базе математического описания фор­мы символа. Для векторной знакогенерации характерна легкость из­менения формы, размеров, наклона шрифта, поэтому они и называ­ются свободно масштабируемыми шрифтами. Генерация шрифтов и управление процессом вывода изображения производятся для вектор­ных шрифтов на специальном языке (PCL, Postscript). . При использовании векторных шрифтов математическое описа­ние формы каждого символа с учетом его размеров и стиля преобра­зуется перед печатью в матричную форму в соответствии с конкрет­ными размерами матрицы принтера. Поэтому форма шрифта, выво­димого на различные устройства, остается примерно постоянной, не зависящей от расстояний между точками и размеров символов. Для такого преобразования в состав печатающих устройств включаются вычислительные устройства-ускорители, в качестве которых нашли применение матричные процессоры и транспьютеры. Это серьезно сказывается на архитектуре системы управления принтером.

7.4. Сканер

Сканер — это внешнее устройство ПЭВМ, позволяющее вводить двухмерное (т.е. плоское) изображение.

Конструкция сканеров в значительной степени определяется ти­пом вводимого изображения: штриховое или полутоновое, монохром­ное или цветное.

Принцип работы сканера заключается в том, что поверхность изоб­ражения освещается перемещающимся лучом света, а светочувстви­тельный прибор (фотоэлемент, фотодиод или фотоэлектронный ум­ножитель) воспринимает отраженный свет, интенсивность которого зависит от яркости освещенного участка изображения, и преобразо­вывает его в электрический сигнал. Полученный электрический сиг­нал преобразовывается из аналоговой в цифровую форму и в виде цифровой характеристики яркости точки поступает в ЭВМ.

Такой сканер считывает изображение в графическом виде; полу­ченное изображение может быть сохранено в памяти ЭВМ, обработа­но графическим редактором или выведено на дисплей либо на прин­тер. Если был введен текст, то при отображении на дисплее или на принтере его можно прочитать. Использовать же текстовые редакто­ры для работы (редактирования, форматирования) с таким докумен­том не представляется возможным.

Перед обработкой просканированного изображения текстовым ре­дактором необходимо графическое изображение текста преобразовать в код ASCII или ANSI. Такое преобразование осуществляется про­граммными или аппаратными средствами распознавания образов.

Луч света, с помощью которого сканируется изображение, дол­жен последовательно, элемент за элементом осветить все изображе­ние. В зависимости от того, каким образом осуществляется последо­вательное освещение элементов изображения, различаются оптичес­кие читающие устройства со считыванием изображений линейкой и матрицей фотоэлементов, со спиральной барабанной разверткой, со считыванием методом «бегущего луча», слежением за контуром.

Считывание линейкой фотоэлементов заключается в том, что изоб­ражение освещается полоской света, а отраженный свет падает на фотоэлементы, смонтированные в виде линейки. Каждый фотоэлемент фиксирует попавшую на него часть светового потока. Электричес­кий сигнал считывается последовательно со всех элементов линейки. . После считывания полоска света (вместе со считывающей головкой) перемещается на следующую часть документа (или полоска света неподвижна, а перемещается документ относительно считывающей головки).

Считывание матрицей фотоэлементов производится аналогич­но, но фотоэлементы смонтированы в виде матрицы (например, раз мером со считываемый документ). В этом случае документ освеща­ется целиком, а не отдельными полосками. Перемещения документа относительно считывающей головки не требуется.

Если фотоэлементы выполняются в виде микросхемы, то разре­шающая способность такого считывателя может быть достаточно высокой. Если же они выполнены в виде отдельных конструктивных элементов и собираются в линейку или матрицу при сборке устрой­ства, то из-за больших физических размеров компонентов считыва­тель обладает невысокой разрешающей способностью. Повысить раз­решающую способность линейки или матрицы можно, проектируя на нее считываемое изображение с увеличением.

Оптические считыватели со спиральной барабанной разверткой состоят из барабана с закрепленным на нем носителем считываемо­го изображения, зеркала, источника света, фотоэлемента и меха­нического привода для вращения барабана и перемещения зеркала (рис. 7.1).



Рис. 7.1. Схема оптического считывателя со спиральной барабанной

разверткой

Зеркало служит для отклонения на 90° тонкого луча света. Отра­жаясь от зеркала, луч падает на образующую барабана и освещает точку на его поверхности (а к поверхности барабана прикреплен но­ситель считываемого изображения).

