учебник информатика
.pdf
2.6. Устройства ввода информации
зуются также в мобильных телефонах, КПК, ПК-моноблоках, в интерактивных учебных досках и других устройствах. Сенсорные мониторы в настоящее время наиболее часто можно встретить в терминалах по оплате различных услуг, информационных системах вокзалов, в ресторанах при оформлении заказов официантами и т. п. Они могут использоваться как мониторы обычных настольных ПК. Cуществуют ПК-моноблоки с сенсорными экранами (например, фирмы HP) с эффектным управлением папками и файлами с помощью руки (похоже на управление тач-фонами).
Существует несколько видов сенсорных технологий:
–резистивная,
–поверхностно-акустическая,
–емкостная,
–инфракрасная.
Резистивная сенсорная панель имеет многослойную структуру, состоящую из двух проводящих поверхностей, разделенных специальным изолирующим составом, распределенным по всей площади активной области экрана. При касании наружного слоя, выполненного из тонкого прозрачного пластика, его внутренняя проводящая поверхность совмещается с проводящим слоем основной стеклянной пластины, играющей роль каркаса конструкции, благодаря чему происходит изменение сопротивления всей системы. Это изменение фиксируется микропроцессором контроллера, передающим координаты точки касания управляющей программе компьютера.
Поверхностно-акустическая волновая технология ПАВ (SAW – Surface Acoustic Wave) основана на использовании сверхзвукового сигнала, вырабатываемого пьезоэлектрическими преобразователями для осей X и Y. Волны направлены перпендикулярно друг другу и образовывают координатную сеть всего поля панели. Прикосновение к экрану поглощает часть волн, проходящих в этот момент через место контакта. Полученные датчиками сигналы отличаются от эталонного, что приводит к автоматическому определению места касания по осям X и Y. Уникальной особенностью является возможность определять силу прикосновения - координату Z.
Емкостная технология основана на использовании сенсорных панелей, покрытыж материалом, содержащим электрический заряд. Когда к панели прикасаются, в точке прикосновения заряд изменяется, что фиксируется измеряющей системой. При работе с емкостными панелями используется прикосновение пальцев, в отличие от резистивных и ПАВ па-
101
Глава 2. Аппаратное обеспечение персональных компьютеров
нелей, при работе с которыми могут быть использованы прикосновения пальцем или пером.
Инфракрасная технология используется в основном в экранах больших размеров (школьные интерактивные доски, рекламные демонстрации, большие информационные панели).
Цена настольных 19" сенсорных мониторов от 13000 руб.
(www.touchgames.ru).
2.6.5. Музыкальные устройства ввода
К музыкальным устройствам ввода прежде всего относится MIDIклавиатура, подключаемая к ПК через его звуковую плату. Например,
клавиатура M-Audio Pro Keys 88 (www.m-audio.com, рисунок 2.27) –
полноразмерное (88 клавиш с профессиональной рояльной механикой) цифровое пианино и MIDIконтроллер. Существуют и другие
музыкальные устройства, подключаемые к ПК, например, M-Audio Black Box – мощный эффект-процессор, способный моделировать 12 известных гитарных предусилителей со встроенной drum-машиной и гитарным тюнером.
2.6.6. WEB-камера
Современная web-камера (рисунок 2.28) представляет собой цифровое устройство, производящее видеосъемку, оцифровку, сжатие, сохранение и передачу цифрового видео по компьютерной сети.
В состав web-камеры входят следующие компоненты: ПЗС-матрица, объектив, оптический фильтр, плата видеозахвата, блок компрессии (сжатия) видеоизображения, центральный
процессор и встроенный web-сервер, ОЗУ, флэш-память, сетевой интерфейс, последовательные порты, тревожные входы/выходы.
102
2.7. Устройства вывода информации
Некоторые модели камер имеют поворотные устройства и могут выполнять круговое видеонаблюдение, а также имеют варифокальный объектив, которым можно управлять по сети.
Подключаться камеры могут к сетевому коммутатору или концентратору, либо простейшие – к компьютеру (см. рисунок 2.29).
Рисунок 2.29. Варианты подключения Web-камер
2.7. Устройства вывода информации
Предназначены для представления различных видов информации, с которыми работает компьютер, в привычном для человека виде (изображения, текст, числа, звук). К устройствам вывода относятся:
Видеокарты и мониторы
Принтеры
Плоттеры
Звуковые платы и колонки
2.7.1. Видеоадаптер
Видеоадаптер – устройство для сопряжения ПК с монитором.
103
Глава 2. Аппаратное обеспечение персональных компьютеров
Может быть интегрирован с материнской платой или выполнен в виде отдельной платы (видеокарта), подключаемой к слоту PCI Express x16 материнской платы (в старых компьютерах для подключения использовался слот AGP). Возможно использование обоих вариантов при подключении более одного монитора к ПК.
