- •Московский инженерно-физический институт
- •2. Накопители на магнитных лентах и дисках 19
- •3. Структура дисковой памяти 35
- •4. Накопители на оптических дисках 47
- •Раздел 2 «устройства ввода-вывода графической информации (Дигитайзеры, сканеры, плоттеры) 54
- •2. Накопители на магнитных лентах и дисках 21
- •3. Структура дисковой памяти 37
- •4. Накопители на оптических дисках 49
- •Раздел 2 «устройства ввода-вывода графической информации (Дигитайзеры, сканеры, плоттеры) 56
- •2. Накопители на магнитных лентах и дисках 23
- •3. Структура дисковой памяти 39
- •4. Накопители на оптических дисках 51
- •Раздел 2 «устройства ввода-вывода графической информации (Дигитайзеры, сканеры, плоттеры) 58
- •Внешняя память получила своё название ещё и потому, что она подключается к системному блок (компьютеру) аналогично тому, как подключаются и другие периферийные устройства.
- •В такой системе время поиска информации достаточно велико (десятки миллисекунд).
- •Среди компакт-дисков различают три типа:
- •Физические основы записи-считывания на магнитный носитель
- •При считывании информации остаточная намагниченность образует в обмотке считывания магнитной головки сигнал Iсч (см. Рис. 5б).
- •Методы кодирования информации в накопителях
- •2. Накопители на магнитных лентах и дисках
- •Накопители на магнитных лентах До появления магнитных дисков единственными способами организации внешней памяти были накопители на магнитной ленте (нмл) и на магнитном барабане (нмб).
- •2.2. Накопители на магнитных дисках
- •Сервосистема работает следующим образом.
- •3. Структура дисковой памяти
- •Повышение производительности дисков
- •3.2 Физическая и логическая организация дисков
- •Несколько важных замечаний !
- •4. Накопители на оптических дисках
- •Общие положения Оптические (лазерные) диски пришли в вычислительную технику из аудио-видеотехники и во многом сохранили параметры, характерные для техники воспроизведения звука и изображений.
- •4.2 Физические основы записи-считывания на оптических дисках
- •Режим однократной записи и многократного считываниядопускает два варианта записи-считывания:
- •Литература
- •Раздел 2 «устройства ввода-вывода графической информации (Дигитайзеры, сканеры, плоттеры)
- •Раздел 1. «Подсистема внешней памяти (взу)» 11
- •1. Физические основы внешней памяти 11
- •2. Накопители на магнитных лентах и дисках 23
- •3. Структура дисковой памяти 39
- •4. Накопители на оптических дисках 51
- •Раздел 2 «устройства ввода-вывода графической информации (Дигитайзеры, сканеры, плоттеры) 58
- •2. Разновидности устройств ввода-вывода графической информации
- •3. Дигитайзеры
- •4. Сканеры
- •Режим 1 –восприятие строки изображения и преобразование её в строчную картину зарядовых пакетов.
- •5. Плоттеры
- •5.1 Разновидности плоттеров
- •5.2. Кинематические схемы перьевых плоттеров
- •5.3 Формирование графического изображения и организация управления пером в плоттере
- •5.4 Вывод символов на плоттерах
- •5.5 Программное обеспечение плоттеров
- •5.6. Растровые плоттеры
- •Раздел3 «Устройства вывода информации на печать (принтеры)
- •Упомянутые выше типы ударных принтеров в настоящее время практически не используются, так как они вытеснены новыми устройствами, имеющими более высокие технические показатели.
- •2. Организация взаимодействия принтера с пэвм
- •3. Способы знакогенерации в знакосинтезирующих принтерах
- •4. Программное управление печатью
- •7. Команды, реализующие дополнительные и вспомогательные возможности.
