Периферийные устройства ПК, служащие для вывода информации
содержание
Введение
Все началось с идеи научить машину считать или хотя бы складывать многоразрядные числа. Еще около 1500 г. Леонардо да Винчи разработал эскиз 13-разрядного суммирующего устройства. Это была первая попытка решить указанную задачу. Первую же действующую машину построил в 1642 г. французский физик и математик Блез Паскаль.
Спустя почти двести пятьдесят лет появился широко используемый агрегат – арифмометр, выполняющий 4 арифметических действия. Уже в начале XIX века уровень развития ряда наук и областей практической деятельности был столь высок, что они требовали огромного объема вычислений, выходящих за пределы возможностей человека. Над созданием и совершенствованием соответствующей техники работали как выдающиеся ученые, так и неизвестные изобретатели, и инженеры, посвятившие свою жизнь конструированию вычислительных устройств. Так, например, в 1822 г. английский математик Чарльз Бэббидж спроектировал, и почти 30 лет строил машину, которая сначала была названа «разносной», а позднее «аналитической». Именно в «аналитическую» машину были заложены принципы, ставшие фундаментальными для вычислительной техники:
• Автоматическое выполнение операций – необходимость, чтобы операции следовали одна за другой безостановочно, без «зазоров», требующих непосредственного вмешательства человека.
•
Работа по вводимой «на ходу» программе
– для автоматического
• Необходимость специального устройства для хранения данных – блок памяти, который Бэббидж назвал «складом».
Все эти идеи натолкнулись на невозможность реализации из-за механической основы вычислительных устройств.
Впервые
автоматически действующие
В
России в начале 50-х под руководством
Н. И. Бессонова была создана одна из самых
мощных релейных машин РВМ-1: она выполняла
до 20 умножений в секунду с достаточно
длинными двоичными числами.
Первой же действующей ЭВМ стал ENIAC, созданный
под руководством Д. Моучли и П. Эккерта.
ENIAC содержал 18 тысяч электронных ламп
и множество электромеханических элементов.
Но эти и ряд других первых ЭВМ не имели важнейшего качества – программы не хранились в памяти машин, а набирались при помощи внешних коммутирующих устройств. Первая ЭВМ с хранимой программой EDSAC была построена в Великобритании в 1949 г.
Первая отечественная ЭВМ – МЭСМ была создана в 1951 г. под руководством Л. А. Лебедева. Одной из лучших в мире для своего времени была БЭСМ-6, созданная в середине 60, и долгое время бывшая базовой в обороне, космических и научно-технических исследованиях в СССР.
С развитием вычислительной техники появлялись новые ЭВМ, гораздо более мощные и меньшие в размерах, чем свои первые предшественники, называемые в наше время ПК – персональный компьютер. Наряду с базовой конструкцией ПК развивались и периферийные устройства (ПУ), о которых и пойдет речь далее.
1. Периферийные устройства ПК, служащие для вывода информации
Периферийные устройства вывода предназначены для вывода информации в необходимом для оператора формате. Среди них есть обязательные (входящие в базовую конфигурацию ПК) и необязательные устройства.
1.1. Мониторы
Монитор является необходимым устройством вывода информации. Монитор (или дисплей) позволяет вывести на экран алфавитно-цифровую или графическую информацию в удобном для чтения и контроля пользователем виде. В соответствии с этим, существует два режима работы: текстовой и графический. В текстовом режиме экран представлен в виде строк и столбцов. В графическом формате параметры экрана задаются числом точек по горизонтали и числом точечных строк по вертикали. Количество горизонтальных и вертикальных линий экрана называется разрешением. Чем оно выше, тем больше информации можно отобразить на единице площади экрана.
• Цифровые мониторы. Самый простой - монохромный монитор позволяет отображать только черно-белое изображение. Цифровые RGB - мониторы (Red-Green-Blue) поддерживают и монохромной режим, и цветной (с 16 оттенками цвета).
• Аналоговые мониторы. Аналоговая передача сигналов производится в виде различных уровней напряжения. Это позволяет формировать палитру с оттенками разной степени глубины.