Современные чипсеты и даже процессоры, как указывалось выше, могут иметь высококачественные видеоподсистемы, например Intel® Graphics Media Accelerator X4500 для чипсета Intel® G41 Express и Intel® HD Graphics для Core i3/i5. Данные видеоподсистемы используют основную оперативную память для своей работы.
Однако, наибольшие возмож- |
|
|
ности для работы с графикой име- |
|
|
ют дискретные графические адап- |
|
|
теры интерфейса PCI Express фирм |
|
|
NVIDIA (GeForce) и ATI (Radeon, |
|
|
см. рисунок 2.30), которые имеют |
|
|
графический процессор, использу- |
|
|
ющий специальные технологии об- |
|
|
работки графической информации, |
|
|
и собственную видеопамять боль- |
|
|
шого объема. |
|
|
Современный видеопроцес- |
|
|
сор имеет более сложную архитек- |
|
|
туру, чем центральный процессор. |
Рисунок 2.30. Двухпроцессорная |
|
В нем реализованы потоковые про- |
||
видеокарта Radeon HD 5970 |
||
цессоры с раздельными блоками |
||
|
для текстурных и растровых операций. Программы генерации видеоизображения (шейдеры) подразделяются на вершинные, пиксельные и геометрические шейдеры (последние только для DirectX 10 и 11). Вершинные программы-шейдеры отвечают за построение и изменение 3D-объектов, построенных из трехмерных точек (вершин). Пиксельные программышейдеры позволяют менять цвета и интенсивность пикселей в результате каких-либо событий в программах. Геометрические шейдеры изменяют параметры трехмерных изображений, позволяют ломать, модифицировать и уничтожать их. Новые стандарты графического интерфейса DirectX 10 и 11 опираются на архитектуру унифицированных (единых) шейдеров, то есть структура кода вершинных, геометрических и пиксельных программ единая, хотя шейдеры выполняют разную работу.
104
2.7. Устройства вывода информации
Основные характеристики некоторых видеокарт (с интерфейсом PCI Express) приведены в таблице 2.16.
Таблица 2.16. Технические характеристики некоторых видеокарт
|
Процес- |
Память, |
Тип |
Число |
Объем |
|
Видеоадаптер |
соры, |
частота |
потоковых |
|||
частота, |
памяти |
памяти |
||||
|
МГц |
МГц |
|
процессоров |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
GeForce GTS 250 |
738 |
1100 |
GDDR3 |
128 |
512 МБ |
|
256bit |
||||||
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
GeForce GTX 260 |
576 |
1998 |
GDDR3 |
216 |
896 МБ |
|
448bit |
||||||
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
GeForce GTX 295 |
576 |
1998 |
GDDR3 |
480 |
1792 МБ |
|
448 bit |
||||||
|
|
|
|
|
||
Radeon HD 4870 |
750 |
900 |
GDDR5 |
800 |
512 МБ |
|
256 bit |
||||||
|
|
|
|
|
||
Radeon HD 5770 |
850 |
1200 |
GDDR5 |
800 |
1024 МБ |
|
256 bit |
||||||
|
|
|
|
|
||
Radeon HD 5970 |
2 по 725 |
1000 |
GDDR5 |
2×1600 |
2×1024 |
|
(двухпроцессорный) |
256 bit |
МБ |
||||
|
|
|
Производительность видеокарты зависит как от частоты видеопроцессора, так и от количества потоковых процессоров, а также от объема видеопамяти, используемой для хранения текстур и от ширина шины памяти. Современные шины памяти имеют ширину от 128 до 448 бит.
Следует заметить, что стоимость видеокарт с памятью 1024 МБ 1000
– 6000 руб. и выше, цена самых новых видеокарт доходит до 12000 руб. Современные видеокарты могут обеспечивать работу с разрешением
до 2560 на 1600 пикселей, выходы DVI, VGA, HDMI (разрешение HDTV
1920×1080, обычное DVD качество – 720×576).
Видеокарты могут потреблять до 300 Вт электроэнергии и выделять соответствующее количество тепла при этом. Подобное количество тепла, выделяемое с поверхности одного кремниевого чипа, может легко его сжечь кристалл. Охлаждение процессора и памяти видеокарт обычновыполняется с помощью кулера (вентилятор + радиатор).
105
Глава 2. Аппаратное обеспечение персональных компьютеров
2.7.2. Монитор
Монитор – устройство отображения графической информации, формируемой видеоадаптером.
В настоящее время основным типом мониторов для ПК является жидкокристаллический (ЖК, LCD – Liquid Crysta Display). До недавнего времени выпускались и использовались ЭЛТ (CRT) мониторы на основе электронно-лучевой трубки (см. рисунок 2.31).
