1.Технические средства ЭВМ (билеты с ответами)

1.Технические средства ЭВМ. Назначение и классификация периферийных устройств

Все функции ЭВМ реализуются с помощью ее компонентов – аппаратных(технических) и программных средств. Модель, устанавливающая состав, порядок и принципы взаимодействия входящих в нее компонентов определяет структуру компьютера.
Периферийные устройства ПК обеспечивают взаимодействие машины с окружающей средой: пользователями, объектами управления, другими ЭВМ. Кпериферийным устройствам ПК относятся:
1. Накопители данных – запоминающие устройства для долговременного хранения больших объемов информации: накопители на жестких магнитных дисках (НЖМД, HDD); накопители на гибких магнитных дисках (НГМД, FDD); накопители на оптических дисках (приводы CD-ROM, CD-RW, DVD); накопители на магнитных лентах (стримеры); флэш-память.
2. Видеосистема – система отображения вводимой и выводимой информации ПК, включающая устройства отображения информации (мониторы, проекторы и др.) видеоадаптеры; средства обработки видеосигнала.
3. Аудиосистема – комплекс аппаратно-программных средствзаписи, воспроизведения, обработки, генерирования звукового сигнала, включающая звуковую систему; систему.
4. Устройства ввода информации в компьютер: клавиатура; манипуляторы; сканеры и цифровые камеры.
5. Устройства печати – устройства вывода информации на бумажные (пленочные) носители: принтеры (матричный, струйный, лазерный); плоттеры (графопостроители);фотонаборные аппараты.
6. Устройства телекоммуникаций – устройства подключения ПК к каналам связи, другим ПК, сетям: сетевые адаптеры; модемы; коммутационное оборудование; кабельные системы.

2. Средства подключения ПУ – аппаратный интерфейс подключения ПУ (платы расширения, слоты расширения, системные ресурсы, драйверы). Понятие адаптера (контроллера).
В ПК используется структура с шинным интерфейсом. Информационная магистраль, связывающая воедино компоненты и устройства ПК, называется шиной.
Основным компонентом каждого компьютера является материнская плата (МП). К ней подключаются все устройства ПК и от нее зависит быстродействие и стабильность работы системы. Тип установленной МП определяет общую производительность вычислительной системы, а также возможности по модернизации и подключению дополнительных устройств.
На МП размещаются все основные элементы ПК, линии соединения –шины, разъемы для подключения к шинам плат расширения.
Основные компоненты МП:
1. Слот типа Socet для процессора.
2. Разъемы – слоты – для установки модулей оперативной памяти. Количество и тип разъемов зависит от типа МП
3. Слоты для установки карт расширения. Наличие разъемов и возможность установки в них любых карт расширения (видеоадаптера, звуковой карты, модема и др.) определяют открытую архитектуру ПК.
4. Микросхема перепрограммируемой памяти, в которой хранятся программы BIOS, тестирования ПК, загрузки ОС, драйверы устройств, начальные установки (CMOSSetup).
5. Разъемы для подключения накопителей данных, последовательные и параллельные порты для подключения периферии.
6. Набор микросхем Chipset для управления обменом данными между всеми компонентами ПК – мосты. На МП –два моста: северный и южный. Функции северного моста – обеспечение взаимодействия между собой процессора, ОЗУ и видеошиныAGP. Функции южного моста – обеспечения взаимодействия шин ввода/вывода с подключенными к ним внешними устройствами и процессором и ОЗУ. Оба моста могут быть выполнены как на двух чипсетах (в старых моделях), так и на одном (в новых моделях)
7. Аккумуляторная батарея для питания микросхемы памяти Bios.
Обмен данными между компонентами компьютера возможен лишь в случае совместимости их интерфейсов.В случае несовместимости интерфейсов используются контроллеры- специализированные микросхемы, которые являются посредниками между шиной и периферийными устройствами. Контроллер не меняет содержимого данных, но может менять их форму представления.

3. Интерфейсы для подключения периферийных устройств. Классификация интерфейсов.
Периферийные устройства к шинам подключаются посредством интерфейсов.
Интерфейс – совокупность различных характеристик какого-либо устройства персонального компьютера, определяющих организацию обмена информацией между ним и центральным процессором. Это электрические и временные параметры передаваемых сигналов, набор управляющих сигналов, протокол обмена данными, конструктивные особенности подключения – разъемы, кабели. Обмен данными между компонентами компьютера возможен лишь в случае совместимости их интерфейсов. В случае несовместимости интерфейсов используются контроллеры.
По способу подключения различают: интерфейсы внешних периферийных устройств (LPT, RS232-C, USB, FIREWIRE, PS/2; BLUETOTH; RGBAnalog/DVI и др);интерфейсы внутренних периферийных устройств (PCI-E, AGP,SATA, PATA и др).
Интерфейсы внешних периферийных устройств выводятся на разъемы, выходящие в окно задней стенки компьютера. Интерфейсы внутренних периферийных устройств выводятся на двухрядные штырьковые разъемы, к которым подключаются соответствующие кабели-шлейфы, или щелевые разъемы-слоты.
