Na ostatnich zajęciach przedstawione zostały dwa schematy. Jeden z nich przedstawiał sygnały na liniach CLK i DATA przy przesyłaniu od klawiatury do adaptera, a drugi od adaptera do klawiatury. Zastanówmy się teraz co takiego klawiatura przesyła do adaptera klawiatury na płycie. Na pewno będzie to scancode, czyli numer naciśniętego klawisza. Klawiatura po rozpoznaniu, który klawisz nacisnęliśmy, wysyła do adaptera klawiatury numer klawisza w postaci 11 bitowej paczki (1 bit startu, 8 bitów kodu, 1 bit niepatrzystości, 1 bit stopu). I ten impuls przesyłany od klawiatury do adaptera oznacza dla adaptera, że masz na linii danych wystawiony bit i sobie go odbierz. Z kolei jeśli przy przesyłaniu z adaptera klawiatury do klawiatury na linii CLOCK mamy impuls, oznacza to dla klawiatury, że adapter sygnalizuje odebranie poprzedniego sygnału i klawiatura może wystawiać kolejny sygnał. Skoro wiemy, jak są dane przesyłane, to przyjrzymy się samej klawiaturze. Współczesne klawiatury są zbudowane w oparciu o mikrokomputer 8048, który posiada procesor ośmiobitowy, około 256 bajtów ramu (bufor), i około 2 kilobajty pamięci ROM. I w tej się znajduje program działania klawiatury, który odbiera kody od adaptera, wykonuje te kody, wysyła kody klawiszy do adaptera, oraz rozpoznaje, który klawisz naciśnięto i wysyła jego kod do adaptera na płycie głównej. Kolejne elementy tego mikrokomputera to P1.0…7, P2.0…7 to są linie wejścia wyjścia i jest ich 18. Zobaczmy, jak wygląda taki uproszczony schemat logiczny klawiatury:
Wszystkie te elementy, o których mówimy na tym schemacie dokładnie widać. Prócz tych portów wychodzących z mikroprocesora 8048 klawiatury mamy jeszcze dwie linie testowe T0 i T1, oraz ośmiobitową szyne danych (DB0..DB7). Teraz popatrzmy, jak te numery klawiszy są przyporządkowane poszczególnym klawiszom:
Widzimy, że klawiszowi ESC przyporzadkowujemy numer 1, klawiszowi 1 numer 2. I taki numer, który przyporzadkowany jest każdemu z klawiszy na klawiaturze i który klawiatura wysyła do adaptera klawiatury na płycie nosi nazwę scan code. Na początek taki scancode jest wysyłany do adaptera, a nastepnie adapter klawiatury jeśli ma w buforze wyjściowym gotowy takzwany systemowy kod klawisza skk, to wysterowuje linię przerwania IRQ1. Wysterowanie tej linii powoduje wywołanie przerwania podprogramu obsługi INT9 (jest on częścią BIOSA. Podprogram obsługi INT9 pobiera z bufora adaptera ten skk i przypisuje mu znak ze zbioru ASCII, a nastepnie umieszcza tę parę w buforze klawiatury w pamięci operacyjnej. Zobaczmy schemat bufora klawiatury pamięci:
I ten bufor klawiatury zaczyna się od adresu 41E. W komórkach 416 i 418 z kolei są bajty stanu klawiatury. I w tym buforze znajduje się między innymi skk przesłany przez adapter, oraz kzn, czyli kod znaku ASCII. I teraz program użytkowy może pobrać znak z bufora klawiatury wykonujac rozkaz INT16. Przed wykonaniem rozkazu INT16 należy w rejestrze AH umieścić numer funkcji, który mówi, co ten podprogram obsługi INT16 ma wykonać. Załóżmy, że ma on pobrać znak z bufora nie czekając na naciśnięcie klawiszy, lub czekać na naciśnięcie klawisza i pobrać parę znaków (skk, oraz kzn). I to tyle jeśli chodzi o klawiaturę. Teraz zajmiemy się myszkami. Bez myszki ciężko by było pracować w graficznym interfejsie użytkownika. Wyróżniamy dwa rodzaje myszek. Jedna z nich to myszka optomechaniczna (klasyczna) stworzona już w latach sześćdziesiątych opierająca się na zasadzie nastawnika kulowego, czyli dużego pudełka o rozmiarach 20 / 20 / 10 centymetrów głębokości i kuli umieszczonej w górnejczęści pudełka mającej średnicę 10 centymetrów. Zasada działania jest prosta - w odpowiedni sposób kręcąc tą kulą można było na starych komputerach IBM przesuwać obraz na ekranie. Stąd właśnie wywodzi się ta współczesna myszka i jest to jej historia. A teraz pojawia się pytanie – w jaki sposób można stwierdzić, czy my tą myszka przesuwamy w lewo, czy w prawo (w jaki sposób można rozpoznać kierunek przesuwania myszki). Odpowiedź jest na rysunku:
Tarcza
Szczelina
Fotodetektory D1 i D2
Źródło światła
Wystarczy zrobić taką tarczę, jak powyżej. W tej tarczy należy wyciąć szczeliny. Z jednej strony jest źródło światła, a z drugiej – fotodetektory. Jeśli obracamy tarczą w lewo, to światło jako pierwszy zobaczy fotodetektor z prawej strony (ten jako pierwszy zostanie odsłonięty), a potem ten drugi:
