GEK / Перечень вопросов Архитектура_2

Общие характеристики

Тип применяемого в сканере светочувствительного датчика. Чаще всего применяется один из нижеследующих типов датчиков: ПЗС (CCD) или контактный (CIS).

CIS (Contact Image Sensor) – это контактный датчик изображения (КДИ), линейка фотоэлементов, равная ширине сканируемой поверхности в устройстве. Эта линейка перемещается при сканировании под стеклом и постоянно (строчка за строчкой) отправляет в форме электросигнала данные о картинке на оригинале. Светодиоды применяются для освещения, они размещаются на той же подвижной платформе рядом с фотолинейкой. Сканеры на базе этого типа датчиков характеризуются простой конструкцией, они мало весят, тонкие, стоят гораздо дешевле, чем сканеры на базе CCD. Главный минус CIS - малая глубина резкости. Если сканировать страницы из толстой книги или мятый лист бумаги, то часть полученного изображения может быть нерезкой.

CCD (Couple-Charged Device) - прибор с зарядовой связью (ПЗС) – это интегральная микросхема, оснащенная светочувствительной линейкой. Служит с целью передачи картинки со сканируемой поверхности. Применяется оптическая система, состоящая из объектива и зеркала. Люминесцентная лампа служит для освещения оригинала. Плюсы CCD-сканеров - значительная глубина резкости, отличная цветопередача. Даже при осуществлении сканирования мятых листов, толстых книг, оригиналов с выпуклыми буквами, изображение все равно будет четким и резким. Сканеры для профессионального применения зачастую создаются на основе CCD. Минусы – большой вес, большая толщина, высокая стоимость.

Тип источника света. Самые популярные типы источников света: лампы флуоресцентные с холодным катодом, ксеноновые лампы и светодиоды (LED).

Лампы ксеноновые характеризуются минимальным временем прогрева, большим сроком работы и минимальными размерами. Минус – значительное потребление электроэнергии.

Лампы флуоресцентные с холодным катодом хороши своей низкой стоимостью и высоким сроком службы. Минус - продолжительное время прогрева.

Светодиоды (LED) характеризуются небольшими размерами, малым потреблением энергии, не требуют совершенно времени для прогрева. Минус - LED-сканеры по качеству цветопередачи хуже сканеров с ксеноновыми и флуоресцентными лампами.

Размеры. Определяют максимальный формат документа, который может быть отсканирован. Следует отметить, что в сканерах протяжных максимальная ширина оригинала для сканирования определяется шириной устройства, а вот длина может быть сколь угодно больше длины устройства

Разрешение.

Разрешение по X. Разрешение сканера (оптическое разрешение) по горизонтали. Данный параметр отображает число у фоточувствительной линейки пикселей, из этих пикселей создается изображение. Разрешение – это одна из самых важных характеристик сканера. Большая часть выпускаемых сегодня моделей характеризуется оптическим разрешением сканера (по горизонтали) в 1200 dpi или 600 dpi (точек на дюйм). Этого вполне хватает для того, чтобы получить хорошие копии оригинала, а также для сканирования фото. Профессиональная работа с изображениями потребует куда большего оптического разрешения.

Разрешение по Y. Механическое разрешение сканера по вертикали. Данный параметр определяет точность работы механики и величина хода шагового двигателя. Зачастую механическое разрешение сканирующего устройства ощутимо больше оптического разрешения фотолинейки. В данном случае общее качество отсканированной картинки будет определяться именно

оптическим разрешением линейки фотоэлементов.

Разрешение по X (улучшенное). Улучшенное разрешение сканирующего устройства по горизонтали. Это разрешение создается путем применения метода интерполяции. Для того чтобы получить большее, чем оптическое, разрешение, на картинку наносятся промежуточные точки. Цвет этих точек, а также их яркость высчитывается как среднее значения между яркостью и цветом точек, полученных оптическим путем. В итоге повышается общее число точек картинки и разрешение этой картинки. Применение улучшенного разрешения иногда дает возможность улучшить качество картинки, например, это позволяет сделать более ровными резкие контрастные переходы. Применение улучшенного разрешения дает возможность исправить разницу между механическим разрешением по вертикали и разрешением оптическим по горизонтали.

Разрешение по Y (улучшенное). Достигается также путем применения метода интерполяции. На изображение добавляются промежуточные точки, это помогает получить разрешение, больше оптического. Яркость точек, а также их цвет высчитывается как средние значения между яркостью точек, а также между цветом, что получены оптическим способом. В итоге повышается общее количество точек, составляющих изображение (увеличивается разрешение).

