Видеопамять Контролер Монитор Рис. 8

Каждый тек­сел соответствует одному из символов таблицы ASCII. Для изображения символов используются битовые карты-матрицы символов таблицы зна­когенерато­ра, управляемой BIOS и позволяющей изображать до 512 различных очертаний символов с помощью цветных точек. Способ изображения символов определяется фоном и цветом, составляющими атрибут сим­вола. Разрешающая способность адаптера EGA в текстовом режиме достигает 43 строк по 80 символов в строке (8043), причем каждый символ может быть изоб­ра­жен 16 различными цветами (набор доступных цветов называют цветовой пали­т­рой) на 8 разных фонах. Разрешающая способность адаптера VGA в текстовом ре­жиме достигает 80  50 или 13243 (в режиме extended VGA) с той же цветовой палитрой.

 В графическом режиме экран представляет собой совокупность цветных точек - пикселов (“pixel” -picture element), расположенных в строках и столбцах. Разреша­ющая способность адаптера EGA в графическом режиме достигает 640 пикселов по горизонтали и 350 пикселов по вертикали (640350), причем каждая точка изоб­ражается одним из 16 различных цветов при цветовой палитре в 64 раз­личных цве­та. Разрешающая способность адаптера VGA в графическом режиме достигает 16001280, причем каждая точка изображается одним из 256 различных цветов при цветовой палитре в 65536 различных цветов! Кроме того, для изобра­жения символов в графическом режиме адаптеры снабжаются таблицей знакогене­ратора, поз­воляющей изображать 256 символов с помощью матриц пикселов.

В последнее время в связи с широким распространением высококачественной полиграфии и видео монтажа выпускаются специализированные адаптеры и полно­­страничные мониторы, способные отображать 16,8 млн. цветов (!); они оборудо­ваны специализированными микросхемами-акселераторами и графическими сопро­цессо­рами: Video - поддерживают изображение видео клипов, 3D - поддерживают изображение трехмерных объектов.

Клавиатура предназначена для ручного ввода информации как для передачи

сообщений программе, так и для управления компьютером (рис. 9).

Рис. 9

Изготавливаются клавиатуры:

 механического типа (нажатие клавиши фиксируется механическим выключателем с золотыми контактами);

 мембранного типа (нажатие клавиши фиксируется при соприкосновении мембран, через которые проходит слабый электрический ток).

Различают 101..104-клавишные клавиатуры (с дополнительными клавишами для работы в Windows’95). Клавиатуру принято разделять на зоны (рис. 10).

 Основная клавиатура IBM PC - четырех регистровая, т.е. при нажатии какой-либо ее клавиши могут генерироваться 4 раз­лич­ных символа (обычно заглавные и

строчные символы латинского и националь­ного алфавитов), а также цифры и специальные символы. Переключение в режим изо­бра­жения национальных / латинских символов осуществляется комбинаци­ями кла­виш, зависящими от программ-драй­веров клавиатуры (т. н. "руси­фикато­ров").

 Управляющая клавиатура. <Esc> удаляет набранную ко­манду из строки. <Tab> перемещает мигающую по­лоску - курсор вправо по стро­ке сразу на несколько позиций (обычно 4 или 8). Фиксация режима изображе­ния заг­лавных букв (или символов верхнего регистра) производится нажатием <CapsLock>. Оперативная смена регистра осуществляется нажатием и удержа­нием <Shift> (левой или правой) во время нажатия клавиши-символа. <Space> (про­бел) перемещает курсор вправо по строке без изображения сим­вола.<Enter> вводит набранную команду для исполнения, а также перево­дит кур­сор в начало следующей строки. <BackSpace> удаляет из строки по­следний наб­ранный символ. <Ctrl> и <Alt>, испо­льзуются только в соста-

ве распространенных клавиатурных комбинаций, используемых компьютером в строго опре­де­лен­ных целях. Одновременное нажатие клавиш <Ctrl><Alt><Del>

(<Delete>) вызы­вает перезагрузку компьютера, <Ctrl><Break> (<С>) - прерывает выполнение команды или прог­раммы.

