Периферийные устройства персонального компьютера подключаются к его интерфейсам и предназначены для выполнения вспомогательных операций. Благодаря им компьютерная система приобретает гибкость и универсальность.
По назначению периферийные устройства можно подразделить на:
- устройства ввода данных;
- устройства вывода данных;
- устройства хранения данных;
- устройства обмена данными.
К устройствам ввода информации относятся клавиатура, сканеры, графические планшеты (дигитайзеры), устройства управления курсором, устройства ввода акустических сигналов, цифровые фото- и видеокамеры, TV-устройства ввода.
Клавиатура
Клавиатура – это одно из основных устройств ввода в ЭВМ, позволяющее вводить различные виды информации. Вид вводимой информации определяется программой, интерпретирующей нажатые или отпущенные клавиши. С помощью клавиатуры можно вводить любые символы: от букв и цифр до иероглифов и знаков музыкальной нотации.
Клавиатура позволяет управлять курсором на экране дисплея – устанавливать его в нужную точку экрана, перемещать по экрану, «прокручивать» экран в режиме скроллинга, отправлять содержимое экрана на принтер, производить выбор при наличии альтернативных вариантов и т.д.
В последнее время наблюдаются тенденции отказа от клавиатуры в пользу альтернативных устройств: мыши, речевого ввода, сканеров. Но полностью эти устройства клавиатуру не заменяют.
Стандартная клавиатура IBM PC имеет несколько групп клавиш:
- Алфавитно-цифровые и знаковые клавиши (с латинскими и русскими буквами, цифрами, знаками пунктуации, математическими знаками).
- Специальные клавиши: Esc, Tab, Enter, BackSpace.
- Функциональные клавиши: (F1, F2 и т.д.).
- Служебные клавиши для управления перемещением курсора (стрелки: Up, Down, Left, Right, клавиши Home, End, PgUp, PgDn и клавиша 5, иногда обозначаемая значком «[]»в центре дополнительной цифровой клавиатуры).
- Служебные клавиши для управления редактированием: Ins, Del.
- Служебные клавиши для смены регистров и модификации кодов других клавиш: Alt, Ctrl, Shift.
- Служебные клавиши для фиксации регистров: CapsLock, Scroll-Lock, NumLock.
- Разные вспомогательные клавиши: PrtSc, Break, Grey +, Grey -.
Если клавиша первой группы оказывается нажатой дольше, чем 0,5 сек., начинает генерироваться последовательность ее основных кодов с частотой около 10 раз в сек., что имитирует серию очень быстрых нажатий этой клавиши.
Общее число клавиш в основной модификации клавиатуры (в IBM PC XT) – 83, в расширенной клавиатуре – 101 и более. Количество различных сигналов от клавиатуры значительно превышает это число:
- при нажатии и отпускании клавиши в ЭВМ передаются разные кодовые комбинации: при нажатии – порядковый номер нажатой клавиши на клавиатуре (ее скен-код), а при освобождении – скен-код, например, увеличенный на 80h;
- заглавные и строчные буквы первой группы клавиш (алфавитно-цифровых и знаковых) набираются на разных регистрах. Оперативное переключение регистров производится клавишей Shift. Если при нажатой (и удерживаемой в нажатом состоянии) клавише Shift «кликнуть» любую алфавитную клавишу, то ЭВМ расценит передаваемый код, как код заглавной буквы, соответствующий нажатой клавише;
- после однократного нажатия клавиши CapsLock (зажигается лампочка на клавиатуре) изменяется порядок работы клавиши Shift: без нажатия на нее будут набираться заглавные буквы, а при нажатии (совместном) – строчные. После повторного нажатия на CapsLock порядок работы клавиши Shift восстанавливается, а лампочка гаснет. Такой режим (переключательный) работы клавиши называется триггерным режимом;
- клавиши Alt и Ctrl так же влияют на расшифровку передаваемых в ЭВМ сигналов: при одновременном нажатии с ними любой другой клавиши, в ЭВМ передается не scancode, а расширенный код (2 байта). Иногда таким же образом используется клавиша Esc;
- клавиша NumLock является триггерным переключателем дополнительной цифровой клавиатуры: при негорящей лампочке она работает как клавиатура для управления курсором при зажженной – как цифровая;
- для переключения регистров (или даже групп регистров) иногда используются другие комбинации клавиш: например, программы – русификаторы клавиатуры переключают РУС-ЛАТ с помощью правой клавиши Shift или при одновременном нажатии двух клавиш Shift (правой и левой) и т.д. Эти комбинации клавиш обладают триггерным эффектом.
