Электролюминесцентные мониторы

Электролюминесцентные мониторы (FED — Field Emission Display) в качестве панели используют две тонкие стеклянные пластины с нанесенными на них прозрачными проводами. Одна из этих пластин покрыта слоем люминофора. Пластины складываются так, что провода пластин пересекаются, образуя сетку. Между пересекающимися проводами образуются пикселы. На пару пересекающихся проводов подается напряжение, создающее электрическое поле, достаточное для возбуждения свечения люминофора в пикселе, находящемся в месте пересечения.

Светоизлучающие мониторы

В светоизлучающих мониторах (LEP — Light Emitting Polymer) в качестве панели используется полупроводниковая полимерная пластина, элементы которой под действием электрического тока начинают светиться. Конструкция панели примерно такая же, как панели FED, но через полупроводниковые пикселы пластины пропускается ток (а не создается электрическое поле). На сегодняшний день имеются монохромные (желтого свечения) LEP-дисплеи, приближающиеся по эффективности к дисплеям LCD, но уступающие им по сроку службы.

Удалось создать органический полупроводник, имеющий широкий спектр излучения — в диапазоне от синего до инфракрасного с эффективностью (коэффициентом полезного действия по мощности) излучения порядка 1%. Многие фирмы (CDT, Seiko-Epson и др.) планируют создать на основе этого материала полноразмерный цветной дисплей. Прототип цветного дисплея был создан с использованием красных, синих и зеленых полимерных материалов CDT с нанесением на подложку экрана по технологии струйной печати. Качество отображения цвета нового экрана аналогично качеству жидкокристаллических дисплеев (LCD). Достоинства LEP-панелей:

● пластик сам излучает свет, поэтому не нужна подсветка, как в LCD-мониторе;

●LEP-монитор обеспечивает 180-градусный угол обзора;

●LEP-дисплеи работают при низком напряжении питания (менее 3 В) и имеют малый вес и их можно использовать в портативных ПК.

● LEP-дисплей обладает крайне малым временем переключения (менее 1 мкс), он годится для воспроизведения видеоинформации.

Видеоконтроллеры

Видеоконтроллеры (видеоадаптеры) являются внутрисистемными устройствами, преобразующими данные в сигнал, отображаемый монитором, и непосредственно управляющими мониторами и выводом информации на их экран. Видеоконтроллер содержит: графический контроллер, растровую оперативную память (видеопамять, хранящую воспроизводимую на экране информацию), микросхемы ПЗУ, цифро-аналоговый преобразователь.

Контроллер (специализированный процессор) формирует управляющие сигналы для монитора и управляет выводом закодированного изображения из видеопамяти, регенерацией ее содержимого, взаимодействием с центральным процессором. Контроллер с аппаратной поддержкой некоторых функций, позволяющей освободить центральный процессор от выполнения части типовых операций, называется акселератором (ускорителем). Акселераторы эффективны при работе со сложной графикой: многооконным интерфейсом, трехмерной (3D) графикой и т. п. Основными компонентами специализированного процессора являются: SVGA-ядро, ядро 2D-ускорителя, ядро 3D-ускорителя, видеоядро, контроллер памяти, интерфейс системной шины, интерфейс внешнего порта ввода-вывода. Аппаратно большая часть этих компонентов реализуется на одном кристалле видеоконтроллера.

Поясним некоторые компоненты:

● 2D-ускоритель — устройство, осуществляющее обработку графики в двух координатах на одной плоскости;

р 3D-ускоритель — устройство, осуществляющее формирование и обработку трехмерных (3D) изображений. В процессе формирования 3D-изображения аппаратный 3D-ускоритель взаимодействует с программным обеспечением.