По способу передачи данных интерфейсы ПУ делят на две группы: последовательные интерфейсы; параллельные интерфейсы. Исторически первыми появились последовательные интерфейсы. Параллельная связь означает, что биты пересылаются одновременно (параллельно), друг возле друга. Поэтому при такой передаче данных принципиальным становится понятие разрядности шины. Разрядность шины определяется количеством данных, параллельно проходящих через нее. От разрядности шины прямо пропорционально зависит пропускная способность шины.
Параллельные внутренние интерфейсы реализованы в следующих стандартах шин ввода-вывода PCI, AGP, PATA.При параллельной передаче на высоких частотах крайне сложно синхронно принимать биты, принадлежащие одному байту. В последовательном интерфейсе такой проблемы не может возникнуть в принципе, т.к. биты отправляются друг за другом по одному проводнику, поэтому можно поднять тактовую частоту передачи до нескольких гигагерц. Последовательный кабель значительно проще экранировать, он дешевле и компактнее. К современным внутренним последовательным интерфейсам относятся PCI-E, SATA.
Для подключения периферии используют как специализированные интерфейсы (AGP, PATA, SATA,) так и интерфейсы универсального назначения (USB, FireWire, PCI-E, RS-232C, LPT).

 
4.Стандартные порты ввода-вывода. Особенности их интерфейсов.
Стандартные последовательный и параллельный интерфейсы называются портами ввода-вывода.

5 Интерфейсы для подключения плат расширения ПУ. ИнтерфейсыPCI, PCI-Express.Назначение. Характеристики интерфейсов.
Внутренние периферийные устройства, реализованные в виде карт расширения, подключаются к шинам ввода – вывода через соответствующие разъемы – слоты. В современных настольных ПК основными шинами являются шины PCI, PCI-Express.
Шина PCI – 32- или 64-разрядная шина ввода/вывода с пропускной способностью в 132/236 Мбайт/с соответственно, основополагающий принцип работы которой – применение мостов, которые осуществляют связь между PCI – шиной и другими шинами. Архитектура шины PCI предполагает параллельное подключение устройств, т.е. у каждой платы и у каждого устройства имеются равные права на доступ к памяти и ресурсам процессора. Из-за этого возникает проблема арбитража, которую частично разрешает механизм прерываний, которых почти всегда недостаточно. Достоинства PCI: реализация способа «рукопожатия» при передаче данных: в системе определяются два устройства – передающее и принимающее. Когда передающее устройство готово к передаче данных, оно выставляет их на линии данных и сопровождает соответствующим сигналом. Приемное устройство записывает данные в свои регистры и подает сигнал подтверждения записи данных и готовности к приему следующих. Установка всех сигналов производится строго в соответствии с тактовыми импульсами шины; реализация принципа BusMastering, который подразумевает способность внешнего устройства управлять шиной. PCI-шина использует принцип временного мультиплексирования, т.е. для передачи данных и адресов данных используются одни и те же линии; шина является «интеллектуальной», т.е. она может самостоятельно распознавать аппаратные средства и анализировать конфигурации системы в соответствии с технологией Plug –and-Play.
PCIExpress – последовательная локальная шина нового поколения (2002г.), использующая программную модель шины PCI и высокопроизводительный физический протокол, основанный на последовательной передаче данных.с пропускной способностью от 250Мб/с до 4 Гб/с. Каждому подключенному к ней устройству выделяется собственный канал передачи данных. Пропускная способность одного канала составляет 250 Мб/с. В отличие от шины PCI, использовавшей для передачи данных общую шину, PCI-E является пакетной сетью с топологией типа звезда, устройства PCI-E взаимодействуют между собой через среду, образованную коммутаторами, при этом каждое устройство напрямую связано соединением типа точка-точка с коммутатором. Шиной поддерживается горячая замена карт; гарантированная полоса пропускания; управление энергопотреблением; контроль целостности передаваемых данных. Для подключения устройства PCI Express используется двунаправленное последовательное соединение типа точка-точка, называемое lane; это резко отличается от PCI, в которой все устройства подключаются к общей 32-разрядной параллельной двунаправленной шине. Соединение между двумя устройствами PCI Express называется link, и состоит из одного (называемого 1x) или нескольких (x2, x4, x8, x12, x16 и x32) двунаправленных последовательных соединений lane. Каждое устройство должно поддерживать соединение x1. Приём и передача информации производится каждым устройством PCI-E по отдельным двум проводникам, т.е. устройство подключается к коммутатору PCI-E всего лишь четырьмя проводниками. PCI-E использует максимальное количество laneовдоступных как для карты, так и для слота. PCI-E пересылает всю управляющую информацию через те же линии, что используются для передачи данных. Последовательный протокол никогда не может быть заблокирован.Пропускная способность PCI Express 1.0/2.0 в одну сторону на 1 линию равна 250/500 мегабайт в секунду. Т.е PCI-E 16X обладает пропускной способностью 4 гигабайта в секунду для версии 1.0 и 8 гигабайт для версии 2.0 соответственно.