Сигналы, поступающие от клавиатуры, проходят трехуровневую обработку: на физическом, логическом и функциональном уровнях.
Физический уровень имеет дело с сигналами, поступающими в вычислительную машину при нажатии и отпускании клавиш.
На логическом уровне, реализуемом BIOS, скен-код транслируется в специальный 2-байтовый код. Младший байт для клавиш группы 1 содержит ASCII-код или Unicode (для операционных систем Windows), соответствующий изображенному на клавише знаку. Этот байт называют «главным». Старший байт («вспомогательный») содержит исходный скен-код нажатой клавиши.
На функциональном уровне отдельным клавишам программным путем приписываются определенные функции. Такое «программирование» клавиш осуществляется с помощью драйвера – программы, обслуживающей клавиатуру в операционной системе.
На IBM PC, начиная с AT, есть возможность управлять некоторыми функциями клавиатуры, например, изменять время ожидания автоповтора, частоту автоповтора, зажигать и гасить светодиоды на панели управления клавиатуры.
Устройство клавиатуры не является простым: в клавиатуре используется свой микропроцессор, работающий по прошитой в ПЗУ программе. Контроллер клавиатуры постоянно опрашивает клавиши, определяет, какие из них нажаты, проводит контроль на «дребезг», и выдает код нажатой или отпущенной клавиши в системный блок ЭВМ.
Конструктивно клавиатуры могут быть реализованы по-разному. Есть плоские клавиатуры, на которых руки быстро устают при длительной работе. Есть эргономические клавиатуры, при работе с которыми меньше напряжены мышцы кистей рук. Это снижает утомляемость при длительной работе на клавиатуре.
Фирма IBM зарегистрировала патент на клавиатуру, чувствительную к силе нажатия клавиши.
Выпускаемые разными производителями клавиатуры различаются также по расстоянию между клавишами, числу специальных клавиш, способу переключения на цифровой регистр для быстрого ввода числовых данных, углу наклона, форме и текстуре поверхности клавиш, усилию нажима и величине хода клавиш, расположению часто используемых клавиш, способу соединения с ЭВМ (инфракрасная связь, радиоклавиатура) и др.
На клавиатуре невозможно отобразить все допустимые для ввода символы. Любой из символов Unicode (а в DOS – не поместившиеся на клавиатуре символы, например, псевдографики) можно ввести в ЭВМ с помощью Alt-ввода, при котором на цифровой части клавиатуры при нажатой клавише Alt набирается десятичный код требуемого символа, и после отпускания клавиши Alt вместо набранных цифр в кольцевой буфер клавиатуры помещается шестнадцатиричный код требуемого символа (ASCII или Unicode).
Сканеры
Планшетные сканеры предназначены для ввода графической информации с прозрачного или непрозрачного листового материала. Принцип действия этих устройств состоит в том, что луч света, отраженный от поверхности материала (или прошедший сквозь прозрачный материал), фиксируется специальными элементами, называемыми приборами с зарядовой связью (ПЗС). Обычно элементы ПЗС конструктивно оформляют в виде линейки, располагаемой по ширине исходного материала. Перемещение линейки относительно листа бумаги выполняется механическим протягиванием линейки при неподвижной установке листа или протягиванием листа при неподвижной установке линейки.
Основными потребительскими параметрами планшетных сканеров являются:
- разрешающая способность;
- производительность;
- динамический диапазон;
- максимальный размер сканируемого материала.
Разрешающая способность планшетного сканера зависит от плотности размещения приборов ПЗС на линейке, а также от точности механического позиционирования линейки при сканировании. Типичный показатель для офисного применения: 600-1200 dpi (dpi — dots per inch — количество точек на дюйм). Для профессионального применения характерны показатели 1200-3000 dpi.
Производительность сканера определяется продолжительностью сканирования листа бумаги стандартного формата и зависит как от совершенства механической части устройства, так и от типа интерфейса, использованного для сопряжения с компьютером.
