vstup dat a programů do počítače výstup dat z počítače dlouhodobé uložení dat mimo počítač přenos dat mezi počítači

Transkript

1 Periferie

2 Periferní zařízení role periferního zařízení vstup dat a programů do počítače výstup dat z počítače dlouhodobé uložení dat mimo počítač přenos dat mezi počítači klasická periferní zařízení počítače sloužila především k výměně informací mezi člověkem a počítačem terminály, tiskárny snímače a děrovače děrných štítků a děrné pásky... nebo umožňovala dlouhodobé uložení dat mimo operační paměť počítače děrné štítky a pásky, magnetické pásky, magnetické disky

3 Terminály periferní zařízení, umožňující přímou interakci mezi počítačem a uživatelem konsola je jeden z terminálů připojených k počítači, který má výsadní postavení používá se pro zavádění a ovládání operačního systému, hlášení chyb a další systémové funkce prvními terminály byly elektromechanické dálnopisné přístroje (Teletype, TTY) byly spolehlivé a dostupné princip objeven 1901, používaly se cca od r způsob připojení k počítači byl technicky jednoduchý sériový přenos po telefonním vedení dálnopis bylo možné připojit k počítači na velkou vzdálenost prostřednictvím dálnopisné sítě odkudkoliv

4 Dálnopis jako periferie v klasickém dálnopisném přístroji byly integrovány všechny základní formy vstupu a výstupu dat klávesnice pro interaktivní vstup tiskárna pro interaktivní výstup a trvalý tisk výsledků v případě problémů umožňoval trvalý zápis všech aktivit operátora pro zpětnou kontrolu vestavěný snímač a děrovač děrné pásky pro přípravu, archivaci a přenos malého objemu dat mezi počítači (větší objemy dat se zpracovávaly a přenášely na magnetických páskách)

5 Důsledky použití terminálů ve spojení s technikou sdílení času umožnily terminály používat jeden počítač více uživatelům současně terminál bylo možné umístit ve větší vzdálenosti od počítače (typicky v rámci jedné budovy nebo průmyslového areálu), což umožnilo uživatelům přístup k počítači z jejich normálních pracovišť tyto nové možnosti výrazně změnily způsob používání počítače a zahájily tak cestu, na jejímž konci stojí dnešní osobní počítače

6 Obrazovkové terminály rozvoj televizní techniky umožnil nahradit původní elektromechanické dálnopisy obrazovkovými terminály (CRT, Cathode Ray Tube) zpočátku jen alfanumerickými a monochromatickými funkci děrnopáskového vstupu a výstupu převzaly u obrazovkových terminálů nejprve kazetové páskové paměti, později paměti s pružnými disky k terminálu bylo možné připojit i tiskárnu tzv. hard-copy unit na tiskárně bylo možné vytisknout to, co bylo právě zobrazeno na obrazovce

7 Osobní počítač jako terminál osobní počítač lze kdykoliv změnit na potřebnou dobu v terminál pomocí speciálního programu, terminálového emulátoru osobní počítač lze používat nejen jako klasický (alfanumerický), ale také jako grafický terminál X-terminál, tenký klient, VNC klient... dnešní osobní počítače a pracovní stanice lze z tohoto hlediska považovat za superterminály terminály, které kromě všech funkcí kvalitního terminálu (klávesnice, obrazovkový displej, paměť s výměnnými medii, tiskárna) dokáží plnit i funkci samostatného a dnes již velmi výkonného počítače

8 Tiskárny zařízení, umožňující výstup textu či grafiky na papír nebo jiné vizuální medium průhlednou fólii, film... data jsou zobrazena trvale na rozdíl od obrazovky terminálu nezmizí, jakmile se zobrazí nová data podle principu tisku dělíme tiskárny na dvě hlavní skupiny úderové (impact) v dnešní době se téměř nepoužívají bezúderové (nonimpact)

9 Úderové tiskárny princip známý z mechanického psacího stroje: matrice znaku se úderem otiskne přes barvící medium (pásku) na papír elektrické psací stroje, dálnopisy, bubnové a řetězové tiskárny, vějířkové (Daisy-Wheel) tiskárny, jehličkové tiskárny... výhody možnost získat více kopií současně nevýhody značná energetická náročnost tisku pomalost mechanických prvků rychlé opotřebení barvící pásky

10 Bezúderové tiskárny umožňují tisk znaků na papír bez použití síly používají se různé fyzikální principy tryskový (inkjet) xerografický (laser) tepelný (tepelně citlivý papír) sublimační (vosk) výhody vysoká rychlost nízké opotřebení dílů vysoká kvalita tisku dosahuje se jí díky grafickému principu tisku s vysokou rozlišovací schopností vrcholem bezúderových technologií tisku je barevný tisk ve fotografické kvalitě

11 Vnější paměti zpočátku magnetické páskové paměti zpracování v dávkách (batch processing) později magnetické diskové paměti s výměnnými médii (svazky, kazety) páskové i diskové paměti byly rozměrné montovaly se do samostatných stojanů připojení k procesoru zajišťoval řadič jednotlivé paměťové stojany byly připojeny k řadiči sběrnicí (I/O kanál) rozměry se stále zmenšovaly dnes je lze snadno umístit přímo do počítače proto se používá vhodnější, z hlediska umístění neutrální označení hromadné paměti

12 Vnější a hromadné paměti páskové a diskové paměti umístěné vně počítače se však používají stále nejčastěji proto, že je požadována variabilita systému... možnost rekonfigurace systému bez zásahu do počítače (demontáže) přemístitelnost paměti k jinému počítači přenos a záloha dat k připojení vnějších paměťových jednotek se nejčastěji používá sběrnice SCSI (čti skazi) existují však i jiné způsoby připojení sériovou sběrnicí FireWire, Serial ATA, USB, optickou sériovou sběrnicí, po síti LAN...

