Программные прерывания

Любая программа может инициировать синхронное программное прерывание с помощью выполнения команды INT. Операционная система MS DOS пользуется для ввода данных со своими модулями и прикладными программами прерывания в диапазоне от 20H до 3FH, например: доступ к диспетчеру функций MS DOS осуществляется с помощью прерывания 21H. Программы BIOS, хранящиеся в ПЗУ и прикладные программы IBM - совместимых компьютеров используют другие прерывания с меньшими или большими прерываниями. Например: прерывание 10H ПЗУ BIOS используется для обслуживания драйвера дисплея; прерывание 42H - используется BIOS для обслуживания дисплея, если установлен видеоадаптер EGA, прерывание 43H - содержит таблицы символов для графических адаптеров EGA, MCGA, VGA.

Замечание.

Программы могут узнавать о внешних событиях путём опроса, но это отнимает много времени, к тому же в программу приходиться встраивать множество команд, чтобы определить что произошло, поэтому для сокращения программ и повышения их производительности используются аппаратные прерывания, подобно дверным звонкам, когда один из таких звонков срабатывает, процессор выясняет номер звонка и реагирует на данное событие. В центральном процессоре есть встроенные средства для слежения за определёнными ситуациями и если такие ситуации возникают, то микропроцессор приостанавливает работу, чтобы не ухудшить ситуацию. Такие прерывающие работу события называются исключительными ситуациями.

Устройства ввода, обработки, распознавания, хранения, вывода, отображения информации.

Устройства ввода информации

Главным признаком устройств ввода является преобразование одного вида информации, например, изображений, которые нанесены на бумагу (на фотопленку, фотобумагу) или на любые иные носители — в иной вид информации, а именно в цифровую форму.

Замечание

Это следует особо отметить, т. к. в процессах записи и передачи цифровой информации также выполняются определенные преобразования, например из магнитной формы в электрическую и наоборот, но поскольку при этом не изменяется цифровая форма (и то и другое остается цифровыми кодами), то такие устройства относятся к устройствам хранения (или передачи), а не к устройствам ввода

Клавиатура

Клавиатура (keyboard) по-прежнему является основным устройством для ввода текстовой информации.

Замечание

До недавнего времени клавиатура была единственным способом ввода текстов, а в последние годы значительное развитие получили технологии оптического распознавания текста (OCR, Optical Character Recognition), которые предлагают с достаточно высоким уровнем "распознавать" и конверировать в текстовые коды сканированные изображения страниц. Правда, требуется целый ряд условий (отчетливый печатный текст, достаточно высокое разрешение, только черно-белое штриховое изображение, отсутствие фона). При невыполнении этих и других условий качество распознавания резко снижается, что делает применение таких программ нерентабельным.

В техническом смысле клавиатура — это устройство, являющееся совокупностью механических датчиков, воспринимающих давление на клавиши и замыкающих определенным способом электрическую цепь.

Для нашего курса достаточно представлять себе, что нажатие клавиши или совокупности клавиш (то есть механическое действие) преобразуется в соответствии с принятой кодовой таблицей в цифровой код символа, который сохраняется в текстовых или графических документах.

В специализированных прикладных программах (нетекстовых редакторах), в том числе в любом графическом редакторе, набор текста пользователем осуществляется при включении соответствующего инструмента

Мышь и трекболл

Устройство типа мышь (mouse) создавалось как средство свободного, позиционирования курсора на экране с графическим интерфейсом (указатель мыши на экране перемещается синхронно с движением мыши по коврику). С помощью этого устройства можно также осуществлять "ввод" графической информации — это свободное рисование "от руки". Разумеется, мышь не самое оптимальное устройство для рисования, но поскольку им всегда комплектуется компьютерная система, то это самый массовый инструмент художника.

Смотрите далее информацию о графическом планшете.

Вариацией мыши является устройство, названию которого нет эквивалента в русском языке, — трекболл (trackball). Вариация состоит в том, что трекболл легче всего представить как перевернутую мышь, у которой шарик вращается не от трения по поверхности коврика, а от прикосновения пальцев пользователя. Применение трекболла диктуется ограниченным местом или мобильностью, в частности он встраивается в переносные компьютеры (notebook или laptop).

Сканер

Сканер (scanner) — это устройство, предназначенное для преобразования изобразительной информации в цифровую форму, точнее в пиксельную графику.

Принцип работы сканера заключается в следующем. Сканируемое изображение освещается белым светом. Отраженный свет через уменьшающую линзу попадает на электронный элемент, называемый прибором с зарядовой связью (ПЗС), который "реагирует" на уровень освещенности уровнем напряжения. Значения напряжения легко преобразуются в цифровую форму и представляются в виде пиксельного изображения.

