2014-02-24
657
Уяснение задачи, оценка обстановка и принятие решения на наступление.
Согласно нанесенной тактической обстановке, в должности командира взвода проводим уяснение задачи, оценку обстановки и принятие решения на оборону.
*Назначаю студентов для уяснения задачи, оценки обстановки и принятия решения на оборону. При необходимости поправляю и дополняю.
Справочные данные:
«Синие» по организации и тактике действий армии ФРГ.
1. Личный состав 1 мсв имеет боевой опыт.
2. 1 мсв имеет на вооружении БМП-2.
3. Запасы материальных средств:
а) боеприпасы:
· снаряды к орудию 2 А 42 - 0,7 б/к;
· патроны к ПКТ - 0,8 б/к;
· ПТУР - 0,8 б/к; к стрелковому оружию - 1 б/к.
б) топливо: 0,6 заправки.
в) продовольствие: 2 сутодачи.
4. Техника требует обслуживания в системе ЕТО.
5. Погода реальная на день занятия.
1. Изучить рекомендованную литературу.
2. Повторить и записать в рабочих тетрадях сигналы, команды управления, взаимодействия.
На занятии быть в готовности уточнить задачи отделениям (танкам). С наращиванием обстановки действовать в должности командира взвода при отработке вопроса управления взводом в наступлении.
|
|
|
Старший преподаватель кафедры
«Организация финансовой деятельности войск»
подполковник В.А. Евдоров
Работает иначе. Формирование символов обеспечивает знакогенератор с памятью. Ячейка памяти содержит код символа, определяющий его индекс в таблице символов и его атрибуты изображения.
Экран организуется в виде матрицы знакомест, например, размером 25 стр х 80 симв в строке.
Знакогенератор может быть организован в виде ПЗУ или ОЗУ, емкость которых определяется форматом знакоместа и числом формируемых символов.
Часто используемые форматы знакомест: 8х8, 9х14, 9х16 точек.
Принцип формирования символа:
На старшие разряды ПЗУ поступает код символа, а на младшие – номера строк в знакоместе. В графическом режиме выходные данные поступали прямо из видеопамяти.
При применении ОЗУ изображение символа задается программно, что обеспечивает применение большего набора разных шрифтов. Требуемая емкость видеопамяти в текстовом режиме например, при 8-битовом кодировании и матрице 8х8 составляет 28*8 = 2 Кбайта 8-разрядных слов, а в графическом потребовалось бы 32 Кбайта.
Поскольку в текстовом режиме в адаптер передаются только коды символов, то заполнение экрана происходит в десятки раз быстрее.
4.4. Видеоадаптер (видеокарта)
Основная его функция: преобразование цифровых сигналов в аналоговые, подаваемые на модулятор и отклоняющие системы монитора, то есть выполнение роли интерфейса между CPU и монитором.
Определяет характеристики видеосистемы:
|
|
|
- разрешение и частоту разверток
- число цветовых оттенков (палитру)
- скорость обработки и передачи информации межу CPU и монитором.
Включает в себя основные узлы:
- видеопамять,
- Chipset, реализующий функции изображения,
- схемы интерфейса ввода/вывода на монитор,
- ROM VIDEO BIOS – базовая система ввода вывода для управления видеосистемой (в адаптерах EGA, VGA и SVGA),
- ЦАП – для VGA и SVGA,
- тактовые генераторы.
- адаптер формирует сигналы горизонтальной (строчной: H-Sync) и вертикальной (кадровой V-Sync) синхронизации.
Совокупность всех параметров, определяющих режим работы адаптера (разрешение, палитра, частота, способ адресации участков экрана и т.д.) называют видеорежимом адаптера.
Различие графического и текстового режима существенно только для адаптера, поскольку в каждом из них используются разные механизмы формирования видеосигнала.
В графическом минимальным элементом изображения является пиксел, поэтому режим еще называют: все точки адресуемые (All Point Addressable), разрядность слова называют глубиной цвета.
В текстовом может использоваться ПЗУ (или ОЗУ) где адресом ячейки символа является его порядковый номер.
Символ кодируется 2-мя байтами: 1-й байт – номер символа, 2-й – его атрибуты: цвет, подчеркивание, мигание и т.д.
Главная особенность текстового режима – адремуется на экране не пиксел, а знакоместо.
Адаптер VGA (основные принципы его работы сохранены и в SVGA).
Главное его отличие от предыдущих адаптеров – наличие специальной микросхемы памяти RAM DAC и 3-х канального ЦАП.
VGA совместим с предыдущими, поддерживает до 15 режимов работы, характеризующихся разными разрешениями, числом знакомест, наличием символьных оттенков, аналоговым управлением модулятора.
С появлением расширения VGA оформился SVGA, который и стал стандартом, дающим разрешение 1600х1200.