13 Zařízení pro manipulaci s daty data pro zpracování počítačem se často připravovala nezávisle, mimo počítač... off-line... na rozdíl od přímého vkládání on-line např. z klávesnice terminálu existovala speciální zařízení pro pořizování dat děrovače štítků, převaděče štítků na magnetickou pásku... dále bylo nutné pořízená data archivovat... přenášet mezi různými počítači... po nástupu pevných disků se objevila potřeba zálohovat jejich obsah pro případ, že by došlo k nechtěnému přepsání nebo poškození disku

14 Zařízení pro manipulaci s daty pro velké objemy dat tyto funkce zastávaly magnetické páskové paměti... pro malé objemy dat tyto funkce stačila pokrýt děrovaná média děrná páska, děrné štítky použití magnetické pásky by bylo pro malé objemy dat neefektivní! v době málo spolehlivých počítačů a vnějších pamětí bylo použití děrovaných médií výhodné tím, že uživatel mohl data uložená na mediu přímo přečíst (děrné štítky) na počátku éry osobních počítačů převzaly tyto funkce nejprve kazetové páskové paměti a pak paměti s pružnými disky

15 Pružné disky... první pružné disky (diskety) měly průměr 8", později se přešlo na 5,25" a nakonec na 3,5" Na disketu 3,5" s dvojnásobnou hustotou záznamu (DD, Double Density) lze při běžném způsobu formátování umístit 1,44 MB dat tomu by odpovídalo cca děrných štítků které by zabíraly objem asi 100 krabiček disket nevýhodou pružných disků je nutnost vytvoření souborového systému různé operační systémy používaly rozdílné souborové systémy, takže média nebyla přenositelná dnes většina OS dokáže nahrávat a číst diskety ve formátu MS-DOS (FAT12), který se tak stal nepsaným standardem pro výměnu dat na disketách

16 ... a čím budou nahrazeny Důsledkem malé kapacity se dnes diskety nepoužívají v oblasti distribuce software se používají především optické disky pro archivaci se používají kazetové pásky DAT, výměnné pevné disky nebo optické disky (CD, DVD) disketová mechanika však i dnes zůstává na panelu některých PC... žádné z existujících technologií pružných disků s vyšší kapacitou... Floptical Disc, ZIP, LS-120, A-drive,... diskety definitivně nevytlačilo zvýšení kapacity není dostatečné cena za 1 bit je vyšší... a tak se stále čeklo na nástupce dnes je již prakticky rozhodnuto. Souboj vyhrály polovodičové disky na bázi paměti FLASH

17 Další typy periferních zařízení dnešní sortiment periferií je natolik rozsáhlý, že jen úplný výčet by měl rozsah knihy počítače ve své nejminiaturizovanější podobě (jednočipové mikropočítače) se staly běžnou součástí obrovského množství strojů, dopravních prostředků, domácích spotřebičů a dalších produktů technické civilizace technické zařízení řízené mikropočítačem je periferií do něj vestavěného počítačového systému (embedded system) automatická pračka, šicí stroj, kotle... v moderním automobilu jsou takových vestavěných počítačů desítky, v moderním letadle stovky počítač je v každém mobilním telefonu, v každé "obyčejné" čipové kartě např. telefonní kartě pro telefonování z automatu bude proto stále obtížnější definovat, co je a co není periferií počítače a nalézt technický systém, ve kterém počítač není použit

18 Další typy periferních zařízení mezi nejběžnější periferie patří: zařízení pro grafický vstup a výstup myš a její modifikace pro přenosné počítače (trackball, touchpad) souřadnicové snímače (tablety, digitizéry) kreslící zařízení (plotry) speciální zařízení pro fotosazbu a barevný tisk zařízení pro třírozměrný (3D) grafický vstup a výstup. zařízení pro snímání statického obrazu skenery digitální fotoaparáty zařízení pro audiovizuální vstup a výstup zvuková karta s akustickými měniči mikrofon, reproduktory... karta pro vstup video-signálu z kamery videokarta pro výstup video-signálu karty pro příjem rádia a televize

19 Další typy periferních zařízení komunikační zařízení síťové karty Ethernet, Token Ring, ArcNet, FDDI, ATM... modemy telefonní, ISDN, kabelový, satelitní, bezdrátový, mobilní telefon s datovým přístupem... speciální zařízení snímače čárového kódu snímače a nahrávače kreditních a čipových karet zařízení pro detekci identifikačních čipů požární a zabezpečovací senzory senzory a akční členy pro průmyslovou regulaci měřicí přístroje...