6. Интерфейсы для подключения внешних запоминающих устройств. Интерфейс РATA (IDE). Интерфейс SATA. Особенности интерфейсов.
Для подключения накопителей данных используются специализированные интерфейсы – параллельная шина ParallelATA(PATA, IDE) и последовательная шина SerialATA (SATA)
ParallelATA - параллельный интерфейс обмена данными между центральным процессором и накопителем данных. Спецификация IDE определяет, что на системной плате устанавливается 16-разрядный контроллер с двумя одинаковыми каналами, к каждому из которых можно подключить по два равноправных устройства. Жесткий диск или привод CD подключается к слоту 40 - или 80-жильным плоским кабелем – шлейфом в зависимости от разновидности IDE- интерфейса: до скорости передачи данных в 33 Мбайт/с включительно применяется 40-жильный кабель. При использовании стандартов UltraATA/66/100/133 Мбайт/с используется 80-жильный кабель. Длина кабеля не должна превышать 46 см. Все информационные сигналы интерфейса передаются через 40-контактный разъем, у которого ключом является отсутствующий на вилке и закрытый на розетке контакт 20. Также спецификация АТА описывает 4-контактный разъем питания.ParallelATA – интерфейс является разделяемой средой передачи данных, т.е. через один шлейф можно подключить сразу два устройства. Физического подключения второго устройства недостаточно. Дополнительный диск должен быть сконфигурирован соответствующим образом с помощью установок в CMOSSetup и джамперов, расположенных на торцевой стороне накопителя. Если на шине присутствует одно устройство, оно должно быть сконфигурировано как ведущее (Master). Если на шине два устройства – одно должно быть ведущим (Master), другое – ведомым (Slave), иначе система не распознает накопители.
SerialATA (SATA) – последовательный интерфейс обмена данными между центральным процессором и жестким диском. Длина шлейфа увеличилась до одного метра. Это дало возможность использовать интерфейс SATA и для внешних накопителей. Внутри себя SATA – коаксиальный кабель содержит 7 жил: 4 жилы предназначены для передачи данных; 3 жилы разделяют их для заземления. Кабель питания к устройствам подключается отдельно и содержит 5 линий. Линия дополнительного напряжения предназначена для будущих устройств. В SerialATA отменено разделение устройств на Master и Slave, т.е. к одному разъему подключается только одно устройство. Первая версия спецификации SATA 1.0 появилась в 2001 году и имела скоростью передачи данных 150 Мбит/с., вторая версия SATAII вышла в свет в 2003 году и имела скорость передачи данных 300Мбит/с, улучшенную обработку команд и повышенную надежность.

7. Видеоадаптер. Структурная схема. Принцип действия. Характеристики. Интерфейсы подключения.
Видеоадаптер является промежуточным устройством между монитором и шиной компьютера и служит для программного формирования графических и текстовых изображений. Видеоадаптер является задающим устройством, т.к. обеспечивает модель формирования изображения.. Совокупность всех параметров, характеризующих режим работы видеоадаптера – разрешение, палитра, частоты строчной и кадровой развертки и др.), - называется видеорежимом.Существует два видеорежима вывода информации: графический; текстовый. В современных ПК графический режим является основным, т.к. в этом режиме на экране монитора можно вывести текст, рисунок, фотографию, анимацию, видеосюжет. В графическом режиме каждой точке экрана соответствует ячейка специальной памяти, которая циклически сканируется схемами адаптера синхронно с движением луча монитора – видеопамять (VRAM). Способы организации памяти представляют собой отображение матрицы пикселей экрана на биты видеопамяти. Количество бит видеопамяти, отводимое на каждый пиксель, определяет возможное число его состояний: цветов, градаций яркости и др.
Объем видеопамяти, требуемый для хранения образа экрана, определяется как произведение количества точек в строке на количество строк и на количество бит на пиксель. Современные стандарты видеоадаптеров – этоVGA и SVGA – стандарты формирования аналогового сигнала. Основное конструктивное отличие видеоадаптеров – наличие специальной микросхемы ЦАП (RAMDAC), оснащенной 256-ю регистрами цвета, образующими его собственное ОЗУ. SVGA – группа видеоадаптеров, превосходящих VGA по разрешению и (или) количеству цветов.VGA- адаптерасодержит:Контроллер монитора – устройство, обеспечивающее требуемые частоты вертикальной и горизонтальной разверток монитора и режимы сканирования видеопамяти. Видеопамять – это специализированная область памяти, из которой контроллер монитора организует циклическое считывание содержимого для регенерации изображения. Контроллер атрибутов (RAMDAC) определяет количество оттенков цвета, которые потенциально может сформировать видеоадаптер VGA. Графический контроллерявляется средством повышения производительности программного построения изображений в видеопамяти и предназначен для управления обменом данными между ЦП и видеопамятью и выполнения элементарных преобразований этих данных.ROMVideoBIOS – это набор подпрограмм, написанных в кодах команд центрального процессора и предназначенных для реализации основных функций видеосистемы – смены видеорежима, управления курсором, обмена данными с кадровым буфером и т.п. Блок внешнего интерфейса связывает адаптер с одной изшиной ввода-вывода: PCI, AGP, PCIExpress.Проблема разрешения и цветностиVGA-адаптера была решена с появлением адаптеров стандарта SVGA: путем увеличения объемавидеопамяти до 512 Кбайт и 1 Мбайт. Это позволило работать в видеорежимах 640х480/256 и 800х600/256; выпуском нового 24-разрядного RAMDAC, позволяющего загружать в выходной регистр ЦАП данные непосредственно из видеопамяти, минуя регистры цвета ЦАП. Это позволило реализовать режимы HightColor и TrueColor. Объем видеопамяти при этом стал превышать 1 Мбайт.Проблемы низкого быстродействия и загруженности процессораудалось решить, включив в архитектуру видеоадаптера аппаратные ускорители графических функций. Характеристики видеоадаптеров: Объем видеопамяти, ее тип, разрядность, быстродействие.