 Клавиатура управления курсором. Для управления положением курсора следует использовать группу клавиш (<>, <>, <>, <>), перемещаю­щих его, соответственно, вправо / влево / вверх / вниз по экрану, а также: <Home> - для перемещения курсора в начало строки и <End> - в конец строки, <PageUp> и <PgUp> - для листания текста на страницу вверх и <PageDown> и <PgDn> - на страницу вниз. Кла­­виши <Delete> и <Del> служат для удаления текущего символа. <Insert> и <Ins> применяются для переключения клавиатуры в режим вставки символа в пози­цию курсора или замены символа в позиции курсора набираемым.

 Группе клавиш <F1>..<F12> функциональной клавиатуры любая прикладная программа может назначать любые определенные ею функции.

 Специальная клавиатура. Нажатие <PrintScreen> вызывает вывод на принтер копии изображения на мониторе. <ScrollLock> блокирует режим прокрутки изоб­ражения монитора. Для приостановки работы ком­пьютера достаточно нажать <Pause>, а для продолжения - любую дру­гую клавишу.

 Дополнительная цифровая клавиатура. Нажатие <NumLock> фиксирует цифровой регистр дополнительной клавиатуры-калькулятора; в противном случае эта

клавиатура управляет курсором.

Нажатие любой клавиши возбуждает прерывание и в специальный буфер клавиатуры из 15 ячеек посылается двухбайтовый код:

 первый байт кода представляет собой ASCII - код нажатой клавиши (т.е. номер соответствующего символа в таблице ASCII) или 0, если клавиша не имеет ASCII-кода (например, <>);

второй байт - расширенный код, т.е. Scan-код нажатой клавиши (попросту говоря - порядковый но­мер клавиши) с учетом одновременного нажатия клавиш-мо­дификаторов <Ctrl>, <Alt>, <Shift>. Например, нажатие <F1> генерирует Scan-код 59, <Shift><F1> - код 84, <Ctrl><F1> - код 94, <Alt><F1> - код 104. Коды клавиш, хранящиеся в буфере, обрабатываются процессором по принципу "очередь":

... Направление продвижения кодов в буфере

"Обрабатываемый код "   "Код нажатой клавиши"

По 16-битовой маске, хранящейся в оперативной буферной памяти клавиа­туры компьютер всегда "знает”: клавиша нажата, отпущена или удерживается, на­жаты ли в это время: <RightLeft Shift>, <RightLeft Ctrl>, <RightLeft Alt>,<CapsLock>, <NumLock>, <ScrollLock>) и соответствующим образом реагирует на эти си­туации.

Жесткий магнитный диск (“винчестер”⁹) представляет собой пакет дюралевых круглых пластин, покрытых с обеих сторон ферролаком (оксидом железа), и на­ходящихся в герметически запаянном корпусе (рис. 11).

Рис. 11

В корпус встроены также: магнитные головки, считывающие / записывающие ин­формацию, электродвигатели, раскру­чивающие диск со стабильной синхронной скоростью и перемещающие головки ра­диально по отношению к диску. Поверхность диска покрыта магнитными следа­ми - дорожками, разделенны­­ми на секторы (расстояние между дорожками составляет 0,05 мм). При записи / считывании информации суппорт с маг­нитной головкой устанавливается двигателем на нужную дорожку, а в ней - на нужный сектор. Перемещением головки уп­равляет специальная плата с микросхе­мами - контролер дисковода. Накопитель на жестком диске характеризуется: емкостью (80М..десятки Т), сре­д­ним временем доступа к диску (60..15 мС) и типом интерфейса (ST, ESDI, IDE, SCSI), определяющим способ подключения к материнской плате.

Гибкий магнитный диск (“дискет”) представляет собой пластиковую круглую

пластину, покрытую с обеих сторон ферролаком, которая находится в запаян­ном негерметичном корпусе (рис. 12).

