ры, в раскраске по алгоритму Гуро и т.д. Число таких эффектов доходит до многих десятков, и их математический расчет весьма сложен. Его невозможно возложить на процессор, даже с учетом наличия в нем математического сопроцессора. Поэтому этот этап построения динамических 3D объектов, называемый рендерингом, возлагается на ускоритель трехмерной графики или 3D-процессор.
3.6.6. Поддержка библиотек 3D-графики
Для реализации полноценной графики важное значение имеет применение специальных библиотек трехмерной графики, именуемых также интерфейсами программных приложений – API (Application Programming Interface).
Библиотека Direct 3D фирмы Microfoft является частью комплекса DirectX графических утилит, ускоряющих графику за счет осуществления прямого доступа к памяти. Этот API получил самое широкое распространение для создания игр, используемых в среде Windows 95/98, а затем и в последующих версиях операционных систем класса Windows. Ныне в операционной системе Windows XP используется уже восьмая версия Direct X.
Open GL – это API знаменитой фирмы Silicon Graphics, Inc., ко-
торая прославилась созданием самых мощных графических рабочих станций для профессионального применения. Open GL рассчитан на самые различные компьютерные платформы и характеризуется рядом несомненных достоинств: стабильностью, переносимостью, масштабируемостью и удобством программирования.
Для использования возможностей Open GL нужны соответствующие аппаратные и программные средства. К аппаратным средствам относятся видеоадаптеры с поддержкой OpenGL. Программные средства представлены драйверами и так называемым портом (файл opengl32.dll в операционных системах Windows 95/98). Ныне стандарт Open GL реализован в большом числе видеоадаптеров для современных ПК.
QuickTime 3D – это разработка фирмы Apple, применяемая в ее компьютерах. Есть ее реализации и на платформе PC-компьютеров. QuickTime 3D поддерживает виртуальную реальность, потоковое видео в сети Интернета и позволяет создавать более 150 видеоэффектов. Однако в части поддержки игр это средство заметно уступает Direct 3D и Open GL.
113
3.6.7. Аудио-оснащение ПК
Для полноценного превращения ПК в мультимедийный компьютер, помимо видеосистемы, ПК должен быть оснащен аудиосистемой. Уже первые типы ПК имели встроенный динамик, в основном создающий системные сигналы – гудки. Полноценное оснащение ПК звуковыми возможностями стало возможным после создания компанией Cteative Labs изделия Sound Blaster (Орудие звука). Это был пер-
вый аудиоадаптер в виде карты расширения, вставляемой в слот ПК
(рис. 3.18).
Рис. 3.18. Аудиоадаптер и его подключение к аудиоустройствам
Аудиоадаптер по существу состоит из двух частей – цифрового магнитофона и электронного
синтезатора звуков. Сигналы звука (от микрофона или линии) усиливаются и смешиваются (микшируются), подаются на АЦП и превращаются в цифровые сигналы. Они записываются в память ПК. Цифровые сигналы с памяти поступают на ЦАП, превращаются в аналоговые сигналы, усиливаются и поступают на акустические системы – головные телефоны или акустические колонки.
Разумеется, что для записи и воспроизведения стереофонических звуков тракт цифрового магнитофона должен быть двухканальным. А в более «крутых» современных аудиоадаптерах применена даже шестиканальная система (5+1), типичная для широкоэкранных кинотеатров и домашних видеотеатров. В этом случае источником звуковых сигналов служат оптические диски формата MP4 или DVD.
Синтезатор музыкальных звуков имеет интерфейс музыкальных инструментов MIDI. Он позволяет подключать к аудиоадаптеру клавиатуру музыкальных инструментов, напоминающую клавиатуру рояля или пианино. Это превращает ПК в полноценный электромузыкальный инструмент. Массу MIDI-файлов с записями музыкальных произведений можно найти на компакт-дисках CD-ROM и в Интернете.
114
Синтезаторы могут быть двух типов – с частотной модуляцией FM и с волновым синтезом – Wave Table. Последние более совершенны и дают более высокое качество синтезированных звуков. По существу, они представляют собой наборы реальных звуков в цифровой форме, из которых под действием команд формируются сложные звуковые сигналы, даже такие, как отдельные слова и фразы, хлопки в ладоши, свистки и т.д.