• Мультичастотные мониторы. Видеокарта формируем сигналы синхронизации, которые относятся к горизонтальной частоте строк и вертикальной частоте повторения кадров. Эти значения монитор должен распознавать и переходить в соответствующий режим.
По возможности настройки можно выделить: одночастотные мониторы, которые воспринимают сигналы только одной фиксированной частоты; многочастотные, которые воспринимают несколько фиксированных частот; мультичастотные, настраивающиеся на произвольные значения частот синхроносигналов в некотором диапазоне.
• Жидкокристаллические дисплеи (LCD). Их появление связано с борьбой за снижение габаритов и веса переносных компьютеров. Основной из недостаток - невозможность быстрого изменения картинок или быстрого движения курсора мыши и т.п. Такие экраны нуждаются в дополнительной подсветке или во внешнем освещении. Преимущества данных экранов - в значительном сокращении спектра вредных воздействий.
• Газоплазменные мониторы. Не имеют ограничений LCD -экранов. Их недостаток - большое потребление электроэнергии.
Особо надо выделить группу сенсорных экранов, так как они позволяют не только выводить на экран данные, но и вводить их, то есть попадают в класс устройств ввода/вывода. Эта относительно новая технология не получила еще широкого распространения. Такие экраны обеспечивают самый простой и короткий путь общения с компьютером: достаточно просто указать на то, что вас интересует. Устройство ввода полностью интегрировано в монитор. Используются в информационно справочных системах.
Пользователи ПК проводят в непосредственной близости от работающих мониторов многие часы подряд. В связи с этим фирмы-производители дисплеев усилили внимание к оснащению. Их специальными средствами защиты от всех видов воздействий, которые негативно сказываются на здоровье пользователя. В настоящее время распространяются мониторы с низким уровнем излучения (LR-мониторы, от Low Radiation). Используются и другие методы, повышающие комфортность работы с дисплеями.
1.2. Принтеры
Принтер это широко распространенное устройство вывода информации на бумагу, его название образовано от английского глагола to print - печатать. Принтер не входит в базовую конфигурацию ПК. Существуют различные типы принтеров:
• Типовой принтер работает аналогично электрической печатающей машинке. Достоинства: четкое изображение символов, возможность изменения шрифтов при замене типового диска. Недостатки: шум при печати, низкая скорость печати (30-40 зн./сек.), невозможна печать графического изображения.
• Матричные (игольчатые) принтеры - это самые дешевые аппараты, обеспечивающие удовлетворительное качество печати для широкого круга рутинных операций (главным образом для подготовки текстовых документов). Применяются в сберкассах, в промышленных условиях, где необходима рулонная печать, печать на книжках и плотных карточках и других носителях из плотного материала. Достоинства: приемлемое качество печати при условии хорошей красящей ленты, возможности печати "под копирку". Недостатки: достаточно низкая скорость печати, особенно графических изображений, значительный уровень шума. Среди матичных принтеров есть и достаточно быстрые устройства (так называемые, Shattle-принтеры).
•
Струйные принтеры обеспечивают более
высокое качество печати. Они особенно
удобны для вывода цветных графических
изображений. Применение чернил разного
цвета дает сравнительно недорогое изображение
приемлемого качества. Цветную модель
называют СМYB (Cyan-Magenta-Yellow-Black) по названиям
основных цветов, образующих палитру.
Струйные принтеры значительно меньше
шумят. Скорость печати зависит от качества.
Достаточно эффективны при создании рекламных
проспектов, календарей, поздравительных
открыток. Этот тип принтера занимает
промежуточное накопление между матричными
и лазерными принтерами.
•
Лазерные принтеры - имеют еще более высокое
качество печати, приближенное к фотографическому.
Они стоят намного дороже, однако скорость
печати в 4-5 раз выше, чем у матричных и
струйных принтеров. Недостатком лазерных
принтеров являются довольно жесткие
требования к качеству бумаги - она должна
быть достаточно плотной и не должна быть
рыхлой, недопустима печать на бумаге
с пластиковым покрытием и т.д.
Особенно эффективны лазерные принтеры
при изготовлении оригинал-макетов книг
и брошюр, деловых писем и материалов,
требующих высокого качества. Они позволяют
с большой скоростью печатать графики,
рисунки.
