Цифровая обработка аналоговых сигналов (рис.) связана с их квантованием ипоследующим восстановлением. Входной непрерывный сигнал системы в схеме дискретизации и хранения (СДХ)
квантуется по времени с частотой выборки и запоминается на время его преобразования в АЦП. АЦП осуществляет дополнительное квантование по амплитуде.
Существующие в настоящее время МП для обработки аналоговых сигналов можно условно, в зависимости от их архитектуры, разделить на три класса:
-собственно аналоговые МП, на кристалле которых собраны ЦП, АЦП и ЦАП
- однокристальные МП со встроенным АЦП и цифровым интерфейсом,
- цифровые МП с интерфейсом, обеспечивающим подключение АЦП, ЦАП и цифровых приборов.
Аналоговый микропроцессор INTEL 2920. Структура МП 2920
МП 2920 является типичным представителем классических аналоговых МП со встроенными АЦП и ЦАП. Схему МП 2920 можно условно разделить на три зонт аналоговый интерфейс, цифровая обработка данных и программная память.
Четыре независимых аналоговых сигнала, заданных амплитудой напряжения постоянного тока, через четырехканальный аналоговый коммутатор - мультиплексор (МТП) последовательно поступают в схему дискретизация и хранения (СДХ). Под действием сигналов управляющей логики в соответствующие разряды РгД последовательно, начиная со старшего, устанавливаются пробные единицы. ЦАП преобразовывает код РгД в напряжение обратной связи, которое сравнивается компаратором с входным сигналом. Выход компаратора либо подтверждает правильно установленную пробную единицу, либо сбрасывает ложную.
Полученные в результате цифровых вычислений выходные коды фиксируются в РгД, преобразовываются с помощью ЦАП в напряжение, распределяются а демультиплексоре (ДМТП) по восьми аналоговым выходным шинам и фиксируются в восьмиканальной СДХ. Рассмотренные схемы образуют аналоговый интерфейс МП 2920.
Операционная часть микропроцессора, осуществляющая цифровую обработку данных, содержит ОЗУ емкостью 40 25-разрядных слов; сдвигатель СДВ на программно-управляемое число разрядов (от 2 разрядов влево до 13 разрядов вправо); 28-битное АЛУ, способное выполнять операции сложения, вычитания, выделения модуля, пересылки и некоторые логические. Операционная часть выполнена по нестандартной схеме, в частности, здесь использовано двухпортовое О3У (порты А и В). РгД также относится к ОЗУ, так что МП рассматривает свои входы и выходы как ячейки памяти. Под каждый адрес в команде отведено 6 бит, следовательно адресное пространство составляет 64 ячейки, из них 40 - в ОЗУ, 23 - константы и 1 - РгД. Ячейка ОЗУ равнодоступны через любой из двух портов. Результат вычислений записывается в адрес В.
Сдвигатель СДВ осуществляет масштабирование чисел, вызываемых через порт А (первый адрес команды), т.е. умножение их на 2k (где К = 2,1,0,-1,-2,,..,-13). Масштабирование используется для ускорения умножения переменных на константы за счет использования сложения и вычитания сдвинутых (масштабированных) переменных. Разрядность АЛУ - 28 бит, на 3 бита больше длины операндов. Эта избыточность используется при округлении результатов вычислений.
22. Внешние устройства, обзор. Клавиатура, мышь, джойстик.
Внешние устройства.
Введение.
Внешние устройства (ВУ) ПК — важнейшая составная часть любого вычислительного комплекса. ВУ ПК обеспечивают взаимодействие машины с окружающей средой: пользователями,
объектами управления и другими компьютерами.
К внешним устройствам относятся:
• внешние запоминающие устройства (ВЗУ) или внешняя память ПК;
• диалоговые средства пользователя;
• устройства ввода информации;
• устройства вывода информации;
• средства связи и телекоммуникаций.
Диалоговые средства пользователя включают в свой состав:
• видеомонитор (видеотерминал, дисплей) — устройство для отображения вводимой и выводимой из ПК информации;
• устройства речевого ввода-вывода.
К устройствам ввода информации относятся:
• клавиатура — устройство для ручного ввода числовой, текстовой и управляющей информации в ПК;
• дигитайзеры (графические планшеты) — устройства для ручного ввода графической информации, изображений путем перемещения по планшету специального указателя (пера);
• сканеры — оборудование для автоматического считывания с бумажных и пленочных носителей и ввода в ПК машинописных текстов, графиков, рисунков, чертежей;
• устройства позиционирования, предназначенные для ввода графической информации на экран дисплея путем управления движением курсора по экрану с последующим кодированием координат курсора и вводом их в ПК (мышь, трекбол, джойстик, световое перо и т. д.);
• сенсорные экраны — для ввода отдельных элементов изображения, программ или команд с экрана дисплея в ПК.
К устройствам вывода информации относятся:
• принтеры — печатающие устройства для вывода информации на
бумагу;
• плоттеры (графопостроители) — устройства для вывода графической информации (графиков, чертежей, рисунков) из ПК на бумажный носитель.
