Міністерство освіти і науки РФ
Федеральне агентство з освіти
Державна освітня установа
вищої професійної освіти
Іркутський державний технічний університет
Курсова робота
по Організації ЕОМ
«Периферійні пристрої»
Іркутськ 2010р.
Зміст
Введення
1. Порти введення виведення
2 Пристрої введення інформації: клавіатура, миша, маніпулятори
3. Накопичувач на жорстких магнітних дисках
4. Відеопідсистема комп'ютера. Відеокарта. Відеопам'ять комп'ютера
5 Відео монітор
6. Сучасні рідкокристалічні монітори
7. Сканер
Список літератури
Введення
Як відомо сучасний комп'ютер - складна система, що включає процесор (або процесори в багатопроцесорних системах), призначений для виконання програм і основну (оперативну) пам'ять, що зберігає ці програми і результати, отримані при виконанні програм. До цієї частини обчислювальної системи пред'являються особливо високі вимоги по швидкості обміну даними. Процесори працюють всі на більш високій частоті, пам'ять відстає за швидкодією. Вивчаючи організацію пам'яті обчислювальних систем, ми познайомилися з методами, які дозволяють збільшити швидкість читання і запису даних. Особливо важливо, щоб необхідні швидкісні характеристики забезпечувала система шин обчислювальної системи. Ми розглянули різні архітектури процесорів і звернули увагу на те, що контролер, що керує роботою пам'яті може бути включений в системний контролер комп'ютера, на який перекладається частина функцій процесора з керування пристроями, які утворюють комп'ютер (як у системах на Pentium4), або контролер може бути включений в схему процесора (як у системах на процесорах AMD-64). Але це ще не всі труднощі, які необхідно подолати для того, щоб зробити комп'ютер швидким. Важливо забезпечити виведення інформації на монітор. Ці завдання покладаються на відеопідсистему комп'ютера. Для нормального сприйняття зображення людиною необхідно оновлювати інформації з досить високою швидкістю. Від відеосистеми потрібно відображати у вікні потокове відео, графіку високої роздільної здатності. Все це вимагає високої швидкості обміну відеосистеми і пам'яті. Тому зазвичай для підключення відеосистеми виділяється спеціальна шина. Системний контролер на сьогоднішній день ділиться на дві частини. Перша (мікросхема, яку називають зазвичай "північний міст") призначена для управлінням процесом обміну між процесором і оперативною пам'яттю, оперативною пам'яттю і відеосистемою і друга (мікросхему називають "південний міст") - призначена для обміну з пам'яттю зовнішніх пристроїв. Спеціальна шина пов'язує ці мікросхеми між собою, роботою пам'яті управляє контролер пам'яті, звичайно входить до північний міст. До південного мосту приєднуються більш повільні пристрої, такі, як жорсткий диск, він необхідний для зберігання програм і даних. Як організується зв'язок жорсткого диска з оперативною пам'яттю (організація віртуальної пам'яті) ми розглядали раніше, для підключення жорсткого диска потрібно своя локальна шина, в даний час здійснюється перехід на послідовні шини в архітектурі комп'ютера, для підключення жорсткого диска застосовується SATA (Serial AT Attachment for Disk Drives). Хоча і йде в минуле такий вид пам'яті, як гнучкий диск, якийсь час буде зберігатися контролер гнучкого диска та інтерфейс для зв'язку з ним. Це повільне пристрій вводу / виводу інформації, тому не стоїть питання про швидкісний шині для обміну з ним. До південного мосту підключається клавіатура. Інформацію вводить людина, що має дуже велику інерцію в порівнянні з обчислювальною системою і високих вимог до цієї шини не пред'являється. У зв'язку з прагненням до стандартизації системи підключення зовнішніх пристроїв клавіатура і миша підключаються за допомогою USB шини (Universal Serial Bus). Ця шина (або більш швидкісна послідовна шина) використовується для підключення та інших зовнішніх (периферійних) пристроїв, принтерів, сканерів і т.д. Щоб мати уявлення про роботу цих пристроїв познайомимося коротко з їх організацією.
1. Порти введення виведення
У персональному комп'ютері будь-яке підключається пристрій, за винятком оперативної пам'яті, є периферійним Для підключення периферійних пристроїв використовуються порти введення / виводу. Конструктивно порти введення / виводу є регістри контролера зовнішнього пристрою, які безпосередньо підключені до шини введення / виводу комп'ютера. Для керування обміном даними між апаратними компонентами комп'ютера кожному порту вводу / виводу присвоюється свій унікальний шістнадцятковий номер (адреса порту), наприклад 2F8h, 370h. У IBM-сумісних персональних комп'ютерах можна адресувати 216 портів вводу / виводу (хоча більшість з них, як правило, не використовується). Діапазон адрес, відведений для адресації зовнішніх пристроїв і пам'яті утворює загальний адресний простір. Стандартно порти пристроїв введення / виводу для IBM PC-сумісних комп'ютерів займають діапазон адрес від О-3FFH включно, хоча реально можна використовувати адреси аж до FFFFh, наприклад, порти процесора хвильового синтезу (WT) звукової карти мають адреси в діапазоні 620h-E23h. У адресний простір входять порти контролерів клавіатури, жорстких і гнучких дисків, відеоадаптерів, звукових карт, послідовних і паралельних інтерфейсів, ігрових портів і будь-якого іншого периферійного устаткування.
Нагадаємо, що одне периферійне пристрій може використовувати кілька портів введення / виводу. Іноді їх кількість може досягати декількох десятків. Наприклад, контролер паралельного інтерфейсу має три регістри: регістр виведення даних, регістр стану і регістр управління, адресовані через свої порти вводу / виводу, а контролер послідовного інтерфейсу - десять регістрів, адресованих через сім портів вводу виводу.
Природно, адресація портів здійснюється центральним процесором при виконанні відповідної програми. Для того щоб виключити необхідність вказівки конкретної адреси кожного порту вводу / виводу при програмуванні, а також для оперативного їх зміни в залежності від конкретної конфігурації комп'ютера, існує поняття базова адреса порту введення / виведення (Base Address Input / Output).
Базова адреса порту введення / виведення присвоюється кожному периферійному пристрою і відповідає молодшому адресою з групи портів (звичайно адресою порту регістра даних). Адресація інших портів периферійного пристрою здійснюється шляхом завдання зміщення (ціле число) щодо базової адреси. BIOS резервує ряд діапазонів адрес портів введення / виводу стандартних апаратних компонентів персонального комп'ютера, які не можуть бути використані іншими периферійними пристроями.