Динамический диапазон определяется логарифмом отношения яркости наиболее светлых участков изображения к яркости наиболее темных участков. Типовой показатель для сканеров офисного применения составляет 1,8-2,0, а для сканеров профессионального применения — от 2,5 (для непрозрачных материалов) до 3,5 (для прозрачных материалов).
Принцип действия ручных сканеров в основном соответствует планшетным. Разница заключается в том, что протягивание линейки ПЗС в данном случае выполняется вручную. Равномерность и точность сканирования при этом обеспечиваются неудовлетворительно, и разрешающая способность ручного сканера составляет 150-300 dpi.
Барабанные сканеры. В сканерах этого типа исходный материал закрепляется на цилиндрической поверхности барабана, вращающегося с высокой скоростью. Устройства этого типа обеспечивают наивысшее разрешение (2400-5000 dpi) благодаря применению не ПЗС, а фотоэлектронных умножителей. Их используют для сканирования исходных изображений, имеющих высокое качество, но недостаточные линейные размеры (фотонегативов, слайдов и т. п.)
Сканеры форм предназначены для ввода данных со стандартных форм, заполненных механически или «от руки». Необходимость в этом возникает при проведении переписей населения, обработке результатов выборов и анализе анкетных данных. От сканеров форм не требуется высокой точности сканирования, но быстродействие играет повышенную роль и является основным потребительским параметром.
Штрих-сканеры. Эта разновидность ручных сканеров предназначена для ввода данных, закодированных в виде штрих-кода. Такие устройства имеют применение в розничной торговой сети.
Графические планшеты (дигитайзеры)
Эти устройства предназначены для ввода художественной графической информации. Существует несколько различных принципов действия графических планшетов, но в основе всех их лежит фиксация перемещения специального пера относительно планшета. Такие устройства удобны для художников и иллюстраторов, поскольку позволяют им создавать экранные изображения привычными приемами, наработанными для традиционных инструментов (карандаш, перо, кисть).
Устройства управления курсором
включают в себя световое перо, мышь, джойстик, кот, и др. Они используются для перемещения курсора по экрану и для отметки позиции, в которой находится курсор.
Световое перо – это стержень, в торце которого находится приемник светового излучения (например, фотодиод), который фиксирует яркость точки, находящейся напротив него на экране. На стержне есть кнопка, нажатие которой является сигналом для считывания яркости точки экрана, к которой прижато перо. Нажатие на кнопку происходит значительно медленнее, чем движение луча по экрану: он успевает «засветить» считываемую точку. Вспышка на экране фиксируется фотодиодом и через кабель поступает в ЭВМ, которая сопоставляет момент возникновения вспышки с текущими координатами электронного луча.
Световое перо можно провести по экрану – тогда будет отмечена серия точек экрана, по которым перемещалось перо. Такое использование светового пера позволяет снимать информацию с экрана, а затем программным путем дать трактовку полученных сигналов. С его помощью можно так же указать на какую-то область экрана, например, при выборе пункта меню, выведенного на экран, можно рисовать на экране, стирать линии или зоны экрана.
Мышь по функциям аналогична световому перу. Конструктивно она выполнена в виде коробочки, связанной кабелем с ЭВМ. В дискретной (цифровые) мыши используются цифровые барабаны с отверстиями по образующей. Внутри барабана расположена лампочка, снаружи – приемник света (фотодиод). При перемещении мыши барабан вращается, а фотодиод фиксирует количество световых вспышек, по которым и определяется степень перемещения мыши.
Джойстик работает по принципу мыши. Конструктивно он представляет собой неподвижную коробочку, связанную кабелем с ЭВМ, из которой выступает ручка с одной или несколькими кнопками. Перемещение ручки относительно коробочки приводит к изменению углов поворота потенциометров. Так же, как и мыши, джойстики бывают аналоговые и дискретные. Функциональные возможности у них те же, что и у светового пера.
Кот отличается от мыши тем, что у него не коробочка, а коврик связан с ЭВМ кабелем. На коврик нанесена сетка из горизонтальных и вертикальных проводников. В корпусе кота есть металлический контакт, замыкающий вертикальные и горизонтальные линии, чем и определяется положение курсора на экране. В отличие от мыши, кот нельзя перенести в другую часть коврика, не изменив положения курсора на экране, так как положение курсора жестко связано с размещением корпуса кота на коврике.