Современное аудио-оснащение ПК позволят получить высокое качество звука, но при условии применения достаточно дорогих аудиокарт и мощных и больших внешних акустических систем с усилителями. Хороший звук дают современные стереофонические головные телефоны. А вот встроенные динамики мобильных компьютеров – ноутбуков, а также всевозможные миниатюрные дешевые колонки, высокого качества звука, увы, не дают.
3.7. Типовые внешние устройства ввода/вывода
3.7.1. Клавиатура
Клавиатура (рис. 3.19) является основным и нередко первичным устройством ввода информации в компьютер. Она представляет собой некоторое число клавиш, каждая из которых имеет замыкаемые при нажатии пленочные контакты. С помощью эластичной прокладки имитируется «щелчок» клавиш. Число клавиш обычно составляет 101 или 102, у клавиатуры ноутбуков их меньше.
Рис. 3.19. Стандартная клавиатура компьютера
115
Основная группа клавиш очень напоминает клавиатуру пишущих машинок, так что виртуозы печати на них легко освоят и клавиатуру компьютеров. Появились специальные эргономичные клавиатуры, например показанная на рис. 3.20 клавиатура с разными блоками клавиш под каждую руку. Они меньше утомляют кисти рук и пальцы, снижая возможности их за-
болевания.
Рис. 3.20. Эргономичная клавиатура
Компьютер периодически, примерно 50 раз в секунду, опрашивает клавиатуру. При этом при нажатии той или иной клавиши
клавиатура передает в центральный процессор уникальный код соответствующей клавиши. Для выработки этого кода и предотвращения «дребезга» клавиш из-за плохих контактов, служит специальный клавиатурный микропроцессор и контролер клавиатуры. Программно клавиатура обслуживается специальным драйвером клавиатуры.
3.7.2. Графический манипулятор – мышь
Работа с современным компьютером стала просто немыслимой без применения графического манипулятора того или иного типа. Это второе по значимости устройство ввода и управления компьютером после клавиатуры. Отчасти это связано с повсеместным применением в современных программах графических меню и иных средств графического интерфейса, например кнопок, полос прокрутки, выпадающих списков, линейчатых регуляторов и т.д.
Применяются следующие типы графических манипуляторов: мышь – общеизвестный обычно внешний графический манипулятор; трэкбол – как бы перевернутая мышь; тоучпад – графический манипулятор на основе сенсорной панели;
мини-джойстик, или трэкпоинт – манипулятор в виде миниатюрной рукоятки с кнопками пуска; световой карандаш – манипулятор в форме карандаша;
сенсорный дисплей – манипулятор в виде сенсорной панели и пассивного «пера» - палочки.
Мышь – самый распространенный графический манипулятор. Он используется как внешнее устройство, подключаемое к ноутбуку
116
через последовательный порт RS-232, порт PS/2 или USB. Механическая мышь (рис. 3.21) имеет обрезиненный шарик, который катается по поверхности стола (лучше по поверхности специального коврика) и вращает два валика, угол поворота которых преобразуется в коды, поступающие в компьютер. Мышь имеет также 1-3 управляющие кнопки.
Рис. 3.21. Устройство механической мыши
Существуют и оптические мыши, у которых обрезиненный шарик отсутствует, а перемещения фиксирует фотодиод. Оптическая мышь очень практична, поскольку не требует чистки и механической настройки. Мыши могут быть однокнопочные (в ПК фирмы Apple), двух- и трехкнопочные, а также мыши с колесиком для плавной прокрутки документов. Уже появились и беспроводные мыши, соединяемые с ПК каналом радиоили инфракрасной световой связи. Мыши обслуживаются своим драйвером.
3.7.3. Сканеры
Неоценимую пользу в подготовке графических файлов может принести сканер – устройство ввода, сканирующее по строкам любой рисунок или текст и передающее информацию о нем в персональный
117
компьютер. Большинство настольных планшетных сканеров выглядят просто как прямоугольный ящик с крышкой. Под нее на стекло кладется сканируемые тексты или рисунки (вниз сканируемой поверхностью). Крышка закрывается и начинается процесс сканирования. Крышка сканера часто делается съемной для сканирования страниц толстых книг. У некоторых сканеров предусмотрена возможность сканирования слайдов.