Устройства связи и телекоммуникации используются для связи с приборами и другими средствами автоматизации— сетевые адаптеры, «стыки», мультиплексоры передачи данных, модемы — модуляторы-демодуляторы).
КЛАВИАТУРА
Клавиатуры можно условно разделить на простые (самые дешевые, обычные), мультимедийные, эргономичные и беспроводные. Причем эти функции могут сочетаться - например, мультимедийность и эргономичность и т.д.
Чаще сего - Windows клавиатуры с 104 клавишами.
Все клавиши можно разбить на следующие группы:
• буквенно-цифровые клавиши, предназначенные для ввода текстов и чисел;
• клавиши управления курсором;
• специальные управляющие клавиши
• функциональные клавиши, широко используемые в сервисных программах в качестве управляющих клавиш.
«Мультимедийность» подразумевает наличие дополнительного набора клавиш управления CD-приводом
Беспроводная клавиатура, позволяет свободно перемещаться по комнате и работать на компьютере в любом удобном месте.
Блок клавиатуры в настольных ПК конструктивно выполнен автономно от основной платы компьютера и, кроме клавиатуры, содержит контроллер клавиатуры, состоящий из буферной памяти и схемы управления. стандартный разъем DIN, разъем PS/2, инфракрасный порт (IrDA), интерфейс USB.
Контроллер клавиатуры осуществляет:
• сканирование (опрос) состояния клавиш;
• буферизацию (временное запоминание)
• преобразование с помощью программируемых системных таблиц (драйвера клавиатуры) кодов нажатия клавиш (SCAN- кодов) в коды ASCII;
• тестирование (проверку работоспособности) клавиатуры при включении ПК.
При нажатии и отпускании клавиши в буферную память контроллера клавиатуры поступает код нажатия или отпускания (соответственно, 0 или 1) в седьмой бит байта и номер клавиши или ее SCAN-код в остальные 7 битов. При поступлении любой информации в буферную память посылается запрос на аппаратное прерывание, инициируемое клавиатурой. При выполнении прерывания SCAN-код преобразуется в код ASCII, и оба кода (SCAN- код и ASCII-код) пересылаются в соответствующее поле ОЗУ машины. При этом по наличию кода отпускания проверяется, все ли клавиши отпущены в момент нажатия следующей клавиши (это необходимо для организации совместной работы с клавишами Shift, Ctrl, Alt и др.)
Мышь
. Мыши делятся на механические, оптико-механические и оптические.Также мыши делятся по способу передачи данных в компьютер: на проводные и беспроводные.
Основнымикомпонентами мыши являются:
• корпус, который вы держите в руке и передвигаете по рабочему столу;
• шарик — датчик перемещения мыши;
• несколько кнопок (обычно две) для подачи (или выбора) команд;
• кабель для соединения мыши с компьютером;
• разъем для подключения к компьютеру.
Устроена мышь довольно просто: шар касается двух валиков, один из которых вращается при движении вокруг оси X, а второй — вокруг оси Y. На оси с валиками насажены небольшие диски с щелями,через которые проходят (или не проходят) инфракрасные лучи от соответствующих источников. При вращении дисков лучи периодически прерываются, что регистрируется соответствующими фотодатчиками. Каждый импульс прошедшего излучения расценивается как один шаг по одной из координат.
Оптические мыши полностью лишены движущихся частей. Фотодатчики установлены прямо на нижней поверхности корпуса мыши.
Большинство мышей подключается к компьютеру при помощи тонкого многожильного кабеля. Есть беспроводные.
В «скроллирующей» мышке между кнопками появилось колесико, которое позволяет выполнять некоторые функции.
Джойстик
Для компьютерных игр в качестве указывающих устройств разработано множеств игровых контроллеров, но наиболее популярным из них является джойстик (joystick), который буквально переводится как «палочка для удовольствия». Он представляет собой ручку, которую можно поворачивать в любом направлении, и в зависимости от направления поворота ручки перемещается курс на экране. В конструкции джойстика предусмотрены также кнопки, действие которых напоминает операции кнопок мыши. Джойстик позволяет вводить в компьютер информацию о двух координатах ручки управления и о состоянии двух кнопок. Вместо двухкоординатной ручки может быть сделан руль автомобиля с педалью газа или что-либо иное, были и простейшие игровые устройства (paddle) с парой ручек потенциометров и парой кнопок. Джойстик используют в играх, где за счет возможности пропорционального управления (сигнал вырабатывается пропорционально отклонению ручки) он гораздо привлекательнее, чем клавиатура. С самых первых моделей IBM PC был введен и фактически стандартизован интерфейс игрового адаптера — Game port, к которому можно подключить до двух джойстиков или иных устройств.
Существуют и джойстики с механической обратной связью — в них на органы управления (рычаг, руль) воздействуют на моторы привода, получающие управляющие сигналы от компьютера. Таким образом, например, может имитироваться сопротивление повороту руля автомобиля, удар по рулю при наезде на препятствие или, наоборот, ослабление сопротивления руля при заносе. Для подачи управляющих сигналов интерфейс игрового порта не приспособлен, поэтому для этих сигналов используется дополнительный интерфейсный кабель (от СОМ-порта). Джойстик с интерфейсом USB, естественно, по одному кабелю передает информацию в обе стороны. Цифровые джойстики требуют установки специальных драйверов.