За последние годы, с одной стороны, стоимость
лазерных принтеров снизилась, и теперь
их все чаще можно встретить у "рядовых"
пользователей. С другой стороны, струйные
принтеры по качеству и другим возможностям
неуклонно сближаются с лазерными.
Лазерные принтера делятся на два типа: локальные и сетевые. К сетевым принтерам можно подключится, используя IP адрес. Все чаще на рынке можно среди лазерных принтеров встретить цветные. Цветные лазерные принтера встречаются и среди офисных (сетевых).
• Светодиодные принтеры - альтернатива лазерным. Разработчик - фирма OKI.
Термические принтеры. Используются для получения цветного изображения фотографического качества. Требуют особой бумаги. Такие принтеры пригодны для деловой графики.
Принтер на технологии Micro Dry. Эти принтеры дают полные фотонатуральные цвета, имеют высочайшее разрешение. Это новое конкурентоспособное направление. Намного дешевле лазерных и струйных принтеров. Разработчик - фирма Citizen. Печатает на любой бумаге и картоне. Принтер работает с низким уровнем шума.
1.3. Плоттеры (графопостроители).
Это устройство применяется только в определенных областях: чертежи, схемы, графики, диаграммы и т.п. Широкое применение нашли плоттеры совместно с программами систем автоматического проектирования, где частью результатов работы программы становится конструкторская или технологическая документация. Незаменимы плоттеры и при разработках архитектурных проектов.
Поле черчения плоттера соответствует форматам А0-А4, хотя есть устройства, работающие с рулоном не ограничивающие длину выводимого чертежа (он может иметь длину несколько метров). То есть различают планшетные и барабанные плоттеры.
• Планшетные плоттеры, в основном для форматов А2-А3, фиксируют лист и наносят чертеж с помощью пишущего узла, перемещающегося в двух координатах. Они обеспечивают более высокую по сравнению с барабанным точность печати рисунков и графиков.
• Рулонный ( барабанный) плоттер – остается фактически единственным развивающимся видом плоттера с роликовой подачей листа и пишущим узлом, перемещающимся по одной координате (по другой координате перемещается бумага).
Распространены режущие плоттеры для вывода чертежа на пленку, вместо пишущего узла они имеют резак.
Связь с компьютером плоттеры, как правило, осуществляют через последовательный (COM), параллельный (LPT) или SCSI-интерфейс. Некоторые модели графопостроителей оснащаются встроенным буфером (1 Мбайт и более).
В настоящее время стандартом де-факто для планшетных графопостроителей являются устройства фирмы Hewlett-Packard. Кроме того, графический язык HP-GL (Hewlett-Packard Graphics Language) также стал фактическим стандартом в промышленности. Неплохими плоттерами считаются модели DXY от фирмы Roland. Помимо того, что все они совместимы с HP и HP-GL, данные модели используют и собственный графический язык DXY-GL.
В плоттерах могут использоваться как специальные технологии (например, в электростатических), так и технологии, хорошо знакомые по принтерам (термо-, лазерная, LED, струйная). В настоящее время струйные устройства получают все большее распространение. Например, плоттеры Hewlett-Packard семейства DesignJet формата А0 и А1 работают в 4-5 раз быстрее, нежели их перьевые собратья. Используя два струйных чернильных картриджа, струйный плоттер работает с разрешением не хуже 300dpi и имеет два режима: чистовой и эскизный. Применяемый в эскизном (черном) режиме алгоритм позволяет почти вдвое сократить расход чернил. Обычно струйные плоттеры могут эмулировать наиболее известные принтеры, например Epson 1050 и IBM ProPrinter XL24E.