Рисунок 2.31. ЖК- и ЭЛТ-монитор
Кроме того, существуют плазменные панели большого размера (42"
– 60"), которые в основном используются в домашних кинотеатрах.
Во всех типах мониторов для формирования цветного изображения используется цветовая схема RGB (см. раздел 1.2.3).
Сенсорные мониторы (см. ранее п. 2.6.4) могут быть одновременно устройствами ввода и вывода информации.
Основные характеристики современного монитора следующие. Размер экрана – обычно измеряется по диагонали в дюймах и со-
ставляет у современных ЖК-мониторов 17, 19 , 20 , 21 , 22 , 24 , 27 , 30 , 32 , 40 , 46 (стоимость соответственно от 5000 до 88000 руб.).
Разрешение (разрешающая способность) – характеризует способность отображать на экране определенное количество точек по горизонтали и вертикали. Для каждого монитора существует определенное максимально возможное разрешение (которое должно согласовываться с возможным разрешением видеокарты). Обычное разрешение для 17 – 1024×768, для мониторов больших размеров может использоваться разре-
шение 1280×1024, 1600×1200, 1920×1200, 2560×1600, 3840×2400. Для ЖК
106
2.7. Устройства вывода информации
мониторов существует штатное разрешение, которое соответствует количеству жидкокристаллических пикселей. У мониторов большого размера соотношение сторон может быть 4:3 или 16:10 (см. таблицу 2.17).
Таблица 2.17. Характеристика ЖК-матриц большого размера
Диагональ, |
Разрешение |
Соотношение сто- |
Шаг точки, |
Разрешение, |
|
дюймы |
рон |
мм |
dpi |
||
|
|||||
30 |
2560×1600 |
16:10 |
0,258 |
98,4 |
|
24 |
1920×1200 |
16:10 |
0,27 |
94 |
|
23,1 |
1920×1200 |
16:10 |
0,258 |
98,4 |
|
22,2 |
1920×1200 |
16:10 |
0,249 |
102 |
|
22,2 |
3840×2400 |
16:10 |
0,1245 |
204 |
|
21,3 |
1600×1200 |
4:3 |
0,27 |
94 |
|
20,8 |
2048×1536 |
4:3 |
0,207 |
122,7 |
|
20,1 |
1600×1200 |
4:3 |
0,255 |
99,6 |
|
20 |
1680×1050 |
16:10 |
0,258 |
98,4 |
Частота кадровой развертки или частота смены кадров, выраженная в герцах (Гц) – сколько в секунду изображение обновляется. Показатель имел большое значение для ЭЛТ-мониторов, где изображение постоянно регенерировалось бегущим по строчкам лучом: чем выше у них была частота кадровой развертки, тем меньше был уровень нежелательного мерцания изображения, и, следовательно, меньше нагрузка на зрение. Поэтому желаемым значением было 80 - 85 Гц. Для ЖК-мониторов используется частота 60 Гц, т. к. изображение у них не мерцает.
Шаг точки – это расстояние по диагонали между двумя пикселями жидких кристаллов или точками люминофора одного цвета. Этот размер обычно выражается в миллиметрах (например, 0,297 мм).
Для ЖК-мониторов в паспортных данных указываются также следующие характеристики:
Яркость – обычно имеет значение 250 – 300 кд/кв. м.
Контрастность 400:1, 550:1, 600:1.
Время отклика пикселя 8 – 16 мс.
Угол обзора: по горизонтали (например, 170°) и по вертикали
(170°).
Ориентация экрана у ЖК-монитора в отличие от ЭЛТ-монитора может быть как ландшафтная (горизонтальная), так и портретная (вертикальная). В то время как традиционные экраны ЭЛТ-мониторов и ЖКэкраны ноутбуков имеют только ландшафтную ориентацию, обусловлен-
107
Глава 2. Аппаратное обеспечение персональных компьютеров
ную тем, что поле зрения человека в горизонтальном направлении шире, чем в вертикальном, в ряде случаев (работа с текстовыми документами, Web-страницами) удобнее работать с экраном портретной ориентации. ЖК-мониторы некоторых моделей можно развернуть на 90° с сохранением правильной ориентации изображения.
Мониторы, подобно всем электрическим приборам, должны соответствовать требованиям по безопасной эксплуатации, закрепленным в соответствующих стандартах. В паспортных данных мониторов можно найти, например, соответствие их следующим стандартам:
–по энергосбережению: EPA Energy Star;
–электрической безопасности: CE (EU), CUL, SEMKO (Швеция), TUV-
GS (Германия), UL (USA), ГОСТ;
–электромагнитной совместимости: C-Tick, FCC Класс B;
–по эргономике: ISO 13406-2, FCC-B, C-TICK, VCCI-2;
–защиты окружающей среды: TCO-99;
–Plug&Play: DDC-2B
Тип подключения ЖК-монитора к видеокарте компьютера может быть цифровой – DVI-интерфейс или аналоговый – VGA-интерфейс (у старых моделей).