Структурная схема и особенности VGA
Большинство указанных на схеме узлов содержит 8-разрядные RG, доступные CPU для чтения/записи. Модифицируя их содержимое CPU управляет работой видеоадаптера. Адаптер также содержит также, не указанных на схеме:
1. Многоцелевой выходной RG для задания адресов портов ввода вывода, начального адреса кадрового буфера и выбора тактового генератора.
2. RG состояния адаптера для чтения, используемого для синхронизации процесса обновления кадрового буфера с обратным ходом луча кадровой развертки.
Конструктивно основные узлы VGA за исключением узлов: видеопамяти, ROM Video BIOS, ГТИ и схемы интерфейса (AGP) реализованы в одной микросхеме.
Основные узлы VGA
1. Видеопамять – специализированное ОЗУ для хранения цифрового образа изображения. Ее емкость определяет разрешение и число цветовых оттенков. Видеопамять еще называют локальной, поскольку современные адаптеры с интерфейсом AGP имеют доступ и к основной памяти ЭВМ.
Часть видеопамяти, используемая для хранения кадра изображения, называется кадровым буфером (frame buffer). В видеопамяти могут храниться шрифты и другие данные.
Основными характеристиками памяти являются емкость и ее пропускная способность, определяемая как произведение разрядности шины памяти на ее тактовую частоту. Измеряется числом Мегабайт передаваемым за 1 секунду.
В VGA применялись шины: 8,16,32, 64, 128 – разрядные. Уже применяется 256 разрядные, у которых пропускная способность превышает пропускную способность шины AGP. Это стимулирует рост емкости памяти.
2. ROM Video BIOS реализация любой графической операции: смена видеорежима, обмен с кадровым буфером, управление курсором, требует от CPU длинной последовательности команд, поэтому набор таких команд был помещен в специальное ПЗУ на плате адаптера, которое было названо Video BIOS. Кроме того в это ПЗУ поместили много различных констант, сведения о производителе и о возможностях видеоадаптера.
|
|
|
Обычно емкость ROM Video BIOS составляет от 32 Кбайт, 8-ми разрядных слов.
Альтернативным и более быстрым способом вывода информации на экран является изменение состояния регистров адаптера прикладной программой, но создание которой требует от программиста детального знания аппаратных особенностей адаптера: адресов портов ввода вывода, назначения и структуры данных в управляющих регистрах и т.д.
3. Контроллер ЭЛТ
Формирует сигналы горизонтальной (строчной) (H-Sync) и вертикальной (кадровой – V-Sync) разверток, сигналы подавления луча при обратном ходе строки – H-Blank и кадра – V-Blank, сигналы инкремента счетчика адреса ячеек памяти в которой хранится изображение, стробы чтения/записи памяти.
Перечисленные сигналы обеспечивают синхронность сканирования ячеек памяти с движением луча.
Работа контроллера синхронизируется одним из 2-х ГТИ.
Контроллер имеет 26 регистров, доступных процессору, которые полностью определяют параметры растра на экране
4. Графический контроллер.
Управляет обменом между процессором и видеопамятью, выполняет элементарные преобразования данных, в частности при выполнении записи/считывания данных пиксела по заданному адресу, при модификации цвета. Является прообразом графического акселератора в современных SVGA, о котором будет сказано ниже.
5. Секвенсер – указатель последовательности, генерирует сигналы, необходимые при сканировании видеопамяти для обеспечения последовательной адресации и считывания содержимого ячеек, передачи его в контроллер атрибутов и далее в RAM DAC сам секвенсер синхронизируется сигналами из контроллера ЭЛТ.
6. Контроллер атрибутов – управляет цветом изображения
В текстовом режиме – задает цвет пикселов в пределах знакомства на основании байта атрибутов символа, задает мигание, регулирует яркость символа и т.д.
В графическом режиме (16-ти цветном) контроллер преобразует 4-х разрядный условный номер цвета пиксела в 8-ми разрядный номер регистра RAM DAC, содержащего 18-ти разрядный код цвета (по 6 разрядов на цвета R, G и B.
|
|
|
С выхода контроллера данные поступают на RAM DAC.
7. RAM DAC (Random Access Memory Digital – to Analog Converter) – цифроаналоговый преобразователь данных хранимых в ОЗУ.
Содержит:
- схему адресации,
- 256 – 18-ти разрядных RG цвета (эти RG и образуют JPE под названием RAM),
- 3х –канальный 6ти разрядный ЦАП (DAC),
- выходной 18ти- разрядный RG цвета, выходы которого связаны со входами ЦАП:
Разрядность ЦАП (6ти разр.) определяет число цветовых оттенков. Очевидно, что палитра составит: (26)3 = 218 = 262144 оттенка.
Фактически это число меньше, так как кодов оттенков текущего пиксела, хранящихся в RG цветов всего 256, что не позволяет подать на входы АЦП произвольное значение цвета.