Сам же процесс имеет несколько этапов:

● определение состояния объектов;

● определение соответствующих текущему состоянию геометрических трехмерных моделей;

● разбиение этих моделей на простые элементы — графические примитивы, в качестве которых чаще используют треугольники (именно на этом этапе подключается аппаратный 3D-ускоритель);

● преобразование параметров примитивов в целочисленные значения, с которыми работают аппаратные компоненты;

● закраска примитивов и финальная обработка. Основные аппаратные элементы 3D-ускорителя: 'геометрический процессор, механизм установки и механизм закраски примитивов. Характеристиками ускорителей являются максимальная пропускная способность (треугольников в секунду), максимальная производительность закраски (точек в секунду), скорость (кадров в секунду).

Важная характеристика — емкость видеопамяти, она определяет количество хранимых в памяти пикселов и их атрибутов. Видеоконтроллер должен обеспечить естественное качественное изображение на экране монитора, что возможно при большом числе воспроизводимых цветовых оттенков, высокой разрешающей способности и высокой скорости вывода изображения на экран.

Под разрешающей способностью здесь (так же как и для мониторов) понимается то количество выводимых на экран монитора пикселов, которое может обеспечить видеоконтроллер. При разрешении 1024 х 768 на экран должно выводиться 786 432 пиксела, а при разрешении 2048 х 1536 — 3-145 728 пикселов. Для каждого пиксела должна храниться и его характеристика — атрибут.

Количество воспроизводимых цветовых оттенков (глубина цвета) зависит от числа двоичных разрядов, используемых для представления атрибута каждого пиксела. Выделение 4 битов информации на пиксел (контроллеры CGA) позволяло отображать 2 = 16 цветов, 8 битов (контроллеры EGA и VGA) — 2з = 256 цветов, 16 битов (стандарт HighColor), 24 и 25 битов (стандарт TrueColor в контроллерах SVGA), соответственно, 2 = 65 536, 2 = 16 777 216 и 2 = 33 554 432 цветов. В стандарте TrueColor в отображении каждого пиксела обычно участвуют 32 бита, из них 24 или 25 нужны для характеристики цветового оттенка, а остальные для служебной информации.

Необходимую емкость видеопамяти для работы с графикой можно приблизительно сосчитать, умножив количество байтов атрибута на количество пикселов, выводимых на экран. Например, в стандарте TrueColor при разрешающей способности монитора 1024 х 768 пикселов емкость видеопамяти должна быть не менее 2,5 Мбайт, а при разрешении 2048 х 1536 — не менее 9,5 Мбайт. При работе с текстом необходимая емкость видеопамяти существенно меньше.

Скорость вывода изображения на экран зависит от скорости обмена данными видеопамяти со специализированным процессором, цифро-аналоговым преобразователем и, в несколько меньшей степени, с центральным процессором. Для увеличения скорости обмена данными используются:

● увеличение разрядности и тактовой частоты внутренней шины видеоконтроллера (вплоть до 256 разрядов и 600 МГц);

● новейшие быстродействующие типы оперативной памяти. В качестве видеопамяти в контроллерах могут применяться различные типы памяти DRAM, как универсальные: SDRAM, DRDRAM, DDR SDRAM, так и особенно быстрые специализированные: SGRAM (синхронная графическая), VRAM и WRAM (двухпортовые типы видеопамяти), 3D RAM (трехмерная) и т. д.

Скорость обмена данными с центральным процессором определяется пропускной способностью шины, через которую осуществляется обмен. В современных компьютерах вместо шины PCI используется более скоростная шина AGP (в частности AGP 4x).

Поскольку в мониторы необходимо подавать аналоговый видеосигнал, для преобразования цифровых данных, хранимых в видеопамяти, в аналоговую форму, в видеоконтроллере предусмотрен цифро-аналоговый преобразователь RAMDAC. Он отвечает за формирование окончательного изображения на мониторе. RAMDAC преобразует результирующий цифровой поток данных, поступающих от видео памяти, в уровни интенсивности, подаваемые на соответствующие электронные пушки трубки монитора — красную, зеленую и синюю. Помимо цифроаналоговых преобразователей для каждого цветового канала (красного, зеленого, синего), RAMDAC имеет встроенную память для хранения данных о цветовой палитре и т. д. Такие характеристики RAMDAC, как его частота и разрядность, также непосредственно определяют качество изображения.