8. Видеоадаптеры для мультимедиа. Ускорители трехмерной графики.
При выводе данных на экран в графическом режиме видеоадаптером VGA центральный процессор задействуется в целях создания графического интерфейса: окон приложений, окон диалога, курсора мыши. Операции по созданию графического интерфейса просты и рутинны, но выполнять их ЦП необходимо очень часто. Для ускорения выполнение этих операций было разработано специализированное устройство построения графических примитивов – графический акселератор (ускоритель).
Первоначально видеоадаптеры с аппаратным ускорением графических функций 2-х мерной графики делились на две группы: видеоадаптеры с графическим ускорителем.видеоадаптеры с графическим сопроцессором. Графический акселератор – это усовершенствованная модель графического контроллера видеоадаптера VGA: освобождая ЦП от выполнения многих рутинных операций, он не изменяет общего характера взаимодействия между ЦП и видеоадаптером, т.е. акселератор обладает самостоятельностью только при работе с видеопамятью, но не в рамках общей архитектуры ПК. К системной памяти акселератор может обращаться только через посредника – ЦП. Графический акселератор работает по жесткому алгоритму, который не может быть изменен, поэтому видеоадаптеры с графическим акселератором ориентированы на конкретные приложения. Графический сопроцессор выполняет те же функции, что и акселератор. Но сопроцессор является активным, интеллектуальным устройством. Это значит, что сопроцессор можно запрограммировать на выполнение различных задач, и он может наравне с ЦП обращаться к системной оперативной памяти и управлять шиной ввода/вывода. Все современные видеоадаптеры содержат один мощный графический процессор, в состав которого входят ускорители двух- и трехмерной графики 2D – и 3D – акселераторы. Но называют такие видеоадаптеры 3D – акселераторами. Если видеосистема должна отобразить объект, являющийся 3-х мерным (виртуальным), то необходимо смоделировать его объемное изображение, т.е. необходимо задать математическую модель объекта (каждую точку его поверхности) в трехмерной системе координат, аналитически рассчитать всевозможные зрительные эффекты (угол падение света, тени и т.п.), а затем корректно спроецировать трехмерный объект на плоский экран. Объем вычислений при этом очень велик, и, если возложить эти вычисления на ЦП, то производительность системы упадет настолько, что она не сможет работать в режиме реального времени. Для обеспечения возможности видеть на экране проекцию динамического трехмерного объекта, в состав ПК включают устройство, самостоятельно выполняющее основную часть расчетов трехмерной сцены – ускорители трехмерной графики, или 3D – акселераторы. Первоначально 3D – акселераторы размещались на отдельных от видеоадаптеровплатах, устанавливаемых в слот шины ввода/вывода, и соединялись с ними специальным кабелем, т.е. представляли собой самостоятельное устройство, предназначенное только для работы с трехмерной графикой. По мере увеличения степени интеграции микросхем 3D – акселераторы стали размещать непосредственно на карте видеоадаптера. Это позволило не только снизить стоимость видеосистемы, но и устранить необходимость в сквозном кабеле. Все 3D - акселераторы имеют несколько обязательных базовых элементов, обеспечивающих аппаратное ускорение основных этапов 3D – конвейера: Геометрический процессор; Механизм прорисовки (рендеринга); Видеопамять; RAMDAC (ЦАП) Размер кадрового буфера определяет максимально допустимые разрешение изображения и число оттенков цветов. Для ускорения работы акселератора кадровый буфер разбивается на передний и задний буферы: пока выполняется отображение (передача в RAMDAC) первого, «переднего» кадра, акселератор приступает к построению следующего кадра в заднем буфере. Таким образом обеспечивается более плавная и быстрая смена кадров.

9. Программное обеспечение для 3D-акселераторов.
