2.Інтерфейс cl (Current Loop).

Це інтерфейс який призначений для передачі даних на великій відстані до 1200м. В цьому інтерфейсі використано багато алгоритмічних рішень інтерфейсу RS232 і він теж радіальний, послідовний, дуплексний, асинхронний. За режимами функціонування він аналогічний RS232 (ці ж швидкості обміну), аналогічний формат слів. Основною відмінністю є електричні сигнали, які в цьому інтерфейсі струмові.

Для логічної зв’язку використовується індивідуальні 2 провідники один з яких вважається прямим від передавача до приймача а другий зворотній від приймача до передавача. Ці два провідники утворюють струмову петлю, яка у цьому інтерфейсі може бути двох типів:

• 20 мА. При цьому логічна одиниця кодується величиною струму від 15-25 мА а логічний нуль 0-3 мА.

• 40 мА. При цьому логічна одиниця кодується струмом 30-50мА, а нуль від 0-5мА.

Кожна лінія зв’язку має гальванічну розв’язку від електронних вузлів комп’ютера та ПП. В багатьох випадках гальванічна розв’язка реалізовується на оптоволоконних парах. Ці мікросхеми називаються оптрони.

В інтерфейсі, як правило, використовується тільки 2 лінії зв’язку (TXD та RXD). Тому використовується програмне управління обміну інформації між пристроями. При невеликих відстанях між пристроями можуть використовуватись ще 2 додаткові лінії зв’язку із сигналами готовності передавача і готовності приймача, що прискорює процес організації взаємодії між пристроями. Використання гальванічних розв’язок захищає електронні вузли комп’ютера та ПП від впливу завад високої потужності або від нештатного попадання у лінії зв’язку напруги силових мережевих ліній або інший сигналів.

Інтерфейс реалізовується на тих самих ВІС контролерів RS232C. Основною відмінністю є мікросхеми перетворення рівнів сигналів використовуються мікросхеми CL(для передавання)->ТТЛ(для приймання).

Лекція 3.2. Основні характеристики, склад і призначення ліній зв'язку, особливості обміну інформацією і виконання основних операцій інтерфейсів MIL-1553B, клавіатури.

Інтерфейс MIL-1553B (МПК)

МПК – послідовний мультиплексорний канал. Цей інтерфейс призначений для побудови завадостійких периферійних підсистем які можуть функціонувати в середовищах з високою інтенсивністю завад. Це магістральний, послідовний, напів-дуплексний асинхронний інтерфейс. Інтерфейс передбачає взаємодію контролера (К), який є складовою частиною комп’ютера та до 31 периферійного пристрою, які в даному інтерфейсі називаються кінцевими пристроями (КП). Пристрої під’єднуються до магістралі короткими відведеннями через імпульсні трансформатори. Магістраль реалізована через скрутку провідників, які поміщуються в екрані. Структура з’єднання пристроїв показана на рис.1. (наводиться рисунок)

Магістраль з обох сторін узгоджується резисторами R_y величиною 75 Ом, усі пристрої гальванічно розв’язані через імпульсні трансформатори та захисні резистори R₃ величиною 56 Ом. Магістраль з обох сторін підєднується одним провідником до сигнальної землі і до екрану. На магістралі використовуються імпульсні сигнали із фазо-маніпульованим кодуванням яке названо Манчестер2. Особливості цього кодування є те, що посередині такту логічна одиниця та логічний нуль кодуються взаємо-протилежними перемиканням сигналу, це показано на рис.2., де на рис.2.а показано кодування логічної одиниці, а на рис.2.б логічного нуля. (t-тривалість одного такту, u-розмах сигналу).

а) б)

Рис.2.

Величина сигналу Uc для передавача має бути в межах 3-10В. А для приймача в межах 1-10В. Тривалість такту Т 1мксек, відповідно швидкість обміну даними в установленому режимі складає 1 Мбіт/сек. Взаємодія між пристроями реалізується окремими словами, які можуть бути 3 типів:

• Інформаційне слово (ІС).

• Командне слово (КС).

• Слова відповіді (ВС).

Всі слова тривалістю 20 тактів і мають 3 базових поля:

• Поле синхронізації для синхросигналів 3 такти.

• Змістова частина в 16 тактів.

• Поле контролю тривалістю 1 такт.

Слова відрізняються змістовою частиною. Змістова частина показана на рис.3 (наводиться рисунок). В інформаційному слові ІНФ- інформація(16т). В командному це АДР-код адреси(5), ЗЧ-код запису/читання(1), КРЖ – код режиму(5), ПДА – під-ардеса(), РЖ – режим (3). В слові відповіді ІСТ - інформація про стан пристрою.

Слова об’єднуються у повідомлення і можуть бути паузи між окремими словами. Ці паузи трьох типів Т1, Т2, Т3. Т1,Т2 – в межах 2мксек, Т3 – 2 і більше мксек. Чотири типи повідомлень:

1. К->КП:КІ,ІС,…,ІС, Т1, КС, Т3

2. КП->К: КС, Т2, ВС, ІС, …, ІС, Т3

3. КП->КП: КС,КС,Т2,ВС, ІС,…,ІС, Т1,ВС,Т3

4. К->КП(Ж): КС, Т2, ВС, Т3

Контролер може передати управління магістраллю на короткий час одному з кінцевих пристроїв і тоді реалізоване повідомлення 3 типу, після цього управління магістраллю повертається контролеру. Стандарт встановлює вимоги щодо організації взаємодії між адаптером кінцевого пристрою і електронного вузлами кінцевого пристрою. Для практичної реалізації цього інтерфейсу випускаються мікросхеми контролерів, адаптерів а також імпульсних трансформаторів. Це полегшує побудову периферійних підсистем.

Лекція 3.3. Основні характеристики, склад і призначення ліній зв'язку, особливості обміну інформацією і виконання основних операцій інтерфейсу USB.

Інтерфейс USB (Universal Serial Bus).

Інтерфейс призначений для побудови периферійних підсистем середньої та високої продуктивності. Це послідовний, напів-дуплексний інтерфейс із складним багаторівневим ієрархічним способом з’єднання компонентів. Перша версія стандарту була подана в 1996 році і з цього часу цей інтерфейс стає перспективним периферійним інтерфейсом і знаходить широке застосування в комп’ютерах. Його перспективність обумовлена наступними чинниками:

1. Простота побудови високоефективних периферійних підсистем.

2. Можливість створення периферійних підсистем із великою кількістю пристроїв(до 127).

3. Можливість створення різних конфігурацій периферійних підсистем, в тому числі автоматичне конфігурування та ре-конфігурування при увімкненому живлені у периферійній системі.

4. Можливість обміну в реальному часі інтенсивними потоками аудіо та відео даними.

5. Простота кабельних з’єднань.

До недоліків можна віднести обмежену максимальну відстань між пристроями в межах 5 метрів.

Інтерфейс передбачає взаємодію двох складових частин:

1. Host комп’ютер

2. Периферійна підсистема.

В периферійній підсистемі розрізняють такі типи пристроїв:

1. Функція.

2. HUB.

3. Комбінований функція-hub.

Периферійна система будується за ієрархічним принципом подібна до багатоярусної піраміди у вершині якої є host-контролер. Host-контролер є складовою частиною комп'ютера на якого покладаються функції організації взаємодії із ядром комп’ютера а також управління периферійною підсистемою.

HUB має порти введення/виведення двох типів. Порт верхнього рівня, через який забезпечується взаємодія із верхнім рівнем периферійної підсистеми і порти нижнього рівня через які забезпечується взаємодія із пристроями даного рівня периферійної системи або із HUB’ами наступного рівня периферійної системи. Максимальна кількість рівнів у периферійній системі 5. В структурі периферійної підсистеми після host-контролера включається кореневий HUB, верхній порт якого з’єднується із host-контролером а нижні рівні використовуються для створення периферійної підсистеми. У HUB’і найчастіше є 2, 4 порти нижнього рівня або рідше 8 портів. Кількість їх не є стандартизованою а визначається схемо-технічними рішеннями певної мікросхеми на якій реалізований HUB. Основні елементи структури периферійної USB системи:

1. USB host controller.

2. USB системне програмне забезпечення.

3. USB клієнтське програмне забезпечення.

4. Фізичні пристрої.

На теперішній час розроблено декілька версій цього інтерфейсу.

Перша версія USB 1.0 була представлена в січні 1995 року.