2. Пристрої введення інформації: клавіатура, миша, маніпулятори
Клавіатура
Клавіатура поки є основним пристроєм введення інформації в комп'ютер. Це пристрій являє собою сукупність механічних датчиків, які сприймають тиск на клавіші і замикаючих певну електричний ланцюг. Найбільш поширені два типи клавіатур: з механічними і з мембранними перемикачами. Усередині корпусу будь-клавіатуру, окрім датчиків клавіш, розташовані електронні схеми дешифрування і мікроконтролер клавіатури. Підключення клавіатури до системної плати здійснюється за допомогою або 5-контактних роз'ємів DIN, що застосовуються в материнських платах формату AT, або 6-контактних роз'ємів miniDIN (їх іноді називають роз'ємами типу PS / 2), які застосовуються переважно в материнських платах формату ATX (форм-фактор плат), більш сучасні клавіатури підключаються до гнізда USB.
У переважній більшості сучасних ПК використовується так звана поліпшена (Enhanced) клавіатура (це назва було введено, щоб відрізнити її від клавіатури, що застосовувалася на IBM XT). Вона містить 101 або 104 клавіші.
Принцип дії
Клавіатура є одним з найважливіших пристроїв, що визначає умови комфортабельної роботи на комп'ютері. У неї вбудований контроллер. Незалежно від того, як механічно реалізований процес натиснення клавіш, сигнал при натисканні клавіші реєструється контролером клавіатури (Наприклад, 8049) і передається у вигляді так званого скан-коду на материнську плату. Скан-код - це однобайтное число, молодші 7 біт якого представляють ідентифікаційний номер, присвоєний кожній клавіші. На материнській платі персонального комп'ютера для підключення клавіатури також використовується спеціальний контролер. Для персональних комп'ютерів типу A T зазвичай застосовується мікросхема типу UPI 8042.
Коли скан-код поступає в контролер клавіатури (8042), то ініціалізується апаратне переривання (IRQ1), процесор припиняє свою роботу і виконує процедуру, яка аналізує скан-код. Дане переривання обслуговується спеціальною програмою, яка входить до складу ROM BIOS. При надходженні скан-коду від клавіш зсуву (<Alt>, <Ctrl>) або перемикача (<Shift>, <CapsLock>) Зміна статусу записується в оператівнуюпамять. У всіх інших випадках скан-код трансформується в код символу (так звані коди ASCII або розширені коди). При цьому обробна процедура спочатку визначає установку клавіш і перемикачів, щоб правильно отримати вводиться код ("а" або "А"). Потім введений код поміщається в буфер клавіатури, що представляє собою область пам'яті, здатну запам'ятати до 15 символів, що вводять, поки прикладна програма не може їх обробити. Буфер організований за принципом FIFO (перший увійшов - перший вийшов).
Кожна клавіша генерує два типи скан-коду "код натискання", коли клавіша натискається, і "код звільнення", коли клавіша опускається. Для "кодів натискання" і "кодів звільнення "використовується одна і та ж ланцюжок бітів, коди звільнення складаються з двох байтів, перший з яких завжди дорівнює 0 F 0 H.
Контролер на материнській платі може не тільки приймати, але і передавати дані, щоб повідомити клавіатурі різні параметри, наприклад частоту повтору натиснутою клавіші і ін
Контролер 8049 відповідає не тільки нехай генерування скан-кодів, але він необхідний для виконання функцій самоконтролю та перевірки натиснутих клавіш у процесі завантаження системи. Процес самоконтролю відображається однократним миготінням трьох індикаторів LED клавіатури під час виконання програми POST. Таким чином, несправність клавіатури виявляється вже на стадії завантаження персонального комп'ютера.
Миша
Більшість фірм, які виробляють подібні пристрої, забезпечують сумісність за системою команд або з Microsoft Mouse (дві керуючі клавіші), або з Mouse Systems Mouse (три клавіші, що управляють), а частіше за все з ними обома. Миша робить дуже зручним процес управління такими широко поширеними в графічних пакетах об'єктами, як вікна, меню, кнопки, піктограми і т. д.
Переважна кількість комп'ютерних мишок використовують оптико-механічний принцип кодування переміщення. З поверхнею столу стикається важкий, покритий гумою кулька порівняно великого діаметра. Ролики, притиснуті до поверхні кульки, встановлені на перпендикулярних один одному осях з двома датчиками. Датчики, що представляють собою оптопари (світлодіод-фотодіод), розташовуються по різні сторони дисків з прорізами. Порядок, в якому висвітлюються фоточутливі елементи, визначає напрям переміщення миші, а частота приходять від них імпульсів - швидкість. Хороший механічний контакт з поверхнею забезпечує спеціальний килимок.
Більш точного позиціонування курсору дозволяє домогтися оптична миша. Для неї використовується спеціальний килимок, на поверхні якого нанесена дрібна сітка з перпендикулярних один одному темних і світлих смуг. Розташовані в нижній частині миші два оптопари висвітлюють килимок і за кількістю пересічених при русі ліній визначають величину і швидкість переміщення. Оптичні миші не мають рухомих частин і позбавлені такого властивого оптико-механічним мишам недоліку, як переміщення курсору миші ривками через забруднення кульки. Роздільна здатність застосовуваного в миші пристрої зчитування координат становить 400 dpi (Dot per Inch) точок на дюйм і вище, перевершуючи аналогічні значення для механічних пристроїв.
За допомогою миші зручно виділяти об'єкти, переміщати їх, малювати. Пристроєм введення миші є клавіші, їх зазвичай дві або три. Електронна схема управління миші стежить за її переміщенням, ці дані надходять у комп'ютер, обробляються процесором, який виробляє переміщення покажчика миші на екрані дисплея. При переміщенні миші по килимку важкий, покритий гумою кулька приводиться в рух і обертає дотичні з ним валики вертикального і горизонтального переміщення. На цих валиках закріплені диски з прорізами. З різних боків від диска встановлені випромінювач світла (світлодіод) і приймач світла (фототранзистор). При русі миші приймач приймає світлові імпульси і перетворює їх в електричні сигнали. За кількістю імпульсів визначаються координати миші при її русі по вертикалі і горизонталі.