1.4. Проекционная техника
Мультимедиа-проекторы прочно вошли в нашу жизнь в конце XX столетия, и сейчас без них невозможно представить многие сферы человеческой деятельности. Это учебный процесс, презентации, шоу-бизнес и домашнее кино. Мультимедиа-проектор позволяет воспроизводить на большом экране информацию, получаемую от самых разнообразных источников сигнала: компьютера, видеомагнитофона, видеокамеры, фотокамеры, DVD-проигрывателя, игровой приставки. Современный проектор — наиболее совершенное звено в цепи эволюции проекционного оборудования, начало которой положили слайдпроекторы, позволяющие демонстрировать на большом экране фотографические диапозитивы. Им на смену пришли так называемые оверхед-проекторы, проецирующие изображения с просвечиваемых материалов больших размеров. Возможности современных мультимедиа-проекторов поистине безграничны по сравнению с их предшественниками.
Изображение
в мультимедиа-проекторе
Основная
характеристика мультимедиа-проектора
— его яркость, или световой поток.
Чем мощней световой поток, тем больший
размер изображения можно получить при
заданных освещенности и качестве материала
экрана. Световой поток (измеряемый в ANSI-люменах)
зависит от конструкции проектора, качества
LCD-панелей, мощности и типа лампы.
Разрешение LCD-панели или DMD-чипа — следующий
важный параметр, влияющий на выбор проектора.
Большинство панелей и чипов разрабатывается
с учетом стандартных разрешений, принятых
для компьютеров: 640×480 (VGA), 800×600 (SVGA), 1024×768
(XGA), 1280×1024 (SXGA). Если же разрешение проецируемого
изображения будет отличаться от базового
разрешения проектора (разрешения его
LCD-панели или DMD-чипа), оно будет пересчитано
при воспроизведении с помощью специального
алгоритма практически без потери качества.
В последнее время стали появляться мультимедиа-проекторы
с LCD-панелями стандарта Wide XGA с разрешением
1366×768, предназначенные в основном для
просмотра видеоизображений. Их появление
обусловлено популярностью «широких»
экранов с соотношением сторон 16:9, вместо
традиционного 4:3.
Мультимедиа-проектор
— современное и
1.5. Аудиосистема
В
персональных компьютерах применяются
самые разнообразные схемы формирования
звуковых сигналов - от простых до сложных.
Вроде бы проблема со звуком для персональных
компьютеров решена окончательно. Редко
встретишь материнские платы необорудованные
аудиоконтроллером. Тем не менее, даже
если считать вопрос с аудиоплатами закрытым,
остается животрепещущей тема акустических
систем.
Животрепещущим этот вопрос остается, потому что многие пользователи не ограничиваются просмотром видеофильмов и играми с объемным звучанием. Настоящие аудиофилы предпочитают качественный стереозвук с объемным звучанием и глубоким басом, не говоря уже об энтузиастах, которые занимаются созданием музыки при помощи своих персональных компьютеров. Для них вообще обязательным элементом домашней студии является качественная стереоакустика, даже если вся остальная роль возложена на компьютер со звуковой платой.
В наши дни на рынке очень много акустических систем, состоящих из двух активных колонок, и выполненных по системе 2.1. Подобные системы в народе называются «пищалками», потому что не способны обеспечить звук высокого качества даже на низком уровне громкости.
Совсем недавно идеалом в мире компьютерных (и не только) акустических систем была система 5.1 (пять сателлитов и один сабвуфер), но в последнее время производители акустики расширяют возможности своих систем, что привело сначала к появлению системы 6.1, а позднее и 8.1
2. Графические редакторы и процессоры.
2.1. Графические редакторы.
Технологии получения графических
изображений.
Графические редакторы — это инструменты компьютера для получения графических изображений: рисунков, картинок, чертежей, диаграмм, графиков и т.д., которые получаются на экране монитора и могут быть напечатаны. Графические редакторы (ГР) — это программы для создания и редактирования на ЭВМ графических изображений.
Виды графической информации: рисунки, схемы, чертежи, фотографии, карты, объёмные изображения и т.д.
Рисунок — образное представление объектов реального или вымышленного мира. Рисунки могут быть как статическими (неподвижными), так и динамическими (движущимися).
Фотография — полное графическое изображение объектов реального мира.
Схема — условное изображение объектов, процессов, систем и т.п.
Чертёж — схематическое изображение объекта с точным сохранением геометрических пропорций.