ЖК-мониторы, в отличие от ЭЛТ, работают с цифровым сигналом, и использование DVI-интерфейса позволяет избежать двойного преобразования сигнала от компьютера, как это было бы при использовании VGAинтерфейса («цифра» – «аналог» и обратно). Современные графические карты оснащены, как минимум, одним выходом DVI в комбинации с аналоговым разъёмом VGA. Однако, все еще существуют и старые графические карты без DVI, поэтому пока ЖК-мониторы оснащаются и входом
VGA.
Первая монохромная ЖК-панель увидела свет в 1970 г. С тех пор технология непрерывно совершенствовалась. В современных профессиональных мониторах применяются активные матрицы на тонкоплёночных транзисторах (AM TFT – active matrix thin film transistor) в различных мо-
дификациях. Таким образом, термин LCD (ЖК) более общий, а TFT – одна из разновидностей ЖК мониторов.
Принцип работы ЖК монитора следующий (см. рисунок 2.32).
108
2.7. Устройства вывода информации
Рисунок 2.32. Устройство жидкокристаллической матрицы
Слой жидкокристаллического вещества (ЖКВ) располагается между
двумя |
полированными |
прозрачными |
пластинами, |
сделанными |
из свободного от натрия |
и очень чистого |
стекла, на которые нанесены |
||
прозрачные электроды, управляющие каждой ячейкой структуры TFT. На стеклянных панелях имеются бороздки, которые ориентируют молекулы ЖКВ в определенном направлении. С двух сторон от стекол находятся поляризаторы, оси которых перпендикулярны. Это требуется потому, что плоскость поляризации светового луча поворачивается на 90° при прохождении ЖК-слоя. С внешней стороны экрана располагаются светофильтры, с помощью которых формируются пиксели из трех ячеек основных цветов (RGB). ЖК-панель освещается источником света сзади, то есть работает на прохождение света. Свет от лампы подсветки, пройдя поляризатор и стеклянную пластину, попадает в слой ЖКВ. Если на элементарную ячейку не подано напряжение, то при прохождении света через слой жидкого кристалла его поляризация поворачивается в соответствии с поворотом оптической оси кристалла. В результате на выходе свет пройдет через второй поляризатор, и этот пиксель дисплея выглядит для наблюдателя окрашенным в один из трёх цветов RGB (в зависимости от фильтра), сумма максимальных яркостей трёх сабпикселей дает белый цвет. Если же на электроды пиксельной ячейки подано напряжение, то свет пройдет слой жидкого кристалла, не изменив своей поляризации, и поляризатор на выходе не пропустит его. Этот пиксель будет выглядеть черным на светлом фоне.
Управление каждым сабпикселем выполняется активно (активная матрица), с помощью двух транзисторов и прозрачного электрода. Транзи-
109
Глава 2. Аппаратное обеспечение персональных компьютеров
сторы сформированы на прозрачной пленке и выполнены либо из аморфного (a-Si), либо из поликристаллического кремния (p-Si). Поданный уровень напряжения удерживается и сохраняется до следующего сигнала. В принципе, поскольку каждым сабпикселем управляют индивидуально через адресные линии строк и столбцов, необходимости в регулярном обновлении всех элементов изображения нет – достаточно скорректировать управляющие сигналы в тех областях, где изображение изменилось.
2.7.3. Принтер
Принтер – устройство вывода на бумагу текстовой и графической информации.
В настоящее время широкое распространение получили 2 типа принтеров: лазерные – в организациях, для печати большого количества документов ежедневно, и струйные – в домашних условиях с возможностью печати цветных изображений. Ранее использовались также матричные принтеры. Лазерные принтеры обеспечивают более высокое качество печати, чем струйные.
Лазерный принтер использует фотоэлектронный способ печати, основанный на формировании лазером изображения на заряженной светочувствительной поверхности промежуточного носителя (фотобарабана) в виде электростатического рельефа, притягивающего частицы красителя, которые далее переносятся на бумагу.
Функциональная схема лазерного принтера приведена на рисунке
2.33.
Рисунок 2.33. Лазерный принтер и его схема (1 – процессор, 2 – лазер, 3 – механизм подачи бумаги, 4 – барабан-девелопер, 5 – механизм нагрева бумаги, 6 – лезвие, 7 – фотобарабан)
Наиболее известными фирмами-разработчиками лазерных принте-
ров являются Hewlett-Packard, Epson, Lexmark, Canon, Toshiba.
110