Технічні характеристики:

високошвидкісне з'єднання — 12 Мбіт/с

максимальна довжина кабеля для високошвидкісного з'єднання — 3 м

низькошвидкісне з'єднання — 1,5 Мбіт/с

максимальна довжина кабеля для низькошвидкісного з'єднання — 5 м

максимальна кількість пристроїв підімкнення (враховуючи )концентратори — 127

можливість підключення пристроїв з різними швидкостями обміну інформацією

напруга живлення для переферійних пристроїв — 5 В

максимальний струм споживання на один пристрій — 500 мA

Версія USB 1.1. Представлена у вересні 1998. Виправлені проблеми виявлені у версії 1.0, в основному пов'язані з концентраторами. Інтерфейс USB 1.1 декларує два режими:|

1)низькошвидкісний підканал (пропускна спроможність - 1,5 Мбіт/с), призначений для таких пристроїв, як миші і клавіатури;|устроїв|

2)високопродуктивний канал, що забезпечує максимальну пропускну спроможність 12 Мбіт/с, що може використовуватися для підключення зовнішніх накопичувачів або пристроїв обробки і передачі аудио- і відеоінформації.

Версія |устроїв||

USB 2.0. Версія представлена у квітні 2000 року. USB 2.0 відрізняється від USB 1.1 лише швидкістю передачі, яка зросла та незначними змінами в протоколі передачі даних для режиму Hi-speed (480 Мбіт/сек). Існує три швидкості роботи пристроїв USB 2.0:

Low-speed 10—1500 Кбіт/c (використовується для інтерактивних пристроїв: клавіатури, мишки, джойстики)

Full-speed 0,5—12 Мбіт/с (аудіо/відео пристрої)

Hi-speed 25—480 Мбіт/с (відео пристрої, пристрої зберігання інформації)

В дійсності ж хоча швидкість USB 2.0 і може досягати 480Мбит/с, пристрої типу жорстких дисків чи взагалі будь-які інші носії інформації ніколи не досягають її по шині USB, хоча і могли б. Це можна пояснити доволі просто, шина USB має доволі велику затримку між запитом на передачу інформацію і саме самою передачею даних («довгий ping»). Наприклад шина FireWire забезпечує максимальну швидкість у 400 Мбіт/с, тобто на 80Мбіт/с меньше чим у USB, дозволяє досягнути більшої швидкості обміну даними з носіями інформації.

Версія USB OTG. Технологія USB On-The-Go розширює специфікації USB 2.0 для легкого з'єднання між собою переферійних USB-пристроїв безпосередньо між собою без задіяння комп'ютера. Прикладом застосування цієї технології є можливість підключення фотоапарату напряму до друкарки. Цей стандарт виник через об'єктивну потребу надійного з'єднання особливо поширених USB-пристроїв без застосування комп'ютера, який в потрібний момент може і не виявитися під руками.

Бездротовий USB. Офіційна специфікація протоколу була анонсована в травні 2005 року. Дозволяє організовувати бездротовий зв'язок з високою швидкістю передачі даних до 480 Мбіт/с на відстані 3 метрів та до 110 Мбіт/с на відстані 10 метрів. Для безпровідного USB часом використовують абревіатуру WUSB. Розробник протоколу USB-IF віддає перевагу практиці іменування протокол офіційно Certified Wireless USB.

Версія USB 3.0. Протокол USB 3.0 знаходиться на стадії розробки і буде передавати сигнал за допомогою оптоволоконного кабелю USB 3.0 планується створити зворотно сумісним з USB 2.0 та USB 1.1

Створенням USB 3.0 займаються компанії: Intel, Microsoft, Hewlett-Packard, Texas Instruments, NEC и NXP Semiconductors.

Теоретична пікова пропускна здатність складає 4,8 Гбіт/с. Специфікація периферійної шини USB була розроблена лідерами комп'ютерної і телекомунікаційної промисловості (Compaq, DEC, IBM, Intel, Microsoft, NEC і Northern Telecom) для підключення комп'ютерної периферії поза корпусом ПК з автоматичною автоконфігурацією (Plug&Play). Перша версія стандарту з'явилася в 1996 р. Агресивна політика Intel по впровадженню цього інтерфейсу стимулює поступове зникнення таких низькошвидкісних інтерфейсів, як RS 232C, Access.bus і тому подібне Проте для високошвидкісних пристроїв строгішими вимогами до продуктивності (наприклад, доступ до видаленого накопичувача або передача оцифрованого відео) конкурентом USB є інтерфейс IEEE 1394.||||||||||зовні||із|||появлялася||||||однак||устроїв|

Взаємодія між пристроями реалізовується диференційними електричними сигналами, коли логічний нуль чи одиниця передаються зміною напруги між двома провідниками D- і D+. Так як використовуються 2 провідники то стандартом передбачено використання 4-контактних з’єднувачів і декілька типів цих з’єднувачів і передбачено стандартизоване під’єднання сигналів до контактів з’єднувачів:

+U; D-; D+; GND

Стандартом передбачено можливість живлення пристроїв периферійної підсистеми від комп’ютера через контакт №1 напругою +5В або +3,3В при обмеженому струмі не більше 50 мА.

В інтерфейсі передбачено відносно просте кодування інформації за способом NRZI. Цей спосіб передбачає перемикання напруги між лініями D- та D+ при кодуванні логічного нуля і відсутність перемикання при кодуванні логічної одиниці.

(де 0 там перемикання)

Рис.2.

В теперішній час випускається багато серійних мікросхем контролерів та HUB’ів інтерфейсу USB, що дозволяє з мінімальними затратами будувати периферійні USB підсистеми різної складності. Прості алгоритми взаємодії пристроїв дозволяють розробляти з відносно невеликими затратами USB програмне забезпечення, тому інтерфейс USB може використовуватись для побудови спеціалізованих периферійних комп’ютерних систем.

Інтерфейс передбачає можливість обніму з різними швидкостями, низькою до 1,5 МБіт/сек., середньою до 12 МБіт/сек., високою до 480 МБіт/сек., і надвисокою більше 480 МБіт/сек. Стандартом визначені певні стани лінії зв’язку і відповідні режими обміну. Серед цих станів найбільш вживані є наступні: Лінійний нуль, коли на D- і на D+ є низька напруга. SEO –Single-Ended Zero.; Стан високої і низької напруги(передача даних перемиканням напруги). Data J, Data K; Стан паузи. Idle State; Стан логічного вмикання шини (просинання шини) Resume State; Початок передавання пакету (старт пакету). SOP (Start of Packet); Кінець пакету. EOP (End of Packet); Логічне під’єднання пристрою до шини. Connect; Логічне від’єднання пристрою від шини. Disconnect; Стан скиду. Reset.

Лекція 4.1. Дискретизація, квантування сигналів. Основні характеристики мікросхем АЦП і ЦАП. Типова структурна схема периферійної підсистеми

Багато джерел інформації, багато давачів інформації мають аналогову природу.Принцип функціонування такої системи в наступному.

В ЕОМ записується функціональне програмне забезпечення (ФПЗ), яке орієнтоване на особливості функціонування конкретної системи. Інформацію про стан ОАС формують здавачі і аналогові сигнали поступають на вхід АЦП. Вихідні сигнали АЦП через МК та КІ поступають до комп’ютера, де опрацьовуються у відповідності із ФПЗ і результати опрацювання подаються у зворотньому напрямку через КІ та МК на вхід ЦАП. Вихідні сигнали ЦАП поступають на виконавчі елементи, які можуть змінювати стан ОАС у відповідності із заданими алгоритмами функціонування системи. Така система функціонує переважно в реальному масштабі часу із наперед встановленими затримками в часі, щодо зміни стану ОАС. В деяких випадках може бути відсутня нижня ланка структурної схеми (тобто відсутні виконавчі елементи ЦАП) і така система тільки приймає та опрацьовує інформацію, зберігає, формує блоки даних в інтересах користувача.

{A_i} f(t)

{B_i} φ(t)

Рис.1

АЦП -аналогово-цифровий перетворювач ;

ЦАП - цифрово- аналоговий-перетворювач ;

F(t), φ(t) –вхідні і вихидні аналогові сигнали ;

{A _i},{B_i} – вхідні і вихідні цифрові дані ядра КС .

УП1і УП2 –узгоджуючий пристрій

ІВВ,ІВИВ –інтенсивність вводу-виводу даних ;

KI - контролер інтерфейсу;

МК - мікроконтролера;

ОАС – об’єкт(пристрій) з аналоговими сигналами;

ДІ – давачі інформації;

ВЕ - Виконавчі елементи

F(t), φ(t)

{A _i}Множини цифрових сигналів

ПІ – периферійний інтерфейс

Систему за структурною схемою рис.2.1 переважно називають цифровою управляючою системою (ЦУС). Систему за структурною схемою рис.2.1а (без нижньої ланки) відносять до класу інформаційно-вимірювальних систем (ІВС). В системах розглянутих класів і також в інших системах виникає необхідність аналогово-цифрових та цифро-аналогових перетворень. Ці перетворення повинні відбуватись за певними правилами, які мають забезпечити розв’язання прикладних задач при раціональному використанні апаратно-програмних засобів системи.