Для дизайнера сканер представляется необходимейшим устройством. Наиболее широко распространены планшетные сканеры. Как правило, они предназначены для сканирования непрозрачных оригиналов, в том числе "толстых" оригиналов (страницы книг и журналов). Но многие модели позволяют использовать дополнительные модули (слайд-модули), которые обеспечивают сканирование изображений с прозрачных оригиналов. Такой слайд-модуль, имеющий свой источник света, устанавливается на планшетный сканер вместо обычной крышки и превращает сканер в универсальный.

Из профессиональных (и дорогостоящих) типов сканеров можно назвать слайд-сканеры (slide-scanner) и барабанные сканеры (drum scanner). Слайд-сканеры ориентированы на сканирование небольших оригиналов (слайдов), а в барабанных сканерах несколько оригиналов закрепляются на прозрачном барабане, который вращается с большой скоростью. Считывающий элемент располагается очень близко к оригиналу. Данная конструкция обеспечивает наивысшее качество сканирования.

Цифровая фотокамера

Самый существенный технологический прогресс в последние годы характерен для цифровых фотокамер (digital camera). Цифровая фототехника по качеству неуклонно приближается к аналоговой (хотя до полной победы еще пройдет немало времени).

Цифровые фотокамеры устроены как обычные фотоаппараты: используются те же объективы, оптика, диафрагмы и другие элементы. Однако вместо пленки световой поток, прошедший через объектив, попадает на светочувствительную матрицу, которая преобразовывает уровень освещенности в цифровую форму и, как сканер, формирует пиксельное изображение, которое может храниться в камере или непосредственно передаваться в компьютер (например, в условиях студийной съемки).

Достоинством цифровых технологий является возможность мгновенного просмотра отснятого материала и отсутствие химических ("мокрых") процессов.

Графический планшет

Графические планшеты (graphics tablet) предназначены для тех, кому привычнее и милее кисть и карандаш, нежели неестественные манипуляции с мышью.

Графический планшет, конечно, не является полным аналогом художественного планшета: пользователю все равно приходится смотреть не на

планшет, а на экран монитора, но зато рука получает возможность двигаться свободно (как говорят художники, "пластично") и очень близко к традиционному рисованию.

Разумеется, электронная форма этого инструмента не может не быть насыщенной дополнительными функциями. Например, степень давления (до 1024 уровней) может преобразовываться в толщину штриха, в уровень тона или даже цвета.

Электронное перо (stylus), которое входит в состав графического планшета, может служить не только карандашом, но и ластиком и некоторыми другими инструментами, а также заменять мышь для выполнения команд.

Дигитайзер

Дигитайзер (digitizer) первоначально разрабатывался для целей автоматического проектирования и использовался в машиностроении, конструкторских бюро и картографии. Его основное предназначение состоит во введении координат точек, по которым специализированное программное приложение строит векторные контуры. Таким образом, дигитайзеры служат для преобразования перемещения специальной мыши, на которой расположены кнопки, определяющие различные типы точек, в векторные изображения. В начале работы обязательна привязка мыши дигитайзера к началу координат планшета дигитайзера. Это дает возможность точно определять и фиксировать абсолютные координаты.

Определяющей особенностью данного устройства является необходимость достаточно аккуратного и квалифицированного оператора.

Устройства обработки, хранения и передачи цифровой информации

Устройством обработки цифровой информации и "мозгом" всей издательской системы является компьютер, который также представляет собой многоуровневую структуру. В нее входят как элементы обработки (процессор), так и несколько типов устройств хранения информации (оперативная память, жесткий диск, видеопамять), а также целый ряд вспомогательных элементов (порты и другие составляющие).

Основные параметры компьютера

Работа с графикой, особенно предназначенной для полиграфических целей, требует достаточно значительных параметров используемого компьютера. К сожалению (только для автора), темпы технологического прогресса в этой области необычайно высоки, а сроки написания, подготовки, печатания и распространения книги не поспевают за ними, поэтому мы рассмотрим только принципиальные параметры, которые необходимо понимать каждому дизайнеру, садящемуся за компьютер.