Існують бездротові мишки, які здійснюють передачу даних в радіо або інфрачервоному діапазоні з відстані 2 - 3 метри
Трекбол
Трекбол (Trackball) представляє собою «перевернуту» миша, так як у нього приводиться в рух не корпус пристрою, а тільки його куля збільшеного в порівнянні з мишею розміру, що дозволяє істотно підвищити точність управління курсором. Перший пристрій подібного типу було розроблено компанією Logitech. Мініатюрні трекболи отримали спочатку широке поширення в портативних ПК. Вбудовані трекболи можуть розташовуватися в самих різних місцях корпусу ноутбука, зовнішні кріпляться спеціальним затиском, а до інтерфейсу підключаються кабелем. Великого поширення в ноутбуках трекболи не отримали з-за свій недолік - поступового забруднення поверхні кулі і направляючих роликів, які буває важко очистити і, отже, повернути трекболи колишню точність. Згодом їх замінили тачпади і трекпойнт.
Трекпойнт
Трекпойнт (TrackPoint) - координатний пристрій, що вперше з'явилося в ноутбуках IBM, являє собою мініатюрний джойстик з шорсткою вершиною діаметром 5-8 мм. Трекпойнт - важіль, розташований на клавіатурі між клавішами, управляється натисканням пальця.
Тачпад
Тачпад (touchpad) - сенсорна панель, за допомогою якої курсор на екрані рухається згідно переміщенню пальця за цією панеллю. Деякі так звикають до тачпаду, що навіть будинку використовують його замість миші.
3.Накопітель на жорстких магнітних дисках
Накопичувач на жорстких магнітних дисках зберігає всю необхідну для роботи комп'ютера і прикладних програм інформацію, з нього завантажується в оперативну пам'ять комп'ютера його операційна система.
В основі функціонування вінчестера лежить принцип магнітного запису (зчитування) сигналів на обертовий диск, покритий магніточутливих робочим шаром. Кожна сторона диска, вкрита робочим шаром, називається робочою поверхнею.
При записі цифрові дані перетворяться в аналогові електричні сигнали, що створюють за допомогою головки запису ділянки з різною намагніченістю, розташовані уздовж окружності по всій робочій поверхні диска, що обертається (так звані треки або доріжки). Розміри ділянок і відстань між сусідніми доріжками визначають поверхневу щільність запису даних.
При читанні ділянки диска рухаються під магнітною головкою і індукують в ній електричні сигнали, які перетворюються в цифрові дані.
Типовий сучасний накопичувач на жорстких дисках складається з блоку (пакету) дисків, шпиндельного двигуна приводу обертання дисків, блоку головок запису / читання, підсилювача-комутатора головок і контролера (друкованої плати з електронними схемами керування).
У неробочому стані головка притискається повідцем до поверхні диска в спеціальній неробочій зоні, званої зони паркування. Перші моделі вінчестерів вимагали виконання спеціальної операції паркування головок, що ініціюється програмним забезпеченням.
У сучасних вінчестерах операція виведення головок у зону паркування виконується автоматично при зниженні швидкості обертання двигуна нижче номінальної або при пропажі напруги живлення, а висновок головок в робочу зону дозволяється тільки після досягнення номінальної швидкості обертання дисків. Зазор між головкою і поверхнею диска в сучасних вінчестерах становить кілька сотих часток мікрометра.
У великій мірі максимальна щільність запису залежить від конструкції і характеристик головок запису / читання. Раніше в вінчестерах використовувалися магнітні головки, що представляють собою мініатюрні котушки індуктивності, намотані на магнітний сердечник.
Пізніше стали використовувати тонкоплівкові магнітні головки, а в сучасних вінчестерах використовуються високочутливі магніторезистивні головки читання (принцип їхньої роботи заснований на ефекті анізотропії деяких напівпровідникових матеріалів в магнітному полі), конструктивно об'єднані з тонкоплівковими голівками запису. Головки збираються в блок.
У сучасних вінчестерах використовується система позиціонування блоку головок з поворотною рухомий котушкою, поміщеною в зазорі потужного постійного магніту, яка і є виконавчим елементом системи позиціонування.
В основі цієї системи лежить попередня (вироблена при виготовленні вінчестера) запис спеціальних цифрових послідовностей, які називаються сервометкамі, в спеціально відведені для цього на кожній доріжці сектора. Під час роботи контролер вінчестера орієнтується на ці сервометкі, виробляючи керуючі сигнали, що подаються в рухому котушку, і повертає голівку таким чином, щоб вона встановилася точно над доріжкою, а потім утримує її на цій доріжці до надходження команди про переведення головки в нове положення.
Не менше 16% сумарної робочої поверхні дисків відводиться під службову інформацію, яка забезпечує нормальну роботу вінчестера. У першу чергу це інженерна зона (сектори конфігурації, таблиці дефектів, робочі програми вінчестера).
Залишилося дисковий простір ділиться на зони (для більшості вінчестерів - від 8 до 20) з різним числом секторів у кожній зоні. Не всі сектори використовуються в якості робітників. Частина секторів є запасними. При початковій розмітці дисків на заводі-виробнику проводиться перевірка поверхні диска і інформація про виявлені дефектних ділянках записується в таблицю дефектів, яка розміщується в інженерній зоні.
У процесі функціонування вінчестера ця таблиця використовується для перепризначення (переадресації) звернення до дефектним ділянкам (секторах) на звернення до хороших секторам, які якраз і розміщуються на запасних доріжках. Зважаючи на важливість службової інформації інженерна зона різних моделей накопичувачів може містити від 2 до 6 копій, а сервометкі прописуються з запасом по кількості і більш сильним магнітним полем.
У процесі експлуатації відбувається поступове руйнування магнітної поверхні диска, починають з'являтися нові збійні сектори, що призводить до так званого виродження магнітної середовища. Про неполадки такого роду свідчать періодично виникають помилки читання / запису.
Знос або пошкодження підшипників шпиндельного двигуна призводить до того, що пластини починають злегка захитався. Це викликає поперемінне збільшення / зменшення відстані між головками і поверхнями дисків, що є причиною зростання числа «м'яких» помилок і збільшення ймовірності падіння головок на поверхні дисків.
Якщо двигун вінчестера почав шуміти або прослуховуються періодичні удари механізму позиціонування головок об обмежувачі виходить, досить скоро можна очікувати лавиноподібних відмов у роботі вінчестера.