- •Описание языка pcl (Hewlett Packard Printer Communication Language)
- •Операторы управления принтером
- •Операторы выбора шрифта
- •Операторы управления загрузкой шрифтов
- •Операторы определения новых загружаемых шрифтов
- •Графические операторы
- •Литература:
- •Раздел 4 «Основы видеосистемы компьютера
- •2. Электронно-лучевые трубки и плоские панели
- •4. Растровый принцип вывода изображений и текста
- •4. Управление градациями яркости и цветом в элт- и lcd- дисплеях
- •5. Видеоадаптеры и видеомониторы
- •6. Режимы работы растрового дисплея
- •6.1. Графический режим
- •6.2. Текстовый режим
- •7. Видео bios и видеосервис bios
- •8. Интерфейсы дисплеев
- •Литература
- •Приложение 1 Характеристики видеоадаптеров. (в хронологическом порядке их появления)
- •Приложение 2 Основные параметры современных дисплеев
- •Раздел 5 «Речевой диалог пользователя с компьютером»
- •Процесс речеобразования и звуки речи
- •1. Признаковое описание речевых сигналов
- •1.1. Спектальное описание речевого сигнала
- •1.2. Клиппирование речевого сигнала
- •1.3. Выделение формантных параметров речи
- •1.5. Автокорреляция речевого сигнала
- •2. Устройства распознавания речи
- •2.1. Разновидности устройств речевого ввода и модель устройства речевого ввода
- •Обобщённая структура устройства распознавания речи
- •2.3 Структура и функции предпроцессора
- •3. Синтезаторы речи
- •3.1 Разновидности синтезаторов речи
- •3.2 Синтезаторы с непосредственным кодированием/восстановлением человеческой речи
- •3.3 Аналоговый синтез формантных частот
- •1. Температура воздуха в Москве
2. Электронно-лучевые трубки и плоские панели
Одним из основных устройств видеосистемы является дисплей – устройство отображения, являющееся оконечным устройством видеосистемы. Несколько упрощая, можно сказать, что дисплеем принято называть устройство, расположенное на системном блоке компьютера или рядом с ним на столе, которое и осуществляет визуализацию выводимых на экран данных – текстовых и графических. Однако, элементы этого устройства могут быть размещены не только в самом устройстве, но и на системной плате компьютера. А если иметь в виду программное обеспечение, осуществляющее подготовку и формирование выводимых данных, видео BIOSи другие программные продукты, то понятие дисплея должно трактоваться более широко. Нисколько не сужая понятие дисплей, отметим что дисплей может быть основан на различных физических принципах: здесь применимы электронно-лучевые трубки, газоплазменные матрицы, жидко-кристаллические индикаторы и другие приборы.
Наибольшее распространение получили дисплеи на электронно-лучевых трубках. Конкурируют с ними (пока ещё проигрывая им по ряду параметров и стоимости) дисплеи на жидкокристаллических панелях – так называемые плоские дисплеи.
Электронно-лучевая трубка (ЭЛТ) представляет собой вакуумный прибор с электромагнитной системой отклонения луча, которая характерна и для телевизионных, и для компьютерных мониторов.
Первые дисплеи на ЭЛТ появились ещё до персональных ЭВМ, и в них кроме ЭЛТ с окружающими её схемами генераторов развёртки и видео-усилителей находились и узлы, формирующие изображение (чаще ал- фавитно-цифровое). Такие дисплеи применяются и сейчас как терминалы многопользовательских машин (например, систем UNIX). В ПЭВМ узлы, формирующие изображения, «переехали» в системный блок, в результате дисплей, как оконечное устройство видеосистемы упростился и стал похож на монитор, применяемый в телевидении.Монитор содержит только ЭЛТ с видео-усилителями сигналов яркости лучей, генераторы развёрток, блок питания и схемы управления этими узлами.
Существенное влияние на технические характеристики дисплея в целом оказывает ЭЛТ, которая определяет характеристики эргономического типа: разрешение, шаг луча по горизонтали, яркость, контрастность, утомляемость пользователя и др.
Схема, поясняющая конструкцию ЭЛТ на примере монохромного дисплея приведена на рис. 2.1,а.
Схема, приведённая на рисунке иллюстрируют простейшую трубку, которая уже не используется в современных дисплеях, но позволяет понять принцип действия ЭЛТ, без которого сложно понять работу дисплея в целом. Схема трубки содержит:
1. Электронную «пушку» – источник электронов;
2. Управляющую сетку – электрод, осуществляющий модуляцию луча в трубке;
3.Фокусирующую систему;
4. Отклоняющую систему, управляющую отклонением луча по строке и кадру;
5. Анод – электрод, на который подаётся высокое напряжение (несколько киловольт), обеспечивающее движение электронов от пушки к экрану трубки.
Внутренняя поверхность дна трубки покрыта специальным веществом – люминофором, частицы которого светятся, когда на них попадает пучок электронов. При хорошей фокусировке луча светящийся люминофор обеспечивает высокую чёткость и разрешающую способность трубки. Фактически определяет эти параметры генераторы развёрток (кадровой и строчной).