Ці правила визначаються процесами дискретизації та квантування сигналів. Ці процеси мають бути реалізовані таким чином, щоб в системі використовувалось достатньо інформації про стан об’єктів з аналоговими сигналами. Ця кількість не може бути надто малою, так як тоді може відбутись втрата інформативності про стан об’єкту, що приведе до неправильних сигналів управління фі(t) і об’єкт з аналоговими сигналами перестане нормально функціонувати а це може привести до аварійних ситуацій. При занадто великій кількості інформації необхідно використовувати високопродуктивні комп’ютерні засоби, що веде до збільшення вартості системи.

Рекомендації щодо раціонального вибору режиму функціонування системи на основі процесів дискретизації та квантування розглянемо на основі рисунку 2.2. Де на рис.2.2.а показана довільна форма аналогового сигналу f(t), на рисунку 2.2.б показано процес дискретизації а на рисунку 2.2.в процес квантування. На рис.2.2в сигнал приймаємо до найближчого більшого/меншого рівня (тобто не може бути U між U1 та U2.

Рис.2.

Процес дискретизації це заміна неперервного аналогового сигналу f(t) множиною вибірок миттєвих значень Аі^* в дискретні моменти часу t_i. інтервал часу Δt між двома сусідніми виборками називається кроком дискретизації, отже дельта Δt = t _i-1 – t _i. Якщо дельта t постійна то це рівномірна дискретизація. Якщо Δt то це нерівномірна дискретизація. Переважно використовується рівномірна дискретизація. Для рівномірної дискретизації часто використовують таку характеристику як частота дискретизації Fд= 1/ Δt >= 2Fв. Частота дискретизації є надзвичайно важливою характеристикою процесу дискретизації, і ця характеристика повинна вибиратись за наступними правилами і рекомендаціями. Згідно формул Найквіста або теореми Котельника крок дискретизації має відповідати співвідношенням 1 і 2. Для кроку дискретизації Δt < 1 / 2Fв, для частоти дискретизації Fд= 1/ Δt >= 2Fв, де Fв – верхня частота частотного спектру аналогового сигналу.

Відомо, що довільний неперервний аналоговий сигнал можна розкласти у ряд Фур’є гармонічних коливань при заданій точності перетворення, частотний спектр обмежують певним значенням верхньої частоти Fв. Для синусоїдальних чи косинусоїдальних сигналів під Fв можна приймати відповідну частоту. Для практичного застосування використовуються співвідношення 2.3

Fд=(5-10)Fв. (2.3)

Процес квантування це заміна кожного миттєвого значення вибірок на найближче фіксоване значення із множини фіксованих значень Uj. Зміна значення аналогового сигналу між 2-ма фіксованими величинами ΔU називається квантом перетворення. Квант перетворення безпосередньо визначає похибку перетворення, і для заданої похибки перетворення δ має виконуватись співвідношення 2.4

ΔU<= δ (2.4)

Кількість фіксованих рівнів Uj визначається діапазоном зміни величини аналогового сигналу а також величиною кванту перетворень. Ця кількість переважно подається у двійковій системі числення. Кількість фіксованих значень n розраховують за формулою 2.5

, (2.5)

де Е – знаходження найближчого більшого цілого числа.

В теперішній час АЦП та ЦАП серійно випускаються як великі інтегральні схеми (ВІС) і їхніми основними технічними характеристиками є наступні:

Для АЦП:

1. Діапазон зміни величини вхідного аналогового сигналу(тобто Umax та Umin). Переважно використовуються АЦП напруга-код, де вхідних сигналом є напруга переважно в діапазоні 1-10В.

2. Кількість двійкових розрядів, якими подається вихідний цифровий код АЦП тобто N. для серійних АЦП в межах 8-16 двійкових розрядів, деякі прецизійні АЦП можуть мати і до 24 розрядів. Якщо 6 розрядів.

3. Час перетворення або швидкодія АЦП. Він має бути менший за Δt. В межах від мілісекунд до долей мікросекунд.

Для ЦАП:

1. Розрядність вхідного двійкового коду. Ті самі діапазони що для АЦП.

2. Діапазон зміни вихідного сигналу. Переважно ЦАП формує вихідний струмовий сигнал і для отримання необхідного напругового сигналу із заданою вихідною потужністю. В переважній більшості після ЦАП включають операційні підсилювачі.

3. Час перетворення. Так як і в АЦП.

Якщо в системі необхідно перетворювати цифрові сигнали в декілька аналогових сигналів з невеликим значенням Fв, то тоді можна використовувати один перетворювач поставивши на вході АЦП комутатор аналогових сигналів. В окремих випадках для забезпечення високої точності перетворень на вході АЦП ставлять спеціальний вузол миттєвої вибірки і запам’ятовування аналогового сигналу, який забезпечує постійне значення аналогового сигналу на вході АЦП протягом всього часу одного перетворення. Для вихідних сигналів фі(t) на кожен вихідний канал потрібно використовувати окремий ЦАП.

Лекція 5.1. Класифікація, загальні характеристики, принципи кодування текстової інформації.Принципи побудови, характеристики, структурні схеми пристроїв ручного уведення текстової інформації. Принципи побудови, характеристики, структурні схеми пристроїв автоматизованого уведення текстової інформації.

Основною особливістю цих пристроїв є спосіб представлення інформації. Для текстової інформації використовуються символи, які певним чином кодуються. Пристрої введення призначені для формування та передавання до ядра комп’ютера кодів про текстовий документ. Пристрої виведення призначені для приймання від ядра комп’ютера кодів і формування текстового документа.

Символи є основним елементом набору текстових документів. Вони діляться на два класи:

1. Графічні символи, які діляться на такі підкласи:

• цифри (10 цифр 0-9)

• букви. Об’єднуються в алфавіти. Через велику кількість букв є проблема їх ефективного кодування

• псевдо-графічні символи (. , ? ! + - і т.д.)

2. Керуючі символи, які використовуються для організації систем передачі інформації. Вони також стандартизуються і певним чином кодуються.

Для кодування символів використовуються таблиці кодування, які характеризуються кількістю двійкових розрядів і відповідною кількістю символів, які можуть бути закодовані. Найбільш поширеною на даний час є 8-бітова таблиця кодувань, яка забезпечує можливість кодування 256 символів. Часом використовуються 7-бітова таблиця кодувань на 128 символів. На таблиці кодувань розроблені стандарти. Найбільш поширеним є стандарт ASCII, так званий базовий 7-розрядний і розширений 8-розрядний стандарт ASCII. Цей стандарт орієнтований на англомовний алфавіт. А для багатьох національних алфавітів розроблені модифікації стандарту ASCII коли замість резервних кодів і рідко вживаних псевдографічних символів вставляються національні алфавіти. Це суттєвий недолік 8-бітових таблиць кодувань, які ускладнюють процес використання багатьох програмних продуктів, розроблених на основі різних таблиць кодувань. Для усунення цих недоліків міжнародних комітет із стандартизації запропонував концепцію і майже розробив стандарт 16-бітової таблиці кодування. В цій таблиці є місце для переважної більшості національних алфавітів, в тому числі і для ієрогліфів. Використання 16-розрядних кодів або юні кодів, дещо гальмується тим, що програмні продукти є несумісними із програмними продуктами на 8-бітових кодах.

До найбільш поширених пристроїв можна віднести клавіатуру, це конструктивно та функціонально завершений ПП, який при натисканні певної клавіші формує і передає послідовним кодом код відповідного символу. Основними компонентами клавіатури є такі вузли:

Матриця клавіш, які з’єднані сіткою провідників (умовно їх назвемо провідниками координат X та Y) із нормально розімкнутими контактами у вузлах перетину провідників цих X та Y. При натисканні клавіші реалізовується електричне з’єднання у певному вузлі провідників X та Y. Кількість клавіш поза сотню і діляться на символьні та функціональні.

Вузол управління, який забезпечує постійне і циклічне опитування провідників координат X імпульсними сигналами, читання імпульсів на провідниках координат Y, при натисканні певної клавіші реалізовується ідентифікація натиснутої клавіші. Формування відповідного пін-коду. Перевірка багаторазового повторення сигналу від натиснутої клавіші. Формування коду символу або коду функціональної клавіші і передача його через інтерфейсний зв’язок до ядра комп’ютера.

Вузол індикації, який має кілька індикаторів про режими роботи клавіатури.

Алгоритм роботи клавіатури забезпечує надійне формування коду натиснутої клавіші, усуває вплив завад а також вплив неідеального замикання нормально розімкнутого контакту у вузлі перетину контакту провідників X та Y.