Нерідко причиною виходу вінчестерів з ладу є порушення їх температурного режиму роботи. Швидкість обертання пакетів дисків досягає 15 000 об / хв, а для поліпшення динамічних характеристик застосовуються досить потужні шпиндельні двигуни та приводи позиціонування, які виділяють значну кількість тепла. Крім того, тепло виділяє опорний підшипник.
Головки «летять» над диском на висоті всього лише 0,1 ... 0,12 мкм. Будь-який удар може скоротити цю відстань до нуля? Доріжка рухається під магнітною головкою зі швидкістю 90 ... 125 км / год, 1 мм доріжки - це близько 2 Кб даних.
Навіть якщо пошкодження невелика, вибиті при ударі частки магнітної середовища ще довго будуть літати всередині корпусу диска, створюючи небезпеку нової аварії, причому велика частина дрібних частинок взагалі не відлітає з диска, залишаючись «прімагніченной» до його поверхні і приводячи до подальшого руйнування робочої поверхні.
Крім того, при зіткненні головки з поверхнею диска відбувається миттєвий перегрів голівки. Спільно з радіальним механічним впливом на голівку це, як правило, призводить до обриву голівки.
У більшості сучасних вінчестерів реалізована технологія самотестування SMART (Self-Monitoring Analysis and Reporting Technology). Її суть полягає в тому, що вінчестер самостійно діагностує свій стан, заздалегідь попереджаючи про передаварійному стані. Більшість SMART HDD контролюють від 3 до 30 атрибутів надійності, наприклад, кількість позиціонування головок, висоту їх польоту над поверхнею диска, число перепризначень збійних секторів, число помилок позиціонування і т.п.
4. Відеопідсистема комп'ютера. Відеокарта. Відеопам'ять комп'ютера.
Відеокарта
Для обробки відео інформації та управлінням виведення на екран монітора служить відеоадаптер або відеокарта. На сучасні відеокарти встановлюється відеопроцесор. Відеопроцесор являє собою складну схему управління, порівнянну по складності з центральним процесором. Відеопроцесор, що працює з відеопам'яттю, володіє високою продуктивністю. Пересилання даних між відеопроцесором і відеопам'яттю проводиться по внутрішній шині, це швидкі передачі. Пересилання з основної пам'яті в відеопам'ять зазвичай відбувається значно повільніше, оскільки блок даних з основної пам'яті повинен пройти по системній шині даних (яка поступається шині відеоданих по розрядності), потім через інтерфейс відеошіни, потрапити на внутрішню шину відеоадаптера і лише потім - у відеопам'ять. При пересиланні даних між двома шинами необхідно синхронізувати роботу головного процесора з Відеопроцесори. На рис. 1 зображена спрощена модель роботи основних компонентів відеосистеми комп'ютера.
Рис. 1. Орієнтовна архітектура відеосистеми
Відеопроцесор робить обробку графічних функцій, що вимагають інтенсивних обчислень, в результаті, розвантажується центральний процесор обчислювальної системи. Звідси випливає, що відеопроцесор повинен оперувати своєї власною пам'яттю. Тип пам'яті, в якій зберігаються графічні дані називається буфер кадру (frame buffer). У системах, оріентірованнних на обробку 3D додатків, що вимагають ще і наявність спеціальної пам'яті, звані z-буфер (z-buffer), в якому зберігається інформація про глибині зображуваної сцени. У деяких системах може бути власна пам'ять текстур (texture memory), тобто пам'ять для зберігання елементів, з яких формуються поверхні об'єкта. Наявність текстурних карт ключовим чином впливає на реалістичність зображення тривимірних сцен.
Відеопам'ять комп'ютера
Для забезпечення швидкісного обміну даними з відеосистемою комп'ютера використовується спеціальна двухвходових пам'ять VRAM. У такій пам'яті читання даних з пам'яті для відтворення їх на екрані відеомонітора і оновлення даних процесором може здійснюватися одночасно. Альтернативою VRAM вважається пам'ять WRAM, також двох портова. Від традиційної, типу VRAM, вона відрізняється більшою на 50% швидкістю доступу і наявністю вбудованої підтримки ряду масових операцій. Зокрема, вона прискорює пересилання вирівняних даних, що особливо зручно при копіюванні екранного буфера як цілого та операціях заливки прямокутних областей. Більше щільна упаковка транзисторів на кристалі зумовила зниження собівартості цієї пам'яті в порівнянні з VRAM приблизно на 20%.
Ще один спосіб збільшення швидкості обміну даними з пам'яттю - збільшення ширини шини доступу до пам'яті. Відеоадаптери з 32-розрядною шиною даних застосовуються зараз тільки в системах початкового рівня. Стандартом на сьогоднішній день стали 64-розрядні відеоадаптери і 128 - розрядні. Для того щоб використовувати усі лінії шини даних, треба або сформувати многобанковую пам'ять великого обсягу на мікросхемах DRAM або EDO DRAM, або скористатися пам'яттю multibank DRAM (MDRAM). Архітектура MDRAM забезпечує ширину шини 128 розрядів при загальному обсязі пам'яті всього 2 Мбайт. Застосування многобанковой пам'яті в графічних картах має сенс ще й тому, що її можна нарощувати відносно невеликими квантами. Це єдина архітектура, що дозволяє маючи на платі всього 2 Мбайта пам'яті, забезпечити підтримку режиму TrueColor при вирішенні 1024x768. Графічна плата на основі традиційних мікросхем DRAM або VRAM для роботи в цьому режимі повинна містити 4 Мбайта пам'яті. У деяких відеоадаптерів, призначених для САПР, ширина шини даних 192 розряду. У них замість одного відеопроцесора використовується відразу три, по числу базових квітів. Такі плати погано пристосовані для даних мультимедіа, оскільки перетворення колірних координат займає в них занадто багато часу. Альтернативою MDRAM служить технологія Rambus, яка також дозволяє підвищити швидкість обміну з пам'яттю при збільшенні ширини шини. Для персональних комп'ютерів через наявність КЕШ- пам'яті ефект від застосування EDO DRAM в якості основної пам'яті, як правило, не перевищує кількох відсотків, для графічних плат він дуже значний. Ще більше прискорення дає пам'ять SGRAM (варіант SDRAM, адаптований для застосування в відео картах).