Персональный компьютер — это, прежде всего, системный блок, в котором располагаются все основные узлы компьютера. Для нас важно отметить, что системный блок включает электронные схемы, расположенные на системной (материнской) плате: микропроцессор, сопроцессор, плату памяти, контроллеры устройств (например, клавиатуры и дополнительных устройств), системную магистраль данных (шину данных), которая обеспечивает связь с адаптером монитора, адаптерами портов и контроллерами дисков. "Мозгом" компьютера является микропроцессор — центральное устройство компьютера — электронная схема размером в несколько квадратных сантиметров, которая обеспечивает выполнение всех прикладных программ и управление всеми устройствами. Микропроцессор выполнен в виде сверхбольшой (не по размеру, а по количеству электронных компонентов, число которых достигает нескольких миллионов) интегральной схемы, расположенной на кремниевой пластинке.

Микропроцессоры могут различаться по следующим основным параметрам (не считая, разумеется, цены).

• Тип (модель) означает поколение микропроцессоров, например существуют процессоры серий, которые обобщенно называются "286", "386", "486", "Pentium".

• Тактовая частота определяет количество элементарных операций, выполняемых в одну секунду. Она измеряется в герцах (Гц). Тактовая частота служит основным параметром, обеспечивающим производительность процессора. Чем выше тип процессора, тем выше тактовая частота. Одна из первых моделей персональных компьютеров располагала процессором с тактовой частотой 4,77 МГц, а последние процессоры перешагнули барьер в 1 ГГц.

• Разрядность определяет количество битов, передаваемых одновременно (синхронно) по информационным шинам. Производительность компьютера также напрямую связана с разрядностью. Этот параметр изменяется скачкообразно: 8 разрядов, затем 16, 32 разряда и, наконец, 64-разрядные шины.

Компьютер в целом характеризуется и рядом других параметров, влияющих на его производительность.

• Оперативная память (или ОЗУ — оперативное запоминающее устройство) определяет объем памяти, которым "распоряжается" процессор. Оперативная память — это быстрая и энергозависимая (при отключении электропитания информация полностью теряется) память, в которой располагается исполняемая в данный момент программа и необходимые для этого данные. Чем выше это значение, тем больший объем информации может быть одновременно доступен для обработки. Объем оперативной памяти за относительно короткий исторический период увеличивался с 640 Кбайт до десятков Мбайт в современных системах (причем даже в самых скромных конфигурациях). Быстродействие (скорость работы) компьютера напрямую зависит и от величины ОЗУ.

• Видеопамять — это отдельное ОЗУ, расположенное на специализированной видеоплате. Эта память содержит данные, соответствующие текущему изображению на экране.

В современном персональном компьютере реализован принцип открытой архитектуры, который позволяет практически свободно менять состав устройств (модулей). К главной информационной магистрали подключается большое количество периферийных устройств. При этом очень важно, что одни устройства могут заменяться на другие. Не являются исключением даже микропроцессор и микросхемы оперативной памяти.

Аппаратное подключение периферийных устройств к информационной магистрали осуществляется через особый блок, который получил название контроллера (иногда его называют адаптером). А программное управление работой внешних устройств обеспечивается также особыми программами -драйверами, которые, как правило, интегрируются в операционную систему.

Устройства хранения

Оперативная память не может хранить информацию без питания, а если бы и могла, то все равно ограничена по объему, поэтому компьютер снабжается устройствами длительного хранения.

Гибкий диск

Гибкий диск (дискета) является самым доступным и дешевым устройством хранения цифровой информации. Практически каждый персональный компьютер снабжается дисководом для дискет. Однако считать их надежным носителем информации не приходится, да и объем их по современным меркам крайне мал. Дискеты 5,25 дюйма уже исчезли из употребления, их место заняли дискеты размером 3,5 дюйма (89 мм) и объемом 1,44 Мбайт. У этих дискет жесткий пластиковый корпус и металлическая защелка

Жесткий диск

Жесткий диск — устройство хранения цифровой информации (накопитель, он же винчестер) предназначен для постоянного хранения любой информации, используемой в компьютерных технологиях: модулей операционной системы, программных приложений, в том числе графических редакторов, текстовых, изобразительных и звуковых документов и т. д. Жесткий диск завоевал свое уникальное положение потому, что он обеспечивает наиболее быстрый доступ к данным, высокую скорость чтения и записи данных. Накопитель на жестком диске характеризуется следующими параметрами,

• Емкость диска, т. е. максимальное количество информации, которое может быть размещено на диске. Этот параметр изменяется чрезвычайно бурно, вместе с тем, никакого объема не бывает достаточно.

• Быстродействие, т. е. время доступа к информации и скорость чтения и записи информации. Эти параметры соотносятся как время разгона и максимальная скорость автомобиля.

• Интерфейс, т. е. тип контроллера, с помощью которого жесткий диск присоединяется.