Устройства ввода акустических сигналов
делятся на устройства ввода музыкальных произведений, звуковых эффектов и речи. Для ввода акустических сигналов любого типа необходимо, чтобы ЭВМ была оснащена звуковой картой. Для ввода звуковых эффектов и речи используются микрофон или магнитофон. Музыкальные произведения могут вводиться с магнитофона, через специальный интерфейс с MIDI-устройств или с клавиатуры ЭВМ. Звуковые эффекты могут создаваться программным путем.
Цифровые фотокамеры
Цифровая фотокамера – это обычный фотоаппарат, в котором вместо фотопленки используется электронное устройство. Как и фотоаппараты, цифровые фотокамеры имеют объектив, затвор и диафрагму, используемые для регулировки количества света, попадающего на светочувствительный материал.
Отличительной особенностью цифровых фотокамер является наличие CCD-матрицы, выполняющей функцию фотопленки. CCD-матрица преобразует падающий на нее свет в аналоговый электрический сигнал. Встроенный аналого-цифровой преобразователь (АЦП) конвертирует его в цифровую форму. Оцифрованное изображение сохраняется в запоминающем устройстве фотокамеры (в памяти).
Память цифровых фотокамер может быть встроенной или выполненной на сменных элементах.
Качество электронных фотографий напрямую зависит от количества элементов (пикселов) CCD-матрицы. Чем больше элементов, тем выше разрешение матрицы и тем точнее цветопередача получаемого изображения.
Каждый снимок образует файл. В память цифровой фотокамеры фотоснимок записывается в сжатом виде. В цифровых фотокамерах для компрессии используется формат JPEG. Практически любая камера позволяет проводить съемку в нескольких режимах сжатия (mode). При наименьшей степени сжатия размер файлов получается достаточно большим, зато записываемое в память изображение – качественнее. При максимальной степени сжатия размер файлов сокращается, но ухудшается качество изображений.
Полученные фотоснимки перекачиваются на жесткий диск компьютера. Для облегчения работы с изображением к фотокамерам, как правило, прилагается специальное программное обеспечение.
Телевизионные (TV) устройства ввода
Различаются способами записи и воспроизведения. Подключаются они к ЭВМ через дигитайзер, TV-тюнер. Использование таких устройств требует высокой производительности ЭВМ. При недостаточной производительности изображение движется неравномерно, скачками. Чтобы снизить требования к производительности, изображение уменьшают в размерах (вплоть до 1/8 экрана), сокращают количество цветов в изображении, снижают разрешающую способность. Такие видеоизображения часто используются в баннерах Интернет. Сокращение объема изображения (а значит – и требований к производительности аппаратуры) достигается также кодированием со сжатием. При этом облегчается хранение видеопродукции и усложняется воспроизведение, так как для воспроизведения необходимо восстанавливать сжатое изображение. Восстановление может выполняться либо программным путем (с использованием микропроцессора ЭВМ), либо в специальном ускорителе (акселераторе) видео- или TV-карты.
Для систем ввода TV-информации существует еще одна проблема – перекодировка информации, так как TV-сигнал несет информацию об изображении, звуке и синхронизирующих импульсах (определяющих начало кадра и начало строки). А в ЭВМ эти сигналы должны быть разделены, оцифрованы и представлены в формате RGB. Такое перекодирование информации предусматривается в TV устройствах ввода.
Устройства вывода информации включают принтеры, плоттеры, видеосистемы.
Принтеры
Принтеры – это внешние устройства ЭВМ, предназначенные для вывода информации на твердый носитель в символьном или графическом виде.
По принципу действия различают матричные, лазерные, светодиодные и струйные принтеры.
Матричные принтеры. Это простейшие печатающие устройства. Данные выводятся на бумагу в виде оттиска, образующегося при ударе цилиндрических стержней («иголок») через красящую ленту. Качество печати матричных принтеров напрямую зависит от количества иголок в печатающей головке. Наибольшее распространение имеют 9-шолъчатые и 24-игольчатые матричные принтеры. Последние позволяют получать оттиски документов, не уступающие по качеству документам, исполненным на пишущей машинке.