Незважаючи на те що вартість мікросхем пам'яті постійно знижується, внесок пам'яті відеоадаптера в загальну вартість системи продовжує залишатися помітним. У той же час у багатьох типових офісних додатках, що працюють в текстовому режимі, вона використовується всього на 10 20%., так чи не можна в якості графічної пам'яті застосовувати основну пам'ять комп'ютера, тим більше, що з появою EDO DRAM, BEDO DRAM або SDRAM процес читання з неї значно прискорився? Виявляється можна. Це рішення називається Unifited Memory Architecture (UMA). В архітектурі UMA частину основної пам'яті комп'ютера резервується для графіки, а окремий кадровий буфер відсутня зовсім. Таке рішення дозволяє розробникам інтегрованих материнських плат істотно заощадити на графічній підсистемі.
Для додатків, де генерацію всього зображення на екрані повністю виконує ЦП, така організація відеопідсистеми має суттєві переваги.
5. Відео монітор
Відео монітор - це пристрій, призначений для перетворення електричних сигналів, що надходять від відеоадаптера, у зображення на екрані. Монітори класифікуються:
-По сумісності з відео адаптерами певних типів (CGA, EGA, VGA);
-На кшталт вхідного інтерфейсу (цифровий або аналоговий);
-На кшталт екрана (ЕПТ, рідкокристалічний екран, екран електролюмінесцентний,
плазмовий) і т.д.
-Електронно-променева трубка
Зображення на лицьовій панелі електронно-променевої трубки створюють світлові точки люмінофора (pixel - picture element). Середня відстань між точками називають "зерном". Зерно може мати розміри від 0,25 до 0,41 мм. Поширені типові розміри екранів: 14,15,17,19,20,21, 28 і 33 дюйми по діагоналі. 14 - дюймовий екран має 265 мм завширшки. При дозволі 800x600 відображається 800 точок в рядку. Відстань між точками визначиться як 265/800 = 0,32 мм. У кольорових моніторах кожен піксель утворений тріадою люмінофорів, що випромінюють у червоному, зеленому та синьому кольорі. Люмінофор кожного кольору висвітлюється променем своєї електронної гармати. Промінь рухається по рядках, інтенсивність променя змінюється модулятором, це призводить до зміни яскравості світлової плями на екрані. Рух променя відбувається за певним шляхи-растру. Такі дисплеї називають растровими. Роздільна здатність монітора залежить від числа елементів зображення 640x480, 800х600 або 1024x768 пікселів.
Сьогодні більшість моніторів випускаються на ЕПТ з тіньовою маскою (вони ще називаються трубками з плоским екраном) або з апертурной гратами це монітори Trinitron фірми Sony. Інші виробники, які закупили ліцензію на цю технологію, випускають продукцію під власними торговими марками.
Екран трубки з тіньовою маскою покритий точками люмінофора, на які електронний промінь потрапляє через маску з невеликими круглими отворами. Наведений в описі монітора параметр "крок точки "позначає відстань між точками люмінофора одного кольору (червоного, зеленого або синього). Чим менше ця відстань, тим ближче точки один до одного і тим різкіше зображення.
Рис. 2. Промені фокусуються в отворах тіньової маски
У трубках з апертурной гратами люмінофор завдано у вигляді вертикальних смужок, розділених тонкими металевими тяганиною. Електронний промінь, потрапляючи на смужки, викликає їх світіння. Для цієї конструкції трубок під кроком мається на увазі відстань між смужками одного кольору. Чим менше ця відстань, тим краще.
Hельзя порівнювати розмір кроку для трубок різних типів: крок точок ("тріад") трубки з тіньовою маскою вимірюється по діагоналі, в той час як крок апертурной грати, інакше званий горизонтальним кроком точок, - вимірюється за горизонталі. Тому при однаковому кроці точок трубка з тіньовою маскою має велику щільність точок, ніж трубка з апертурной гратами. Обидва типи трубок мають свої переваги і своїх прихильників. Трубки з тіньовою маскою дають більш точне і деталізоване зображення, оскільки світло проходить через отвори в масці з чіткими краями. Тому монітори з такими ЕПТ добре використовувати при інтенсивної і тривалої роботи з текстами і дрібними елементами графіки, наприклад, в CAD / CAM-додатках. Трубки типу Trinitron мають більш ажурну маску, вона менше затуляє екран і дозволяє одержати більш яскраве, контрастне зображення в насичених кольорах. Монітори з такими трубками добре підходять для настільних видавничих систем та інших програм, орієнтованих на роботу з кольоровими зображеннями. Подивившись на включений екран, особливо на білий фон, можна помітити тонкі нитки, що йдуть упоперек грати, вони стабілізують її положення. Через більш складної конструкції дисплеї з такими трубками зазвичай трохи дорожче аналогічних моделей з тіньовою маскою.
Звичайно оптимальна роздільна здатність залежить від розмірів екрану: наприклад, дозвіл 1024x768, встановлене на 15-дюймовому моніторі, може підвищити напругу очей, у той час як на 17-дюймовому дисплеї воно буде цілком доречно. Вимірюється в герцах частота зміни кадрів (або частота регенерації зображення) показує, як швидко можуть бути перемальовані всі пікселі екрану. Більш висока частота зміни кадрів робить зображення стійкіше, а знижена частота може привести до небажаного мерехтіння - ледь помітному, але викликає зайве напруження очей. Максимальна частота регенерації зображення залежить від встановленої роздільної здатності, а при заданому дозвіл - визначає якість зображення.
Асоціація стандартів відеоелектронікі (Video Electronics Standards Association, VESA) встановила частоту зміни кадрів 85 Гц в якості стандарту для вільних від небажаного мерехтіння моніторів.
Роздільна здатність і частота регенерації - основні параметри для узгодження монітора та відеокарти комп'ютерної системи. Важливим параметром монітора є ширина смуги частот. Це важливий показник для визначення кращої роздільної здатності пристрою. Смуга частот дисплея характеризує його можливості у відношенні надходить з графічної карти відеосигналу. Чим вище роздільна здатність і частота зміни кадрів, тим ширше необхідна смуга пропущення.
Практично всі монітори оснащені легкодоступними органами управління на передній панелі. Це можуть бути кнопки або ручки, що обертаються. Стало стандартом цифрове управління монітором. Завдяки цифровим системам збільшується точність настройки, яка, як правило, і зберігається на більш тривалий період. У сучасних дисплеїв розширено перелік регулювань. Екранний інтерфейс управління пристроєм в цілому полегшує настройку і забезпечує негайну зворотний зв'язок з монітором, підвищуючи ймовірність більш точної його налаштування.