Содержимое RG ов цвета можно менять программно, и менять палитру по командам процессора, что несколько увеличит палитру. Однако написание такой программы требует от программиста детального знания аппаратного устройства адаптера.
В адаптерах SVGA используется прямое кодирование цвета (8-ми разрядное). Коды хранятся в видеопамяти и загружаются прямо в выходной (уже 24х-разрядный) регистр цвета, что дает
224 =16,7 млн. цветовых оттенков.
8. Синхронизатор управляет доступом процессора к кадровому буферу, точнее разрешает обновление буфера во время обратного хода луча.
9. Интерфейс с шиной ввода/вывода (PCI) а ранее с шиной ISA. VGA вставляется в слот шины ISA или PCI. Интерфейс выполняет функции:
- согласование внутренней 8ми разрядной шины адаптера с 16-разнядной шиной ISA или 32-разрядной PCI.
- согласование тактовых сигналов обеих шин.
4.5. Основные функции видеоадаптера и направление его развития.
1. Прорисовка графических примитивов. В командах прорисовки параметры задаются в векторном виде: координаты точек и атрибуты, что значительно разгружает процессор и уменьшает передаваемый поток данных.
2. Перенос блоков изображений, то есть перемещение блока битов из одной области памяти в другую. Например: окон изображения, ярлыков при прокрутке экрана, при редактировании.
3. Аппаратная поддержка окон, заключается в том, что для окна каждой программы в памяти выделяется своя область, акселератор (графический контроллер) запоминает порядок наложения окон друг на друга и сканирует ячейки не последовательно по все памяти, а по кадровым буферам каждого окна в порядке наложения.
Это увеличивает скорость.
4. Аппаратный курсор. Процессор, через COM-порт считывает координаты курсора, передает их акселератору, а он уже формирует его изображение в указанном месте.
5. Масштабирование растрового изображения (изменение номера изображения).
Громоздкая операция, часто выполняемая, особенно при просмотра например, видеофильма.
Существует 2 метода масштабирования:
- дублирование (репликация), когда изменение размера изображения сводится к увеличению размера пикселов. Сопровождается появлением зазубрин на линиях изображения.
- интерполяция, когда значение каждого нового пиксела определяется расчетным путем как средневзвешенное значение нескольких соседних пикселов.
Качество гораздо выше.
6. Панорамирование. При превышении изображения емкости кадрового буфера, для просмотра всего изображения используется функция панорамирования, сходная с функцией прокрутки. В этом случае используется начальный адрес той области памяти, в которой записана видимая в заданный момент часть изображения.
7. Преобразование цветового пространства, используется в основном в мультимедийных приложениях, связанных с обработкой видеоинформации: телевидения, цифрового видео и т.д., то есть динамических изображений.
Видеоинформация при вводе в ЭВМ может быть представлена только в цифровом виде. Представление например телевизионного изображения при кодировании цветов в соотношении 8:8:8 бит представляет собой большой объем информации. Поэтому в современной аппаратуре принято такие изображения представлять в формате YUV, в котором изображение основано на замене 3-х основных цветов сигналами яркости и цветности. Цветность представляет собой 2 так называемых цветоразностных сигнала, связанных с цветами R, G и B определенными соотношениями. При этом в формате YUV соотношение дискретизации сигнала яркости и цветоразностных сигналов отражается формулой оцифровки 1 пиксела: 4:2:2 (1 байт – яркость и по 4 бита на сигналы цветоразностные, что позволяет уменьшить объем информации на кадр).
Плюс к этому изображение подвергается сжатию (в соотношении примерно 15:1) по методу MPEG (экспертная группа по видео). При выводе на монитор акселератор осуществляет обратные преобразования декомпрессию и формат YUV в формат RGB.
Пути улучшения видеоадаптеров
У VGA основные недостатки:
1. Недостаточное число цветовых оттенков и малое разрешение например для графики.
2. Высокая загрузка центрального процессора при формировании изображения.
3. Недостаточное быстродействие для быстро меняющихся изображений.
Первый недостаток был устранении в SVGA увеличением емкости видеопамяти, использованием 8ми битного кодирования каждого цвета, повышением разрядности RAM DAC и как следствие – загрузкой выходного RG ЦАП (уже 24х или даже 32х разрядного) прямо из видеопамяти. Все это решило проблему цветов (стало 16,7 млн. оттенков).
Проблему загрузки центрального процессора и недостаточного быстродействия видеоадаптера решило включение в состав адаптера вместо графического контроллера – графического ускорителя – акселератора.
Акселератор стал выполнять множество элементарных операций графики, освободив от этого CPU.
Например, в среде Windows построение графических примитивов: дуг, отрезков, прямоугольников и т.д. для чего теперь CPU достаточно послать команду построения примитива с указанием его параметров: радиуса, цвета, координат.
Это резко уменьшило занятость CPU и поток передаваемых данных. Акселератор стал оперировать объектами более высокого уровня, причем, современный адаптер уже может формировать 3х мерные изображения и стал называться 3D – акселератором.