От частоты зависит, какое максимальное разрешение и при какой частоте кадровой развертки монитора сможет поддерживать видеоконтроллер. Разрядность определяет, сколько цветов может поддерживать видеоконтроллер. Наиболее распространено 8-битовое представление характеристики пиксела на каждый- цветовой канал монитора (суммарная разрядность 24). 4 В видеоконтроллере имеются микросхемы ПЗУ двух типов:

● содержащие видеоВ1ОБ — базовую систему ввода-вывода, используемую центральным процессором для первоначального запуска видеоконтроллера;

● содержащие сменные матрицы знаков, выводимых на экран монитора.

Многие видеокарты имеют электрически перепрограммируемые ПЗУ (EEPROM,: Flash ROM), допускающие перезапись информации пользователем под управлением специального драйвера, часто поставляемого вместе с видеоадаптером. Таким образом можно обновлять и видео-BIOS, и экранные шрифты. Основные характеристики видеоконтроллера:

● режимы работы (текстовый и графический);

● воспроизведение цветов (монохромный и цветной);

● число цветов или число полутонов (в монохромном);

● разрешающая способность (число адресуемых на экране монитора пикселов по горизонтали и вертикали);

●емкость и число страниц в буферной памяти (число страниц — это число за поминаемых текстовых экранов, любой из которых путем прямой адресации может быть выведен на отображение в мониторе);

● размер матрицы символа (количество пикселов в строке и столбце матрицы формирующей символ на экране монитора);

● разрядность шины данных, определяющая скорость обмена данными с системной шиной, и т. д.

Общепринятый стандарт формируют следующие видеоконтроллеры:

● Hercules -монохромный графический адаптер;

● MDA — монохромный дисплейный адаптер (Monochrome Display Adapter);

● MGA — монохромный графический адаптер (Monochrome Graphics Adapter);

●CGA — цветной графический адаптер (Color Graphics Adapter);

● EGA — улучшенный графический адаптер (Enhanced Graphics Adapter);

● VGA — видеографический адаптер (Video Graphics Adapter), часто его называют видеографической матрицей (Video Graphics Аггау);

●SVGA — улучшенный видеографический адаптер (Super VGA);

● PGA — профессиональный графический адаптер (Professional GA). Минимально допустимые характеристики основных типов видеоконтроллеров приведены в табл. 7.7.

В настоящее время выпускаются и практически используются только видеоконтроллеры типа SVGA.

Современные SVGA-видеоконтроллеры поддерживают разрешение до 2048 х 1536, число цветовых оттенков более 16,7 млн. (наиболее «продвинутые» 32-разрядные — более 33 млн.), имеют емкость видеобуфера до 64 Мбайт.

Видеоконтроллер устанавливается на материнской плате, как видеокарта — в свободный разъем AGP или PCI. Некоторые видеокарты имеют вход для подключения телевизионной антенны (TV in) и тюнер, то есть позволяют через ПК просматривать телепередачи, видеофильмы с видеомагнитофона и видеокамеры; ряд видеокарт имеют разъем для подключения телевизора (TV out) для просмотра видео.