Глубина цвета. Число разрядов, которое применяет сканером с целью передачи данных о цвете. Производители этой техники зачастую указывают для глубины цвета два значения - внешнюю глубину и внутреннюю глубину. Глубиной внутренней называют разрядность аналого-цифрового преобразователя (АЦП) сканера, она сообщает, какое количество цветов сканер в состоянии различить в принципе. Число цветов, которое сканер способен передать ПК – это глубина внешняя. Почти все выпускаемые сегодня модели сканеров для цветопередачи используют 24 бита (по 8 на каждый цвет). Для выполнения в офисе и дома стандартных задач этого будет достаточно. А вот если вы

планируете применять сканер для выполнения серьезной работы с графикой, то вам стоит подыскать модель, характеризующуюся большим количеством разрядов.

Наличие устройства автоподачи. Данное устройство применяется для подачи в автоматическом режиме оригиналов для выполнения их сканирования. Пользователь лишь помещает в устройство пачку оригиналов, и они автоматически, один за другим, будут сканироваться. Удобно в том случае, когда требуется сканировать большое количество документов.

Тип устройства автоподачи. Тип устройства, предназначенного для автоматической подачи оригиналов. Данные устройства могут быть как двусторонними, так и односторонними. Устройства односторонние дают возможность произвести сканирование лишь одной стороны документа. Двусторонний автоподатчик помогает произвести сканирование оригинала с двух сторон. Имеется возможность сделать это двумя способами:

1)когда выполнено сканирование с одной стороны, то автоподатчик осуществляет переворот оригинала так, чтобы получилось отсканировать обратную сторону;

2)сканирование осуществляется с двух сторон одновременно (сканирующие элементы располагаются сразу с двух сторон листа).

Интерфейсы подключения

USB. Имеется возможность подсоединения сканера к ПК с помощью интерфейса USB. Это популярный сегодня последовательный интерфейс передачи информации. Используется для подсоединения к ПК периферийных устройств. От версии USB напрямую зависит скорость передачи информации. Для интерфейса USB 1.1 наибольшая скорость достигает 12 Мбит/с, а для более современной версии USB 2.0 скорость гораздо выше - 480 Мбит/с.

LPT. Данный интерфейс ранее был широко распространен, применялся как стандартный с целью подсоединения к компьютеру принтера, сканера и т.д., однако из-за маленькой скорости передачи информации, в сравнении с иными интерфейсами он практически полностью вытеснен.

FireWire (IEEE 1394). Интерфейс (высокоскоростной и последовательный), предназначенный для передачи информации со скоростью до 400 Мбит/с. Этот интерфейс также может применяться для подсоединения к ПК сканера.

SCSI. Это наиболее быстрый вариант транспортировки информации от сканера к ПК. Необходим свободный PCI слот на ПК (для SCSI-адаптера) или для контроллера SCSI.

Ethernet. Означает возможность использования сканера как сетевого устройства. Как правило таким интерфейсом оснащаются только достаточно дорогие модели сканеров.

19.Организация работы контроллера клавиатуры. Принцип работы буфера клавиатуры.

Клавиатура выполнена, как правило, в виде отдельного устройства, подключаемого к компьютеру тонким кабелем. Малогабаритные компьютеры Lap-Top используют встроенную клавиатуру.

Внутри клавиатуры находится специализированная микросхема (контроллер клавиатуры), которая отслеживает нажатия на клавиши и посылает номер нажатой клавиши в персональный компьютер.

Если рассмотреть сильно упрощенную принципиальную схему клавиатуры, представленную на рисунке, можно заметить, что все клавиши находятся в узлах матрицы:

Рис.1. Упрощенная схема клавиатуры

Все горизонтальные линии матрицы подключены через резисторы к источнику питания +5 В. Клавиатурный компьютер имеет два порта - выходной и входной. Входной порт подключен к горизонтальным линиям матрицы (X0-X4), а выходной - к вертикальным

(Y0-Y5).

Устанавливая по очереди на каждой из вертикальных линий уровень напряжения, соответствующий логическому 0, клавиатурный контроллер опрашивает состояние горизонтальных линий. Если ни одна клавиша не нажата, уровень напряжения на всех горизонтальных линиях соответствует логической 1 (т.к. все эти линии подключены к источнику питания +5 В через резисторы).

Если оператор нажмет на какую-либо клавишу, то соответствующая вертикальная и горизонтальная линии окажутся замкнутыми. Когда на этой вертикальной линии контроллер установит значение логического 0, то уровень напряжения на горизонтальной линии также будет соответствовать логическому 0.

Как только на одной из горизонтальных линий появится уровень логического 0, клавиатурный контроллер фиксирует нажатие на клавишу. Он посылает в персональный компьютер запрос на прерывание и номер клавиши в матрице. Аналогичные действия выполняются и тогда, когда оператор отпускает нажатую ранее клавишу.