Вращение барабана и перемещение зеркала вдоль его образующей происходят одновременно, благодаря чему луч по спирали «развора­чивает» изображение, находящееся на поверхности барабана.

Отраженный от барабана свет воспринимается фотоэлементом.

Оптические считыватели методом «бегущего луча» построены по принципу растровой развертки. В качестве луча света может исполь­зоваться либо свет от экрана электронно-лучевой трубки (ЭЛТ), либо лазерный луч, отклоняемый системой зеркал.

Схема считывания изображений методом «бегущего луча» с ис­пользованием ЭЛТ приведена на рис. 7.2.



Рис. 7.2. Схема оптического считывателя методом «бегущего луча»

В состав считывателя входят: генератор развертки, ЭЛТ, экран со считываемым изображением, объектив, фотоэлемент и блок кодиро­вания изображения с АЦП.

Генератор развертки вырабатывает напряжение, перемещающее электронный луч на экране ЭЛТ. Нанесенный на экран люминофор яв­ляется перемещающимся источником света (для этого ЭЛТ должна иметь люминофор с очень коротким послесвечением): электронный луч рису­ет на экране матрицу точек, которая проектируется на экран со счи­тываемым изображением. Каждый пиксел экрана работает как импульсный источник света: при вспыхивании он освещает соответствующую точку изображения, отраженный свет от которой фиксируется фото­элементом и преобразовывается в цифровой код изображения.

Считывание «слежением за контуром» производится аналогично (рис. 7.3), но генератор развертки рисует на экране матрицу или растр только до того момента, пока на изображении не встретилась линия. После этого блок сканирования переключает генератор развертки в режим слежения за контуром и запоминает направление перемещения луча — эта информация оформляется как векторное описание счи­танного изображения.

Все рассмотренные системы считывания изображения позволяют получить графическое (но не символьное) представление информации.

Но аппаратурные средства могут преобразовывать считанное изображение в символьный вид. Для этого используются устройства считывания с распознаванием: сравнение с эталонами, метод зондов и нейронные системы типа «перцептрон».


Рис. 7.3. Схема оптического считывателя методом «слежения за контуром»
Принцип действия считывателя с распознаванием методом эта­лонов виден из структурной схемы (рис. 7.4).

Блок считывания (в качестве которого может использоваться лю­бой рассмотренный ранее считыватель) передает цифровое описание считанного изображения (или его фрагмента) в сравнивающее уст­ройство, на другой вход которого поступают описания известных объектов из памяти с эталонами. При совпадении эталона со считан­ным изображением вырабатывается сигнал распознавания и на вы­ход считывателя выдается код распознанного элемента (если распоз­нается текст, то код ASCII).

Метод зондов заключается в особом построении линеек (или мат­риц) фотоэлементов. Например, зонд может состоять из горизонталь­ных, вертикальных и наклонных линеек фотоэлементов (рис. 7.5).



Рис. 7.4. Схема считывателя с распознаванием методом эталонов



Рис. 7.5. Принцип считывания методом зондов

На такой зонд проецируется распознаваемый символ. По комби­нации затененных линеек опознается символ, и на выход распознаю­щей системы поступает код распознанного символа.

Распознающее устройство типа «перцептрон» имеет матрицу фотоэлементов i), суммирующие блоки (Sj и решающие элементы l) (рис. 7.6).

Матрица фотоэлементов Ai связана со всеми суммирующими эле­ментами Sj которые, в свою очередь, связаны с решающими элемен­тами Кl. Вначале (пока перцептрон не обучен) веса связей элементов Ai с Sj. одинаковы.



Рис. 7.6. Распознающее устройство типа «перцептрон»

В процессе обучения на фотоэлементы проецируется какое-либо изображение (взятое из обучающей выборки). Веса связей Аi с Sj изменяются (например, случайным образом) до тех пор, пока на выходе не образуется код распознаваемого изображения. После этого из обуча­ющей выборки берется следующее изображение и проецируется на матрицу фотоэлементов, после чего веса связей Аi с Sj корректируют­ся до получения на выходе правильного кода распознаваемого изоб­ражения.

После обучения перцептрон способен распознавать образы, посту­пившие в виде изображения на матрицу фотоэлементов, выдавая на выходе их коды.

Перцептрон относится к параллельным (нейронным) системам, так как в нем используется принцип распознавания, реализованный в ней­ронных сетях живых организмов.

Суммирующие элементы перцептрона представляют собой ана­логовые сумматоры, выдающие на выходе сумму сигналов, посту­пивших на входы с учетом веса каждой связи элементов А. с S. (того самого веса, который изменялся в процессе обучения).