Производительность работы матричных принтеров оценивают по количеству печатаемых знаков в секунду (cps — characters per second). Обычными режимами работы матричных принтеров являются: draft — режим черновой печати, normal — режим обычной печати и режим NLQ (Near Letter Quality), который обеспечивает качество печати, близкое к качеству пишущей машинки.
Лазерные принтеры. Лазерные принтеры обеспечивают высокое качество печати, не уступающее, а во многих случаях и превосходящее полиграфическое. Они отличаются также высокой скоростью печати, которая измеряется в страницах в минуту (ррт —page per minute). Как и в матричных принтерах, итоговое изображение формируется из отдельных точек.
Принцип действия лазерных принтеров следующий:
- в соответствии с поступающими данными лазерная головка испускает световые импульсы, которые отражаются от зеркала и попадают на поверхность светочувствительного барабана;
- горизонтальная развертка изображения выполняется вращением зеркала;
- участки поверхности светочувствительного барабана, получившие световой импульс, приобретают статический заряд;
- в барабан при вращении проходит через контейнер, наполненный красящим составом (тонером), и тонер закрепляется на участках, имеющих статический заряд;
- при дальнейшем вращении барабана происходит контакт его поверхности с бумажным листом, в результате чего происходит перенос тонера на бумагу;
- лист бумаги с нанесенным на него тонером протягивается через нагревательный элемент, в результате чего частицы тонера спекаются и закрепляются на бумаге.
К основным параметрам лазерных принтеров относятся:
- разрешающая способность, dpi (dotsper inch — точек на дюйм);
- производительность (страниц в минуту);
- формат используемой бумаги;
- объем собственной оперативной памяти.
При выборе лазерного принтера необходимо также учитывать параметр стоимости оттиска, то есть стоимость расходных материалов для получения одного печатного листа стандартного формата А4. К расходным материалам относится тонер и барабан, который после печати определенного количества оттисков утрачивает свои свойства.
Основное преимущество лазерных принтеров заключается в возможности получения высококачественных отпечатков. Модели среднего класса обеспечивают разрешение печати до 600 dpi, а профессиональные модели — до 1200 dpi.
Светодиодные принтеры. Принцип действия светодиодных принтеров похож на принцип действия лазерных принтеров. Разница заключается в том, что источником света является не лазерная головка, а линейка светодиодов. Поскольку эта линейка расположена по всей ширине печатаемой страницы, отпадает необходимость в механизме формирования горизонтальной развертки и вся конструкция получается проще, надежнее и дешевле. Типичная величина разрешения печати для светодиодных принтеров составляет порядка 600 dpi.
Струйные принтеры. В струйных печатающих устройствах изображение на бумаге формируется из пятен, образующихся при попадании капель красителя на бумагу. Выброс микрокапель красителя происходит под давлением, которое развивается в печатающей головке за счет парообразования. В некоторых моделях капля выбрасывается щелчком в результате пьезоэлектрического эффекта — этот метод позволяет обеспечить более стабильную форму капли, близкую к сферической.
Качество печати изображения во многом зависит от формы капли и ее размера, а также от характера впитывания жидкого красителя поверхностью бумаги. В этих условиях особую роль играют вязкостные свойства красителя и свойства бумаги.
К положительным свойствам струйных печатающих устройств следует отнести относительно небольшое количество движущихся механических частей и, соответственно, простоту и надежность механической части устройства и его относительно низкую стоимость. Основным недостатком, по сравнению с лазерными принтерами, является нестабильность получаемого разрешения, что ограничивает возможность их применения в черно-белой полутоновой печати.
В то же время, сегодня струйные принтеры нашли очень широкое применение в цветной печати. Благодаря простоте конструкции они намного превосходят цветные лазерные принтеры по показателю качество/цена. При разрешении выше 600 dpi они позволяют получать цветные оттиски, превосходящие по качеству цветные отпечатки, получаемые фотохимическими методами.
Плоттеры
предназначены для вывода графической информации на твердый носитель (бумагу). Планшетный плоттер имеет линейку, по которой может перемещаться печатающий механизм. Перемещение линейки сдвигает печатающий механизм по вертикали, а перемещение механизма по линейке сдвигает его по горизонтали. Благодаря этому, можно установить печатающий механизм в любую точку планшета. На планшете крепится лист бумаги. Плоттер может воспроизводить на бумаге очень сложные штриховые изображения, но работает очень медленно. Для управления плоттером разработаны специальные алгоритмические языки.