Номер клавиши, посылаемый клавиатурным процессором, однозначно связан с распайкой клавиатурной матрицы и не зависит напрямую от обозначений, нанесенных на поверхность клавиш. Этот номер называется скан-кодом (Scan Code). Скан-код помещается в выходной регистр (порт) с номером $60. При этом каждой клавише соответствуют два скан-кода, отличающиеся на 128. Меньший код (код нажатия) засылается в порт $60 при нажатии клавиши, больший код (код отпускания) – при отпускании клавиши. Такая система позволяет, например, в случае, когда буквенная клавиша удерживается в нажатом состоянии (т.е. поступил код нажатия, но в течение некоторого интервала времени не поступило кода отпускания) перейти в режим генерации многократного кода нажатия.

Каждое нажатие и каждое отпускание клавиши вызывает сигнал аппаратного прерывания, заставляющий процессор прервать выполняемую программу и перейти на программу обработки прерывания (ПОП) от клавиатуры, которая вызывается через вектор $09 (её часто называют программой INT $09). Программа INT $09 работает, кроме порта $60, ещё с двумя областями оперативной памяти: с кольцевым буфером ввода (адреса от $40:$1E до $40:$3D), куда в конце концов помещаются коды ASCII нажатых клавиш, и словом состояния (или словом флагов) клавиатуры (адрес $40:$17), где фиксируется состояние управляющих клавиш (<Shift>, <Ctrl>, <Caps Lock> и др. – см. рисунок).

Программа INT $09, получив управление в результате прерывания от клавиатуры, считывает из порта $60 скан-код и анализирует его значение. Если он принадлежит управляющей клавише и представляет собой код нажатия, то в слове флагов клавиатуры

устанавливается флаг, соответствующий нажатой клавише (например, при нажатии <Right Shift> устанавливается бит 0, при нажатии <Left Shift> – бит 1, <Ctrl> – бит 2, <Alt> – бит 3). Если управляющая клавиша отпускается, соответствующий ей бит сбрасывается в 0.

При нажатии любой другой клавиши программа INT $09 считывает из порта $60 её скан-код нажатия и по таблице трансляции скан-кодов в коды ASCII формирует двухбайтовый код, старший байт которого содержит скан-код, а младший – код ASCII. При этом скан-код характеризует клавишу, а ASCII-код определяет закреплённый за ней символ. Поскольку за каждой клавишей закреплено по нескольку символов (не менее двух), то каждому скан-коду соответствует несколько ASCII-кодов. При формировании двухбайтового кода программа INT $09 анализирует состояние флагов. Например, клавише <Q> соответствует скан-код $10 (десятичное 16), ASCII-код буквы Q – $51 (81), буквы q – $71 (113). Если <Q> нажата при нажатой клавише <Shift>, то будет сформирован двухбайтовый код $1051, иначе – код $1071. Если предварительно была нажата клавиша <Caps Lock>, то результат будет обратным (включенный режим <Caps Lock> аннулирует последующее нажатие <Shift>).

При формировании двухбайтовых кодов некоторым специальным клавишам (например, F1 – F10, <Home>, <End>, < >, < > и т.п.) в таблице трансляции, с которой работает программа INT $09, соответствует нулевой код ASCII. Двухбайтовые коды, имеющие нулевой младший байт, называются расширенными кодами ASCII и используются для управления программами.

Полученный в результате трансляции двухбайтовый код засылается программой INT $09 в кольцевой буфер клавиатуры, объем которого составляет 15 машинных слов. Коды символов извлекаются из буфера по принципу FIFO. За состоянием буфера следят два указателя: в хвостовом указателе (слово по адресу $40:$1C) хранится адрес первой свободной ячейки, в головном указателе ($40:$1A) – адрес самого старого кода, принятого с клавиатуры и ещё не востребованного программой. Когда буфер пуст, оба указателя указывают на его первую ячейку. В ходе заполнения буфера хвостовой указатель смещается (по 2 байта) до последнего адреса и вновь возвращается на начало – и так далее по кольцу. Аналогично перемещается головной указатель при считывании кодов. Если при заполнении буфера не происходит считывания поступивших в него кодов (readkey), то при вводе более 16 символов приём новых кодов блокируется, и последующие нажатия на клавиши сопровождаются предупреждающими звуковыми сигналами (переполнение буфера).

Для считывания кода нажатой клавиши выполняемая программа вызывает прерывание INT $16, которое активизирует драйвер клавиатуры BIOS. Драйвер считывает из буфера коды, смещая при этом головной указатель; таким образом, программный запрос на ввод с клавиатуры выполняет приём кода не прямо с клавиатуры, а из кольцевого буфера.

Структура буфера клавиатуры

Хранение информации в буфере организовано в виде очереди (FIFO - First Input First Output), буфер клавиатуры находится в оперативной памяти компьютера и доступен

для обычных операций чтения и записи.