Сменный диск

Сменный диск представляет собой вариант гибкого диска повышенного объема. Дисководы, которые "читают" такие диски, приспособлены для транспортировки (имеют малый вес, выделенные адаптеры питания и т. д.)

Компактный диск

Компактный диск (CD — compact disk) представляет собой подобие граммофонной пластинки на новом технологическом уровне, поскольку предназначен только для "проигрывания" однажды записанной информации. Компакт-диски используются только для чтения содержащейся на них информации. Компьютерные компакт-диски очень дешевы в производстве и вмещают до 640 Мбайт информации, поэтому сейчас практически большинство дистрибутивов программ, в особенности большие программные пакеты, игры, энциклопедии, справочники, словари и многое другое распространяются только на компакт-дисках.

Магнитооптический диск

Магнитооптический диск применяется для резервирования и хранения данных. Пользователь может работать с такими дисками, как с обычными жесткими дисками, только они съемные и являются более медленными. Дис-ководы для магнитооптических дисков выпускаются емкостью от 230 Мбайт до 4,6 Гбайт.

Стриммер

Все предыдущие устройства хранения в основе своей конструкции имеют диск, а следовательно, обеспечивают произвольный доступ к любому сектору информации. Для резервирования больших массивов информации, размещенной на жестких дисках, широко используется стриммер — устройство для записи информации на кассеты с магнитной лентой.

Магнитная лента предполагает только последовательный доступ к информации, поэтому со стриммеров никогда не происходит загрузка программ. Стримеры просты в использовании и обеспечивают самое дешевое хранение данных

Устройства вывода информации

Устройства вывода

Если какая бы то ни было информация вводится, обрабатывается и сохраняется, то только для того, чтобы, в конечном счете, быть выведенной в форме, понятной человеку. Исходя из этого, можно сказать, что все устройства вывода (output devices) — это, по сути дела, устройства визуализации, т. е. они выполняют функцию, обратную вводу информации, и обеспечивают преобразование цифровой информации в традиционную (шрифт, рисунок, цвет и т. д.).

Можно выделить два основных класса устройств в зависимости от способа визуализции: средства электронной визуализации и средства материальной визуализации.

К первому типу устройств относится класс мониторов, которые в настоящий момент кажутся неотъемлемой принадлежностью компьютеров.

Ко второму типу устройств принадлежит разнообразный класс принтеров в самом широком значении этого слова, куда можно включить и особый тип выводных устройств — фотонаборные автоматы и полиграфические печатные машины (печатные прессы).

Мониторы

Кажется, что мониторы представляют собой неотъемлемую часть компьютера, однако так было не всегда, кроме того, монитор — это только наиболее заметная часть видеосистемы.

На самом деле видеосистема IBM-совместимого компьютера состоит, как минимум, из двух частей: собственно монитора, который очевиден каждому, и видеоплаты (адаптера), которая располагается в системном блоке компьютера. Такая структура позволяет осуществлять индивидуальное конфигурирование видеосистемы.

Монитор (дисплей) предназначен для вывода на экран текстовой и графической информации. Современное программное обеспечение использует только графический режим. В таком режиме экран состоит из множества точек, каждая из которых обеспечивает определенный диапазон цветов. Количество точек на экране называется разрешающей способностью монитора в одном из стандартных режимов. Следует заметить, что разрешение экрана не зависит от размеров экрана монитора. Эта информация очень важна для Web-дизайнеров.

Монитор с электронно-лучевой трубкой (ЭЛТ) по принципам работы ничем не отличается от обычного телевизора (при наличии тюнера может служить телеприемником), но имеет более высокие параметры, т. к. предназначен для работы на достаточно близком расстоянии и призван служить для задач, связанных с точными работами с изображением и цветом.

Принтеры

Принтеры, как и мониторы, стали почти непременным атрибутом любой компьютерной системы, а уж графической тем более. Принтеры совершенно необходимы для вывода результатов работы, поскольку известно, что монитор не может обеспечить достоверного впечатления.

Струйные принтеры

Принцип работы струйных принтеров основан на выбросе капель чернил несколькими способами.

В термальных струйных принтерах в камере создается воздушный пузырек, который выдавливает каплю чернил из сопла. Для обеспечения более высокого качества применяются материалы со специальным покрытием.

В пьезоэлектрических струйных принтерах используется электрическое поле, которым поляризуются кристаллы печатной головки. Можно использовать масляные чернила, обладающие более высоким качеством и надежностью.