Основним недоліком ручного введення є мала швидкість введення інформації, яка визначається в основному кваліфікацією оператора.

Пристрої напівавтоматизованого введення інформації. Призначені для введення інформації про текстовий чи графічний документ з мінімальною участю оператора-користувача. Процес автоматизованого введення можна поділити умовно на 3 етапи:

1. Читання документу

2. Попереднє опрацювання прочитаної інформації

3. Формування кодів про прочитаний документ

Етап читання оснований на оптичних властивостях текстових документів відбивати світло із різною інтенсивністю від контурів зображень у порівняні із відбитим світлом від чистого фону носія, переважно паперу. На документ, який автоматизовано читається направляється світло. Відбите світло від невеличких плямок – піксел поступає на оптичну систему, потім на фото приймачі на виході яких формується електричний сигнал, пропорційний інтенсивності відбитого світла. Електричний сигнал поступає на аналогово-цифровий перетворювач, який перетворює аналоговий сигнал в цифровий код. Опрацювання таким способом усього документу називають сканування, а відповідні пристрої сканерами. З метою мінімізації вартості автоматизованого введення інформації, другий і третій етап покладаються на засоби комп’ютера. Для текстових документів на 2-ому етапі прочитана інформація опрацьовується за певними алгоритмами, які визначають початок закінчення тексту, рядка, слова, символу. На основі топологічних та геометричних характеристик формується попередній опис прочитаного символу. На 3 етапі реалізовується розпізнавання прочитаного символу, порівнянням із бібліотекою еталонних описів символів, які зберігаються в пам’яті комп’ютера. При співпадінні із заданою мірою відповідності з одним із еталонних описів символу, прочитаному символу встановлюється відповідних код і передається до пам’яті через топографічні дефекти тексту, через дію завад, через недосконалість алгоритмів може бути помилкове розпізнавання або відмова від розпізнавання. Тоді на місці прочитаного символу встановлюється наперед визначений символ чи пусте місце. Для покращення якості введення інформації процес автоматизованого введення має інтерактивний режим, коли користувач може виправити відмови або помилки розпізнавання.

Лекція 5.2. Принципи побудови, характеристики, структурні схеми пристроїв реєстрації текстової інформації (принтерів).

Для формування документів формату А4 і в окремих випадках А3 використовуються принтери.

Пристрої реєстрації класифікуються також за способом формування зображень. До найбільш поширених відносять:

1. Механічні ударної дії.В таких пристроях зображення формується ударом шрифтоносія через зафарбовану стрічку на носій. Залишок фарби залишається на папері. Для формування символів (друку символів) переважно використовується матриця крапок. Для задовільної якості документів достатньо матриці розміром 9х9 крапок. Для середньої якості використовуються матриці крапок більшої розмірності 16х16, 24х24. Розмірність матриці ускладнюється конструкторсько-технологічними рішеннями (безкінечно цю розмірність збільшувати не можна). Одна крапка формується мікроциліндром (голкою), який електромагнітом посилається на папір. Мікропружинкою мікроцилінд повертається в початковий стан. Такі принтери ще називають ударними матричними принтерами із матрицею головок.

Переваги:

• проста технологія виготовлення і відповідно низька вартість принтерів- низька вартість витратних матеріалів.

Недоліки:

• низька якість друку

• низька швидкодія

• малі показники надійності (багато механічних вузлів, які ламаються)

• високий рівень шуму

Ці недоліки обмежують застосування ударних матричних принтерів.

2. Струменеві. Контури зображення формуються із керованими струменями капель рідкої фарби (спеціального чорнила), яка посилається на папір, висушуються формуючи таким чином зображення. Основним компонентом пристрою є друкуюча головка. Вона містить матрицю тонких трубочок, які з’єднані із резервуаром наповненим рідким чорнилом. Напівгерметична конструкція не дозволяє самовитоку фарби із трубочок. На виході мікротрубочок монтовані елементи, які керовано формують вихід капель чорнила. Найчастіше ці елементи реалізовані на основі терморезисторів або п’єзопластин. При подачі імпульсу на терморезистор він швидко нагрівається до високої температури, чорнило біля нього переходить у газоподібний стан, утворюється ніби мікровибух і капля чорнила вилітає із трубочки. Після зняття імпульсу струму терморезистор охолоджується і чорнило із чорнильніці доповнює вміст трубочки. П’єзопластина також керується імпульсом струму і від дії деформації формується на виході капелька чорнила.

Переваги:

• висока якість друку.

• Проста можливість формування різнокольорових документів.

• Низька вартість принтерів і відносно невелика вартість витратних матеріалів.

• Низький рівень шуму.

Недоліки:

• Мала продуктивність (швидкість) друку.

• Низькі показники надійності друкуючої головки.

• Через вихід з робочого стану п’єзопластин.

• Через засихання чорнила у трубочках після тривалого простою принтера.

3. Лазерні (електрографічні). Контури зображення документів формуються керованим променем лазера, який опрацьовує спеціальну поверхню барабана, що має властивість змінювати полярність електричного заряду під дією світла. Одним із компонентів принтера є картридж, який має барабан, поверхня якого покрита плівкою із напівпровідникового матеріалу (переважно на основі селену). Ця заряджена плівка має властивість змінювати полярність електричного заряду під дією світла. В картриджі є резервуар із негативно-зарядженим порошком фарби (тонером). В початковому стані поверхня барабану заряджається мінусовим зарядом, повертаючись навколо осі на певній ділянці барабану керований променем лазера наноситься прообраз зображення і в місцях засвітки лазера поверхня барабану змінює свій заряд на додатній. Повертаючись навколо осі, барабан відтиском залишає порошок фарби на папері, переміщуючись далі порошок на папері розплавлюється та висушується формуючи зображення. Барабан повертаючись навколо осі перезаряджається знову мінусовим зарядом, порошок фарби відштовхується (мінус від мінуса) і осипається в резервуар, поверхня барабану додатково очищується від фарби мікрощіточками і поверхня знову готова до наступного циклу роботи.

Переваги:

• Висока якість друку.

• Висока швидкість друку.

• Низький рівень шуму.

• Високі показники надійності.

Недоліки:

• Висока вартість принтерів.

• Висока вартість витратних матеріалів, так як після певної кількості копій поверхня барабану втрачає свої характеристики і цим погіршуючи якість друку.

• Складність отримання різнокольорових документів, яка веде до збільшення вартості принтера.

Наявні переваги лазерних принтерів забезпечують широке використання і вони вважаються найбільш перспективними.

Лекція 6.1. . Фізичні основи запам’ятовування, запису, читання інформації, особливості, основні технічні характеристики, принципи побудови та функціонування магнітних ЗЗП.

Зовнішні запамятовуючі пристрої (ззп).

Основне технічне призначення – це зберігання великих масивів інформації. Ці пристрої класифікують за різними ознаками . За фізичним способом запам’ятовування інформації розрізняють:

1. магнітні ; оптичні ; напівпровідникові.

Назва вказує, що в них використовується відповідно магнітні, оптичні і напівпровідникові властивості носіїв інформації.

Є ще показник вартості, потужності. Вводиться показник, як питома вартість зберігання 1Мб інформації. Загальна вартість ділиться на кількість Мб і отримується питома вартість.

За способом доступу до пам’яті:

• з прямим доступом ; з послідовним доступом

За способом запису інформації

• ЗЗП з одноразовим записом; ЗЗП з багаторазовим записом.

Основні технічні характеристики ЗЗП:

• Ємність ЗЗП (чим більше тим ефективніше ЗЗП. Сотні ГБайт)

• Швидкість обміну інформацією між ЗЗП та ядром комп’ютера (чим більша швидкість тим вища ефективність ЗЗП. Десятки-сотні Мбайт/сек)

• Час пошуку інформації (чим менший час тим ЗЗП ефективніше. мсек. і долі мсек.)

Магнітні ЗЗП.

Це традиційні ЗЗП, які застосовуються починаючи з перший комп’ютерів і до теперішнього часу. Носієм інформації переважно є магнітна плівка із магнітотвердого матеріалу, який під дією зовнішнього магнітного поля може переводитися в один із 3-ох стабільних станів намагніченості, а саме:

• Розмагніченості стан (стан 0), який відповідає центральній частині петлі гістерезиса.

• Стан додатного намагнічення (+), який відповідає верхньому стану насичення петлі гістерезиса.

• Стан від’ємного намагнічення (-), який відповідає нижньому стану насичення петлі гістерезиса (наводиться рисунок).