Очередь буфера клавиатуры реализована следующим образом:

Каждой нажатой клавише в очереди соответствует ячейка размером в два байта, в первом байте записан ascii код, а во втором - scan код нажатой клавиши. Следует учитывать, что при считывании слова из буфера клавиатуры scan код оказывается в старшем байте, а ascii код в младшем байте слова в соответствии с порядком следования байтов принятом для IBM PC. В двух словах оперативной памяти по адресам 0x0040:0x1A и 0x0040:0x1C хранятся смещения адресов начала (головы) и конца (хвоста) очереди буфера клавиатуры. Следует обратить внимание, что эти смещения указаны относительно адреса 0040:0000h. Сам буфер размером 32 байта (16 слов) расположен в компьютере IBM PC/XT по адресу 0000h:041Eh и организован в виде кольцевой очереди. Следует отметить, что рост буфера (клавиши нажимаются, а символы из буфера не считываются) происходит в сторону хвоста.

В компьютерах моделей IBM PC/AT и IBM PS/2 расположение клавиатурного буфера задается содержимым двух слов памяти с адресами 0000h:0480h (смещение адреса начала буфера относительно 0040h) и 0000h:0482h (смещение конца буфера относительно 0040h). Обычно эти ячейки памяти содержат значения, соответственно, 001Eh и 003Eh, что соответствует расположению клавиатурного буфера в IBM PC/AT и IBM PS/2 его расположению в IBM PC/XT.

Указателями на начало и конец клавиатурного буфера обычно управляют обработчики прерываний INT 09h и INT 16h. Программа извлекает из буфера коды нажатых клавиш, используя различные функции прерывания INT 16h.

Заметим, что вы можете удалить все символы из буфера клавиатуры, установив оба указателя на начало буфера. Однако есть более предпочтительный способ с использованием, например, прерывания BIOS INT 16h.

Для чтения scan-кода последней нажатой клавиши (даже в том случае если буфер уже заполнен) можно использовать 60-й порт. При этом следует учитывать, что многократное обращение к порту будет возвращать один и тот же результат до тех пор, пока не будет нажата следующая клавиша на клавиатуре.

При переполнении внутреннего буфера клавиатуры или буфера, расположенного в области данных BIOS программа-обработчик прерывания INT 09h генерирует звуковой сигнал.

Кроме буфера клавиатуры и ячеек памяти с указателями головы и хвоста очереди с обработкой нажатия клавиш клавиатуры связано ещё некоторые элементов в области

памяти данных BIOS. Одним из этих элементов является флаг состояния клавиатуры, располагающийся в области переменных BIOS по адресу 0000:0417h. Его размер составляет один байт, отдельные биты флага содержат информацию о состоянии клавиш

Shift, Ctrl, Alt, Scroll Lock, Num Lock, Caps Lock и Ins. Соответствие перечисленных клавиш и битов флага показано на рисунке:

20.Организация и назначение интерфейса RS-232. Используемые уровни сигналов, формат кадра при асинхронной передаче, управление потоком данных.

Стандарт RS-232C описывает несимметричные передатчики и приемники — сигнал передается относительно общего провода — схемной земли (симметричные дифференциальные сигналы используются в других интерфейсах — например, RS-422). Интерфейс не обеспечивает гальванической развязки устройств. Логической единице (состояние MARK) на входе данных (сигнал RxD) соответствует диапазон напряжения от – 12 до –3 В; логическому нулю — от +3 до +12 В (состояние SPACE). Для входов управляющих сигналов состоянию ON (“включено”) соответствует диапазон от +3 до +12 В, состоянию OFF (“выключено”) — от –12 до –3 В. Диапазон от –3 до +3 В — зона нечувствительности, обусловливающая гистерезис приемника: состояние линии будет считаться измененным только после пересечения порога (рис. 3). Уровни сигналов на выходах передатчиков должны быть в диапазонах от –12 до –5 В и от +5 до +12 В. Разность потенциалов между схемными землями (SG) соединяемых устройств должна быть менее 2 В, при более высокой разности потенциалов возможно неверное восприятие сигналов.

Интерфейс предполагает наличие защитного заземления для соединяемых устройств, если они оба питаются от сети переменного тока и имеют сетевые фильтры.

Рис. 1. Уровни сигналов RS-232C

Рис. 2. Кабели подключения модемов

Рис. 3. Нуль-модемный кабель: а — минимальный, б — полный

Подмножество сигналов RS-232C, относящихся к асинхронному режиму, рассмотрим с точки зрения COM-порта PC. Для удобства будем пользоваться мнемоникой названий, принятой в описаниях COM-портов и большинства устройств (она отличается от безликих обозначений RS-232 и V.24). Назначение сигналов интерфейса приведено в табл. Нормальную последовательность управляющих сигналов для случая подключения модема к COM-порту иллюстрирует рис. 4.

Назначение сигналов интерфейса RS-232C