3D - акселератор имеет свою собственную систему команд, поэтому его эффективное применение возможно лишь в том случае, когда прикладная программа использует эти команды. Роль посредника между высокоуровневыми командами прикладной программы и низкоуровневыми командами акселератора выполняет специальный пакет служебных программ API – интерфейс прикладного программирования. API избавляет прикладного программиста от необходимости работать с низкоуровневыми командами акселератора, облегчая процесс создания программ и делая их более универсальными. В настоящее время в 3D-графике существует несколько API, области применения которых довольно четко разграничены: DirectX, используемый в игровых приложениях, работающих под управлением ОС Windowsxx; OpenGL, используемый в основном в профессиональных приложениях: CAD, системах трехмерного моделирования, симуляторах и т.п., работающих под управлением ОС WindowsNT; NativeAPI(родные), создаваемые производителями -акселераторов для своих Chipset с целью наиболее эффективного использования их возможностей.
DirectX является жестко регламентированным, закрытым стандартом, который не допускает изменений до выхода в свет своей новой версии. Это ограничивает возможности разработчиков прикладных программ и производителей акселераторов, но значительно облегчает пользователю настройку аппаратного и программного обеспечения для 3D – графики.
DirectX включает в себя несколько узконаправленных API: DirectDraw обеспечивает использование аппаратных средств ускорения двухмерной графики; Direct3D отвечает за работу графической системы в режиме создания трехмерных изображений; DirectInputобеспечивает аппаратно независимый ввод информации через клавиатуру, мышь и джойстик; DirectPlayиспользуется в сетевых играх; DirectSoundуправляет использованием ресурсов звуковой системы.

10. Мониторы на основе ЭЛТ. Принцип действия.
ЭЛТ- монитор содержит: электронно-лучевую трубку – кинескоп - с электромагнитной системой отклонения луча и видеоусилителями сигналов яркости лучей; генераторы вертикальной и горизонтальной разверток; блок питания; схемы управления вышеперечисленными узлами. Катушки отклоняющей системы, находящиеся на горловине кинескопа, позволяют изменять направление пучка электронов. Модулятор (электрод) регулирует интенсивность пучка электронов и связанную с ней яркость изображения. Фокусирующий электрод определяет размер светового пятна. В монохромных мониторах экран трубки покрыт однородным слоем мелкозернистого светящегося вещества – люминофора, который при хорошей фокусировке луча дает высокую четкость и разрешающую способность, определяемую параметрами генераторов разверток. Монохромные мониторы могут быть черно-белыми, черно-зелеными и черно-желтыми, т.е. достаточно одной электронной пушки для формирования изображения. В цветных мониторах используются три типа частиц люминофора: красный, зеленый и синий. Соответственно в кинескопе используют три электронные пушки, каждая из которых «обстреливает» частицы люминофора только своего цвета. Лучи всех трех пушек синхронно сканируют экран. Управляя интенсивностью каждого из лучей, получают требуемый цвет изображения каждой точки. Принцип работы ЭЛТ-мониторов: для формирования растра используются специальные сигналы строчной (горизонтальной) и кадровой (вертикальной) разверток. В цикле сканирования луч движется по зигзагообразной траектории от левого верхнего угла до правого нижнего угла растра. Прямой ход луча по горизонтали осуществляется сигналом строчной развертки, а по вертикали – сигналом кадровой развертки. Сканирование экрана модулированным лучом обеспечивается генераторами горизонтальной и вертикальной разверток монитора. На обратном ходе по строке луч принудительно гасится. В следующем кадре сканирование может производиться по-разному. В системах с прогрессивной, или нечередующейся разверткой, луч идет по тем же самым строкам. В системах с чересстрочной разверткой луч идет по строкам, смещенным по вертикали на половину шага строки, т.е. всю поверхность экрана луч проходит за два цикла кадровой развертки. Чересстрочная развертка позволяет снизить темп вывода точек изображения, но если выводится в одну строку точек горизонтальная линия, она будет заметно мерцать, т.к. ее прорисовка происходит только в одном из полукадров.

11. Характеристики, интерфейс подключения, перспективы использования ЭЛТ-мониторов.
Характеристики мониторов: Тип управляющего сигнала (интерфейса)По типу управляющего сигнала ЭЛТ - мониторы делятся на цифровые и аналоговые мониторы.TTL – мониторы построены на серии микросхем на основе транзисторно-транзисторной логики. Управление их осуществляется двоичными сигналами: уровню логической «1» соответствует напряжение ≈ 5 В, уровню логического «0» - ≈ 0,5В. ТТL – мониторы бывают:
- монохромными (точка на экране может быть светлой и темной);
- цветными (RGB- R-красная, G – зеленая, B- синяя).