Для запису/читання інформації використовується спеціальні схемо технічні та конструктивні рішення. Переважно використовуються рухомі механічні вузли, які забезпечують взаємне переміщення магнітної плівки відносно засобів запису/читання інформації. Основними елементами запису/читання інформації є магнітні головки, які мають наступні особливості. Магнітна головка запису має магнітне осердя із розрізом на яке намотана шпулька провідників. Вона під’єднана до джерела струму, яке може формувати імпульси запису додатної чи від’ємної полярності, які формують у магнітному осерді магнітний потік двох напрямків у відповідності із полярністю імпульсів. Процес запису інформації можна пояснити рисунком (наводиться рисунок).

Напрям магнітного потоку Ф в магнітному осерді залежить від полярності імпульсу запису і може змінюватись на 180 градусів (визначається правилом правої руки). У місці розрізу магнітного осердя, силові магнітні лінії потоку Ф розсіюються утворюючи сферу магнітних силових ліній. Магнітні силові лінії перемагнічують магнітну плівку в 1 із трьох стабільних станів залежності від напряму та потужності магнітного потоку. Одним імпульсом запису перемагнічується невеличка плямка на поверхні плівки, записуючи логічних нуль або одиницю у відповідності із прийнятим способом кодування інформації. За рахунок переміщення плівки відносно магнітної головки записується необхідна інформація. На ефективність процесу запису інформації впливають:

1. Електро-магнітні характеристики магнітної головки запису.

2. Потужність імпульсів запису.

3. Магнітні характеристики магнітної плівки.

4. Відстань d між магнітною плівкою та головкою і її доцільно мінімізувати.

Швидкість взаємного переміщення Vп впливає на швидкодію ЗЗП. Процес читання інформації також реалізовується магнітною головкою читання, коли використовується властивість електромагнітної головки читання, формувати електрорушійну силу самоіндукції у місцях зміни напряму намагніченості магнітної плівки при її взаємному переміщені відносно магнітної головки читання.

Отже ЕС залежить від електромагнітних характеристик головки читання, від магнітних характеристик магнітної плівки, від швидкості переміщення Vп і обернено пропорційна від відстані d.

Базові способи кодування інформації на магнітних носіях.

Особливості цих способів кодування розглянемо на прикладі кодування інформації.

			1		0		0		0		1		1		1		0		0
б)NRZ
а)RZ
в)
г)

Рис.1.

Прийнято вважати що є 4 базові способи кодування інформації на магнітних носіях:

• Із поверненням до нуля (RZ).

• Без повернення до нуля (NRZ)

• Фазове кодування

• Частотне кодування

Особливості цих способів кодування розглянемо на прикладі кодування інформації.

З ПОВЕРНЕННЯМ ДО НУЛЯ (RZ). Пояснюється рисунком 1.а і передбачає виконання 3-х станів намагніченості. Базовий стан плівки нульовий – розмагніченість. Кодування логічної “1” : кодується перемагнічуванням ділянки плівки в додатній стан і повернення до 0.Кодування логічного “0” : перемагнічення з нульового стану у від’ємний стан з наступним поверненням до 0.

Такий спосіб забезпечує високу надійність, але є складним, бо використовує три стани намагніченості. Цей спосіб не забезпечує велику густину розміщення інформації на поверхні.

Переваги : надійність. Недоліки : складність , мала густина.

БЕЗ ПОВЕРНЕННЯ ДО НУЛЯ (NRZ). Пояснюється рисунком 1.б. Використовує 2 стани намагніченості плівки (доданню та від’ємну). Кодування „1” - забезпечується перемагнічуванням плівки, переведення з одного стану в інший. Кодування „0” – це відсутність перемагнічення.

Переваги : виключна простота, можливість забезпечення великої густини розміщення інформації. Недоліки : низька надійність, якщо іде велика кількість 0, то може відбутися втрата синхронізації.

ФАЗОВЕ. Рисунок 1.в. При цьому способі кодування „0” і „1” здійснюється протилежними напрямками перемагнічення , змінюються фази пере магнічення на 180°. Логічна „1” кодується перемагніченням з від’ємного в додатній стан перемагнічення, а логічний „0” навпаки.

Переваги: висока надійність, можливість забезпечення великої густини розміщення інформації на поверхні носія.Недоліки: складність управління так як при записі наступного (байту) біта треба аналізувати, що було записано в попередньому біті. Якщо послідовно ідуть одиничні біти тоді необхідно використовувати додатнє перемагнічення носія.

ЧАСТОТНЕ. Рисунок 1.г. Кодування з різною кількістю перемагнічень. Логічна „1” закодовується одним перемагніченням. Логічний „0” загодовується двома перемагнічуваннями .

Переваги: висока надійність. Недоліки: густина розміщення інформації зменшується через велику кількість перемагнічень.

На практиці на основі базових способів кодування використовуючи надлишкові способи кодування застосовуються досить складні алгоритми кодування, які забезпечують високу достовірність запису читання інформації.

За схемо-технічними та конструктивними рішеннями магнітні ЗЗЗ поділяють:

• На твердих дисках

• На гнучких магнітних дисках

• На магнітних барабанах

• На магнітних стрічках

• Магнітні ЗЗП з нерухомими носіями.

Накопичувачі на твердих магнітних дисках (НТД).

Носієм інформації є магнітний диск, який має основу з не намагніченого металу, переважно на алюмінієвій основі. Диск має внутрішній отвір для механічного закріплення і від внутрішнього отвору до зовнішнього краю диску з обох сторін є покриття з магнітної плівки. Основним фізичним розміром є зовнішній діаметр, за яким і стандартизують НТМД. Найбільш поширенішим є розмір 3,5”. Поверхня диску розбивається на концентричні смужки – доріжки. Для розпізнавання початку доріжки використовується індексний маркер. Доріжка ділиться на сектори. Кількість секторів на доріжці визначають способом форматування, залежить від ОС з яким працює накопичувач. Кожна доріжка ділиться на окремі поля, де міститься службова інформація. Ідентифікатор доріжки та сектору, поле даних, контрольні поля. Початковий об’єм сектора становить – 571 байт, а після форматування становить 512 байт. Диски можна конструктивно об’єднуватися у так звані модулі дисків. Коли один над одним розташовується кілька дисків. Однойменні доріжки усіх робочих поверхонь дисків називають циліндром. Доріжки і циліндри нумеруються починаючи із зовнішнього діаметра. Найбільш віддалена доріжка має 0 номер. Для кожної робочої поверхні дисків використовується одна магнітна головка запису/читання. Головки об’єднуються в конструктивно і функціонально закінчений вузол, який керовано може посилати головки на середину одного з вибраних циліндрів. Пакет дисків, вузол магнітних головок, засоби управління, давачі об’єднуються в модуль, який через мікроповітряні фільтри захищає елементи модуля від навколишнього середовища від попадання пилинок. За технічними характеристиками накопичувачі на твердих магнітних дисках відповідають сучасним вимогам комп’ютерної техніки і застосовуються практично у всіх комп’ютерах.

Накопичувачі на гнучких магнітних дисках.

Основою гнучкого диску є тонка пластмаса покрита з обох боків плівкою магніто-твердого матеріалу. Зовнішній діаметр 3,5 дюйми, дві робочі поверхні мають кожна по 180 доріжок і 80 секторів на кожній доріжці. Ємність одного сектора 512 байт (ємність гнучкого диску 1,44 МБ). Диск встановлюється в твердий прямокутний конверт, що в неробочому стані захищає його від зовнішнього середовища. При встановлені в дисковод механічним способом відкривається доступ до 2 магнітних головок до обох робочих поверхонь. Ємність 1,44 МБ є досить малою за сучасними комп’ютерними мірками і ці пристрої є не перспективними.

Накопичувачі на магнітних барабанах. Носієм інформації є циліндр із немагнітного матеріалу бокова поверхня якого покрита тонким шаром магнітної плівки. Для запису/читання використовується як і на дисках магнітних головках. Такі накопичувачі поступаються накопичувачам на твердих магнітних дисках і зараз практично не застосовуються.

Накопичувачі на магнітних стрічках. Носієм інформації є гнучка пластмасова стрічка, яка з обох поверхонь покрита плівкою магніто-твердого матеріалу. Зверху магнітної плівки наноситься захисний шар лаку. Магнітна стрічка комплектується в бобіни або касети і залежно від їх конструктивних особливостей залежить ширина та довжина магнітної стрічки. Початок і закінчення магнітної стрічки визначається спеціальними маркерами. Доріжки на магнітній стрічці повздовжні, інформація на них розміщується файлами, блоками даних, томами даних. Файли мають службове поле та поле ідентифікації, поле даних, поле контролю. Блоки та томи даних також мають службові поля та поля ідентифікації. Кількість доріжок залежить від особливостей накопичувача, ширини стрічки. Ширина магнітної стрічки переважно в межах 0,15-1,5 дюйма. Привід накопичувача використовує дві магнітні головки (запису/читання). Привід забезпечує рівномірне переміщення магнітної стрічки відносно магнітних головок із заданою фіксованою швидкістю. Недолік: Накопичувачі на магнітних стрічках є класичним пристроєм із послідовним пошуком інформації і тому час пошуку може бути досить тривалим (десятки секунд і навіть хвилини). За основними технічними характеристиками поступаються накопичувачам на твердих магнітних дисках і зараз майже витіснені із ринку застосувань.