Дальнейшее развитие 3-х мерной графики привело к появлению видеоадаптеров, включающих в себя не только акселератор, но и мощный процессор (графический сопроцессор).
Для того, чтобы лучше понять суть решаемых задач при построении 3-х мерного графика рассмотрим восприятие человеком 3-х мерного изображения.
4.6. Восприятие человеком 3-х мерных изображений
В основе объемного зрительного восприятия лежит бинокулярное зрение. Суть его в том, что проекция объекта на сетчатку глаз происходит под разными углами, благодаря чему изображение на глазном дне оказывается смещенным по горизонтали. Головной мозг анализирует эти изображения, оценивает их по ширине, высоте и в глубину.
Оценка глубины происходит на основе следующего:
а) Оценка глубины за счет эффекта перспективы: визуального сближения || линий в дали.
б) Анализ отраженных световых теней (яркостей) от разных точек объекта (они разные в глубину)
в) Оценка расстояния до объекта на основе информации о его размерах: чем меньше кажется объект, тем дальше он находится.
г) Оценка наложения предметов друг на друга: тот который кажется выше, находится ближе.
Есть ряд и других оценок.
С учетом перечисленных факторов можно создавать объемные изображения за счет раздельного наблюдения каждым глазом двух почти одинаковых плоских изображений, развернутых в горизонтальной плоскости, относительно друг друга на небольшой угол, образуя таким образом стереопару.
Сформировать стереопару можно 2-мя проекциями от двух источников под разными углами.
Сложнее заставить каждый глаз видеть только одну половину стереопары. Решается эта задача в проекционных устройствах 2-мя способами:
1. Путем использования для каждого глаза отдельного экрана (на каждом из которых одна половина стереопары). Двухэкранный спосо б.
2. Проецирование двух изображений, составляющих стереопару на общий экран, с последующей селекцией элементов стереопары, обеспечивающей их разрядный показ каждому глазу. Одноэкранный способ.
Устройств, реализующих указанные способы формирования объемных изображений существует много, но все они дорогие и мало распространены.
Представляют собой
1. – дисплеи, закрепленные на голове (HDM – Head Mounted Display) в системах виртуальной реальности. Например: VR – шлемы, одеваемые на голову (кибершлемы).
2. – дисплеи, удерживаемые в руках (HHD – Hand Held Display) Например, бинокли.
Однако объемные изображения можно синтезировать и с помощью ЭВМ, для чего задается математическая модель объекта в 3-х мерной системе координат (каждую точку поверхности объекта). Далее аналитически рассчитываются зрительные эффекты а, б, в и г, рассмотренные ранее и полученное изображение проецируется на экран.
Совокупность приложений и задач для реализации 3х мерных изображений на экране монитора называют: 3-х мерной графикой или 3D-графикой.
Основные этапы синтеза 3-х мерного изображения
1. Построение геометрической модели объекта, путем задания координат ключевых точек его поверхности и уравнений линий их соединения.
2. Разбиение полученной поверхности на элементарные плоские элементы в виде прямоугольников или треугольников, то есть получение «граненной» поверхности: чем меньше элемент-грань, тем точнее будет поверхность. (Наподобие чешуи рыбы или змеи).
Этот этап называют триангуляцией.
3. Этап трансформации: моделируется движение объекта и изменение его размеров (формы). Этот процесс сводится к преобразованию координат вершин граней-элементов на основе реализации операций линейной алгебры и тригонометрических функций.
4. Производится расчет освещенности и затененности объекта с учетом удаленности от источника света, угла падения света. Все это делается по мере изменения координат перемещения объекта.
5. Далее происходит процесс преобразования 3-х мерного объекта в совокупность двумерных объектов, проецируемых на экран – то есть получение стереоэффекта, с сохранением информации о расстоянии от каждой вершины элементарной грани поверхности объекта до плоскости проекции.
Эта информация позволяет на последующих этапах определить: какие части объекта окажутся видимыми, а какие нет.
6. Этап обработки (настройки) данных о вершинах граней-элементов, то есть их сортировка, отбрасывание задних (невидимых) граней.
Далее существуют еще этапы с 7 по 13, на которых происходит прорисовка объекта (стадия редеринга), перевод его в растровое изображение, формирование кадрового буфера и т.д.
Этапы 1-6 называют еще геометрической стадией, когда выполняются основные вычисления.
Для реализации всех перечисленных этапов и предназначен 3D – акселератор. Набор выполняемых им функций есть его характеристика:
Несмотря на значительные различия в характеристиках и возможностях 3D-акселераторов, все они имеют ряд базовых элементов:
1. Геометрический процессор
2. Механизм прорисовки (формирования) изображения
3. Видеопамять
4. ЦАП (RAM DAC)
5. Дополнительные устройства в зависимости от набора выполняемых функций.