Цифровой цветной монитор может одновременно отображать только 16 цветов. Ограниченность палитры цифровых мониторов - главная причина перехода к аналоговым мониторам. Палитра аналогового монитора не ограничена. Аналоговые мониторы, поддерживающие стандарты VGA и SVGA, допускают работу в режимах от 640 х 800 пикселей и выше. Для подключения ЭЛТ- монитора используется 15-контактный D-разъем. Несогласованность элементов и неравномерности частотных характеристик приводят к искажению формы сигналов цветов, что становится особо заметным в режимах с высоким разрешением и высокой частотой регенерации. Повысить качество изображения можно, перенеся микросхемы ЦАП в монитор на плату видеоусилителей, и подавая на них цифровые сигналы базисных цветов. Для реализации этой идеи была разработана спецификация цифрового видеоинтерфейса DVI. Интерфейс DVI предназначен для подключения дисплеев любого типа к ПК, причем возможны два варианта интерфейса: чисто цифровой и цифровой с традиционными аналоговыми сигналами. Во втором случае используют пассивный переходник. 2.Размер диагонали экрана. Размер диагонали экрана указывается в дюймах: 15”, 17”,21”. Размер диагонали не является размером изображения, выводимого с гарантированным уровнем качества. Изображение выводится на меньшую площадь из-за возможных геометрических искажений, возникающих по краям экрана, нарушения фокусировки и сведения лучей. 3.Размер зерна люминофора. Выпускаются мониторы с зернистостью 0,31-0,21 мм. По зернистости и размеру экрана можно определить настоящую разрешающую способность экрана, т.к. зерно является мельчайшей единицей изображения. Размер зерна экрана зависит от цветоделительной маски. 4.Допустимые частоты разверток. В соответствии с нормами ТСО99 минимальная частота регенерации (вертикальной развертки) должна составлять 85Гц в любом режиме, а рекомендуемая – 100 Гц. В технических данных на монитор обычно указывается предельное разрешение и максимальные частоты разверток. 5.Искажение геометрических фигурНормальным считается искажение не более 3 мм, 5 мм – уже плохое, 1-2 мм – хорошее.6.Цифровой контроль. В монитор встраивается специализированный микроконтроллер, управляющий практически всеми параметрами монитора. Микроконтроллер имеет энергонезависимую память, поэтому он может хранить большое количество наборов параметров, заданных для каждого используемого видеорежима.экран сокращенно называется OSD – OnScreenDisplay).

12. Жидкокристаллические мониторы: принцип работы, характеристики, интерфейсы подключения. Основные технологии.
Основной элемент – ЖК - экран, состоящий из двух стеклянных панелей-подложек – анализатора и поляризатора, между которыми размещен слой жидкокристаллического вещества, способного менять направление поляризации проходящего света в зависимости от состояния молекул. ЖК-экран представляет собой совокупность ЖК - ячеек, каждая из которых находится на пересечении вертикальных и горизонтальных координатных проводников и генерирует 1 пиксель изображения. Матрица ячеек может быть:пассивной – на жидкие кристаллы ячейки воздействуют поля самих координатных проводников; активной - каждая ячейка управляется тонкопленочным транзистором.
ЖК-ячейка сама не генерирует свет, а лишь управляет интенсивностью проходящего света, поэтому ЖК - монитор всегда использует подсветку. Свет от лампы подсветки проходит через ЖК-матрицу, ячейки которой могут либо полностью пропускать свет, либо пропускать его частично, либо перекрывать полностью. В качестве ламп подсветки используют специальные электро-люминисцентные лампы с холодным катодом, характеризующиеся низким энергопотреблением. В зависимости от места расположения подсветки экраны бывают: с подсветкой сзади (backlight);с подсветкой по бокам(sidelight);с внешним освещением, при этом за панелью располагается зеркальная поверхность.Светопроницаемость каждой ЖК-ячейки зависит от ее молекулярной структуры, а структура меняется в соответствии с приложенным напряжением. Основные технологии:TwistedNematic – ячейка с закрученной на 90▫ (твистированной) ориентацией молекул. Для создания такой ячейки применяют подложки, у которых ориентирующие канавки развернуты друг относительно друга на 90▫. Проходя через эту ячейку, плоскость поляризации световой волны также поворачивается на 90. При отсутствии внешнего электрического поля, падающий на ячейку свет проходит через поляризатор и приобретает поляризацию, совпадающую с ориентацией молекул у поверхности поляризатора. По мере распространения света по направлению к анализатору плоскость поляризации света поворачивается на 90▫. Достигнув анализатора, свет свободно проходит через него. В результате ЖК-ячейка оказывается прозрачной, т.е. пиксель не светится. Если к подложкам приложить напряжение 3-10 в, то между ними возникнет электрическое поле, и молекулы ЖК-вещества расположатся параллельно силовым линиям поля. Твистированная структура ЖК-вещества исчезает, поворота плоскости поляризации света не происходит, и она не совпадает с плоскостью поляризации анализатора. ЖК-ячейка оказывается непрозрачной, свет застревает в анализаторе, т.е. пиксель светится.
Недостатки технологии:пассивная матрица ячеек; низкое быстродействие ячеек; сильная зависимость качества изображения от внешних засветок;сильное взаимное влияние ячеек друг на друга, ограниченный угол зрения, под которым изображение хорошо видно;низкая яркость и насыщенность изображения;
Super - TwistedNematic (STN) Технология, разработанная с целью улучшения контрастности изображения.Угол закручивания молекул ЖК-вещества был увеличен до 270о. Меняя величину электрического поля можно менять угол поворота молекул, тем самым меняется прозрачность элементов. DualSuper - TwistedNematic (DSTN)Одновременное использование 2-х сдвоенных ячеек, последовательно поворачивающих плоскость поляризации в противоположных направлениях.Технология двойного сканирования ЖК-экрана.Устраняет проблему низкого быстродействия ЖК - ячеек. Экран разбивается на четные и нечетные строки, обновление которых выполняется одновременно.