Средствами машинной (компьютерной) графики создаётся как печатная продукция, так и рекламные ролики, видеоклипы, мультфильмы (анимация) и др. Все современные компьютеры снабжены аппаратными и программными средствами получения графических изображений. Аппаратные средства включают в себя видеомонитор (как правило, цветной — типа EGA, VGA, а лучше SVGA), видеокарту, накопитель на жёстком магнитном диске, процессор, ОЗУ, клавиатура, мышь и другие составные части компьютера.
От качества видеосистемы зависит качество изображения, палитра цветов, максимальное разрешение монитора.
Каждый пиксель на цветном экране — это совокупность трех точек (зерен) разного цвета: красного, зеленого и синего. Эти зерна расположены очень близко друг к другу, так, что зрение человека их не различает.
Нам они кажутся слившимися в одну точку. Из сочетания красного, зеленого и синего цветов складывается вся красочная палитра на экране. Цветные дисплеи такого типа называются RGB-мониторами (от первых букв английских слов red — красный, green — зеленый, blue — синий). Электронная пушка цветного дисплея испускает три луча. Каждый луч вызывает свечение зерна только одного цвета. Для этого в дисплее используется специальная фокусирующая система. Информация о графическом изображении хранится в видеопамяти. В видеопамяти содержится информация о состоянии каждого пикселя экрана. Если каждый пиксель может принимать только два состояния: светится — не светится (белый — черный), то для кодировки достаточно одного бита памяти на пиксель (1 — белый, 0 — черный).
Если нужно кодировать большее количество состояний (различную яркость свечения или различные цвета), то одного бита на пиксель недостаточно. Для кодирования 4 цветов в видеопамяти используется 2 бита на каждый пиксель; для кодирования 8 цветов — 3 бита, 16 цветов — 4 бита и т.д. Количество цветов (К) и размер кода в битах (b) связаны формулой: K=2b. Из трех базовых цветов можно получить 8 различных красок. Большее число красок получается путем управления интенсивностью базовых цветов. На современных высококачественных дисплеях используется палитра более чем из 16 млн. цветов.
Минимально необходимый объем видеопамяти зависит от размера сетки пикселей и от количества цветов. Обычно в видеопамяти помещается несколько страниц (кадров) изображения одновременно.
Для работы ГР необходимо наличие следующих аппаратных средств:
Графический адаптер (другие названия: контроллер дисплея, видеокарта) представляет собой единство двух компонент: видеопамяти и дисплейного процессора (монитора). Функция видеопамяти — хранить видеоинформацию. Функция дисплейного процессора — выводить содержимое в деопамяти на экран. Если изображение на экране постоянно не подновлять, то оно гаснет (за время порядка нескольких миллисекунд). Таким образом, изображение должно выводиться на экран с такой частотой, чтобы глаз не успевал заметить угасание картинки. Дисплейный процессор непрерывно просматривает видеопамять и выводит ее содержимое на экран 50 — 60 раз в секунду.
Графический дисплей обеспечивает отображение графической информации на экране электронно-лучевой трубки. В настоящее время широкое распространение получили растровые дисплеи. Экран растрового дисплея разбит на фиксированное число точек, которые образуют матрицу (растр) из фиксированного числа строк и столбцов. Слово растр восходит к латинскому rastrum — грабли, мотыга.
Растром обычно называют чередование прозрачных и непрозрачных полос по сходству со следом граблей, имеющим вид параллельных борозд. Растровые дисплеи работают в прямоугольной декартовой системе координат. Каждый пиксель характеризуется координатами — парой чисел (х, у). Первое число х задает расстояние от начала координат до заданной точки экрана по горизонтали (в пикселях), второе число у - по вертикали. В большинстве ЭВМ требуется, чтобы эти координаты изменялись слева направо и сверху вниз. Это означает, что экран дисплея связан с системой координат, начало которой находится в левом верхнем углу экрана. Величины, характеризующие ширину и высоту экрана (в пикселях), — х и у — в разных системах могут меняться от десятков до нескольких сотен и тысяч. Чем больше х и у, тем выше качество изображения, так как каждая точка будет занимать меньшую область на экране. Количество пикселей по горизонтали и вертикали (х, у) называется разрешающей способностью.