Появились 3D – акселераторы фотореалистичной графики (как например Radeoh 256) с качественно новым уровнем синтеза 3х мерных изображений. Разрешение достигает свыше 2048х2048 dip, 32-битная кодировка цвета, многофункциональные.
Глава 5. Периферийные устройства ЭВМ
ПУ – периферийные устройства предназначены для обеспечения работы ЭВМ и ее связи с внешними источниками и потребителями информации.
ПУ условно можно разделить на 3 группы:
1. Интерфейсы – обеспечивают согласование (взаимодействие) внутренних узлов ЭВМ и внешних устройств (отдельный курс ИПУ), вспомогательная аппаратура – блоки питания, устройства защиты от перегрузок, вентиляции, счетчики времени (таймеры) и др.
2. Внешняя память (отдельный курс: ЗУ ЭВМ) – магнитные ленты, магнитные диски и оптические диски.
3. Устройства ввода/вывода данных и сигналов управления. Их можно разделить на типы:
- устройства ручного ввода – клавиатура, кнопки
- устройства полуавтоматического ввода: мыши, трэкболы, джойстики, планшеты (дигитайзеры), световое перо, ввод магнитных и оптических носителей, цифровые камеры, анализаторы речи, устройства распознавания образов и др.
- устройства вывода: записи на магнитные и оптические носители, регистрации-графопостроители (плоттеры), принтеры, устройства отображения, синтезаторы речи.
- устройства передачи информации: модемы, ЦАП и др.
Большинство периферийных устройств имеют ряд проблем:
1. Большое различие с ЭВМ в быстродействии, что снижает производительность ЭВМ.
2. Более низкая надежность по сравнению с ЭВМ из-за наличия во многих ПУ электромеханических узлов.
В данном курсе будут рассмотрены основные устройства ввода/вывода в ЭВМ.
5.1 Клавиатура для ЭВМ
Клавиатура - одно из основных устройств ввода информации в ЭВМ. Состоит из семи групп клавиш:
- алфавитно-цифровые, - управляющие
- функциональные, - малая цифровая
- управление курсором, - дополнительные
- световые индикаторы функций.
Помимо названных групп клавиш, в ЭВМ при работе с различными программами на экране часто можно видеть символы, изображения которых отсутствуют на клавиатуре.
Для ввода таких символов надо знать таблицу их кодирования (Alt-Z – вызов).
В персональных ЭВМ чаще используется американский код ASII, насчитывающий 256 символов.
Для ввода символа (помимо стандартного ASII) при нажатой клавише Alt на малой цифровой клавиатуре набирается его цифровой код.
Например, Alt – Z – 7 – получим жирную точку •.
Alt –Z – 26 – получим → и т.д.(рис. 5.0.)
Рис. 5.0 Коды символов на цифровом поле
Современные клавиатуры содержат 101, 104, 105 и 122 клавиши.
С появлением ОС Windows появились клавиатуры с дополнительными клавишами, выполняющие функции мышки.
Типы стандартных клавиатур:
1. Клавиатура XT – 83 клавиши, без индикаторов и цифрового поля. Практически вышли из употребления.
2. Клавиатура АТ – 84 клавиши (добавлена клавиша прокрутки Scroll Lock), имеет двунаправленный интерфейс. Устаревшая, практически не применяется.
3. Расширенный клавиатуры АТ и PS/2 (101 и 102 кл.) различаются разъемами, стали основой современного стандарта. На их основе появились многофункциональные (MFII) (104, 105, 122 клавиши).
4. Разновидности клавиатур:
- эргономические со специальными приспособлениями типа подставки для руки.
- V- образные
- промышленные (со специальной защитой от пыли, влаги, грязи).
- для считывающих устройств (в магазинах)
- клавиатура для слепых.
- профессиональные (особо расположенные клавиши) и т.д. их сейчас множество.
5. Разъемы клавиатур:
1. 5 –контактный (рис. 5.01)
2. 6 контактный (рис. 5.01)
3. USB – разъем, вытесняет все остальные (о USB – шине - позже).
5.2. Устройство и принцип действия клавиатуры
Структурная схема стандартной клавиатуры представлена на рис. 5.02
При нажатии клавиши образуется код, который принимается контроллером 8049, в нем преобразуется в СКЭН-код и передается на материнскую плату в контроллер 8042 (микросхема универсального интерфейса – UPI, представляющая собой последовательный синхронный двунаправленный интерфейс с розеткой).
Скэн-код – это однобайтовое число, младшие 7 битов которого представляют собой номер клавиши.
О необходимости чтения скэн-кода, контроллер 8042 сигнализирует процессору через вход прерывания IRQ1. Сигнал прерывания вырабатывается при каждом нажатии клавиши.
Прерывание обрабатывается специальной программой, входящей в ROM BIOS.