Плоттеры нашли применение в строительном и машиностроительном черчении, в картографии, в метеорологии. Для работы с ними существуют специальные пакеты прикладных программ.
Системы визуального отображения информации (видеосистемы)
Видеосистемы предназначены для оперативного отображения информации, доведения ее до сведения оператора ЭВМ. Обычно они состоят из двух частей: монитора и адаптера. Монитор служит для визуализации изображения, адаптер – для связи монитора с микропроцессорным комплектом.
Классификацию мониторов можно провести по используемым физическим эффектам, по принципу формирования изображения на экране, по способу управления, по длительности хранения информации на экране, по цветности.
По принципу формирования изображения мониторы делятся на плазменные, электролюминесцентные, жидкокристаллические, дисплеи с эмиссией полем, и электроннолучевые.
Плазменные, электролюминесцентные, жидкокристаллические мониторы и дисплеи с эмиссией полем относятся к дисплеям с плоским экраном. Для них характерно то, что экран имеет малые физические размеры и не мерцает. Мониторы этого вида имеют малый вес и незначительное потребление энергии, большую механическую прочность и длительный срок службы.
Плазменные, электролюминесцентные мониторы и дисплеи с эмиссией полем являются активными, излучающими свет. Для работы с ними не нужен посторонний источник света.
Жидкокристаллические – пассивные мониторы. Они работают только при наличии постороннего источника света: отраженного или проходящего. Жидкокристаллические мониторы используют способность жидких кристаллов изменять свою оптическую плотность или отражающую способность под воздействием электрических сигналов.
В плазменной панели элемент изображения образуется в результате газового разряда, который сопровождается излучением света. Конструктивно панель состоит из трех стеклянных пластин, на двух из которых нанесены тонкие прозрачные проводники. На одной пластине проводники расположены горизонтально, на другой – вертикально. Между ними находится третья стеклянная пластина, в которой в местах пересечения проводников имеются сквозные отверстия. Эти отверстия при сборке панели заполняются инертным газом. Вертикально и горизонтально расположенные проводники образуют координатную сетку; на пересечении проводников находятся элементы изображения –пикселы. При разрешающей способности 512×512 пиксел такая панель имеет размеры не более 200×200 мм и толщину 6-8 мм. В настоящее время созданы цветные плазменные панели с разрешающей способностью экрана более 1024×1024 пиксел.
Электролюминесцентные мониторы работают на принципе люминесценции вещества при воздействии на него электрического поля. Люминесцентное вещество распыляется на внутренней поверхности одной из пластин с координатной сеткой. Напряжение на координатные шины подается такое, чтобы на пересечении координатных шин создавалось электрическое поле, достаточное для возбуждения люминофора.
Дисплеи с эмиссией полем (Field Emission Display, FED) – это плоские дисплеи, по принципу работы подобные обычным электронно-лучевая трубка (ЭЛТ). Электроны в них излучаются из холодных катодов, имеющих форму очень острых микроигл, количество которых на каждый пиксел может составлять до нескольких тысяч. Этот вид мониторов характеризуется хорошим воспроизведением цветов, так как используется такой же люминофор, как в электронно-лучевых трубках, и высокой скоростью работы (как и в ЭЛТ).
Не так давно наибольшее распространение имели мониторы на электронно-лучевых трубках. Электронная лучевая трубка представляет собой электровакуумный прибор в виде стеклянной колбы, дно которой является экраном.
По длительности хранения информации на экране мониторы делятся на регенерируемые и запоминающие.
В регенерируемых мониторах изображение после однократной прорисовки держится на экране недолго (доли секунды), постепенно угасая. Угасание изображения иногда заметно на глаз – нижние строки могут быть ярче верхних, например. Для поддержания постоянной яркости, изображение приходится повторно прорисовывать (регенерировать). А чтобы яркость в различных частях экрана не очень отличалась, и для снижения полосы пропускания применяют чересстрочную развертку: при каждой регенерации сначала рисуются нечетные строки, а затем – четные.