ThinFilmTransistor (TFT) – технология активных ЖК – ячеек. Радикально повышает контрастность, яркость и быстродействие, увеличивает угол зрения ЖК – экранов. Активная ЖК – ячейка снабжена собственным электронным ключом, выполненным на транзисторе по тонкопленочной технологии. Т.о. сама активная матрица представляет собой «бутерброд», состоящий из двух стекол, между которыми расположены слой жидкокристаллического вещества и матрица тонкопленочных транзисторов.TFT – технология позволяет создавать на основе активной матрицы цветной монитор: каждый элемент ЖК –матрицы образован тремя тонкопленочными транзисторами и триадой управляемых ими ЖК – ячеек. Каждая ячейка триады снабжена светофильтром одного из трех основных цветов. Изменяя уровень, поданного на транзистор управляющего сигнала, можно регулировать цвет и яркость каждой ячейки триады.
Характеристики:Размер и ориентация экрана. Номинальные размер экрана и растра ЖК – монитора практически совпадают из-за отсутствия геометрических искажений растра на краях экрана. Ориентация экрана- портретная; ландшафтная. Поле обзора. Поле обзора ЖК - монитора характеризуется углами обзора, которые отсчитываются от перпендикуляра к плоскости экрана по горизонтали и по вертикали. Современные модели ЖК – мониторов обеспечивают следующие значения углов обзора6 160-178 гр. Разрешение. ЖК – мониторы предназначены для работы с каким-либо одним разрешением, оптимальным с точки зрения качества изображения, которое определяется размером ЖК – экрана и размером ЖК- ячейки. Частоты развертки. Частота строчной разверти ЖК – мониторов изменяется в диапазоне 30-60 кГц, частота кадровой развертки – 75-85 Гц. Яркость. Чем выше яркость, тем лучше: изображение будет более красочным, блики менее заметными, углы обзора увеличатся. Типовая яркость – 150-200 2кд/м. Контрастность (коэффициент контрастности). Контрастность изображения показывает, во сколько раз изменяется его яркость при изменении видеосигнала от максимального до минимального. Обозначают в виде отношения, например 150:1. Чем выше контрастность, тем более четкое изображение можно получить. Приемлемая цветопередача обеспечивается при контрастности не менее 300:1, высококачественная – 700:1.Инерционность. Инерционность – минимальное время, необходимое для активизации ЖК –ячейки. В современных ЖК – мониторах составляет 30-70 мкс. Палитра. Палитра плоскопанельных мониторов ограничена 6-ю битами на каждый цветовой канал. 24 – битный режим TrueColorTFT- мониторы могут только эмулировать. Это условие нужно учитывать при выборе видеокарты. Типовой размер палитры 262144 или 16777216 оттенков цветов. Энергопотребление. Потребляемая мощность ЖК – мониторов не превышает 35-50 Вт в рабочем режиме и 5-8 Вт в режиме ожидания. Это обусловлено отсутствием в этих мониторах блоков разверток и высокого напряжения, необходимых для работы мониторов на ЭЛТ. Интерфейс. Выпускают ЖК-панели с аналоговым интерфейсом, совместимым с любым SVGA-адаптером, с цифровым DVI – интерфейсом и специализированным интерфейсом TFT- дисплеев.

14. Манипуляторы. Назначение и классификация. Принципы работы механических и оптических манипуляторов. Назначение и принцип действия дигитайзеров. Интерфейсы подключения манипуляторов и дигитайзеров.