Для работы со сканерами нужно проинсталлировать их драйверы и использовать программы, имеющие возможности для такой работы. Обычно они поставляются в комплекте со сканерами. Но есть много программ, например PhotoShop, PhotoPaint и др., которые обеспечивают многофункциональную работу со сканерами. Стандартным считается набор драйверов с названием TWAIN.
Отсканированное изображение записывается в виде файлов с обычными графическими форматами TIF, PCX, JPEG и др. Довольно часто сканеры используются для сканирования текстов и преобразования их в текстовые файлы. Для этого используется программа Fine Reader и другие подобные программы.
3.7.4. Дисплеи ПК на электронно-лучевой трубке
Дисплей – устройство вывода. Он служит для оперативного отображения информации в ходе диалога с ПК. Обычные дисплеи для настольных ПК (их именуют также мониторами) построены, как и телевизоры, на электронно-лучевой трубке –
ЭЛТ (рис. 3.22).
Рис. 3.22. Вид дисплея на электронно-лучевой трубке
ЭЛТ цветных дисплеев имеют три электронных луча и специальные устройства сведения их в трехцветные области экрана (триады – рис. 3.23). Меняя интенсивность этих лучей, можно по-
лучить практически любой цвет пятна. Для направления каждого луча на нужную область триад (красную, зеленную или синюю) служит
118
специальная металлическая маска - либо теневая с отверстиями, либо с апертурной решеткой в виде вертикальных полос.
Рис. 3.23. Схематичное устройство цветного кинескопа
Дисплеи имеют генераторы кадровой и строчной развертки, вырабатывающие сигналы для построчного перемещения луча. Они подаются на катушки магнитной системы отклонения луча. Кроме того, дисплеи имеют электронику управления и стабилизации изображения и источник питания (см. более подробное описание в Главе 5).
Стандартные VGA и SVGA дисплеи имеют размер по диагонали 14 дюймов (36 см). Он оптимален для многих применений в MS-DOS. Для операционных систем класса Windows, окна которых наполнены мелкими объектами - пиктограммами, желателен больший размер экрана. Для бытовых условий это 15 дюймов (39 см). Дорогие дисплеи с большим размеров экрана нужны при профессиональном применении ПК, например, для верстки газетных и журнальных страниц, работе с графическими САПР и т.д. Диаметр светового пятна современных дисплеев от 0.2 до 0.39 мм.
Современные дисплеи зеленой линии (Green Line) используют энергосберегающий режим работы. По сигналу от ПК во время его бездействия они снижают потребляемую мощность с 70-90 Вт до 10 Вт и менее. По степени защиты пользователя от радиации дисплеи делятся на обычные (без защиты) и класса LR (Low Radiation - низкая радиация). Многие дисплеи имеют антибликовое покрытие экрана.
119
3.7.5. Плоские дисплеи ноутбуков и настольных ПК
Электронно-лучевая трубка - громоздкое устройство. Поэтому в последнее время получили распространение плоские дисплеи. Они основаны на жидкокристаллических индикаторах ЖКИ (или LCD - Liquil Crystal Display), использующих эффект поляризации света жидкими кристаллами. Грубо говоря, слои жидких кристаллов пропускают или не пропускают свет в зависимости от приложенного к ним электрического поля.
У пассивных дисплеев, работающих на просвет, сзади экрана расположен источник света, создающий равномерное освещение. Для этого часто достаточно иметь две люминесцентные лампы и рассеивающую призму. Изображение с помощью цветного фильтра разбивается на триады RGB. Схема управления матрицей ячеек дисплея довольно сложна.
Намного более совершенны дисплеи на основе активной транзисторной матрицы - TFT (Thin Film Transistor). У таких активных дисплеев для управления каждой ячейкой служат тонкопленочные транзисторы. Матрица этих транзисторов создается вместе с матрицами LCD трех цветов изображения. Технология создания таких матриц очень сложна, и их делает небольшое число фирм во всем мире. Зато схема управления упрощается.