20 Principy funkce periferních zařízení povšimneme si podrobněji několika principů, které mohou být běžnému uživateli při práci s počítačem užitečné princip zobrazení na obrazovce princip LCD displeje princip jehličkové tiskárny princip inkoustové tiskárny princip laserové tiskárny princip snímání obrazu princip sériového přenosu dat princip zpracování analogových signálů počítačem

21 Princip zobrazení na obrazovce CRT (Cathode Ray Tube) elektronová tryska obrazovky emituje elektronový paprsek paprsek po urychlení vysokým napětím dopadá na stínítko obrazovky, pokryté tenkou vrstvou luminoforu místo dopadu paprsku na stínítku obrazovky lze posouvat vychylovací soustavou množství elektronů dopadajících na stínítko lze řídit videosignálem čím je proud elektronů silnější, tím více je luminofor v místě dopadu elektronů vybuzen a tím silněji září kdyby paprsek stál na jednom místě, zobrazoval by se na obrazovce jediný bod, jehož jas by se měnil v závislosti na video-signálu jestliže budeme současně měnit místo bodu dopadu a video-signál, bude se svítící bod posouvat po stínítku a současně měnit jas

22 Princip zobrazení na obrazovce

23 Princip zobrazení na obrazovce při každém přeběhu paprsku se na stínítku objeví na krátkou dobu čára s proměnlivým jasem díky setrvačnosti luminoforu a vlastnostem lidského oka uvidíme při dostatečně vysoké opakovací frekvenci přeběhů klidný, stálý obraz stejný princip jako u televizního přenosu obrazu řídící elektronika, zajišťující zobrazování dat z počítače na obrazovce, má dva hlavní úkoly zajistit vychylování elektronového paprsku ve vodorovném a svislém směru tak, aby paprsek během dostatečně krátké doby "navštívil" celou plochu stínítka obrazovky generovat video-signál, kterým se ovládá proud elektronového paprsku (a tím jas jednotlivých bodů na stínítku obrazovky) tak, aby se na obrazovce zobrazil požadovaný obraz

24 Princip zobrazení na obrazovce na následujícím obrázku je schématicky znázorněna cesta paprsku po stínítku obrazovky při rozlišení 320x240 bodů:

25 Vychylování paprsku k vychylování elektronového paprsku se až na výjimky používá magnetické vychylování vychylovací cívky, nasazené na hrdle obrazovky, jsou buzeny časově proměnnými proudy, které způsobují vychýlení paprsku ve dvou na sebe kolmých směrech snímková opakovací frekvence se obvykle pohybuje mezi 50Hz a 150Hz při nižších frekvencích obraz bliká, vyšší frekvence nemá smysl používat, protože se zvyšováním snímkové frekvence stoupají nároky na hardware a kvalita obrazu se přitom již nezlepší počet rozlišitelných bodů je obvykle mnohem vyšší např. 1600x1200 bodů

26 Generování videosignálu pro generování video-signálu se používá tzv. obrazová paměť (video-ram) procesor počítače do obrazové paměti zapisuje podle potřeby aktuální obraz ve formě digitálních dat generátor video-signálu periodicky čte obsah obrazové paměti synchronně s vychylováním paprsku a pomocí DA převodníku převádí na analogový signál (například napětí 0-0.7V) každé poloze paprsku odpovídá určité paměťové místo obrazové paměti video-signál je odvozen z obsahu paměti např. 0 (0.7V) znamená černý bod, 1 (0V) bílý bod

27 Rastrové zobrazení znaků při rastrovém zobrazení znaků se jeden textový řádek zobrazuje jako několik po sobě jdoucích vodorovných čar znak se vykresluje jako mozaika, složená z jednotlivých bodů např. 5x7 nebo 8x12 bodů Výhoda: obsah paměti je tvořen kódy znaků, nikoli jednotlivými body.

28 Kapacita obrazové paměti při černobílém (monochromatickém) zobrazení je pro každý bod na stínítku potřebný jeden bit obrazové paměti při rozlišení EGA (320x240 bodů) to představuje necelých 10 kb paměti, při vyšším rozlišení jsou nároky na kapacitu obrazové paměti vyšší např. při rozlišení 1024x768 je potřeba již cca 100 kb paměti. u terminálů se pro generování znaků používaly paměti ROM, u PC se používá část obrazové paměti RAM výměnou kódové stránky lze měnit vzhled a kódování znaků

29 Kapacita obrazové paměti Pokud bychom chtěli zobrazit více odstínů (stupňů šedi), musíme disponovat pro každý zobrazovaný bod několika bity obrazové paměti nejmenší zobrazitelný bod se obvykle označuje jako pixel a počet rozlišitelných odstínů se udává v bitech na jeden pixel např. při 8 bitech/pixel lze rozlišit 2 8 =256 stupňů šedi pro generaci video-signálu se používá velmi rychlý číslicově-analogový převodník (DAC, Digital-to-Analog Convertor), který kód stupně šedi převede na odpovídající výstupní napětí

30 Barevná obrazovka princip funkce barevné obrazovky je podobný jako obrazovky monochromatické obrazovka je složitější a náročnější na přesnost výroby