Клавиатура

Клавиатура — важнейшее для пользователя устройство, с помощью которого осуществляется ввод данных, команд и управляющих воздействий в ПК. На клавишах нанесены буквы латинского и национального алфавитов, десятичные цифры, математические, графические и специальные служебные символы, знаки препинания, наименования некоторых команд, функций и т. д. В зависимости от типа ПК, назначение клавиш, их обозначение и размещение может варьироваться. Чаще всего клавиатура содержит 101 клавишу, но встречаются еще и старые клавиатуры с 84 клавишами и новые, удобные для использования в системе Windows клавиатуры с 101 клавишами. Имеются клавиатуры со встроенными манипуляторами типа трекбол (trackball) и т. д. Появилось сообщение фирмы Data Hand Systems о разработке эргономичной, сокращающей движения руки 5-клавишной клавиатуры: 4 клавиши для ввода букв и цифр и 1 клавиша манипулятора. Каждая клавиша имеет 5 направлений движения: влево, вправо, вперед, назад и вниз. При работе кисть руки удобно лежит в специальном углублении, а клавишами управляют лишь кончики пальцев.

Типичная адаптированная под русский алфавит клавиатура ПК IBM PC, содержащая 101 клавишу, показана на рис. 7.1.

Все клавиши можно разбить на следующие группы:

● буквенно-цифровые клавиши, предназначенные для ввода текстов и чисел;

●клавиши управления курсором; эта группа клавиш может быть использована также для ввода числовых данных, просмотра и редактирования текста на экране;

● специальные управляющие клавиши: переключение регистров, прерывание работы программы, вывод содержимого экрана на печать, перезагрузка ПК и т. д.;

●функциональные клавиши, широко используемые в сервисных программах в качестве управляющих клавиш.

Буквенно-цифровые клавиши занимают центральную часть клавиатуры. Расположение букв и цифр на клавишах соответствует расположению их на клавиатуре пишущей машинки. Латинские буквы на клавиатуре расположены по стандарту QWERTY, названному так по последовательности первых шести букв в верхнем ряду буквенной клавиатуры. Для русского алфавита размещение буквенно-цифровых клавиш соответствует расположению клавиш на пишущих машинках с русским шрифтом — стандарт QWERTY, (первые шесть букв в верхнем ряду буквенной клавиатуры). Для обеспечения ввода с клавиатуры русских букв необходим соответствующий драйвер, который должен быть предварительно загружен в оперативную память и оставаться в ней резидентно. Переключение клавиатуры в режим ввода русских букв (символов кириллицы) и обратный переход на ввод латинских букв осуществляется нажатием одной или двух специальных клавиш: для разных драйверов по-разному, но чаще всего Ctrl или Shift.

Для алфавитно-цифровых клавиш существует понятие регистра, то есть режима их использования. Имеется две пары регистров: верхний-нижний и латиница- кириллица. В верхнем регистре вводятся прописные (заглавные) буквы, а в нижнем — строчные (маленькие); а также специальные символы и цифры, помещенные соответственно на верхней и нижней части клавиши. Регистры могут использоваться в различных сочетаниях, например, верхний латинский, нижний русский и т. п.

Выбор режима нижний-верхний производится при помощи клавиши Caps Lock (Capitals Lock — фиксация прописных букв) и Shift (сдвиг, замена). Клавиша Caps Lock закрепляет режим ввода прописных или строчных букв. В режиме прописных букв (~верхний~) светится индикатор Caps Lock в верхней правой части клавишной панели. Клавиша Shift изменяет режим клавиатуры на противоположный, пока она нажата.

Клавиши управления курсором расположены в правой части панели клавиатуры. Для удобства работы они продублированы и состоят из трех групп:

● малая цифровая клавиатура;

●клавиши просмотра текста на экране и его редактирования;

●клавиши управления курсором.

Клавиши малой цифровой клавиатуры могут быть использованы в двух режимах:

●в режиме управления курсором;

● в режиме ввода цифр, знаков математических операций и точки.

Выбор режима производится при помощи клавиши Num Lock (Number Lock— фиксация цифр) и Shift. Клавиша Num Lock закрепляет режим ввода цифр, а Shift изменяет режим клавиатуры на противоположный, пока она нажата.

В режиме ввода цифр, математических знаков и точки светится индикатор Num Lock в верхней правой части клавишной панели, и клавиши имеют назначение, показанное в табл. 7.8.