Регенерируемые мониторы незаменимы при визуализации быстропротекающих динамических процессов.
В запоминающих мониторах после однократной прорисовки изображение держится на экране в течение нескольких часов. Для его стирания приходится подавать на экран специальное стирающее напряжение.
Запоминающие мониторы эффективны там, где выведенное изображение нуждается в длительной обработке, например, подвергается редактированию или должно быть воспринято (изучено) оператором.
По способу управления яркостью луча мониторы делятся на цифровые и аналоговые. В цифровых мониторах для управления яркостью на сетку подаются дискретные сигналы, которые в зависимости от настройки могут полностью запирать трубку или полностью отпирать ее; снижать яркость до 1/2 или обеспечивать полную яркость, и т.д.
В аналоговых мониторах на сетку подается непрерывный (аналоговый) сигнал, который может плавно изменять яркость от полного запирания до полного отпирания.
По цветности изображения мониторы делятся на монохромные и цветные. В цветных мониторах в качестве основных цветов применяются красный (Red), зеленый (Green) и синий (Blue), в связи с чем они получили название RGB-мониторы.
Связь ЭВМ с монитором осуществляется с помощью адаптера – устройства, которое должно обеспечивать совместимость различных мониторов с микропроцессорным комплектом ЭВМ. В начальный период существования персональных компьютеров адаптеры старались стандартизировать, чтобы в полной мере обеспечить совместимость различных по конструкции мониторов с ЭВМ. Было разработано пять стандартов:
- MDA – монохромный дисплейный адаптер;
- CGA – цветной графический адаптер;
- MGA – монохромный графический адаптер;
- EGA – улучшенный графический адаптер;
- VGA – видеографическая матрица.
Видеографический матричный адаптер VGA, разработанный в 1988 г. позволял реализовать 640×480 точек в графическом режиме при 64-256 (зависит от объема видеопамяти) одновременно отображаемых цветов из 262144 возможных. В текстовом режиме адаптер VGA позволял отображать на экране 80×25 или 80×50 символов. Количество цветов, отображаемых в этом режиме, ограничено 16 цветами из 256 возможных. Ограничение на количество воспроизводимых цветов накладывает архитектура адаптера, стремление сделать его совместимым с адаптером EGA.
В последнее время наибольшее распространение получили адаптеры SVGA. Этот адаптер не стандартизован, вследствие чего каждая фирма, выпускающая мониторы, обязательно снабжает их драйверами, позволяющими работать с различными адаптерами.
Широкое распространение режима Plag&Play привело к тому, что в состав операционных систем фирмы Microsoft включено огромное количество постоянно обновляемых фирмой драйверов.
Исторически сложилось, что дисплеи могут работать в одном из двух режимов: символьном или графическом.
В символьном режиме на экран может выводиться ограниченный состав символов, имеющих четко определенный графический образ: буквы, цифры, знаки пунктуации, математические знаки и знаки псевдографики. Состав этих символов определен системой кодирования, применяемой в данной ЭВМ. В Robotron 1715 состав символов определяется кодом КОИ-7; в ЕС ЭВМ – кодом DKOI, в IBM PC – кодом ASCII, который в последнее время теснится кодом UNICOD.
Для вывода символа на экран дисплея сначала определяется позиция, в которой должен появиться символ (номер символа в строке и порядковый номер строки), а затем по коду символа определяется его форма, которая и высвечивается на экране. Предельное количество символов, одновременно размещаемых на экране, называется информационной емкостью экрана. В символьном режиме на экране монитора IBM PC может быть высвечено 40, 80 или 132 (VESA BIOS EXTENTION) символа в строке. Всего на экране помещается 25, 50 или 60 строк. Форма выводимого символа определяется знакогенератором дисплея, в котором хранятся коды формы всех символов ASCII или UNICODE.
В графическом режиме изображение на экране формируется из отдельных точек (пиксел), имеющих свои адреса (номер пиксела в строке × номер пиксельной строки). В простейшем случае каждому пикселу экрана соответствует один пиксел видеопамяти, который и определяет, светлым или темным должна быть соответствующая точка на экране. Если кроме этого необходимо указывать цвет пиксела, то количество битов видеопамяти, характеризующих каждый пиксел, приходится увеличивать. Поэтому для графического режима требуется большая память, чем для символьного при той же разрешающей способности экрана.