31 Barevná obrazovka barva bodu na stínítku obrazovky se vytváří smísením tří základních barev: červené (R, Red) zelené (G, Green) modré (B, Blue) RGB v barevné obrazovce jsou tři elektronové trysky místo jedné každá pro jednu barevnou složku bod na stínítku obrazovky se skládá ze tři malých plošek, pokrytých různými luminofory každý luminofor vyzařuje světlo jedné základní barvy těsně před stínítkem obrazovky je jemná kovová mřížka s otvory zvaná maska paprsky R, G a B jsou vedeny tak, aby dopadaly na masku pod rozdílným úhlem po průchodu otvorem v masce dopadne každý paprsek pouze na luminofor své barvy

32 Uspořádání luminoforu podle uspořádání luminoforu rozlišujeme klasické obrazovky s kruhovými otvory v masce a mozaikovým uspořádáním ostrůvků luminoforu do trojic jsou levnější in-line obrazovky (např. Sony Trinitron) s rovnoběžnými proužky luminoforu a obdélníkovými otvory v masce dosahují vyšší kvality obrazu

33 Vychylování paprsku vychylovací soustava barevné obrazovky je podobná jako u monochromatické obrazovky musí však být mnohem přesnější aby zajistila správné vedení paprsků vzhledem k masce přesnost vychylování ovlivňuje zemské magnetické pole při změně umístění je často nutné díly obrazovky odmagnetovat někdy se odmagnetování provádí automaticky při zapnutí někdy je nutné stisknout zvláštní tlačítko (de-gauss)

34 Kapacita obrazové paměti počet bitů na jeden pixel závisí na počtu barevných odstínů, které se mají zobrazit označuje se jako barevná hloubka obvykle se pohybuje mezi 8 a 36 bity např. při 24 bitech/pixel je pro každou barevnou složku k dispozici 8 bitů, tj. každá barevná složka má 256 stupňů jasu a barva bodu může mít 256x256x256 = barevných odstínů s barevnou hloubkou a rozlišením stoupají nároky na velikost obrazové paměti např. při 24 bitech/pixel (TrueColor) a rozlišení 1280 x 1024 je potřebná velikost obrazové paměti 4MB jednotlivé složky video-signálu (R, G a B) se generují samostatnými číslicově-analogovými převodníky

35 LCD displej (Liquid Crystal Display) všeobecná snaha o miniaturizaci a snižování příkonu se nevyhnula ani zobrazovacím prvkům v r vyvinula firma RCA novou technologii zobrazení, využívající vlastností tzv. tekutých krystalů (LCD, Liquid Crystal Display) Základem LCD displeje jsou dvě průhledné fólie, mezi kterými je tenká vrstva speciální tekutiny, obsahující molekuly tyčovitého tvaru (nematické krystaly) díky svému podlouhlému tvaru mají tyto molekuly tendenci uspořádat se všechny stejným směrem

36 Uspořádání krystalů pokud na vnitřní straně krycí fólie vytvoříme jemné drážky, molekuly v blízkosti fólie se stočí podél drážek vzdálenější molekuly mají tendenci orientovat se podle nich... jestliže budou drážky na obou fóliích navzájem kolmé, uspořádají se molekuly ve směru kolmém k foliím do spirály

37 Stáčení polarizace světla spirálovitě uspořádané krystaly stáčejí rovinu polarizace procházejícího světla o 90 stáčení roviny polarizace světla lze ovládat elektrickým proudem, protékajícím ve směru kolmém k vrstvě jestliže vrstvou krystalů prochází proud, krystaly se natočí souběžně s protékajícím proudem tj. kolmo k vrstvě... a přestanou stáčet rovinu polarizace světla

38 Stáčení polarizace světla

39 Řízení průchodu světla běžné světlo není polarizované a tekuté krystaly ho proto viditelně nezmění jestliže vrstvu tekutých krystalů vložíme mezi dva nesouhlasně polarizované filtry, můžeme elektrickým proudem měnit množství světla procházejícího celou sestavou pokud vrstvou nebude procházet proud, budou krystaly stáčet rovinu polarizace procházejícího světla a světlo projde i druhým filtrem připojíme-li zdroj proudu, tekuté krystaly přestanou stáčet rovinu polarizace procházejícího světla a druhý filtr světlo zadrží

40 Řízení průchodu světla

41 Generování obrazu v LCD displejích se využívá princip rozkladu obrazu na velké množství bodů jako u obrazovky body jsou uspořádány do pravidelné mřížky z řádků a sloupců na jedné krycí fólii jsou naneseny tenké vodiče orientované ve směru řádků, na druhé vodiče orientované ve směru sloupců po přivedení ovládacího napětí na jeden řádkový a jeden sloupcový vodič proud protéká pouze v malém okolí místa, kde se vodiče kříží jestliže zvolíme vhodné pořadí přepínání vodičů, je možné do LCD displeje přivádět téměř stejný video-signál jako do obrazovkového displeje nejprve se projdou všechny sloupce, pak se přejde na další řádek a opět se projdou všechny sloupce...