Перемещение курсора влево на одну позицию при кратковременном

нажатии; при длительном нажатии курсор перемещается влево непрерывно

­ Перемещение курсора вверх на одну позицию при кратковременном нажатии; при длительном нажатии курсор перемещается вверх непрерывно

® Перемещение курсора вправо на одну позицию при кратковременном нажатии; при длительном нажатии курсор перемещается вправо непрерывно

¯ Перемещение курсора вниз на одну позицию при кратковременном

нажатии; при длительном нажатии курсор перемещается вниз непрерывно

HomeПеремещение курсора в первую позицию строки (Ноmе — в начало)

EndПеремещение курсора в последнюю позицию строки (End — в конец)

PgUp Перемещение по тексту в направлении его начала на одну страницу (обычно на 25 строк), то есть возврат на одну страницу (Page Up— страница вверх)

PgDn Перемещение по тексту в направлении его конца на одну страницу, то есть

продвижение вперед на одну страницу (Page Down — страница вниз)

Ins Переключение клавиатуры из режима замены в режим вставки и обратно; в режиме вставки каждый вновь введенный символ помещается перед символом, на который указывает курсор; часть же строки, расположенная правее курсора, сдвигается на одну позицию вправо (Insert — вставить)

Del Удаление на экране указанного курсором символа; при этом часть строки, расположенная правее курсора, сдвигается на одну позицию влево, исключая разрыв строки (Delete — удалить)

Специальные управляющие клавиши (их называют также служебными) расположены вокруг группы алфавитно-цифровых клавиш (табл. 7.10).

Функциональные клавиши F1 — F12 размещены в верхней части клавиатуры. Эти клавиши предназначены для различных специальных действий; для каждого программного продукта они имеют свое назначение.

В большинстве программ принято, что клавиша F1 (клавиша Help — помощь) связана с вызовом справки. При входе в программу по F1 выдается общая подсказка с кратким описанием вариантов функционирования программы и назначением функциональных клавиш в ней. При работе с программой по нажатии F1 предоставляется контекстно-зависимая помощь, то есть подсказка по тому режиму, по той функции, которая программой реализуется в данный момент.

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. Он подключается к систем- ной плате с помощью 4-проводного интерфейса (линии интерфейса используются для передачи, соответственно, тактовых импульсов, данных, напряжения питания +5 В, последний — «земля»). Для клавиатур существует несколько вариантов интерфейсов: стандартный разъем DIN, разъем PS/2, инфракрасный порт (IrDA), интерфейс USB. Чаще всего используются интерфейсы DIN и PS/2, но самым перспективным является интерфейс USB.

Из «экзотических» клавиатур следует отметить:

●беспроводную клавиатуру, позволяющую свободно перемещаться по комнате и работать на компьютере в любом удобном месте, даже лежа на диване; беспроводные клавиатуры для передачи сигналов используют лучи инфракрасного диапазона (интерфейс IrDA), которые принимаются специальным устройством, непосредственно подключенным к компьютеру;

● гибкую резиновую клавиатуру, красивую разноцветную — она бесшумна, надежна (успешно сопротивляется различным механическим и химическим воздействиям); очень тонкая, может быть свернута в виде цилиндра;

● клавиатуры с идентификацией пользователя по «отпечаткам пальцев» и силе нажатия;

● многофункциональные клавиатуры с элементами телекоммуникационных систем и т. д.

Контроллер клавиатуры осуществляет:

● сканирование (опрос) состояния клавиш;

● буферизацию (временное запоминание) до 20 отдельных кодов клавиш на время между двумя соседними опросами клавиатуры со стороны МП;

● 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.

Контроллер клавиатуры организует и автоматическое повторение клавишной операции: если клавиша нажата более 0,5 с, то генерируются повторные коды нажатия клавиши через регулярные интервалы так, как если бы вы клавишу нажимали повторно.