Магнітні ЗЗП без рухомих вузлів. Такі ЗЗП вважаються перспективними так як відсутність рухомих механічних вузлів роблять такі ЗЗП досить перспективними.Є два підходи до побудови таких ЗЗП:

Накопичувачі на циліндричних магнітних доменах.Фірма Philips розробила технологію при якій використовується магнітно твердий матеріал із плівки магнітного гранату або із плівки спеціального магнітного порошкового матеріалу. Ці плівки мають властивість орієнтувати домени в поперечному напрямку і під дією зовнішнього магнітного поля утворювати мікроциліндричні лямки які за напрямом намагніченості є протилежними до іншої поверхні плівки. Під дією повздовжнього магнітного поля ці циліндричні магнітні домени можуть переміщуватись на поверхні плівки. Читання відбувається за рахунок властивостей пермалоєвих смужок, які змінюють свій опір в залежності від дії на них магнітного поля різного напрямку. Схемо технічно ЗЗП реалізовується на основі циклічних регістрів зсуву. Виготовлені взірці таких ЗЗП, однак технологічна складність гальмує їхнє широке застосування.

ЗЗП на основі магнітних карток.Такі ЗЗП переважно використовуються в спеціалізованих пристроях і якщо необхідна ємність від декількох ГБ до декількох десятків ГБ, то такі ЗЗП є ефективними до застосувань.

Лекція 6.2. Фізичні основи запам’ятовування, запису, читання інформації, особливості, основні технічні характеристики, принципи побудови та функціонування оптичних, напівпровідникових. ЗЗП

Носіями інформації є спеціальні поверхні із різними оптичними характеристиками, які мають різний коефіцієнт відбитого світла або різну поляризацію відбитого світла в залежності від записаних кодів 0 і 1. Ідея створення оптичних ЗЗП появилась дуже давно і дослідники хотіли побудувати такі ЗЗП на основі голограм. Але така ідея виявилась невдалою і широке застосування оптичних ЗЗП почалось із застосування оптичних компакт-дисків. На даний час можна відзначити дві найбільш поширених технології оптичних ЗЗП:

1. Оптичні ЗЗП на основі компакт-дисків (CD)

2. Оптичні ЗЗП на основі DVD

CD має три основні складові частини ( рис.1):

1. Основу із прозорої пластмаси(бікарбонат натрію переважно)

2. Шар відбиття

3. Захисний лак, який захищає шар.

Рис.1. Основні компоненти ком пакт-дисків

Компакт-диски класифікуються за способом запису інформації і умовно діляться на 3 класи:

1. Компакт-диски із записом інформації спеціалізованими фірмами, це диски масового використання тиму CD ROM.

2. CD із одноразовим записом (CDR).

3. CD із можливістю перезапису інформації користувачем (CDRW).

Інформація на компакт дисках розташовується на одній спіральній доріжці як горбики та ямки, які відповідають нулям і одиничкам. Інформація кодується надлишковим кодом Ріда-Соломона, який забезпечує виявлення і корекцію помилкової інформації, тобто усуває вплив мікропилинок/мікротріщин і інших завад. Стандартний об’єм CD в межах 700МБ. Оптичні CD дисководи бувають 2 типів:

1. Тільки на читання інформації.

2. На читання і на перезапис інформації.

Оптичні дисководи постійно вдосконалювались. Перші дисководи забезпечували швидкість обміну в 150 КБ/сек. Вдосконалення стосувалось в першу чергу збільшення швидкості обертання дисків навколо осі, воно позначалось відповідними цифрами з буквою X. Цифра означала збільшення швидкості обертання у порівняні з першими CD дисководами. В дисководах використовується малопотужний лазер і оптична система для направлення сфокусованого променя (лазера) на шар відбиття та приймання відбитого світла та приймання його на фотоприймачі.

Оптичні ЗЗП на DVD дисках передбачають використання лазера із більш короткою довжиною хвилі що забезпечує більшу густину розташування інформації на диску. На одній робочій поверхні використовується 2 шари відбиття. Передбачена можливість двостороннього розташування інформації на диску. Усі ці вдосконалення забезпечують збільшення ємності дисків, яка для різних технологій може лежати в межах 4,7 до 38 ГБ. Отже оптичні ЗЗП є перспективними переносними ЗП які створюють серйозну конкуренцію магнітним ЗЗП.

Напівпровідникові ЗЗП.

Тривалий час напівпровідникові ЗЗП(НПЗЗП) будувались на полярних транзисторах і діодах і мали обмежене застосування тільки в спеціалізованих пристроях. Останнім часом НПЗЗП почались будуватись на польових транзисторах із плаваючим затвором. Створена технологія яка забезпечує можливість перемикання однієї запам’ятовувальної комірки в логічний 0 чи 1.

Побудова запам’ятовувальної матриці на напівпровідниковому кристалі дозволила створювати НПЗЗП досить великої ємності. На рівні 10 і більше ГБ. Подальші технологічні вдосконалення дозволили перемикати одну комірку в один із 4 стабільних станів, тобто кодувати 2 двійкові розряди (00, 01, 10, 11). Це ще дозволило майже в 2 рази збільшувати ємність запам’ятовувальної матриці. Інтеграція адаптера інтерфейсу USB разом із запам’ятовувальною напівпровідниковою матрицею дозволило створити ефективні переносні USB-Flash накопичувачі, які характеризуються високою ємністю (десятки ГБ), високою швидкістю обміну інформацією, малим часом пошуку інформації, малими масо-габаритними показниками, малою споживаною потужністю що дозволяє використовувати блок живлення комп’ютера при роботі з цим ЗЗП. Отже ці ЗЗП стали перспективними ПП.

Другий напрям застосування НПЗЗП, це створення ЗЗП великої ємності які могли б замінити HardDisks. Для цього об’єднуються декілька напівпровідникових матриць, інтегруються із вузлом управління певного інтерфейсу (SATA,SCSI) і таким чином створюються перспективні НПЗЗП, без рухомих механічних вузлів.

Недоліком є дещо завищена вартість. Однак масове застосування ЗЗП цього класу веде до постійного зменшення вартості.

Лекція 7.1. Принципи побудови, схеми, характеристики, функціювання пристроїв автоматичного та напівавтоматичного уведення графічної інформації. Пристрої реєстрації графічної інформації.

Основною особливістю цих пристроїв є спосіб представлення інформації. Для графічної інформації переважно використовується множина кодів pixel графічного зображення або опис графічного зображення та спеціальній мові високого рівня. Пристрої введення призначені для формування та передавання до ядра комп’ютера кодів про графічний документ. Пристрої виведення призначені для приймання від ядра комп’ютера кодів і формування графічного документа.

Пристроями ручного введення графічної інформації можуть бути клавіатура та маніпулятори, функціональні можливості яких визначаються відповідними програмними засобами, в основному графічними редакторами.

Пристрої автоматизованого введення графічної інформації призначені для введення інформації про графічний документ з мінімальною участю оператора-користувача.

Процес автоматизованого введення можна поділити умовно на 3 етапи: а) читання документу; б) попереднє опрацювання прочитаної інформації; в) формування кодів про прочитаний документ

Етап читання оснований на оптичних властивостях графічних документів відбивати світло із різною інтенсивністю від контурів зображень у порівняні із відбитим світлом від чистого фону носія, переважно паперу. На документ, який автоматизовано читається направляється світло. Відбите світло від невеличких плямок – піксел поступає на оптичну систему, потім на фотоприймачі, на виході яких формується електричний сигнал, пропорційний інтенсивності відбитого світла. Електричний сигнал поступає на аналогово-цифровий перетворювач, який перетворює аналоговий сигнал в цифровий код. Опрацювання таким способом усього документу називають сканування а відповідні пристрої сканерами.. Для графічних документів сукупність кодів пікселів може підлягати процесу стиснення з подальшим запам’ятовуванням, або опрацювання за певними алгоритмами з використанням мов високого рівня.

В деяких проектних фірмах для введення інформації про графічні документи використовується пристрої напівавтоматизованого введення. Це пристрої планшетного типу орієнтовані на формат А1. Над планшетом є вказівник, коди координат X,Y вказівника над планшетом формується автоматично і передаються у ядро комп’ютера. Послідовним опрацюванням вказівником усього графічного документу забезпечується напів-автоматизоване введення інформації. Пристрої працюють на різних способах формування кодів вказівника в тому числі електромеханічні пристрої на електромеханічних давачах. Акустичні пристрої, які працюють на визначені часу розповсюдження ультразвукових хвиль. Електричні ємнісні та індуктивні на основі відповідних ємнісних чи індуктивних давачів. Такі пристрої мають обмежене застосування і витісняються більш прогресивними сканерами із ринку застосувань.