Основні функції управління включають в себе: установку горизонтального і вертикального розміру зображення, а також його зрушення по вертикалі і горизонталі, розмагнічування, регулювання яскравості і контрасту. Більшість моніторів мають додаткові функції управління геометрією зображення: усунення подушкоподібними і трапецеїдальних спотворень, стиснення / розтяг прямокутника екрану і поворот зображення. У деяких пристроях можливо також усунення муару (комбінаційних спотворень), регулювання відомості променя, колірної температури і рівнів посилення червоного, зеленого і синього компонентів сигналу.
Для моніторів з трубкою типу Trinitron:
MPH = горизонтальний розмір / горизонтальний крок смужок;
MPV = вертикальний розмір / вертикальний крок смужок.
Для 17-дюймового монітора з трубкою типу Trinitron, кроком смужок 0,25 мм по горизонталі і 0,40 мм по вертикалі і розміром використовуваної області екрану 320x240 мм отримаємо максимальну реальну роздільну здатність 1280x600 точок: 320 / 0,25 = 1280 MPH; 240 / 0,40 = 600 MPV.
Рухом променя по діагоналі управляє рядкова розгортка, по вертикалі - кадрова розгортка.
Рис.3. Кадрова і рядкова розгортка
Сигнали зворотного ходу повертають промінь на початок рядка або кадру. На малюнку 3 наведені діаграми пилкоподібної напруги малої й кадрової розгортки.
Відеосигнал надходить в монітор з плати адаптера. Разом з відеосигналом надходять сигнали вертикальної і горизонтальної синхронізації.
Частота кадрової розгортки визначає частоту (оновлення) регенерації екрану. Чим вище частота регенерації, тим менше помітно мерехтіння екрану. Чим менше розмір зерна люмінофора, і чим більше рядків прокреслює промінь за час кадрової розгортки, тим чіткішим буде зображення. Стандартами кадрової частоти є частоти 56, 60, 72, 75, 85 Гц. Верхня межа кадрової частоти обмежена, тому що вважається, що мерехтіння на частотах понад 110 Гц око людини вже не розрізняє. Частота рядків визначається в Кгц, як добуток частоти кадрів на кількість рядків у кадрі, наприклад, 800 (рядків) х 85 = 68КГц.
Смуга пропускання відеосигналу визначає наскільки високі частоти може містити відеосигнал. Визначити смугу пропускання можна як добуток кількості точок у рядку на частоту рядкової розгортки, так як за період горизонтальної розгортки промінь повинен змінити значення інтенсивності на кожному пікселі.
Щоб поліпшити якість зображення може застосовуватися чересстрочная розгортка. При малої розгортці за період кадрової розгортки виводяться всі рядки кадру. При чересстрочной розгортці висновок кадру здійснюється за два періоди кадрової розгортки (через рядок) - це дозволяє збільшити дозвіл екрану, але призводить до появи мерехтіння екрана.
Всі сучасні монітори можна розділити на 3 групи:
-Монітори з фіксованою частотою;
-Монітори з декількома фіксованими частотами;
-Мультичастотному або мультісканірующіе монітори.
Монітори з фіксованою кадровою частотою менш критичні до значень частот синхроімпульсів, тому що використовується лише одна частота синхронізації імпульсів.
Монітори з декількома фіксованими частотами допускають використання набору частот кадрових і рядкових синхроімпульсів.
Мультичастотному монітори налаштовуються на довільну частоту синхросигналу в заданому діапазоні 30-64 кГц - малої й 50-100 Гц кадрової розгортки.
6. Сучасні рідкокристалічні монітори
Сучасні рідкокристалічні монітори також називають плоскими панелями, активними матрицями подвійного сканування, матрицями з тонкоплівковими транзисторами. Зараз вони стають популярними приваблює їх витончений вид, компактність, економічність (15-30 ват). Раніше інертні, тепер вони забезпечують якісне контрастне, яскраве, виразне зображення. Перші матричні технології, так звані пасивні матриці непогано працювали з текстовою інформацією, але при різкій зміні зображення на екрані лишалися так звані "примари". Тому такого роду пристрою не підходили для перегляду відеофільмів і для ігор. Так як рідкокристалічна технологія адресує кожен піксель окремо, чіткість одержуваного тексту вище в порівнянні з монітором на ЕПТ.
Існує два види РК моніторів: DSTN (dual-scan twisted nematic - кристалічні екрани з подвійним скануванням) і TFT (thin film transistor на тонкоплівкових транзисторах), також їх називають відповідно пасивними і активними матрицями. Такі монітори складаються з наступних шарів: поляризующего фільтра, скляного шару, електрода, шару управління, рідких кристалів, ще одного шару управління, електрода, шару скла та поляризующего фільтра.
Рис. 4. Пристрій TFT монітора (thin film transistor - на тонкоплівкових транзисторах)
У перших комп'ютерах використовувалися восьмидюймові (по діагоналі) пасивні чорно-білі матриці. З переходом на технологію активних матриць, розмір екрану виріс. Практично всі сучасні рідкокристалічні монітори використовують панелі на тонкоплівкових транзисторах, що забезпечують яскраве, чітке зображення.
Як працює РК монітор
Рис.5. Сітка пікселів екрану рідкокристалічного монітора
Поперечний перетин панелі на тонкоплівкових транзисторах представляє собою багатошаровий бутерброд (рис. 4). Крайній шар будь-якої з сторін виконаний зі скла. Між цими шарами розташований тонкоплівковий транзистор, панель кольорового фільтра, що забезпечує потрібний колір - червоний, синій або зелений, і шар рідких кристалів. Додатково до всього існує флуоресцентна підсвітка, яка висвітлює екран зсередини.
При нормальних умовах, коли немає електричного заряду, рідкі кристали знаходяться в аморфному стані. У цьому стані рідкі кристали пропускають світло. Кількістю світла, що проходить через рідкі кристали, можна керувати за допомогою електричних зарядів - при цьому змінюється орієнтація кристалів.
Як і в традиційних електроннопроменевих трубках, піксель формується з трьох ділянок - червоного, зеленого і синього. А різні кольори виходять в результаті зміни величини відповідного електричного заряду (що призводить до повороту площини поляризації рідкого кристала і зміни яскравості проходить світлового потоку).