23. Сканеры, обзор. Планшетные сканеры. Барабанные сканеры.
СКАНЕРЫ
Сканер — это растровое устройство ввода в компьютер графической информации непосредственно с бумажного документа.
бывают черно-белые и цветные.(штриховые изображения и полутоновые серого цвета)
Цветные сканеры работают и с черно-белыми, и с цветными оригиналами. В цветных сканерах используется цветовая модель RGB (Red — Green — Blue): сканируемое изображение освещается через вращающийся RGB-светофильтр или от последовательно зажигаемых трех цветных ламп; сигнал, соответствующий каждому основному цвету, обрабатывается отдельно.
Число передаваемых цветов колеблется от 256 до 65 536 (стандарт HighColor) и даже до 16,7 миллионов (стандарт TrueColor).
Разрешающая способность сканеров измеряется в количестве различаемых точек на дюйм изображения и составляет от 75 до 1600 dpi (dots per inch).
По конструктивному исполнению сканеры делятся на ручные (hand-held) и настольные (desktop). Есть и комбинированные устройства.
Настольные, в свою очередь, классифицируются на планшетные (flatbed), с полистовой подачей (роликовые, sheet-fed) и проекционные (overhead).
Особняком стоят слайд-сканеры, считывающие изображение с прозрачных носителей.
Основные характеристики сканеров:
• оптическое разрешение – определяется как количество светочувствительных элементов в сканирующей головке, поделенное на ширину рабочей области. Выражается в точках на дюйм (dots per inch, dpi).
• интерполяционное (программное, логическое) разрешение — произвольно выбранное разрешение, для получения которого драйвер сканера рассчитывает недостающие точки;
• разрядность (глубина цвета) — определяет степень подробности информации об отсканированной точке изображения.
• динамический диапазон сканера характеризует его способность различать близлежащие оттенки Динамический диапазон можно определить как разницу между самым светлым оттенком, который сканер отличает от белого, и самым темным, но отличимым от черного. Измеряется динамический диапазон в специальных единицах, именуемых D.
• скорость сканирования
Планшетные сканеры
CCD-сканеры
Все планшетные сканеры работают по одному принципу - неподвижный оригинал и перемещающаяся вдоль него считывающая каретка. Оригинал помещается на стеклянный столик и прижимается к нему крышкой. Под стеклом движется каретка, в которую вмонтирована подсвечивающая оригинал лампа и подвижное (относительно оригинала, а не каретки) зеркало. Есть еще и неподвижное зеркало, направляющее отраженный оригиналом и подвижным зеркалом световой поток в объектив. Объектив фокусирует изображение на линейке фоточувствительных элементов (CCD - Couple Charge Device - прибор с зарядовой связью, ПЗС). Снятый с элементов ПЗС электрический сигнал оцифровывается с помощью аналого-цифрового преобразователя (АЦП)
При однопроходном сканировании каждая строка оригинала считывается тремя ПЗС-линейками, расположенными параллельно и оснащенными разными светофильтрами. После этого каретка перемещается на шаг, и все повторяется. Этот метод ускоряет сканирование и улучшает приводку основных цветов (цветовые каналы изображения состыковываются точнее).
Главная особенность планшетных сканеров - использование в них ПЗС-элементов, количество которых в каждой линейке и определяет оптическое разрешение сканера по горизонтали.
CIS-сканеры
Наряду с традиционными CCD-сканерами, на мировом рынке представлены и упрощенные (и более дешевые) планшетные сканеры, в которых вместо ПЗС используются сенсоры CIS (Contact Image Sensor). ПЗС-линейка растянута на всю ширину оригинала.
Отраженный свет считывается непосредственно CIS-линейкой.
Барабанные сканеры
Наивысшее качество сканирования и по сей день обеспечивается лишь дорогими барабанными сканерами, рассчитанными на ввод изображений как с прозрачных, так и снепрозрачных оригиналов. Эти аппараты по принципу работы радикально отличаются от планшетных сканеров. В барабанном сканере оригинал прикрепляется (монтируется) на барабан, при считывании вращающийся с высокой скоростью. Внутри барабана расположен точечный источник света, перемещаемый точно вдоль оси барабана. За счет сочетания этих двух движений и формируется полное изображение. Размер сканируемого оригинала определяется площадью барабана сканера: чем больше диаметр барабана, тем больший оригинал на него можно смонтировать. Для считывания информации в барабанных сканерах применяются не ПЗС, а вакуумные фотоумножительные трубки (их еще называют фотоэлектронными умножителями, сокращенно ФЭУ). Они обладают большей чувствительностью. Отраженный от оригинала (или прошедший через него) световой поток направляется оптической системой, состоящей из нескольких зеркал, на три ФЭУ, которые отвечают за красный, зеленый и синий цвета. С выхода ФЭУ электрический сигнал попадает на АЦП и дальше обрабатывается электроникой сканера