Для формування документів формату А4 і в окремих випадках А3 використовуються принтери. Для формування графічних документів, креслень, форматів до А1 і А0 використовуються плоттери

За принципом дії принтери модуть бути механічної дії, струменеві, лазерні.

Механічні ударної дії.В таких пристроях зображення формується ударом шрифтоносія через зафарбовану стрічку на носій. Залишок фарби залишається на папері. Для формування символів (друку символів) переважно використовується матриця крапок. Для задовільної якості документів достатньо матриці розміром 9х9 крапок. Для середньої якості використовуються матриці крапок більшої розмірності 16х16, 24х24. Розмірність матриці ускладнюється конструкторсько-технологічними рішеннями (безкінечно цю розмірність збільшувати не можна). Одна крапка формується мікроциліндром (голкою), який електромагнітом посилається на папір. Мікропружинкою мікроцилінд повертається в початковий стан. Такі принтери ще називають ударними матричними принтерами із матрицею головок. Переваги: проста технологія виготовлення і відповідно низька вартість принтерів- низька вартість витратних матеріалів. Недоліки: низька якість друку; низька швидкодія; малі показники надійності (багато механічних вузлів, які ламаються); високий рівень шуму. Ці недоліки обмежують застосування ударних матричних принтерів.

Струменеві. Контури зображення формуються із керованими струменями капель рідкої фарби (спеціального чорнила), яка посилається на папір, висушуються формуючи таким чином зображення. Основним компонентом пристрою є друкуюча головка. Вона містить матрицю тонких трубочок, які з’єднані із резервуаром наповненим рідким чорнилом. Напівгерметична конструкція не дозволяє самовитоку фарби із трубочок. На виході мікротрубочок монтовані елементи, які керовано формують вихід капель чорнила. Найчастіше ці елементи реалізовані на основі терморезисторів або п’єзопластин. При подачі імпульсу на терморезистор він швидко нагрівається до високої температури, чорнило біля нього переходить у газоподібний стан, утворюється ніби мікровибух і капля чорнила вилітає із трубочки. Після зняття імпульсу струму терморезистор охолоджується і чорнило із чорнильніці доповнює вміст трубочки. П’єзопластина також керується імпульсом струму і від дії деформації формується на виході капелька чорнила. Переваги: висока якість друку; проста можливість формування різнокольорових документів; низька вартість принтерів і відносно невелика вартість витратних матеріалів; низький рівень шуму. Недоліки: мала продуктивність (швидкість) друку; низькі показники надійності друкуючої головки через вихід з робочого стану п’єзопластин, через засихання чорнила у трубочках після тривалого простою принтера.

Лазерні (електрографічні). Контури зображення документів формуються керованим променем лазера, який опрацьовує спеціальну поверхню барабана, що має властивість змінювати полярність електричного заряду під дією світла. Одним із компонентів принтера є картридж, який має барабан, поверхня якого покрита плівкою із напівпровідникового матеріалу (переважно на основі селену). Ця заряджена плівка має властивість змінювати полярність електричного заряду під дією світла. В картриджі є резервуар із негативно-зарядженим порошком фарби (тонером). В початковому стані поверхня барабану заряджається мінусовим зарядом, повертаючись навколо осі на певній ділянці барабану керований променем лазера наноситься прообраз зображення і в місцях засвітки лазера поверхня барабану змінює свій заряд на додатній. Повертаючись навколо осі, барабан відтиском залишає порошок фарби на папері, переміщуючись далі порошок на папері розплавлюється та висушується формуючи зображення. Барабан повертаючись навколо осі перезаряджається знову мінусовим зарядом, порошок фарби відштовхується (мінус від мінуса) і осипається в резервуар, поверхня барабану додатково очищується від фарби мікрощіточками і поверхня знову готова до наступного циклу роботи. Переваги: висока якість друку; висока швидкість друку; низький рівень шуму; Високі показники надійності. Недоліки: висока вартість принтерів; Висока вартість витратних матеріалів, так як після певної кількості копій поверхня барабану втрачає свої характеристики і цим погіршуючи якість друку; складність отримання різнокольорових документів, яка веде до збільшення вартості принтера. Наявні переваги лазерних принтерів забезпечують широке використання і вони вважаються найбільш перспективними.

Плоттери – це друкуючі пристрої для виготовлення документів, великих форматів, переважно для графічних документів формату А1. Найбільш поширеними є струменеві плотери, вони забезпечують високу якість друку та доступну вартість плотерів та виготовлення документів. До недоліків можна віднести відносно невелику продуктивність. В спеціалізованих проектних фірмах де виготовляється багато документів використовується високопродуктивні лазерні плотери у яких недоліком є висока вартість.

Лекція 7.2. Пристої відображення графічної інформації (монітори, відеоадаптери). Основні характеристики, принципи побудови і функціювання, структурні схеми.

Пристрої відображення графічної інформації призначені для приймання кодів від ядра комп. про графічний документ (ГД) та відображення ГД на екранах для короткотривалого їх використання. Ці пристрої умовно можна розділити на 2 частини:

1. монітори

2. відеоадатери, відеокарти, які керують моніторами і керують функцією взаємодії з ядром компа.

1. Монітор включає екран вузли для його керування. Для відображення графічних та текстових документів за способом формування зображення виділяють найбільш вживані на електро-променевих трубках та на рідких кристалах.

Монітори на електро-променевих трубках почали використовувати давно, так як ЕП трубки широко використовувалось у електро-вимірювальній техніці, телевізорах. ЕП трубка – це електричний вакуумний пристрій з вузлами керування , який має має ектан зі спец. матеріалу(люменофору), який може світитись під дією сфоусованих електрон. променів. У сучасних моніторах використовується колорові ЕП трубки , в яких використовується 3 електронних промені, які формують червоний, зелений, синій кольори. Екран умовно розділений на окремі пікселі, які розташовані рядкамина площині екрану. К-сть піксел може бути різною. Кожна піксела складається з 3 елементів, на які поступають черв. , зелен, синій промені.і від співвідношення інтенсивності дії цих променів може формувтися широка гамма кольорів, яка у у ко=ращому випадку вимірюється мільйонами варіантів. Променеві трубки мають мають катоди з ел. підігрівом. де формуються потоки променів. Електроди для надання швидкості переміщеня електронів у сторону екрана, анода, електродт для фокусуваня електронних пучків. , а також елементи для переміщення електронного променя по кожному пікселу екрану монітора. для цього використовується так звана порядкова розгортка монітора, яка послідовно ряд. опитує кожну пікселу екрана. після повного проходження електр. променем всіх рядків поч. повторне їх проходження. Цією процедурою управляє кадрова розгортка. Порядкова і кадрова розгортки мають частотні характеристики(різні). Порядкова- 30-60 КГц, кадрова – не менше 25 Гц бо буде мерехтіти.Чим вища частота –тим краще сприйняттяоком людини.однак збільшення частоти вимагає більшого обсягу затрат на формування інф. для підсвітки кожного піксела., тому частота кадрової розгортки не може бути великою(70-100 Гц)

Ці монітори мають багато переваг і недоліків. Переваги: вис. технологічність, відприцьована роками і яка забеспечує простоту виготовлення. Такі монітори дешеві і широко використовуються в ПК. Недоліки: вимагають використання високовольтних джерел живлення, досить габаритні, а найбіль сутєвий недолік- елекро-магнітне випромінення та електро-статичні поля, які негативно впливають на людське око. Технологія виготовлення спрямована на зменшення цих випромінювань. Однак ці екрани поступово витісняються із ринку застосування більш прогресивними екранами на рідких кристалах.

У моніторах на рідких кристалах використовується властивість спеціальних органічних сполук змінювати інтенсивність відбитого світла чи змінювати інтенсивність пропускання через себе світла у залежності від прикладеної напруги. Пристрій індикації на рідких кристалах використовується десятки років, однак це були пасивні пристрої відображення , які працювали на відбитому світлі і управлялись елекртичними сигналами, які формувалися на координатах провідників XY. Ті провідники методом напилення формувалися на скляних пластинках , між якими розташована орган. речовина – рідкий кристал. На пасивних рідких кристалах монітори мали суттєві недоліки: низьку роздільну здатність , складність керування і використання було обмежено портативними ПК.