Рис. 12

В дисковод гибких дисков встроены магнитные го­лов­­­ки, считывающие/записыва­ющие информацию, и электродвигатели, раскручи­вающие диск и перемещающие головки радиально по отношению к диску. Поверх­ность диска покрыта магнит­ны­ми следами-дорожками (их 40 или 80), разделенными на секторы (их на дорожке 8..18) по 512 байтов в каждом и определяющими емкость дискета в К (Емкость дис­кета = Количество дорожек  Количество секторов). Дискеты выпускают размерами 5,25” и 3,5” различных маркировок: DD (“Double Density”)- емкостью до 720К(5,25”) и 1,2M(3,5”), HD ("High Densi­ty”) - емкостью до 1,2M (5,25”) и 1,44M (3,5”) и сверхвысо­кой плотности ED или VHD(“Verify HD”) емкостью до 2,88М (3,5”). Пластиковый корпус дискета имеет отверстия для считы­вания / записи информации и защиты информа­ции от модификации.

Компакт-диск (Compact Disk или CD-ROM) - изготавливается из пластмассы

диа­метром 12 см (рис. 13), име­­ет большую емкость (обычно 640М, что

Рис. 13

примерно эквива­лентно 450 дискетам емкостью 1,44М или 200 000 страниц текста, или 20 000 рисунков, или 2000 теле кадров, или 74 минутам видеоизображения со стереозвуком), а дисковод CD-ROM обеспечивает высокую скорость чтения данных.

CD принято классифицировать на :  - обычный (CD DA),  - CD с расширенной архитектурой (CD XA),  - интерактивный компакт-диск концерна Philips (CD-I),  - CD с динамической многофункциональной визуальной системой фирмы

Com­modorе (CD ТV),  - цифровой интерактивный видеодиск фирмы Intel (CD

DVI),  - СD для хранения фотографий (Photo-CD).

Запись на CD DA производится однократно выдавливанием прессом углублений на подложке, так что участки перестают отра­жать свет, с последующим напылением лака для за­щиты от повреждений,. Чтение информации производится лучом лазера. Различают 2..64 - скоростные дисководы; 8-скоро­ст­ные, например, имеют скорость вращения CD 8150К/С¹⁰ и обеспечивают почти такую скорость обмена информацией, как дисковод винчестерского диска.

В последнее время получили распространение перспективные устройства:

 DVD-ROM¹¹ : односторонние однослойные емкостью 6,7Г (или 4 часа видео) и двухсторонние двухслойные емкостью 17Г;

 DVD-RAM¹² : односторонние с золотосодержащей подложкой емкостью 4,7Г; для многократ­ной лазерной записи на такие CD используются устройства, называ­емые CDR.

Bernulli - накопители на гибких магнитных дисках кассетного типа (емкостью до 150М) работают с использованием аэродинамического эффекта Бернулли, воз­никающего между головками чтения / записи информации и магнитной поверхно­­стью дискета. Накопители Bernulli являются высоконадежными, быстродействую­щими и дорогими устройствами.

Floptical (магнитооптические) накопители с интерфейсом SCSI на сменных маг­нитных дисках (емкостью 230М..4,6Г) работают с использованием прин­ципа прожигания дорожек (т.н. “серводорожек”) лучом лазера, однако обрабаты­вается информация магнитным способом с помощью т.н. смещенного магнитного поля. Позиционирование головок осуществляется прецизионным линейным двигателем, а плотность записи при этом достигает 1245 tpi (“track per inch" - дорожек на дюйм). Скорость чтения составляет 1600 К/С, записи - 800 К/С.

Рассматриваемые далее внешние периферийные устройства управляются процессо­ром посредством интерфейсных микросхем адаптеров и контролеров. Они подклю­ча­ются к портам (интерфейсам) компьютера: параллельным (они обозначаются LPT1..LPT3) или последовательным (COM1..COM4).