42 LCD technologie barevného zobrazení se dosahuje použitím barevných filtrů nevýhodou LCD displejů je ztráta funkce při nízkých teplotách (pracují nejvýše do 20 C) ztěžuje to jejich použití v průmyslovém prostředí a dopravních prostředcích problémem prvních LCD displejů byl malý kontrast, monochromatické zobrazení a velká setrvačnost obrazu z původní technologie označované zkratkou TN (Twisted Nematic Technology) proto byly postupně odvozeny dokonalejší technologie

43 Zdroj světla zdroj světla nemusí být nutně na opačné straně než pozorovatel světlo dopadající na displej ze strany pozorovatele se může odrazit od podložky a obraz na displeji pak je vidět i bez pomocného zdroje světla LCD technologie se používá také v projektorech, umožňujících promítat obraz generovaný počítačem na projekční plochu protože zdrojem světla může být libovolný vnější zdroj, lze s LCD technologií dosáhnout vysokého jasu promítaného obrazu

44 Zdroj světla - podsvícení Klasický LCD display je podsvícen standardními studenými katodovými zářivkami, nebo je k podsvícení použito LED diod a potom se jedná o display LED podsvícením. Obrazovkové body nejsou tvořeny LED diodami. Ty jsou v současné době zatím ještě moc velké na to, aby se pomocí nich dala složit televize klasické velikosti a používají se jen na výrobu velkoformátových zobrazovacích ploch jaké jsou k vidění na sportovních stadionech či reklamních plochách.

45 Zdroj světla - podsvícení Výhody LED podsvícení oproti klasické televizi s LCD Hluboká černá (s výjimkou Edge-LED) velmi jasný obraz širší barevné spektrum (zvláště pokud používají tzv. RGB-LED) Edge LED televizory jsou velmi tenké nižší spotřeba energie

46 Princip jehličkové tiskárny u klasických úderových tiskáren jsou matrice znaků odlity z kovu pro každý znak je nutné do místa tisku dopravit matrici příslušného znaku a otisknout ji to je časově a energeticky náročná operace jehličkové tiskárny vytvářejí matrici znaku dynamicky, vysouváním jednotlivých jehliček uspořádaných do sloupce tiskovou hlavu lze plynule posouvat a znaky formovat postupně, podle potřeby

47 Princip jehličkové tiskárny

48 Princip jehličkové tiskárny rozklad znaků na body se provádí podobně jako při zobrazování znaků na obrazovce znaky se však netisknou po řádcích ale po sloupcích tisk znaku zajišťuje tisková hlava, obsahující řadu elektromagnetů obvykle 7 až 24 každý elektromagnet ovládá tenký drátek elektrickými impulsy, přivedenými do vybraných elektromagnetů se drátky vymrští a udeří do barvící pásky body na papíře, nacházející se pod místem úderu drátku, se zbarví barvivem, otisknutým z barvící pásky postupným posouváním hlavy ve vodorovném směru se tak vytisknou jednotlivé sloupečky všech znaků jednoho textového řádku

49 Princip jehličkové tiskárny jehličková tiskárna je prvním typem tiskárny, který byl schopen nejenom textového, ale také grafického tisku nevýhody: hlučnost rychlé opotřebení barvící pásky nízká kvalita grafického tisku výhody: možnost tisku více kopií - účtárny přes kopírák nebo na speciální propisovací papír

50 Princip inkoustové tiskárny U inkoustových tiskáren se zbarvení papíru dosahuje stříkáním inkoustových kapek definované velikosti na papír v angličtině inkjet printer tiskárna s tryskáním inkoustu trysky tiskové hlavy jsou uspořádány do sloupce, podobně jako dráty v jehličkové tiskárně trysky mohou být mnohem tenčí než jehličky a proto inkoustové tiskárny dosahují mnohem vyššího rozlišení

51 Princip inkoustové tiskárny k vytlačování inkoustu z trysky se používají různé fyzikální principy nejrozšířenější je termální princip Hewlett-Packard, Canon používá se však také piezoelektrický princip Oki, Epson

52 Termální princip termální princip kapka inkoustu se kapilárním vzlínáním dostane do malé komůrky, na jejíž stěně je nanesen miniaturní topný článek proudovým impulsem přivedeným do topného článku se inkoust v jeho okolí uvede do varu a rozpínající se pára vytlačí kapku inkoustu tryskou ven kapka dopadne na povrch papíru a vsákne do něj topné elementy mají omezenou životnost tisková hlava je obvykle součástí zásobníku inkoustu a vyměňuje se s ním

53 Termální princip

54 Piezoelektrický princip kapky inkoustu se vytlačují z trysek kontrakcí miniaturních piezoelektrických elementů piezoelektrická hlava je dražší a její životnost je podstatně vyšší tisková hlava je obvykle pevnou součástí tiskárny a vyměňují se pouze kazety s inkoustem

55 Barevný tisk používá se subtraktivní míšení barev CMY barevný odstín vzniká smísením azurové (C, Cyan) purpurové (M, Magenta) žluté (Y, Yellow) smísením všech tří složek CMY ve stejném poměru vznikne černá (u RGB bílá) - tiskneme na bílý papír přestože pomocí barevných inkoustů lze teoreticky vytvořit černou barvu, používá se v barevných tiskárnách obvykle samostatná kazeta s černým inkoustem s černým inkoustem se dá dosáhnout lepší kvalita černého tisku barevné inkousty se šetří pro barevný tisk