З розвитком мікроелектроніки розвинулась технологія відображення інформації на різних кристалах, яка ортимала назву активні матриці. Екран розбивається на піксели, кожна з яких керується окремим транзистором. А за допомогою активної підсвітки та використання світлофільтрів з’явилась можливість формування кольорових зображень. Використання мікропроцесорних вузлів керування підняло швивкодію, а вдосконалення структури рідких кристалів зменшило їх інерційність, що дозволило формувати на екранах із рідких кристалів зображення з великою динамічністю.

Фактично сучасні монітори на рідких кристалах(TFT) мало поступаються по якості зображення моніторам на ЕП трубці, але мають суттєві переваги: відсутні шкідливі випромінювання, вони суттєво менше навант на очі, менші габарити, краще використовують площину екрана. Недолік: монітор діагоналлю 15’ за використанням корисної площі орієнтовно прирівнюється на 17’ ЕПТ монітор, а ще це дуже складна технологія виготовлення, дорога матриця для управління . Масове застосування таких моніторів веде до поступового, однак повільного, зменшення їх вартості.

Відеоадаптери призначені для реалізації взаємодії між ядром комп’ютера та монітором, екраном. Для полегшення організації взаємодії вже на ранніх стадіях використання пристроїв відображення використовувалися стандарти щодо взаєиод. між відеоадаптером і монітором. Ці стандарти постійно знаходяться в розвитку, починаючи від монохромн. адаптерів і закінчуючи відеоадаптерами SVGA. За структурою відеоадаптер складається з таких вузлів: вузел узгодження між системною магістраллю комп’ютера, спеціалізований процессор, відеопам’ять і вузол узгодження з монітором. Так як спосіб відображення інформації на екрані базується на піксельній технології, то основна задача відеоадаптера – формування кодів для засвічення пікселя. Якщо врахувати, що сучасний монітор є кольоровим, то на кожний піксель необхідно 3 інформаційних слова, розрядність якого визначається кількістю градацій кольору. Якщо взяти розрядність кожного інформаційного слова (24 розряд.) на кожен піксель, перемножити кількість пікселей в одному кадрі і взяти середню частоту зміни кадру 70 Гц, можна порахувати загальну продуктивність спеціалізованого процесора відеоадаптера. Для забезпечення необхідної продуктивності відеоадаптера використовуються спеціальні сигнальні процесори, а також швидкодіюча пам’ять, спеціальні високопродуктивні внутрішні інтерфейси, двопортова пам’ять та інші схемотехнічні та структурні рішення. В сучасних відеоадаптерах можуть бути включені додаткові вузли щодо відображення телевізійної інформації, що розширює сферу застосування комп’ютерів. За рахунок використання сучасних мікроелектронних технологій, великих інтегральних схем, ефективних алгоритмів опрацювання інформації, ефективних структурних та схемотехнічних рішень сучасні відеоадаптери відповідають вимогам ринку. При доступній користувачу ціні відеоадаптери мають всі необхідні технічні характеристики.

Лекція 8.1 Пристрої уведення-виведення мови. Основні характеристики, принципи побудови та функціювання.

Пристої уведення мови призначені для перетворення звуків мови в сукупність кодів, символи повного алфавіту для подальшого опрацювання цієї інформації. Пристрої виведення призначені для отримання від ядра комп’ютера сукупності кодів, символів та мовних повідомлень через звукові акустичні коливання. Забезпечення взаємодії користувача з комп’ютером однією з самих проблематичних завдань у сфері комп’ютерної техніки. Вважається що така взаємодія є найперспективнішою, однак досьогодні ця проблема не має ефективного розв’язку і такі пристрої поки що не мають масового застосування. Людська мова – звукові акустичні коливання, що мають певні амплітудні, частотні, фазові характеристики. Потужність цих коливань переважно визначається амплітудними характеристиками. Всі характеристики необхідно розглядати лише в комплексі. Частотний спектр мови лежить в звуковому діапазоні (від 50Гц-15КГц), хоча для високої якості звучання можуть бути і складові до 40 кГц, хоча людське вухо такі частоти не сприймає. Складність проблеми в тому, що є багато алфавітів за якими формується мова. Мова є сугубо індивідуальною характеристикою кожної людини, що має амплітудно-частотний характер. Звукові акустичні коливання розповсюджуються з різними характеристиками в залежності від характеру приміщень. Мовна інформація сприймається по різному, в залежності від відстані від людини, що говорить, та що сприймає. Ця проблема є складною для ефективного технічного розв’язку. Людську мову ділять на елементарні звуки. Є різні підходи до поділу на елементарні звуки. Один з них заключається в наступному: елементарним звуком вважають фонему, що ставлять у відповідність одному з символів алфавіту. Фонеми ділять на голосні і приголосні, дзвінки і глухі. Крім фонем розпізнають дифтонги. Це звуки, що виникли на переході від однієї фонеми до іншої. Кожен елемент звуку характеризується амплітудно-частотною характеристикою та має декілька резонансних частот або фомат (?), на які є різке збільшення амплітудної характеристики сигналу. Частотний спектр до 3,5 КГц є достатнім для забезпечення взаємодії користувача з комп’ютером.

Пристрої уведення мови. Такі пристрої розробляються давно, тому вже запроваджено деякі схемотехнічні та алгоритмічні удосконалення принципів, але вони не зазнають кардинальних змін. Суть принципів, що лежать в основі пристроїв введення мови така: звукові акустичні коливання мови перетворюються в електричні сигнали звукового діапазону, які за допомогою аналогових перетворювачів дискретизуються, опрацьовуються, формуються логічні описи мовних повідомлень, порівнюються з еталонними описами, що зберігаються в пам’яті пристроїв, і перетворюються в коди символів, в текстову інформацію. Для ефективного функціонування пристрою необхідне попереднє налаштування пристрою на певного користувача. Опрацювання звукових акустичних коливань вимагає складних алгоритмів і відповідно складних пристроїв. Крім цього пристрої мають узгоджуватись з програмним забезпечення, ОС. Всі ці проблеми гальмують масове поширення пристроїв введення звуку.

Аналогово-цифрове перетворення повинне мати певний період дискретизації і частоту (10 КГц). Для більш якіснішого прийому звукової інформації цю частоту збільшують до 50 КГц. Це покращує якість сигналу, але і вимагає більших затрат на пам’ять.

Пристрої виведення мови. Вважається, що пристрої виведення є легшими в технічній і алгоритмічній реалізації. Загальний підхід при побудові таких пристроїв заключається в тому, що пристрій отримує сукупність кодів повідомлення, вони поступають на вузол конструювання повідомлення, опрацювання інформації з виходу якого поступає на синтезатор мови. Його виходи - це аналогові сигнали звукового частотного діапазону. Сигнал поступає на формувачі звукових акустичних коливань. Пристрої виведення мови можуть використовувати еталонні звукові описи і такі пристрої, називаються пристроями виводу мови із компілятивними синтезаторами. Звукові електричні сигнали можуть формуватись за кодами символів і такі пристрої отримали назву – пристрої виводу мови на основі формування елементарних звуків. Компілятивні пристрої вимагають пам’яті для еталонних звуків та слів. Засоби для опрацювання мовної інформації з початкових кодів мовної інформацїї повинні знайти адреси комірок пам’яті, де зберігаються мовні описи та передати цю інформацію на цифро-аналоговий перетворювач, потім – передати сигнал на акустичну систему. Такі пристрої вимагають великої кількості пам’яті і складних процессорних пристроїв при опрацюванні мовної інформації, однак безпосередньо синтезатори є досить простими.

Недолік: Складність переорієнтації на іншу мову. Еталонні описи мови можуть базуватися на аналогово-цифровому і цифрово-аналоговому програмуванні. Цей принцип отримав назву кодо-імпульсна модуляція. В такому випадку вимагається найбільше пам’яті і якість – найкраща. Для зменшення ємності пам’яті використовується кодування з лінійними передбаченнями, параметричне кодування, стиснення інформації за дельта-модуляцією. Використання такого кодування може зменшити ємність необхідної пам’яті від 20-30 раз, але якість виведення мови погіршується. Пристрої на основі формування елементарних звуків передбачають формування звукового електричного сигналу за кодом символу за допомогою спеціальних електронних схем. В цих схемах використовуються генератори в нижньому і високому звукових діапазонах, керовані фільтри, змішувачі, підсилювачі звукових сигналів. Всі ці пристрої синхронізуються в роботі і в часі, і на виході формується послідовність електричних сигналів, що поступають на акустичну систему. Складність цих пристроїв - в технічній реалізації і в забезпеченні синхронної роботи всіх елементів. Принципово такі пристрої можуть забезпечити досить високу якість виведення мови, досить легко налаштувати систему на виведення мови з різними алгоритмами.

Пошуки інших нових принципових рішень проходять в межах програми “Мовний комп’ютер”.