Решающие элементы могут быть построены по принципу выделе­ния наибольшего или наименьшего из поступивших на них сигналов, но могут быть построены и на основе более сложных алгоритмов.

Введение в схему перцептрона обратных связей (с выхода на вход) позволяет реализовать в них самообучение.

Учитывая, что современные сканеры могут иметь разрешающую способность, превышающую 1000 пиксел на дюйм, удается программ­ным путем повысить чувствительность сканера в определении яркостных характеристик считанных изображений. Эта процедура называ­ется фильтрованием и приводит к получению смазанных изображений, так как при увеличении количества уровней серого снижается конт­растность. Конструктивно сканеры выпускаются в двух вариантах: порта­тивные и настольные.

Портативные сканеры представляют собой устройство, внешне похожее на мышь, которое перемещается по вводимому в ЭВМ изоб­ражению. Обычно сканеры имеют небольшие размеры (ширина 2,5 дюйма = 6,4 см). Поэтому большие изображения (например, лист тек­ста формата А4) приходится считывать за несколько проходов. Но в поставляемом вместе со сканером программном обеспечении предус­мотрена функция «склейки» изображений, которая позволяет соеди­нить считанные за разные проходы части в единое целое. Разрешаю­щая способность таких сканеров редко превышает 400 пиксел на дюйм, каждый пиксел сопровождается четырехбитовым кодом уровня серо­го, что соответствует 16 оттенкам шкалы яркости. Считанное таким сканером изображение можно распечатать без преобразования на цвет­ном принтере. Для печати же на черно-белом принтере его нужно пре­образовать из полутонового в штриховое, шкала яркости которого имеет только два уровня — белое и черное.

Настольные сканеры выпускаются трех типов:

sheet-fed строчный сканер, в котором носитель изображения пропускается через неподвижную считывающую головку (считы­вать можно только листовой материал, книги и журналы — нельзя);

flat-bed страничный сканер, в котором считываемое изображе­ние неподвижно;

over-head сканер-планшет проекторного типа, в котором счи­тываемое изображение помещается на экране (изображением вверх), считывающий блок расположен вверху устройства. Сравнительный анализ сканеров различных фирм, проводимый журналом PC Magazine, неоднократно отмечал высокое качество сканеров фирмы Hewlett-Packard, представителями которых являют­ся черно-белый сканер Scan Jet II Р и цветной Scan Jet II СХ и сканеры фирмы Mustek. Они обеспечивают оптическое разрешение 300—400 точек на дюйм, способны воспринять 256 оттенков серого.

Большой популярностью пользуется сканер фирмы Mustek Scanexpress 1200CP. Это цветной сканер, подключаемый к ПЭВМ через параллельный порт. Он обеспечивает кодирование цвета 24 или 30 бита­ми. При 24-битовом кодировании сканер способен различать 16,7 млн цветов, при 30-битовом — 1,07 млрд цветов. Его разрешающая способ­ность составляет от 600 до 1200 точек на дюйм, а за счет программного обеспечения может быть повышена до 19 200 точек на дюйм. При считы­вании черно-белых изображений обеспечивает 1024 оттенка серого.

Однако фирменное программное обеспечение этих сканеров осу­ществляет распознавание только латинских символов. Удовлетвори­тельная степень распознавания символов достигается лишь для тек­стов, отпечатанных на пишущей машинке или шрифтом Courier на лазерном либо струйном принтере.

Контрольные вопросы

1. Каким образом формируется на экране монитора цветное изобра­жение?

2. Какой монитор — аналоговый или цифровой — обеспечивает луч­шее качество цветного изображения и за счет чего?

3. Какие типы мониторов являются светоизлучающими?

4. Чем различаются растровая, матричная и векторная развертки и какими техническими средствами они реализуются?

5. Какая связь существует между разрешающей способностью мо­нитора и объемом видеопамяти?

6. Влияет ли структура видеопамяти на цветовые возможности мо­нитора?

7. Что означает «кликирование» клавиш и для чего оно использует­ся? Какие еще режимы нажатия клавиш существуют?

8. Как распознается нажатая клавиша и на каком уровне обработки формируется ASCII-код?

9. Чем различаются графический и символьный режимы работы прин­тера?

10. В чем заключается принцип работы сканера?






Скачать файл (35218.7 kb.)

Поиск по сайту:  

© gendocs.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации
Рейтинг@Mail.ru