56 Barevný tisk velikost kapek nelze ovládat!! smísením žádné až tří kapek základních barev lze vytvořit pouze 8 barevných odstínů (včetně bílé a černé) barevné odstíny je proto nutné = vytvářet tzv. mikrorastrem např. do pole 3x3 body lze umístit 9 kapek 3 různých barev a tím dosáhnout celkem 512 barevných odstínů aby na jednobarevných plochách nebylo rastr vidět, modulují nejdokonalejší systémy rozmisťování barevných kapek náhodnou funkcí

57 POZOR... Nejlevnější supermarketové barevné inkoustové tiskárny dnes stojí kolem 800,- Kč ale jedna barevná náplň 1500,- Výrobci nežijí z prodeje tiskáren, ale inkoustových náplní. používají různá umělá omezení životnosti tiskových hlav. např. v tiskové hlavě je chip, který pozná pokus o znovu naplnění (refil) uživatel ztrácí záruku při znovunaplnění Proto pozor na levné tiskárny!

58 Princip laserové tiskárny laserové tiskárny pracují na stejném principu jako xerografické kopírky základním prvkem kopírky i laserové tiskárny je válec, pokrytý speciální polovodivou vrstvou selén, křemík vodivost této vrstvy závisí na osvětlení válce obraz promítnutý na povrch válce změní rozložení elektrického náboje na povrchu válce na osvětlených místech náboj zmizí, na neosvětlených zůstane

59 Princip laserové tiskárny rozdíl mezi kopírkou a tiskárnou je pouze ve způsobu přenosu obrazu na válec v kopírce se obraz exponuje na rotující válec optickým promítnutím předlohy dokumentu u laserové tiskárny se obraz generuje mikropočítačem vestavěným v tiskárně a na válec se obraz "kreslí" laserem a soustavou vychylovacích hranolů nebo zrcadel

60 Princip laserové tiskárny povrch válce se rovnoměrně nabije a pak se exponuje laserem někteří výrobci používají místo laseru pole diod LED, jinak je princip tisku stejný po expozici se provede inverze náboje na válci místa osvětlena při expozici laserem se nabijí, zatímco neosvětlená místa náboj ztratí na válec se nanese barvivo (toner), které na původně osvětlených místech ulpí toner se z válce kontaktně přenese na papír a zažehlí se do povrchu papíru válec se očistí a připraví pro další tisk

61 Princip laserové tiskárny Pozor! -vysoké napětí. Na rozdíl od inkoustových tiskáren nikdy s ničím v laserové tiskárně nemanipulujte za chodu při připojeném napájení.u starších tiskáren také docházelo díky vysokému napětí k vyvíjení ozónu - používaly se ozónové filtry.

62 Princip laserové tiskárny laserové tiskárny poskytují vysokou kvalitu tisku ceny laserových tiskáren mají značné rozpětí o ceně obvykle rozhoduje rychlost (počet stran/min), výkonnost (počet stran/měsíc) životnost válce -nestačí měnit tonery, občas je potřeba vyměnit i válec - podílí se významně na nákladech na tisk křemíkový válec má vyšší životnost

63 Barevný tisk laserová technologie tisku umožňuje také barevný tisk princip je stejný jako při černobílém tisku, ale celý proces je nutné opakovat se třemi barevnými tonery barevné laserové tiskárny jsou proto složitější a dražší na rozdíl od inkoustových barevných tiskáren lze u laserové tiskárny sytost barevných složek řídit expozicí není nutné používat mikro-rastr, který snižuje bodové rozlišení kvalita vedení papíru může značně ovlivnit kvalitu tisku při nepřesném vedení se jednotlivé barevné obrazy nekryjí

64 Princip snímání obrazu obraz je nutné rozložit na dostatečný počet malých bodů údaje o barevném odstínu a jasu každého bodu se pak převedou na čísla a uloží do paměti počítače pohyblivý obraz se snímá a zpracovává jako posloupnost jednotlivých statických obrazů stejný princip jako u filmu a televize

65 Princip snímání obrazu ke snímání statického obrazu do počítače se používají zařízení zvané skener (z anglického scanner) v poslední době se pro snímání statického obrazu začínají používat také digitální fotoaparáty pohyblivý obraz se obvykle snímá běžnou televizní kamerou a video-signál z kamery se digitalizuje speciální kartou kartu pro zpracování video-signálu lze pochopitelně použít pro digitalizaci signálu z kteréhokoliv jiného zdroje, např. videorekordéru nebo televizního přijímače

66 Princip snímání obrazu nejednodušším typem skeneru je tzv. bubnový skener bubnové skenery používají k rozkladu obrazu na body mechanický pohyb ve dvou na sebe kolmých směrech snímaná obrazová předloha je navinuta na rotující buben, podél jehož osy se rovnoměrně posouvá optická soustava optická soustava přivádí do fotocitlivého prvku informaci o jasu právě snímaného bodu řádkový rastr je určen velikostí posunu optické soustavy za jednu otáčku bubnu sloupcový rastr je určen počtem sejmutých vzorků během jedné otáčky bubnu