Скен-коды клавиш Alt, Ctrl, Delete, Shift и Caps Lock записываются в RAM (ОЗУ) а коды остальных клавиш преобразуются в ASCII или расширенный, помещаются в буфер клавиатуры (специальная область памяти RAM), способного запомнить до 15 символов, пока программа их не обработает.
Буфер организован по правилу FIFO (первый вошел, первый вышел).
Контроллер 8042 может не только принимать коды клавиш, но и передавать данные о параметрах клавиш, например, частоту их повтора.
Контроллер 8042 отвечает за генерацию скенкодов, за выполнение функций самоконтроля клавиатуры во время загрузки. Осуществляется это программой POST – тестовой программой проверки системы в составе ROM BIOS.
Контроллер идентифицирует ошибки, сообщая о них как на экране, так и звуковым сигналом, выполняет и ряд других функций.
Образование кодов клавиатурой.
Структурная схема образования кодов приведена на рис. 5.03
Счетчик СТ производит счет импульсов из ГТИ, дешифратор DC поочередно подключает горизонтальные шины. При нажатой клавише потенциал горизонтальной шины передается на соответствующий вход MUX, который коммутируется частью разрядов счетчика СТ. Сигналом на выходе MUX счетчик СТ останавливается и код с его выходов (соответствующий номеру нажатой клавиши) передается в контроллер 8049 (преобразователь кода X/Y), где формируется скэн-код. Этим же сигналом формируется сигнал прерывания.
Соответствие скэн-кодов клавишам можно определить с помощью программы ndiags входящей в пакет Norton Utilities.
Скорость считывания клавиш до 6 знаков/сек.
Блок клавиатуры можно разделить на 3 части:
- матрица клавишей
- контроллер-преобразователь кодов 8049
- элементы световой и звуковой индикации.
Надежность работы клавиатуры определяется в основном конструкцией клавиши, которые бывают разными.
1. Пластмассовые штыри
Сигнал образуется нажатием штыря до соприкосновения с контактной пластиной. Ненадежны. Уже не применяются. Иногда в такой клавиатуре вместо контакта с пластиной применялся микровыключатель.
2. Герконовый контакт (рис. 5.04)
При нажатии на клавишу замыкается цепь с электромагнитной катушкой, возникает в ней магнитное поле, под действием которого замыкается контакт в стеклянной колбе и вырабатывается сигнал. Такой контакт иногда называют RET- переключатель. Надежны. Отсутствует дребезг контактов. Число срабатываний до 120 млн. раз.
Бывают и другие конструкции клавиш.
3. Сенсорные клавиши – ее действие основано на усилении потенциала, который возникает при касании пальцем или каким-либо предметом к чувствительной токопроводящей поверхности. Этот потенциал усиливается, образуется импульс. Долговечны (отсутствуют механические контакты). Боятся влаги и грязи.
5.2 Оптико-механические манипуляторы
Из модели различают:
1. По способу подключения к портам:
- к COM – порту
- к PS/2 – порту
- к USB – порту
2. По способу взаимодействия с портом:
- проводные
- беспроводные: инфракрасное, радиоканал
3. По принципу действия:
- оптикомеханические
- оптические
Рассмотрим некоторые из них:
1. Оптико-механическая мышь
Принцип ее действия виден на рис. 5.05.
Фотоэлементом может быть фотодиод, фототранзистор, фоторезистор. При вращении валиков от трения шарика при его вращении при перемещении по коврику, вращаются диски с прорезями по окружности, через прорези свет попадает на фотоэлемент. Фотоэлемент вырабатывает импульсы тока, которые счетчиком преобразуются в данные определяющие местоположение указателя на экране монитора. Надежность не высокая. Разрешающая способность (точность определения место положения низкая). Шарик требует периодической чистки от налипающей грязи. Практически уходит из употребления.
2. Трэкбол – фактически оптико-механическая мышка, повернутая на спину. Шарик вращается пальцами, не требует коврика.
3. Тачпад – сенсорная площадка. Перемещение указателя за счет создания потенциалов на поверхности при движении по ней пальца. Боится грязи. Сложно применять для графических рисунков.
4. Джойстик: бывает аналоговый (более точны) и цифровой. Перемещение рычажка (реостата) в 4-х направлениях определяет местоположение указателя на экране.
Аналоговые джойстики требуют игрового порта (в котором происходит преобразование аналогового сигнала в цифровые).
5. Световое перо: в конце ручки (карандаша) находится фотоэлемент, который при соприкосновении к светящемуся экрану вырабатывает электрический сигнал, который нажатием кнопки на ручке передается на графический адаптер, где вычисляются координаты места прикосновения фотоэлемента и заносится в память с последующим воспроизведением траектории перемещения пера по экрану.