Дисплеи с TFT способны дать качество изображения, близкое к стандарту VGA или даже SVGA и XGA с хорошей контрастностью и яркостью. К тому же скорость смены кадров у такого дисплея может достигать 80 кадров в секунду. Однако ЖКИ более инерционны, чем дисплеи на электронных лампах, и все же хуже передают тонкие оттенки цвета.
В настоящее время используются плоские дисплеи, они производятся с размером экрана от 8 до 25 дюймов по диагонали (рис. 3.24).
Рис. 3.24. Плоский монитор фирмы Philips со встроенными колонками
Такие дисплеи выпускаются как для настольных ПК, так и для мобильных компьютеров – ноутбуков. Интересно отметить, что размеры
120
видимой области таких дисплеев примерно на дюйм больше размеров изображения дисплеев на ЭЛТ.
3.7.6. Печатающие устройства - принтеры
Принтеры – самые распространенные из периферийных устройств вывода информации после дисплея. Они предназначены для получения так называемых «твердых копий» документов и программ– распечаток их на бумаге. Традиционно принтеры подключаются к компьютеру через параллельный PRN порт или (намного реже) через последовательный COM порт.
Принтеры выпускаются разного типа:
•матричные игольчатые, печатающие текст ударами иголок по красящей ленте;
•термографические, печатающие с помощью местного нагрева бумаги или красящей ленты;
•струйные, разбрызгивающие чернила при печати;
•лазерные – использующие лазерную печать, подобную применяемой в светокопировальных аппаратах.
Струйные принтеры дешевы и позволяют печать в цвете, есть да-
же принтеры с фотореалистическим качеством печати – рис. 3.25. Благодаря печати в цвете струйный принтер - лучшее приобретение для мультимедиа-ПК. Недостатками таких принтеров является дороговизна их чернильниц – картриджей и необходимость применения высококачественной бумаги для печати.
Рис. 3.25. Широкоформатный цветной струйный принтер Epson STYLUS Photo 1290
Цветного картриджа хватает обычно всего на 200-300 страниц, чер- но-белого на 500-600 (редко на 1000). Стоимость картриджа почти на порядок выше, чем у ударных матричных принтеров. Некоторые принтеры имеют сразу два картриджа (монохромный и цветной), в других монохромный кар-
тридж можно заменить на цветной.
121
Лазерные принтеры создают лазерным лучом изображение на светочувствительном барабане в виде распределения электрического поля. Затем барабан покрывается мелкозернистым порошком - тонером обычно черного цвета (бывает и иного). Его частицы, притягиваясь с разной густотой к барабану, создают «съемную» копию части изображения. Она и остается на бумаге, проходящей по барабану. После этого барабан очищается.
Кратковременный (импульсный) нагрев закрепляет частицы тонера на бумаге, прочно впекая их в нее. Изображение на бумаге не только не выцветает на свету, но и не расплывается при намокании. Качество печати лазерного принтера выше всяких похвал! Да и скорость печати (от 4-12 страниц в минуту даже у сравнительно дешевых принтеров) вполне приличная.
У светодиодных принтеров изображение формируется линейкой из многих сотен светодиодов, что упрощает конструкцию принтера. Однако получить у них высокое разрешение при печати трудно, так что такие принтеры постепенно теряют свои позиции на рынке.
Самое высокое качество цветной печати дают сублимационные принтеры. Но они очень дороги и используются только в профессиональной практике – например, для печати цветных картинок на обложках дорогих журналов.
3.8. Мобильные вычисления и мобильные компьютеры
С появлением БИС исполнилась мечта многих людей – стали возможными мобильные вычисления, а точнее говоря - полноценная работа на миниатюрных компьютерах с автономным электропитанием. Их можно применять повсюду – дома и в офисе, при переездах на железнодорожном и автомобильном транспорте, при перелетах на самолетах, во время отдыха на даче или даже на пляже. Рассмотрим основные средства мобильных вычислений.
3.8.1. Калькуляторы и электронные записные книжки
Предвестником появления компьютеров четвертого поколения стали микрокалькуляторы – миниатюрные ЭВМ для разных расчетов. Вслед за обычными калькуляторами появились программируемые - в том числе для сложнейших научных, статистических и экономических расчетов (рис. 3.26). По существу, это полноценные компьютеры для сложных математических вычислений.
122