Программные средства — это графические редакторы. Однако можно получать изображения (в том числе и движущиеся) и с помощью систем программирования BASIC, Turbo Pascal и др. Кроме того, существуют графические редакторы систем автоматизированного проектирования (САПР), предназначенные для создания чертежей, схем, планов сооружений, трёхмерных изображений объектов и т.д. Это пакеты программ PCAD и CirCad (для создания радиосхем и разводки печатных плат), AutoCAD (чертежи), ProtoCAD (стереометрия) и др.
Существуют графические редакторы для DOS и для Windows. Это специальные пакеты программ, содержащих в своём составе ряд важных утилит, например просмотрщики графических файлов, конверторы графических файлов из одного формата в другой. Следует также отметить, что целый ряд популярных пакетов программ, таких как MS Word, Excel, MS Works, поддерживают создание рисунков и диаграмм и вставку их в файл. Ряд текстовых редакторов для DOS поддерживают псевдографику (Word & Deed), черчение вертикальных и горизонтальных линий для создания блок-схем и таблиц (Multi-Edit, Лексикон и др.).
Графические редакторы для DOS: Painter, NeoPainter, Paint Show, Picasso и др. Лучший из них - NeoPainter. Редактор 3D Studio служит для создания трёхмерных рисунков.
Графические редакторы для Windows 3.1: PaintBrush, Aldus Photo Styler, Hamilton Flamingo, Corel Draw (лучший из них) и др. Последние версии некоторых графических редакторов (например, Photo Works, Adobe Photo Shop, Photo Plus) работают только в Windows-95 и более поздних версиях.
PaintBrush
- простейший графический
MicroSoft Gif Animator для Windows — служит для создания
движущихся изображений (анимации) и для
преобразования видеофайлов *.avi в анимационные
gif-файлы. Отдельные фрагменты анимационного
изображения (кадры или фреймы) создаются,
например, в редакторе PhotoShop или Paint, а затем
через буфер обмена Windows вставляются в
Gif Animator. Количество фреймов (кадров) может
быть от 2 до нескольких десятков. Чтобы
изображение двигалось, его всё время
повторяют (меню Animat, Looping и Repeat Foreve). Чтобы
движение было замедленным, устанавливают
длительность просмотра каждого кадра
(меню Image, Duration) в мс.
Возможности графических редакторов для Windows шире, но они требуют значительно больших машинных ресурсов (оперативная и дисковая память, процессор и др.). Таким образом, аппаратные и программные средства получения графических изображений связаны между собой.
В основе технологии получения графических изображений лежит представление изображения как совокупности точек разного цвета (мозаики точек). Точечный элемент экрана компьютера называется пикселем (от слов picture element — pixel). Совокупность пикселей на экране образует графическую сетку. Чем гуще эта сетка, тем лучше качество изображения. Кроме растровой графики с точечными элементами, существует векторная графика, когда элементами изображения являются линия, окружность, прямоугольник. Информация о графическом изображении хранится в специальном разделе ОЗУ — видеопамяти. В видеопамяти содержится информация о состоянии каждого пикселя экрана. Например, для монитора VGA графический режим 640х480 пикселей реализует 16 цветов на экране. Этот режим используется чаще всего в DOS. В Windows часто использовался режим High Color (216=65536 цветов) с разрешением 600Х800 пикселей и True Color (224=16777216 цветов) с разрешением 600Х800 пикселей.
Просмотр графических файлов производится в NC4, NC5 при нажатии клавиши F3 или при помощи просмотрщика-конвертора Paint Viewer (pv.exe) при нажатии на Enter (для файлов формата bmp, pcx, gif, ico, wmf, tif, jpg и др.). В некоторых случаях существуют специальные просмотрщики и конверторы графических файлов, например SEA, QPV, GWS, но в ряде случаев просмотр возможен только в тех редакторах, в которых созданы графические файлы. Программа GWS позволяет конвертировать графические файлы в exe-файлы, что очень удобно для просмотра. Программа PicViewer для Windows-95 позволяет просматривать и конвертировать графические файлы основных форматов, устраивать слайд-шоу. Теми же свойствами обладает программа ACDSee.