6. Оптическая мышь – наиболее распространена
Принцип действия ее виден на рис. 5.06
Светодиод с определенной частотой излучает световые импульсы на коврик (любую гладкую поверхность) которые отражаясь попадают на поверхность датчика (матрица ПЗС – прибор с зарядовой связью, рассмотрим позже), который преобразует отраженные от коврика лучи света в электрический сигнал. Специальный процессор в мышке (18 млн. оп/с) преобразует этот сигнал в цифровые данные, определяющие местоположение указателя на экране.
Достоинства мышки: надежность, точность определения местоположения, высокая разрешающая способность, безинерционность. Сейчас появились мышки у которых источником света является лазер, существенно улучшающий характеристики мыши. К сожалению пока дорогие.
7. Трэкпойнт – координационное устройство - миниатюрный джойстик с шершавой поверхностью (диаметр 5-8 мм), расположен между клавишами клавиатуры, управляется нажатием пальца. Подобие мышки встроенной в клавиатуру.
5.3. Графические планшеты (дигитайзеры)
Полуавтоматическое устройство ввода в ЭВМ графической информации
Структурная схема дигитайзера приведена на рис. 5.07
Где БЗУ – буферное запоминающей устройство;
УУ – устройство управления.
По команде УУ подаются импульсы от ГТИ на входы счетчиков СТХ и СТУ, выходы из которых соединены со входами дешифраторов DCX и DCУ. Выходы дешифраторов поочередно подключают шины Х и Y к схемам возбуждения.
На пересечении возбужденных шин образуется потенциал, который снимается тензором (карандашом) и подается на схему формирования сигнала, соответствующего данной точке. Этим же сигналом счетчики СТХ и СТУ останавливаются и соответствующие коды на их выходах (координаты точки) записываются в БЗУ. Скорость подобной оцифровки координат достигает до 100 точек/с.
К снятым подобным образом координатам чертежа может быть добавлена алфавитно-цифровая информация с помощью клавиатуры.
В дигитайзере может быть предусмотрено еще одно поле ввода: наборное поле, с помощью которого по команде можно вводить: тип линии, значение ее толщины, коды различных символов с заданием их координат расположения на чертеже.
В некоторых дигитайзерах предусматривается векторное задание линий, дуг, окружностей (вектор линии: координата начала и конца линии дуги – координаты центра и ее радиус), что экономит память.
Выдаваемая информация в ЭВМ формируется в кадры, которые подсчитываются автоматически.
Разрешающая способность на формате 1000х1500 мм достигает 0,1 мм.
Для удобства работы оператора, дигитайзер может быть снабжен дисплеем, что дает возможность контролировать процесс ввода.
Вводимый чертеж может располагаться на бумаге толщиной до 0,5 мм. (Сигнал пробивается на тензор).
Тензор – это «карандаш» с индуктивностью на конце и микровключателем, который срабатывает при нажатии тензора на бумагу.
5.4. Графопостроители (плоттеры)
Относятся к автоматическим средствам вывода и регистрации графической информации из ЭВМ.
Плоттер преобразует выводимые из ЭВМ данные в цифровой форме в чертеж или рисунок на бумаге, кальке, полиэфирном листе или подобном им носителе.
Существует много типов плоттеров, различающихся по размерам, точности и скорости вычерчивания, по числу используемых цветов.
Классифицируются:
а) по способу формирования изображения:
- электромеханические
- растровые
б) по способу управления:
- автономные,
- от ЭВМ,
- универсальные.
По конструкции электромеханические плоттеры бывают: планшетные и барабанные, представлены на рис. 5.08 а) и б)
Где ШДХ и ШДУ – шаговые двигатели по осям Х и Y.
В основе работы графопостроителя лежит принцип преобразования команд на входе в пропорциональное перемещение пишущего узла.
Пишущий узел – каретка с закрепленными в ней шариковым стержнем, или карандашом, или пером с чернилами или резцом (в режущих плоттерах для изготовления трафаретов).
Узел может иметь до 8 пишущих элементов различных цветов и толщин.
Перемещение каретки осуществляется шаговыми двигателями (по X и Y) через блочно-тросовую систему или зубчатую рейку, или винтовую систему.
Шаговые двигатели управляются числоимпульсным кодом (унитарным). Преобразование цифрового кода (значение координат по X и Y) в унитарный осуществляется узлом, который называется интерполятором.
При одновременном (или поочередном) вращении валов двигателей каретка может вычертить горизонтальные, вертикальные и наклонные линии. Число возможных направлений перемещения каретки для разных плоттеров может меняться от 4-х до 32-х (с шагом 11о25’). Минимальный шаг каретки (разрешающая способность) составляет от 0,1 до 0,005 мм. Скорость вычерчивания достигает от 75 до 1000 мм/с. (плоттер AccuPlot700, каретка на основе пневмотехнологии дает скорость до 2300 мм/с).
Плоттеры могут работать непосредственно с ЭВМ через канал сопряжения или автономно используя промежуточную память.
Алфавитно-цифровые системы могут быть написаны перьями каретки. В некоторых плоттерах для этого используются специальные пишущие головки при наличии генератора символов в ПЗУ, который и управляет головками и их приводом.