67 Bubnový skener

68 Bubnový skener barevný obraz lze získat opakovaným sejmutím dokumentu s použitím různých barevných filtrů v optické cestě... nebo skener může mít tři fotodetektory s barevnými filtry a zpracovávat všechny tři barevné složky najednou výhody: vysoká citlivost a rozlišovací schopnost - stále používán jako řešení v oblasti profesionální DTP (desktop publishing - tvorba dokumentú za pomoci počítače) nevýhody delší doba snímání, nutnost deformace předlohy bubnové skenery se používají především v typografii

69 Řádkový skener pokud chceme snímání zrychlit, musíme použít vhodný snímací prvek, který dokáže sejmout celý řádek obrazu najednou... ruční a stolní skenery... v extrémním případě i celý obraz najednou kamera, digitální fotoaparát

70 Řádkový skener snímací prvek tvoří velký počet fotocitlivých elementů, uspořádaných do řádku nebo obdélníkové matice náboje, vzniklé osvětlením jednotlivých fotocitlivých elementů, se postupně přenesou na výstup, ze kterého se odebírá videosignál u senzorů pro skenery tak lze sejmout najednou celý řádek obrazu u kamerových senzorů se snímá najednou celý dvojrozměrný obraz

71 Řádkový skener

72 Přenosy dat mezi PC a periferiemi Přenos dat může být sériový nebo paralelní, synchronní nebo asynchronní. Při sériovém přenosu se data přenášejí jednou přenosovou cestou bit po bitu. Při paralelním přenosu se současně přenáší celé slovo, které má obvykle 8, 16, bitů. Synchronní přenos dat znamená, že přijímač a vysílač jsou řízeny zdrojem stejného hodinového signálu. Při asynchronním přenosu se synchronizace přijímače a vysílače se obnovuje v průběhu přenosu.

73 Přenosy dat mezi PC a periferiemi Při paralelním přenosu dat mají jednotlivé vodiče ve vícežilovém kabelu vzájemnou kapacitu a indukčnost. Dochází ke vzájemnému rušení jednotlivých signálů na datové sběrnici. Takový přenos je limitován součinem délky kabelu a rychlosti přenosu. Při sériovém přenosu nedochází k vzájemnému ovlivňování jednotlivých bitů, přenos dat může být rychlejší. Proto je při větších vzdálenostech sériový přenos rychlejší. Sériový přenos je úspornější z hlediska počtu vodičů oproti paralelnímu přenosu. Pro sériový přenos stačí jednodušší konektory, minimalizují se problémy vzniklé nedokonalým připojením, což zaručuje větší spolehlivost. Současným trendem je přechod k sériovým přenosům.

74 Sériový přenos dat při přenosu dat reálným přenosovým kanálem dochází ke zpoždění a zkreslení signálu v přijímači je nutné zpracovat přijatý signál tak, aby pravděpodobnost vniku chyby byla co nejmenší signál je nutné vzorkovat v okamžicích, kdy je kvalita signálu nejlepší

75 Sériový přenos dat v přijímači je nutné mít hodinový signál, který je synchronní s přijímaným signálem synchronizace časové základny v přijímači může být přímá nebo nepřímá při přímé synchronizaci lze hodinový signál přenášet po samostatném vodiči při vysokých rychlostech přenosu a velkých vzdálenostech nelze dosáhnout stejného zpoždění v datovém a hodinovém kanálu a proto se přímá synchronizace používá pouze u jednoduchých sériových sběrnic odvodit z dat tzv. self-clocking code

76 Sériový přenos dat problémem přímé synchronizace všech typů je citlivost na rušení v moderních přenosových systémech se používá především nepřímá synchronizace nejčastěji se používá tzv. fázový závěs (PLL, Phase Locked Loop), který odvozuje hodinový signál ze změn dat používá se např. u Ethernetu, HDLC, FDDI... PLL reaguje na dlouhodobé změny signálu, ale je přitom necitlivý na náhodné krátkodobé rušení

77 Sériový přenos dat velmi rozšířený je arytmický přenos, nesprávně označovaný jako asynchronní používá se např. u sériových portů PC časovou synchronizaci přijímače s vysílačem zajišťuje tzv. setrvačníková (start-stopní) synchronizace proud dat je rozdělen na krátké bloky po několika bitech (5 až 8), nazývané značky přijímač se synchronizuje pouze na začátku každé značky během příjmu značky se předpokládá, že souběh časových základen přijímače a vysílače je vyhovující

78 Arytmický přenos

79 Arytmický přenos časová synchronizace se obnovuje na začátku značky zvláštním impulsem, sloužícím ke spuštění časové základny přijímače (start-bit) po dokončení příjmu jedné značky přijímač čeká, dokud se na vstupu neobjeví start-bit další značky přijímač synchronizuje svůj hodinový generátor od změny signálu na začátku start-bitu

80 Arytmický přenos při příjmu zbývajících bitů značky se předpokládá, že autonomní časová základna přijímače má dostatečně přesný souběh s časovou základnou vysílače přijímač se během příjmu ostatních bitů značky řídí jen vlastními hodinami na konci značky je vždy prodleva, umožňující zastavení časové základny přijímače a přípravu na příjem další značky její velikost musí být nejméně 1 bitový interval