С появлением графических оболочек мышь стала важнейшим средством ввода информации. Устройством ввода мыши являются находящиеся на ней кнопки. Современные стандартные мыши имеют по две кнопки (клавиши) и устройство, – рычажок, кнопка-качелька или колесо – для быстрой прокрутки (скроллинга) изображения на экране монитора. Функциональное назначение кнопок мыши различно и зависит от выполняемого приложения. Объектом, отображающим на экране движение мыши является ее указатель. Указатель мыши движется синхронно с движением мыши по коврику. По способу подключения различают: мыши, подключаемые к COM- порту (SerialMouse). Разъем для подключения SerialMouse - 9-контактный Sub-D разъем; мыши, подключаемые к PS/2 - порту (PS/2Mouse). Разъем для подключения PS/2 Mouse – 6-контактный mini-Din разъем; мыши, подключаемые к USB – порту (USBMouse). По способу взаимодействия с портами различают: проводные мыши, взаимодействующие с портами посредством кабеля; беспроводные мыши, взаимодействующие с портами через дополнительное устройство, принимающее радиосигналы от мыши. Основные характеристики мыши:разрешение – количество точек на дюйм, измеряется в dpi. Нормальное разрешение мыши лежит в диапазоне от 200 до 900 dpi. 2.баллистический эффект – характеристика, определяемая зависимостью точности позиционирования мыши от скорости ее перемещения. Эта характеристика может варьировать. При коротких перемещениях баллистический эффект уменьшается, что ведет к увеличению точности позиционирования указателя мыши. Принципы работы оптико-механической мыши: при перемещении мыши шарик приходит в движение и вращает соприкасающиеся с ним валики. Ось вращения одного валика – вертикальна, другого – горизонтальна. На осях установлены диски с растровыми отверстиями, которые вращаются между двумя пластмассовыми цоколями. На первом цоколе находится источник света, надругом – фоточувствительный элемент, который определяет, где находится источник света: перед отверстием или за пластмассовой перегородкой диска. Т.к. растровых дисков – два, то порядок освещения фоточувствительных элементов определяет направление перемещения мыши, а частота приходящих импульсов – скорость. Импульсы при помощи микроконтроллера
преобразуются в совместимые с ПК данные и передаются через интерфейс RS232 на материнскую плату. При работе оптической мыши ее перемещение регистрируется не механическими валиками, а электроникой: мышь посылает луч на коврик. После отражения от коврика луч поступает в мышь и анализируется электроникой, которая в зависимости от типа полученного сигнала определяет направление движения мыши, основываясь на углах падения света.Преимущество такой мыши – достоверность и надежность. Уменьшение количества механических узлов приводит к увеличению ее срока службы. Беспроводные мыши – это мыши с дистанционным управлением: инфракрасные; радиомыши.Для работы инфракрасной мыши необходим приемник инфракрасного излучения, который кабелем соединяется с ПК. Сами мыши оборудованы аккумуляторами. Движение мыши регистрируется при помощи уже известной механики и преобразуется в инфракрасный сигнал, который затем передается на приемник. Для безупречной передачи инфракрасного сигнала должен быть установлен «зрительный» контакт между приемником и передатчиком, т.е. нельзя загораживать излучатель такой мыши теплопоглощающими материалами, т.к. при малой мощности сигнала мышь будет не в состоянии взаимодействовать с ПК. Альтернативой инфракрасной мыши является радиомышь. При ее работе нет необходимости в зрительном контакте между приемником и передатчиком. Мыши передают данные с помощью радиоволн на приемник, подключаемый к разъему СОМ или PS/2 портов. Расстояние от приемника до мыши может составлять до 1,5 м.
Помимо манипулятора типа «мышь» существует множество других оптико-механических устройств управления:
1. джойстик – устройство управления, изготовленное в виде рычага (рукоятки, штурвала) с двумя степенями свободы, укрепленного на шаровой шарнире и снабженного одной или несколькими клавишами. С помощью джойстика можно перемещать курсор по экрану дисплея и фиксировать его координаты в момент нажатия одной из клавиш. Используется главным образом в компьютерных играх. По типу передаваемого сигнала джойстики делят на цифровые (c 9-контактным Sub – D гнездом) и аналоговые (с15-контактной двухрядной вилкой или разъемом USB). Аналоговый джойстик имеет существенные преимущества перед цифровым – реакцию на минимальное движение ручки управления, что обеспечивает более точное управление игрой. Цифровой джойстик реагирует только на четыре положения управляющей ручки и на статус кнопки.
2. дигитайзер – устройство ввода профессиональных графических работ, которое с помощью соответствующего ПО преобразовывает в векторный формат изображение, полученное в результате передвижения руки. Дигитайзер был разработан для систем автоматического проектирования, потому что в этом случае необходимо определять и задавать точное значение координат большого количества точек. Выполнить эти требования, используя клавиатуру или мышь, невозможно. Дигитайзер состоит из двух элементов - графического планшета и светового пера (курсора).
Графические планшеты бывают на твердой и гибкой основе. В планшеты интегрирована регистрирующая сетка, состоящая из печатных проводников, расстояние между которыми составляет 3-6 мм. Сетка реагирует на испускаемые пером сигналы и передает точные координаты точек соприкосновения в ПК.
Характеристики графического планшета:
- размер рабочей поверхности может колебаться от формата А4 до большого газетного листа;
- разрешающая способность характеризует шаг считывания информации в ячейке сетки и измеряется в Lpi - количество линий на дюйм. Современные планшеты поддерживают до 2540 lpi;
- погрешность в определении координат курсора (из-за изменений температуры, влажности, качество регистрирующей сетки) составляет 0,1-0, 7 мм.
Напряжение питания для графического планшета подается, как правило, с внешнего блока питания, информация поступает в ПК посредством последовательного интерфейса ( через USB порт)
Световое перо (курсор) – устройство «рисования» - может иметь одну, две или три кнопки, с помощью которых регистрируются параметры рисуемой линии: толщина, оттенок и.т.п. Основной
параметр светового пера – чувствительность к нажиму. Стандартная величина – 256 градаций степени нажима.
Среди пользователей САПР большей популярностью пользуется курсор, который может быть 4-, 8-, 12- или 16-кнопочным. Тесный контакт светового пера с поверхностью планшета необязателен, что позволяет переносить в ПК старые рисунки: их надо просто положить под планку и обвести контуры рисунка пером. Курсоры и перья бывают как с проводной связью, так и без нее. Беспроводные указатели более удобны в эксплуатации, но стоят дороже, и возникает необходимость замены батареек.