В программном обеспечении плоттера есть набор команд для управления кареткой. Плоттер барабанного типа по сути работы аналогичен планшетному. Разница в том, что здесь перемещение по X осуществляется вращением барабана с рулонной бумагой.
Растровые плоттеры
В них применяется немеханические способы нанесения изображения на носитель. Структурная схема растрового плоттера приведена на рис. 5.09.
Способы регистрации: электростатический (нанесение порошка на заряженные электродами участок с последующим закреплением например через нагревание), электрохимический (спец. бумага, меняющая цвет под воздействием электродов) электротермический и т.д.
В таких плоттерах исключается реверс и старт-стопный режим.
Бумага протягивается между гребенками электродов и контрэлектродов. Между электродами на которые поданы сигналы возникает потенциал, наносящий заряд на бумагу с далее происходит проявление с последующим закреплением.
Управление электродами осуществляется выходным регистром RG. Информация из ЭВМ подается в векторном виде, что экономит память.
Полученные данные из ЭВМ преобразуются спец. процессором в последовательность строк из точек.
Скорость регистрации достигает десятков м/с. Разрешающая способность 5-10 лин./мм. Недостаток таких плоттеров – вытирание электродов и необходимость спец. бумаги. Сейчас разрабатываются плоттеры, в которых используются вместо электродов – оптико-волоконные методы регистрации (световое воздействие на носитель). Более надежны.
5.5. Сканеры, цифровые камеры
Сканер – устройство для ввода графических изображений в ЭВМ.
Классифицируются:
1. По способу формирования изображения: линейные и матричные.
2. По устройству кинематического механизма: ручные, настольные, комбинированные.
3. По типу сканируемого изображения: черно-белые, полутоновые, цветные.
4. По аппаратному интерфейсу: стандартные, специализированные.
5. По программному интерфейсу: IWAIN – совместимые, специализированные.
Способы считывания изображения:
Технология считывания данных изображения с оригинала основана на использовании светочувствительных датчиков 2-х типов:
- приборов с зарядовой связью (ПЗС)
- фотоэлектронных умножителей (ФЭУ)
Устройство ПЗС
ПЗС – интегральный полупроводниковый прибор, в основе работы которого лежит принцип хранения локализованного заряда, полученного под воздействием света или внешнего поля, в потенциальных ямах (ПЯ) полупроводникового кристалла и передачи этого заряда из одной ямы в другую изменением напряжения на внешних электродах.
ПЗС применяются: в фоточувствительных интегральных микросхемах, в ЗУ, в схемах аналоговой и цифровой обработки сигналов.
Основные элементы ПЗС – МОП – структуры, располагающиеся на единой подложке близко друг от друга, вследствие чего между ними возникает зарядовая связь.
Принцип действия ПЗС иллюстрирует рис. 5.10
Изображение, попадая на интегральную схему, образует заряды, пропорциональные освещенности точек, в потенциальных ямах ПЯ: 4, 3, 2, 1. Тактовые импульсы поданные на электроды 1, 2, 3, …12, поочередно (развертка) перемещают заряды из одной ПЯ в другую и далее в усилитель. На выходе Ус получается последовательность импульсов, амплитуда которых пропорциональна освещенности точек, далее преобразуется в цифровой код.
Частота перемещения зарядов достигает 500 МГц. Однострочная микросхема ПЗС содержит до 2000 ПЯ в строке длиной в 3 см.
Строка сканера в 30 см – содержит до 20 000 ПЯ, а вся матрица до 106 шт. Такие матрицы применяются в телевизионных камерах (передающих), в цифровых камерах.
1. Фотоэлектронный умножитель (ФЭУ)
Предложен Л.А. Кульбицким (1934 г.)
Принцип действия ФЭУ поясняет Рис. 5.11
Световой поток Ф, попадая через оптическую систему на фотокатод вызывает вторичную эмиссию электронов, которые фокусируются специальной системой и проходя через систему динодов многократно усиливаются, порождая сигнал Uc. (усиление до 108 раз. Uc – пропорциональный световому потоку Ф, который формируется за счет отражения от сканируемого изображения.
На рис. 5.12 показана структура сканера на основе использования ФЭУ.
Барабан из орг.стекла вращается со скоростью 1350 об/мин. Внутри барабана – источник света – ксеноновая лампа. Лучи, освещающие пиксел оригинала (сканируемого изображения) попадают в ФЭУ, с которого снимается сигнал Uс, пропорциональный освещенности пиксела, далее через АЦП преобразуется в цифровой код. Качество сканирования зависит от ФЭУ и от разрядности АЦП, чем больше разрядность, тем больше градаций яркости отображения, тем точнее сканирование, что влечет за собой увеличение необходимой памяти.
Недостаток такого сканера – большие габариты и невозможность сканирования книг и журналов.