81 Sériový přenos dat princip arytmického přenosu pochází z éry mechanických dálnopisů díky své jednoduchosti a spolehlivosti se používá dodnes pro připojení terminálů, myší, klávesnic, tiskáren, kreslících zařízení, modemů... používají se obvody UART (Universal Asynchronous Receiver Transmitter) díky čistě elektronickému zpracování signálu se dnes dosahuje mnohonásobně vyšších rychlostí až několik Mb/s

82 Sériový přenos dat změnil se také způsob modulace místo dříve používané změny proudu (proudová smyčka) se dnes používá změna napětí v rozsahu 12V až +12V dle standardu RS 232 standard RS 232 nedefinuje jen vlastní přenos dat, ale také další pomocné signály sériového rozhraní používají se např. k ovládání modemu, tiskárny nebo k synchronizaci komunikace mezi dvěma počítači

83 Zapojení konektorů RS232

84 Zpracování analogových signálů analogový signál má nekonečné množství hodnot při digitalizaci analogového signálu redukujeme informační obsah spojitého signálu vzorkováním a kvantováním tím vzniká chyba při vzorkování vypouštíme hodnoty signálu, kterých nabýval v době mezi dvěma vzorky při kvantování zaokrouhlujeme hodnoty na omezený počet hodnot, které umíme vyjádřit číslem s konečným počtem bitů

85 Zpracování analogových signálů vzorkováním získáme posloupnost analogových hodnot kvantováním jednotlivých vzorků získáme posloupnost čísel, která s přijatelnou chybou zachycuje průběh původního analogového signálu

86 Zpracování analogových signálů vzorkování a kvantování současně umožňuje analogo-číslicový převodník pro převod analogové hodnoty na číslo se používá řada různých principů nejjednodušším typem A/D převodníku je integrační převodník integrační A/D převodník se skládá z: generátoru pily analogového komparátoru čítače

87 Integrační A/D převodník

88 Integrační A/D převodník generátor pily vyrábí pilovité napětí, které se komparátorem porovnává se vstupním napětím v okamžiku, kdy se napětí pily vrací na nulu, se vynuluje také čítač, který po vynulování začne čítat pomocný hodinový kmitočet v okamžiku, kdy napětí pily dosáhne hodnoty vstupního napětí, signál z komparátoru zastaví čítání a ohlásí ukončení převodu po zastavení obsahuje čítač číslo, odpovídající hodnotě vstupního napětí v okamžiku zastavení čítače

89 Integrační převodník Funkci integračního převodníku si lze představit na analogii váhy jednu misku vyprázdníme na druhou misku položíte vážený předmět pak začneme na první misku postupně přidávat shodná malá závaží (jednotková), dokud předmět není vyvážen jestliže si v tomto okamžiku zaznamenáme počet přidaných závaží, budete znát váhu předmětu, i když budeme s přidáváním závaží pokračovat (pila)

90 Integrační převodník vzhledem k velkému počtu kroků potřebných k provedení převodu jsou integrační převodníky pomalé pro vyšší rychlosti převodu se používají převodníky s postupnou aproximací jejich funkce je analogická vážení se závažími odstupňovaných hodnot

91 Generování analogových signálů při generování spojitých signálů počítačem se postupuje obráceně zvuk, video posloupnost čísel, představujících hodnoty výstupní veličiny proměnné v čase, se Číslico-analogovým převodníkem převede na analogovou veličinu napětí, proud z výstupu převodníku se odebírá signál schodovitého tvaru, který lze podle potřeby dále upravit např. vyhladit výstupním filtrem

92 D/A převodník nejjednodušší D/A převodník lze vytvořit pomocí registru a odporové sítě jestliže do registru zapíšeme číslo, bude napětí pouze na výstupech klopných obvodů, ve kterých je zapsaná log. 1 z těchto výstupů poteče do součtového odporu proud nepřímo úměrný velikosti odporu při vhodně volených hodnotách odporů bude výsledný proud tekoucí součtovým odporem odpovídat hodnotě binárního čísla zapsaného do registru proud lze převést na napětí snadno např. operačním zesilovačem

93 D/A převodník

94 Dynamika při digitalizaci i generaci analogového signálu závisí potřebná vzorkovací frekvence a počet kvantizačních úrovní na tom, jaký signál se zpracovává a jaká kvalita zpracování je požadována čím vyšší frekvence signál obsahuje (nebo má obsahovat), tím vyšší musí být vzorkovací frekvence čím menší má být zkreslení signálu, tím více kvantizačních úrovní (více bitů v čísle) musíme použít

95 Příklady pro záznam a generaci zvuku v telefonní kvalitě postačuje vzorkovací frekvence 6 až 8 khz a rozlišení 8 až 12 bitů 256 až 4096 kvantizačních úrovní pro CD kvalitu zvuku se používá vzorkovací frekvence min. 44 khz a rozlišení 16 až 22 bitů pro zpracování videosignálu se používá vzorkovací frekvence 3,5 MHz až 150MHz a rozlišení od 5 bitů (monochromatický obraz, 64 úrovní šedé) do 3x12 bitů (3 barevné složky po 4096 úrovních)

96 Děkuji za pozornost