Сублимационные принтеры формируют изображение, испаряя краситель с лавсановой пленки. Пары краски затем конденсируются в специальном покрытии бумаги (на базе полистирола). При этом печатается целая строка изображения, т. к. печатающая головка с большим количеством термических элементов равна ширине бумаги. Количество краски определяется временем нагрева печатного элемента, что обеспечивает довольно значительное число градаций тона для каждой краски. После нанесения одной краски лист возвращается к началу, лента перемещается на следующий цвет и т. д. В результате образуется изображение без растровых точек.

Преимуществом сублимационных принтеров является замечательная цветопередача без заметной для глаза структуры изображения, а недостатком — некоторое снижение четкости изображения, невозможность использования обычной бумаги.

В принтерах на твердых чернилах (dry jet) используются твердые чернила на основе воска с цветными пигментами. Они расплавляются нагревателями (поэтому такие принтеры называют также принтерами со сменой фаз) и выбрасываются из сопла-форсунки с помощью пьезоэлектрических устройств. Для получения большего количества градаций используют по два комплекта печатающих головок (стандартной и половинной плотности). Пигмент твердых чернил аналогичен пигменту типографских красок, что позволяет использовать их для цветопробной печати. Достоинствами принтеров с твердыми чернилами являются высокая четкость изображения, передача очень мелких деталей и печать на обычной бумаге, а недостатком — довольно крупная структура растра

Фотопринтеры

Устройство печати, которое обеспечивает вывод цифровых изображений на стандартные фотоматериалы (фотобумагу или фотопленку), называется фотопринтером. Разумеется, что в этом случае требуется соответствующая обработка экспонированного фотоматериала. По сути дела, фотопринтер выступает в роли традиционного фотоувеличителя, которым пользуются фотографы, работающие с оригиналами на фотопленках.

Стойкость изображений, перенесенных на фотоматериалы, выше, чем у отпечатков, выполненных на струйных принтерах.

Экспонирование фотоматериалов выполняется различными способами с применением лазеров или светодиодов, генерирующих красное, зеленое и синее излучения. Возможно использование галогенной лампы и цветных фильтров.

Такие принтеры характеризуются высоким разрешением. Поскольку на каждый пиксел изображения обеспечивается 256 уровней яркости, даже при относительно небольших значениях разрешения (диапазон от 200 до 500 ppi) "полутоновое" разрешение увеличивается до 4000 dpi

Лазерные принтеры

Работа монохромных лазерных принтеров основана на электрографическом принципе.

Сначала барабан с фоточувствительным покрытием приобретает поверхностный электрический заряд (покрытие не проводит электрический ток в темноте и заряд сохраняется, как в конденсаторе). Затем луч лазера, который отражается от многогранного вращающегося зеркала, пробегает вдоль поверхности барабана и рисует изображение. Те точки на поверхности барабана, на которые попал свет лазерного луча, теряют электрический заряд (покрытие начинает проводить ток под действием света).

На поверхности барабана образуется скрытый рисунок в виде отсутствия/присутствия точечных электрических зарядов. Затем специальное устройство, содержащее порошок тонера (красителя), частички которого имеют такой же электрический заряд, как исходная поверхность барабана, переносит тонер на барабан (тонер прилипает к тем точкам, которые уже подверглись действию света, а точки барабана, сохранившие заряд, отталкивают тонер). Теперь лист бумаги плотно прижимается к барабану, тонер переносится в основном на бумагу, а лист бумаги проходит через печку, тонер подплавляется и прочно сцепляется с бумагой.

Особенностью электрографического принципа является то, что весь рисунок перед печатью должен быть загружен во внутреннюю память принтера именно в виде пиксельного (битового, bitmap) представления. Для цветных лазерных принтеров требуемый объем внутренней памяти возрастает в три-четыре раза.

Фотонаборные автоматы

Фотонаборный автомат (ФНА, в английской терминологии — image setter) предназначен для получения изображения на фотопленке (фотоформе), которая служат промежуточным звеном в создании печатных форм. Фотонаборные автоматы являются самыми высококачественными выводными устройствами, поскольку высокое разрешение сочетается с надежной повторяемостью и жесткостью растровой точки.

Графопостроители

Устройство, позволяющее представлять цифровые изобразительные данные в виде линейных рисунков, графиков, схем, чертежей и карт на бумаге, называют обычно графопостроителем, или плоттером. Компьютер управляет специальным рисующим элементом, который чертит линии по поверхности бумаги (или режущим элементом, который обеспечивает разрезание).

Различают планшетные и барабанные графопостроители. В планшетном пишущий элемент передвигается по поверхности в двух направлениях, в барабанном — только поперек рулона бумаги, а бумага перемещается вперед-назад.