Основу адаптера любого типа составляет видеопамять: обычная динамическая (DRAM), в которой для доступа к биту надо задать адрес строки и столбца; FPM DRAM (Fast Page Mode DRAM) в которой адрес строки задается один раз для нескольких доступов к близким элементам памяти; EDO DRAM (Extended Data Out DRAM) в которой модифицированы схемы тактирования, за счет чего новое обращение к памяти может начаться до завершения предыдущего; BEDO DRAM (Burst Extended Data Out DRAM) в которой EDO-память скомбинирована с конвейерной технологией и специальными триггерами с защелкой, что позволяет заметно сократить время доступа; RDRAM (RAMBus DRAM), в которой для доступа к данным вместо обычных 32 или 64-битных шин используется 8-битный скоростной интеллектуальный канал; специальная двухпортовая (VRAM), допускающая одновременное обращение как со стороны системной магистрали, так и со стороны монитора.
Начиная с адаптера EGA, видеопамять имеет плоскостную структуру: вся память делится на битовые плоскости. В каждой битовой плоскости одному пикселу выделяется один бит. Длина битовой плоскости определяет разрешающую способность экрана. Количество битовых плоскостей (в каждой из которых выделено по одному биту для соответствующего пиксела) определяет, сколько бит отводится для хранения атрибутивного признака пиксела.
Если видеопамять имеет одну битовую плоскость, то такой дисплей может работать только в монохромном режиме (пиксел может быть либо ярким, либо темным). При наличии двух битовых плоскостей в видеопамяти может храниться 22 = 4 значения, определяющих, как должен выглядеть пиксел на экране (при цветном мониторе – четыре цвета, один из которых с кодом 00 – черный). Т.е. фактически с помощью двух битовых плоскостей можно управлять RGB-монитором. При 8 битовых плоскостях атрибут пиксела обеспечивает кодирование 28 = 256 цветов – такой адаптер эффективно применять только для аналоговых RGB-мониторов.
Иногда между видеопамятью и DAC ставятся регистры палитры (RAM DAC). Атрибутивный признак каждого пиксела в этом случае обозначает номер регистра палитры, в котором хранится код цвета данного пиксела. При выборке соответствующего регистра палитры находящийся в нем код цвета передается в DAC и управляет свечением пиксела.
Объем RAM DAC равен количеству имеющихся в наличии регистров палитры (в адаптере EGA – 16, в адаптере VGA для цифрового монитора – 64). RAM DAC загружается кодами цветов выбранной палитры с помощью специальной видеофункции BIOS перед началом работы, поэтому объем RAM DAC определяет, сколько цветов может одновременно находиться на экране (монитор может обеспечить и большее количество цветов, но количество регистров палитры ограничивает количество цветов выбранной палитрой).
Начиная с адаптеров SVGA (Super VGA), предпринимаются попытки снять ограничения, накладываемые выбором палитры – для этого код цвета из видеопамяти передается на DAC в момент «разжигания» пиксела. В режиме High Color на DAC передается 15-битный код цвета (по 5 бит на каждый луч), что позволяет идентифицировать 32 768 цветов. В режиме Direct Color на DAC передается 18-битный или 21-битный код цвета (по 6 или 7 бит на каждый луч), что позволяет идентифицировать соответственно 262 144 (для 18 бит) или 2 097 152 (для 21 бита) цветов. В режиме True Color – 24-битный код цвета (по 8 бит на каждый луч), что позволяет идентифицировать 16 777 216 цветов. Видеопамять для этого должна иметь соответственно 15, 18, 21 или 24 битовых плоскости.
Скорость обмена видеопамяти с DAC определяется продолжительностью разжигания (регенерации) одного пиксела и характеризуется частотой, которая при достаточно большой разрешающей способности превышает 200 МГц. Поэтому указанные режимы используются для профессиональной обработки цветных изображений и нуждаются в очень дорогой, быстродействующей аппаратуре.
Кроме видеопамяти в состав адаптера входят блок сопряжения с монитором, блок управления, различные ускорители (графический, Windows-ускоритель, 3D-ускоритель и др.), которые предназначены для выполнения вычислительных операций без обращения к процессору.