На рис. 2.2,б приведена конструкция ЭЛТ с улучшенной фокусировкой фирмы Flatron(диагональ экрана 17 дюймов – 43 сантиметра). На рисунке цифрами помечены:
1. Плоский экран электронно-лучевой трубки;
2. Специальное цветное покрытие;
3. Защитное стекло;
4. Блок фокусировки;
5. Корпус трубки;
6. 0,24-мм щелевая маска;
7. Рамка ограждения.
В цветных мониторах люминофор неоднороден – имеется три типа частиц в материале люминофора, каждая из которых при попадании на неё электронов даёт свечение своим, так называемым базовым цветом – красным, зелёным, синим (R,G,B). Соответственно, в трубке имеются три электронных
пушки, каждая из которых «обстреливает» только «свои» частицы люминофора.
Электронные лучи всех трёх пушек синхронно сканируют экран. Управляя интенсивностью каждого из электронных лучей (величина тока луча) с помощью модуляторов, получают требуемый цвет изображения каждой точки экрана. Таким образом, в трубке строится три изображения – красное, зелёное и синее, которые, складываясь на экране, (аддитивная модель цветности) дают цветное изображение. Существуют различные технологии построения цветных ЭЛТ, различающихся типом модели цветности, способом наведения лучей на «свои» частицы люминофора и другими технологическими параметрами трубок.
Классической является ЭЛТ с теневой маской (ShadowMask). Её экран покрывается не сплошным и однородным слоем люминофора, а отдельными зёрнами-триадами, состоящими из трёх крупиц люминофора, которые при попадании на них потока электронов светятся базовыми цветамиR-красным,G-эелёным,B- синим. Интенсивность свечения определяется током луча, поэтому базовые цвета в точке экрана могут либо вообще отсутствовать, либо иметь разную интенсивность, что обеспечивает более широкую цветовую гамму. Крупицы триад имеют строго фиксированное относительное расположение, а сами триады наносятся на внутреннюю поверхность дна ЭЛТ в виде равномерной матрицы. Крупицы каждого цвета «обстреливаются» из отдельной пушки черезтеневую маску с отверстиями, расположенными в соответствии расположением зёрен матрицы люминофора. Точность попадания лучей в свои крупицы обеспечиваются точностью изготовления трубки, параллельностью установки теневой маски по отношению к экрану трубки и настройкой системы сведения лучей в мониторе. На рис.2.2,а приведена теневая маска и фрагмент экрана трубки.
В трубках фирмы Trinitronприменяются объединённая пушка с тремя лучами. В ней используетсяапертурная решётка (AppertureGrilles). Люми- нофор нанесён на вертикальные нити (каждая нить своего «цвета»), выстроенные частоколом. Вместо теневой маски используется решётка из вертикально натянутых тонких струн (см. рис 2.2,б).
В ЭЛТ со щелевой маской (SlotMask) вместо круглых отверстий имеются вертикальные щели, а форма пятен цветного люминофора иная (см. рис. 2.2,в).
Дисплеи на ЭЛТ имеют два неустранимых недостатка – большие габариты (объём) и большую потребляемую мощность. Это особенно важно для портативных компьютеров (ноутбуков).
За последние несколько лет появился достаточно широкий спектр так называемых плоских экранов (панелей), удовлетворяющих основным требованиям, предъявляемым к дисплеям:
1. Хорошая «читаемость» изображений,
2. Высокая разрешающая способность,
3. Быстрая реакция на изменение изображения,
4. Низкое энергопотребление,
5. Малый вес,
6. Простое управление панелью,
7. Воспроизведение широкой цветовой гаммы.
В дисплеях с плоским экраном, получивших в литературе название «плоский дисплей», используются различные физические принципы для обеспечения свечения точек плоской панели. Различают следующие типы дисплеев:
1. Дисплеи на жидкокристаллических (ЖК) панелях – LCD-дисплеи (Liqu-idCrystallDisplay),
2. Газоплазменные панели (GasPlasma),
3. Электролюминисцентные дисплеи (EL),
4. Светодиодные матрицы,
5. Дисплеи на светящихся полимерных полупроводниках (LEP).
Мониторы на ЖК-панелях (LCD-панелях) в настоящее время занимают более половины рынка для переносных компьютеров и значительную часть рынка для ПЭВМ настольного типа.LCD-панель работает с использованием принципаоптической поляризации отражённого или проходящего света под действием электрического поля.На рис.2.3 приведена структураLCD-панели.