TFT екран складається з цілої сітки таких пікселів, де роботою кожного колірного ділянки кожного пікселя управляє окремий транзистор (мал. 5). Для нормального забезпечення екранного дозволу 1024х768 (в режимі SVGA) рідкокристалічна панель повинна мати у своєму розпорядженні саме такою кількістю пікселів.
Переваги РК моніторів
РК монітори більш економічні;
У них немає електромагнітного випромінювання в порівнянні c ЕПТ-моніторами;
Вони не мерехтять, як ЕПТ-монітори;
Вони легкі і не такі об'ємні;
У них велика видима область екрану.
Зведення променів: в рідкокристалічних моніторах кожен піксель включається або вимикається окремо, тому не виникає ніяких проблем зі зведенням променів, на відміну від ЕЛТ-моніторів, де потрібна бездоганна робота електронних гармат.
Сигнали: ЕПТ-монітори працюють на аналогових сигнали, а ЖК монітори використовують цифрові сигнали.
Відсутність мерехтіння: якість зображення на РК моніторах вище, а при роботі навантаження на очі менше - позначається рівна площина екрана і відсутність мерехтіння.
«Мертві пікселі» - На плоскої панелі може не працювати кілька пікселів. Розпізнати їх не важко - вони завжди одного кольору. Вони виникають у процесі виробництва і відновленню не підлягають. Прийнятним вважається, коли в моніторі не більше трьох таких пікселів. У деяких випадках, такі пікселі можуть дратувати - особливо при перегляді фільмів.
Контрастність - Самі по собі пікселі не виробляють світло, вони лише пропускають світло від підсвічування. І темний екран зовсім не означає, що підсвічування не працює - просто світло не проникає через екран. Під контрастністю LCD монітора мається на увазі, скільки рівнів яскравості можуть створювати його пікселі. Зазвичай, контрастність 250:1 вважається хорошою.
Яскравість рідкокристалічного дисплея може бути вище яскравості електронно-променевої трубки. Але, як правило, яскравість РК монітора не перевищує 225 кандел на квадратний метр - це можна порівняти з яскравістю телевізора.
Розмір екрану - Як і у ЕЛТ-моніторів, розмір РК моніторів визначаються діагоналлю. Однак зауважимо, що у РК моніторів немає чорної рамочки, яка є у ЕЛТ-моніторів. Тому екран в 15,1 дюйма насправді показує 15,1 дюйма (зазвичай це відповідає вирішенню 1024х768). РК монітор розміром 17,1 дюйма буде працювати в дозволі 1280х1024.
Плазмові дисплеї
Плазмову технологію чекає велике майбутнє. Технологія PALC (plasma addressed liquid crystal) дозволяє об'єднати переваги плазмових і РК-дисплеїв з активною матрицею. Даний підхід реалізований при виробництві великих моніторів.
7. Сканер
Сканером (від англійського scanner) називається пристрій, що дозволяє вводити в ЕОМ зображення. Введення зображень може знадобитися при копіюванні, розмноженні документів, для їх редагування з подальшим розмноженням, а також в системах зберігання та пошуку зображень. При комплектації сканером і високоякісним друкуючим пристроєм персональний комп'ютер перетворюється на автоматизоване робоче місце (АРМ) для підготовки та видання різних інформаційних матеріалів.
Принцип роботи
Сканер функціонально складається з двох частин: скануючого механізму (engine) та програмної частини (TWAIN-модуль). Оригінал розташовується на прозорому нерухомому склі, вздовж якого пересувається скануюча каретка з джерелом світла.
Оптична система сканера складається з об'єктива і дзеркал або призми, яка проектує світловий потік від сканованого оригіналу на приймальні елементи. Тут здійснюється поділ інформації про квіти. Для розрізнення кольорів використовується три паралельні лінійки (лінійка приймачів на кожен колір). На кожній лінійці розташоване рівну кількість світлочутливих елементів, приймають інформацію про інтенсивність "своїх" кольорів. Прийомний елемент перетворює рівень освітленості в рівень напруги (все ще аналогову інформацію). Далі аналоговий сигнал надходить на аналого-цифровий перетворювач (АЦП). З АЦП інформація виходить вже у двійковому вигляді і, після обробки в контролері сканера, обробляється програмою драйвером сканера (TWAIN-модуль). З драйвером взаємодіють прикладні програми, в яких здійснюється обробка введеної графічної інформації. Аналогічно копіювального пристрою сканер висвітлює оригінал білим світлом з протяжного освітлювача, а світлочутливі багатоелементні фотоприймальні лінійки (датчик сканера) з певною частотою виробляє виміри інтенсивності відбитого оригіналом світла. Число фотоприймачів в лінійці може складати 2000 і більше. Оптична роздільна здатність сканера визначається відстанню між фотоприймачами в лінійці (чим їх більше, тим дозвіл краще). Зазвичай воно не перевищує 300 - 1200 крапок на дюйм. Більш високі значення досягаються завдяки інтерполяції, що згладжує нерівності контурів, саме ці значення вказують виробники в документації (1600, 2400).
У процесі сканування напруга, створюване фоточутливим елементом, перетворюється на двійковий код. Якщо сканер при кожному замірі реєструє лише один біт інформації, то він розпізнає тільки два кольори - чорний і білий. У залежності від кількості бітів відповідають одному виміру, сканер може розпізнавати більше чи менше відтінків від чорного до білого. так, при 4-бітовому кодуванні є можливість розпізнавання 16 різних відтінків. Восьмибітових кодування забезпечує можливість розпізнавання 256 градацій сірого кольору.
Для кодування кольору можна також використовувати 8 біт, але при цьому скановані зображення фотографій виходить низької якості. Збільшення кількості розпізнаваних кольорів призводить до значних витрат дискової пам'яті. Для зберігання зображення з роздільною здатністю 300 dpi формату А4 потрібно пам'яті 16 МВ при якості High Color (16 бітне кодування), при якості True Color (24 - бітне кодування) - 24 МВ. Для економії дискового простору зазвичай застосовують методи стиснення даних.
При скануванні кольорових зображень зазвичай використовується колірна модель RGB (червоний, зелений, синій). Сигнал, відповідний кожному основному кольору, обробляється окремо.
Для отримання кращої якості копії введеного зображення слід вибрати сканер і програмне забезпечення, що забезпечують роботу в режимі відтворення шкали яскравості зображення.