Принтер - позволяет выводить текстовые и графические изображения на бума-

гу и представляет собой сложное электромеханическое устрой­ство (рис. 14) с соб­ственной микропроцессорной системой управления, памятью (назы­ва­е­мой бу­фером печати), и постоянным запоминающим устройством. Принтер спосо­бен принимать и накап­ливать 8К..4M данных в буфере и одновремен­но печатать ранее полученную ин­формацию. Персональный компьютер допускает подключение до трех принтеров к портам LPT1..LPT3 по однонаправленному (т.е. то­лько от процессора к принтеру) асинх­рон­­ному (т.е. с подтверждением получения данных и команд) параллельному интер­фейсу с помощью адаптера параллельной связи.

Рис. 14

Принтер характеризуется:

 типом (матричный, струйный, лазерный и т.д.);

 цветностью (черно-белый или цветной);

 разрешающей способностью, которая измеряется в dpi ("dots per inch"- точках на дюйм);

 набором встроенных шрифтов;

 количеством точек (символов) в строке;

 скоростью печати.

Матричные принтеры (например, моделей Epson, Star, Okidata) являются устройствами ударного действия с красящей лентой. Печатающая головка принте­ра представляет собой вертикальный ряд 9..48 игл, ударяющих по бумаге через красящую ленту при движении головки вдоль печатаемой строки. Каждый символ (80..132 символов в строке) печатается в виде матрицы точечных отпечатков, а рисунки - в виде строк точек. При печати в тек­стовом режиме (печати только символов) скорость его со­ставляет 60..8 C на страницу, в графическом (печать рисунков) - 360..120 С на страницу с качеством около 360..600 dpi. Матричные принтеры обычно имеют следую­щие клавиши управле­ния: Power - для включения / выключения питания, On / Off­Line - для переключе­ния режима работы из процессорного в автономный, Form­feed - для смены листа, Linefeed - для перевода на следующую строку и SelectType - для выбора встроен­ного шрифта печати.

Более высокое качество печати достигается при использовании струйных принтеров (например, моделей HP DeskJet, Epson Stylus), которые формируют изображение кап­лями¹³ специальных цветных тонеров, выдуваемых дюзами на бумагу. Наиболее распространены четырех красочные принтеры со скоростью печати примерно 20..15С и каче­ством 360..720 dpi.

Лазерные принтеры (например, моделей Xerox, HP LaserJet, Canon) для печати используют принцип ксерографии. Изображе­ние по команде микропроцессора принтера прочерчивается на селеновом барабане лучом лазера, электризуя его. На­­электризованный барабан притягивает частицы цветного тонера из сменного патрона (картриджа), после чего изображение "накатывается" барабаном на бумагу. После теп­ловой обработки краска фиксируется на бумаге. Лазерные прин­теры обеспечивают печать символов и рисунков с типографским качеством: разрешением 1800 dpi и скоростью печати около 2С на страницу при объеме собственной буферной памяти свыше 4М и обширном наборе встроенных и смен­ных шрифтов.

Координатные периферийные устройства-манипуляторы применяются для облегчения ручного ввода/вывода информации за счет быстрого перемещения кур­сора или головки ма­нипулятора по экрану или планшету. К ним относят: "мышь", графопостроитель, трекбол, сенсорную панель, джойстик и т.п.

Мышь представляет собой двух- или трехкнопочную пластмассовую коро­бо­чу-манипулятор с обрезиненным шариком внизу, соприкасающимся с ков­ри­ком, по которому можно перемещать манипулятор (рис. 15).

Рис. 15Рис. 16

Манипулятор "мышь" изготавливается следующих модификаций:

 механический (угловые перемещения роликовых контактов внутри манипулятора, приводимых в движение вра­щаю­щимся шариком, преобразуются в линейные перемещения кур­сора “мыши” по экрану);

 оптомеханический (вра­щение шарика отслеживается оптическими датчиками);

 оптический (перемещение мыши по специальному коврику с нанесенной на нем сеткой отслеживается оптическими датчиками, т.е. без механических частей).

Ввод информации осуществляется нажатием кнопок “мыши”: как правило, нажатие левой кнопки воспринимается как нажатие <Enter> клавиатуры, а правой - как <Esc> (средняя кнопка используется редко). Изготавливаются и специальные мыши с количеством кнопок до 40, причем каждой ее кнопке приписывается некоторая команда.