LCD-панель представляет собой «бутерброд», состоящий из 2-х стёкол с поляризационными решётками. ЖК-вещество, помещённое между стёклами, способно изменять направление (вектор) поляризации проходящего света в зависимости от состояния молекул ЖК-вещества. При отсутствии электрического поля направление поляризации меняется на 90, а в панелях, изготовленных по технологииSTN(SuperTwistedNematic), поворот угла поляризации достигает 270. Под действием электрического поля молекулы ЖК-вещества «распрямляются», и угол поворота уменьшается. В сочетании с поляризационными решётками стёкол можно управлять прозрачностью эле-мента экрана, изменяя величину электрического поля.
Таким образом, дисплейная панель представляет собой большую матрицу ячеек, каждая из которых находится на пересечении вертикальных и горизонтальных проводников (см. рис.2.3).
Существует две разновидности матриц – пассивная и активная.
В пассивной матрице (PassiveMatrix) на жидкие кристаллы воздействует поле самих координатных проводников при пропускании по ним импульсов тока. Ячейкам пассивной матрицы свойственна инерционность порядка 300 – 400 миллисекунд. Специально для таких экранов применяется особый режим отображения указателя мыши на экране (курсора). За указателем тянется шлейф, без которого быстро перемещаемый указатель визуально теряется.
В активной матрице (AktiveMatrix) каждая дисплейная ячейка (см. рис.2.4) управляется транзистором (ТЯ- транзисторной ячейкой), которой, в свою очередь, управляют через координатные проводники, что приводит к увеличению контрастности свечения ячейкиLCDи уменьшению инерционности матрицы ячеек. Цветные матрицы имею более сложные транзисторные ячейки, состоящие из 3-х транзисторных элементов управления базисными цветами (R,G,B)/
Таким образом, плоские TFT(ThinFilmTransistor)LCD-дисплеи представляют собой «бутерброд» из двух стёкол, между которыми расположены слои: ЖК-вещество и матрица тонкоплёночных транзисторов.
Тонкоплёночный транзистор (TFT), применяется при производстве активных ЖК-матриц. Его размеры составляют всего 10 нм, поэтомуTFTдостаточно сложны в изготовлении. А если учесть, что для создания 15-дюймовогоLCD-монитора необходимо использовать около 2,5 млн.
транзисторов, то становится понятно, почему цены на ЖК-панели до недавнего времени были столь высоки.
На переднем и заднем стёклах ЖК-панели нанесены поляризационные решётки с взаимно перпендикулярными направлениями вектора поляризации. ЖК-прослойка при отсутствии электрического поля поворачивает угол поляризации проходящего света на 90, благодаря чему «бутерброд» становится прозрачным для проходящих лучей. Под действием электрического поля от напряжения, подаваемого транзистором каждой ячейке матрицы, угол поляризации может быть уменьшен до 0. Чем больше приложенное напряжение, тем меньше угол поворота вектора поляризации и тем прозрачней будет ячейка ЖК-вещества. Инерционность ячеек активной матрицы составляет 20-30 мс, что позволяет воспроизводить «живое видео» и динамические картинки.
В цветных дисплеях каждая точка экрана состоит из 3-х составляющих, каждая из которых снабжена своим светофильтром (R,G,B). Управляя тремя транзисторными схемами точки экрана, можно изменять его цвет и яркость.
Разрешающая способность по цвету у LCD-мониторов пока ниже – 6 бит на цветовой канал, так что 24-битовый режимTrueColor(дополнительные цвета, цветовые полутона) они могут только эмулировать (имитировать).
Размер пикселя LCD-монитора близок к зерну ЭЛТ-монитора:
дисплей с диагональю экрана 15 дюймов с разрешением 1024х768 имеет размер пикселя около 0,3 мм;
дисплей с диагональю экрана 18 дюймов с разрешением 1280х1024 – около 0,28 мм.
Из-за инерционности LCD-монитора (20-30 мс) не требуется высокой частоты развёртки – даже при частоте кадровой развёртки в 60 Гц мерцания экрана нет.
LCD- мониторы не лишены недостатков:
- контрастность LCD-мониторов несколько ниже, у ЭЛТ- мониторов
качество изображения зависит от угла наблюдения;
невозможность смены разрешения экрана;
ещё сравнительно высока стоимость монитора.