Відтворення 256 відтінків кольору (8 біт на кожний колір) виявляється максимально достатнім, оскільки людське око не в змозі розрізнити більше "тонку" градацію. У разі забезпечення такого рівня переходи між ділянками зображення з різною яскравістю стають плавними і виглядають цілком природно.
Існують спеціалізовані сканери. Наприклад Cлайд-сканери - пристрої, які призначені для роботи з позитивної та негативної плівкою. Звичайні сканери теж дозволяють виконувати слайд-сканування, тільки для цього вони мають вбудований або поставляється додатково модуль для сканування слайдів, який забезпечує задню підсвічування і інші функції, необхідні для сканування прозорих плівок.
При порівнянні різних моделей сканерів необхідно звертати увагу на оптичну роздільну здатність (а не інтерполяційне дозвіл). Оптичне дозвіл має бути не менше, ніж у принтера.
Основні параметри та характеристики сканерів.
- Дозвіл.
Дозвіл характеризує величину самих дрібних деталей зображення, що передаються при скануванні без спотворень. Вимірюється звичайно в dpi - числі окремо видимих точок на дюйм зображення (dot per inch). Існує кілька видів дозволу, зазначених виробником сканерів.
Оптичне дозвіл визначається щільністю елементів в ПЗС лінійці і дорівнювала кількості елементів ПЗС-лінійки, поділеному на її ширину. Воно є найважливішим парамеров сканера, визначальним детальність одержуваних з його допомогою зображень. У силу цього не завжди наводиться в рекламної інформації виробником або продавцем сканера, що прагнуть завищити його реальні характеристики. У масових моделях сканерів звичайно воно буває рівно 100 або 200 для ручних і рулонних сканерів і 300, 600 або 1200 dpi для планшетних сканерів. Сканування завжди слід виконувати з роздільною здатністю, кратним оптичного, при цьому інтерполяційні спотворення будуть мінімальні. Якщо ж, наприклад, на сканері з 300 dpi треба відсканувати зображення з 200 dpi, то оптимальніше буде виконати сканування з 300 dpi, а потім програмним шляхом у пакеті обробки (Adobe Photoshop, Paint Shop Pro, Ulead Photo Impact, Thumbs Plus і т. п.) знизити дозвіл до 200 dpi.
Механічне дозвіл визначає точність позиціонування каретки з ПЗЗ-лінійкою при переміщенні вздовж зображення. Механічне дозвіл звичайно в 2 рази більше оптичного, що дає привід виробника сканера вводити в оману покупця тим, що сканер має "оптичне дозвіл 300х600 dpi", хоча без інтерполяції на такому сканері можна сканувати тільки з роздільною здатністю 300 dpi.
Інтерполяційним називається дозвіл, отриманий шляхом 16-кратного програмного збільшення зображення. Воно не несе в собі абсолютно ніякої додаткової інформації про зображення в порівнянні з реальним дозволом, причому в спеціалізованих пакетах операція масштабування та інтерполяції виконується найчастіше якісніше, ніж драйвером сканера.
Глибина кольору, або розрядність.
Глибина кольору, або розрядність, характеризує кількість біт, що застосовуються для зберігання інформації про колір кожного пікселя. Для чорно-білого сканування достатньо одного розряду, для сканування відтінків сірого достатньо 8 розрядів, для сканування кольорових зображень - 24 розряду (по 8 біт на зберігання кожної з RGB-компонент кольору пікселя). Професійні і напівпрофесійні сканери мають і зовнішню розрядність 30 або 36 біт, а деякі моделі і до 48 біт. додаткові біти використовуються для колірної корекції отриманих зображень.
Діапазон оптичної щільності.
Діапазон оптичної щільності - це динамічний діапазон сканера, який багато в чому визначається його розрядністю. Він характеризує можливість сканера правильно передавати зображення з великою або з дуже маленьким розкидом яскравості (можливість відсканувати "фото чорної кішки в темній кімнаті"). Обчислюється як десятковий логарифм від відношення інтенсивності падаючого на оригінал світла до інтенсивності відбитого світла, і позначається як D. Значення 0,0 D відповідає ідеально білому кольору, значення 4,0 D - ідеально чорному. У реального сканера цей діапазон залежить від розрядності. У 36-бітного сканера динамічний діапазон не перевищує 3,6 D, у 30-бітного - 3,0 D. Скановані зображення зазвичай володіють діапазоном до 2,5 D для фотографій і 3,5 D для слайдів.
Розмір області сканування
Для побутових планшетних сканерів найбільш поширені формати A4 і (значно рідше) A3
Кількість проходів сканування
Кольорове сканування за один прохід стало нормою. У старих, трехпроходних моделях одна лінійка фотодатчиків тричі проходить уздовж оригіналу, по проходу на вибірку червоного, зеленого та блакитного кольору. Дані збираються разом після завершення останнього проходу. У однопрохідному сканері ПЗЗ зчитує всі три кольори за один прохід.
Однопрохідні сканування не гарантує поліпшення різкості зображення або швидкості сканування, хоча в середньому однопрохідні сканери працюють швидше. Виробники часто заявляють, що конструкція однопрохідних сканерів забезпечує кращу реєстрацію, маючи на увазі, що одночасне зчитування всіх трьох кольорів для кожного пікселя позбавляє від проблем з поєднанням. Проте, насправді, існують трехпроходние сканери, які забезпечують кращу реєстрацію, ніж деякі однопрохідні моделі, оскільки, трехпроходние моделі можуть компенсувати різні рівні заломлення червоного, зеленого та блакитного кольорів (у результаті цього ефекту виникає веселка).
Список літератури
1. Гук. М.Ю. Апаратні засоби IBM PC: Енциклопедія, 3-е вид.-СПб: Питер, 2006 - 1072с.
2. Цількер Б.Я., Орлов С.А. Організація ЕОМ та систем: Підручник для вузів .- СПб.: Пітер 2006. - 672с.
3. Мелехін В.Ф. Павловський Є.Г. Обчислювальні машини, системи та мережі: Підручник .- К.: Видавничий центр "Академія", 2006. - 560с
4.Леонтьев В.П. Новітня енциклопедія персонального комп'ютера: Енциклопедія. - М.: ОЛМА-ПРЕСС, 2006. - 869с
5.Таненбаум Е.С. Архітектура комп'ютера. Класика computer science. 4-е вид .- СПб.: Пітер, 2006. - 704с.