Графопостроитель - устройство для вычерчивания штриховых изображений на бумаге, фотобумаге, фольге и т.п.(рис. 16). Наибольшее распространение получили планшетные графопостроители, в которых изображение наносится на неподвиж­ную бумагу перьями пишущей головки. Головка перемещается шаговым двигателем в декартовом коор­динатном пространстве стола. По конструкции головки различают: перьевые, струйные и лазерные графопостроители различных форматов носителя. Для изображения гладких кривых графопостроитель снабжается ус­тройством-интерполятором. Для грубого и точного ручного управления координатами пера используется несколько встроенных многопозиционных джойстиков¹⁴. Основные характеристики графопостроителя: тип, формат носителя, цветность, шаг двигателя, наличие встроенных шрифтов и масштабирования.

Мультимедийным оборудованием (рис. 17) называют совокупность аппаратных средств компьютера для работы с компакт-дисками, видео изображениями и их зву­кового сопровождения : CD-ROM, сканер, видео карту и звуковую карту.

Рис. 17

Сканер устройство для считывания графической и текстовой информации с бумаги и создания в памяти компьютера электронной копии изображения. Изобра­жение считывается многоэлементными фото приемными линейками с использованием протяженного осветителя и объектива.

Сканеры характеризуются:

 размером области сканирования (форматы А4, А3,...);

 оптическим разрешением (количес­т­вом эле­ментов в фото приемной линейке), составляющим обычно до 4800 dpi);

 логическим разрешением (масштабированием), позволяющим увеличивать изображение в 3..4 раза за счет программной интерполяции;

 разрядностью представления цвета палитры¹⁵ (глубиной цвета), составляющей

обычно до 36 битов.

Сканер обычно подключается к параллельному порту, но более высокое быстродействие имеют сканеры с собст­венным параллельным интерфейсом SCSI, устанавливаемым в разъем расширения сис­темной платы. Для ввода текстов с помощью сканера применя­ются аппаратные и программные средства оптического распознавания тек­стов (OCR).

Видео карта используется для выполнения видео операций над изображениями. К видео карте могут подключаться: видеокамера (“FotoMan”, “Polaroid” и т.п.), видеомагнитофон, телевизор. Видео карта выполняет следующие операции:

 видео компрессия изображения с целью ликвидации избыточных и неизменяемых от кадра к кадру частей изображения, т.е. экономии оперативной памяти при обработке анимационных изображений (сжатие графических образов может достигать 200: 1). Для сжатия подвижных видеоизображении используется два алгоритма :  - внутрикадровое сжатие : алгоритм DVI, например, предусматривает "про­ре­­жи­­вание" изображения за счет запоминания только каждого 4-го пиксела по всем направлениям; это незаметно влияет на качество изображения, но степень сжатия кадра достигает 25 : 1;  - межкадровое сжатие : ключевой фрейм содержит полную информацию кадра, а дельта-фрейм - межкадровые изменения. Для видео ком­прессии используется и фрактальное сжатие на основе систем итеративных функций, имитируемых рекурсивными алгоритмами. Изображение при этом сохраняется не в виде точек растра, а как набор формул; оно может быть масштабировано, в нем можно изменить палитру цветов, причем степень сжатия достигает 10 000 : 1;

 видео акселерация, выполняемая за счет ускоренной обработки изображения встроенным специализированным микропроцессором;

 захват кадра видеоизображения, сохранение его в памяти, на винчестере и показ в окне монитора с помощью специализированного устройства frame-grabber;

 ввод и захват видеопоследовательности (фильма) с помощью устройства capture-player;

 работа в телевизионном частотном диапазоне и обработка теле сигнала (в т.ч.

телетекста) с помощью TV- тюнера, отображение телепрограмм на дисплее с помощью преобразователя сигналов TV-VGA и использование телевизора в качестве монитора с помощью TV-выхода;

 воспроизведение последовательностей видеоизображении, записанных на CD, с помощью MPEG-плейеров (длительность воспроизведения составляет примерно