D1
D2
I wiedząc który z nich jest pierwszy, wiemy w którą stronę tarcza się obraca. Z kolei zliczając impulsy od każdego otworu możemy zliczyć o ile przesunęliśmy mysz. Myszka współpracuje z odpowiednim układem sterującym. Pierwsze pracowały z mikroprocesorem 8048, natomiast te obecne pracują z układem 8051. I te impulsy od szczelin po wzmocnieniu przez transystory są odbierane przez ten mikrokomputer. Kiedyś tych szczelin w takich myszkach było około 16, a dziś występują dwie na milimetr. Z kolei w dzisiejszych myszkach istnieje jeszcze takie specjalne przesłony między czujnikami a tarczą, ale zasada jest obecnie ta sama. W myszkach optomechanicznych istnieją dwie takie tarcze i do każdej z tych tarcz sa dwa czujniki – jedna tarcza okresla nam ruch w przód i w tył myszy, a druga – na boki. Prócz tego ma trzy klawisze. I teraz co takiego przesyła ta myszka. Myszka przesyła do komputera (adaptera na płycie) takie trzy znaki siedmiobitowe. Oto te znaki:
1. 1 L P V7 V6 H7 H6
2. 0 H5 H4 H3 H2 H1 H0
3. 0 V5 V4 V3 V2 V1 V0
Pierwszy znak ma na bicie 7 zawsze 1, potem ma wskaźnik naciśnięcia lewego klawisza, prawego klawisza i dalej kierunek vertical i horizontal. Współrzędne od V0..V7 i H0..H7 to są przyrosty w jednostce czasu, które mówią programowi, jak szybko przesuwamy myszką w określonych kierunkach. I na podstawie tego układ wylicza o ile i w jakim kierunku przesunąć wskaźnik myszki na ekranie. Przyjrzyjmy się teraz z kolei działaniu myszki inteligentnej rozpoznającej obraz podłoża. Zobaczmy na schemacie jak się to odbywa:
Cyfrowe przetwarzanie obrazu (DSP) wyznaczane na podstawie kolejnych zdjęć
Zbieranie obrazu podłoża (zdjęcia)
DATA
CLK
Przetwarzanie przez przetwornik do postaci wymaganej przez interfejs myszy np. PS/2
Interfejs PS/2
Powyższy rysunek pod schematem przedstawia działanie takiej myszy. W takiej myszce znajduje się źródło światła, dioda świecąca, która oświetla podłoże, a obraz tego podłoża przez obiektyw wpada dotego przetwornika. To jest ten system, który jest odpowedzialny za robienie zdjęć. Tam znajduje się mały czujnik obrazu kilkadziesiąt na kilkadziesiąt pikseli, gdyż to w zupełności wystarczy. Dalej znajduje się płytka drukowana na której są układy elektroniczne, które przetwarzają dane na podstawie kolejnych zdjęć i te zdjęcia są porównywane i przekazywane do adaptera na płycie za pomocą linii CLK i DATA interfejsem PS/2, który przenosi współrzędne kursora na ekran. No i podobnie jest z naciśnięciem klawiszy sterujących. Oto jak wyglądają takie dwa zdjęcia:
Według powyższych zdjęć podłoża widać, ze w czasie 0,67 milisekundy myszka została przesunięta (około 1000 zdjęć na sekundę) w prawo i w górę. I nastepnym ciekawym urządzeniem które omówimy jest touchpad. Jest to ekran dotykowy, który działa na zasadzie wykrywania zmian pojemności C pomiędzy dwoma warstwami elektrod X i Y. Zmiana pojemności nastepuje na skutek przyłożenia palca do jednej z tych płytek (jest większa).
Touchpad współpracuje z takim samym interfejsem jak myszka i czerpie zasilanie z tego interfejsu. I teraz już przechodzimy do urzadzeń zobrazowania. Na poczatek nieco historii i informacji na temat rozwijania się tych urzadzeń:
Na początek powiedzmy sobie, jakie są metody kreślenia obrazów i znaków alfanumerycznych w takich urzadzeiach. Wyróżniamy trzy: wektorową (konturową), rastrową (wybierania liniowego) stosowana w telewizji i we współczesnych monitorach, oraz trzecia – mozaikowa stosowana w urzadzeniach, gdzie każdy piksel ma swój adres (monitory LCD, plazmowe). Nie będzie nas to zbytnio interesowało, bowiem najwazniejsze dla nas będzie zagadnienie związane z dołączaniem takiego urzadzenia do komputera. Oto schemat takiego połączenia:
Interfejs monitora był do lat 90 interfejsem kierunkowym do odbioru informacji, ale po tym okresie zrobiono dwukierunkową (jest to wykorzystywane przy ekranach dotykowych). I ten interfejs komputera rozwijał się tak, jak to zostalo pokazane na rysunku. Najpierw powszechna była szyna ISA 16 (wczesniej do szyny ISA 8), jednak ona okazała się za wolna i szukano czegoś szybszego. Odpowiedzią było VLB (VESA local BUS) potem ta szyna została zastąpiona szyna PCI (Peripheral Component Interconnect) do której podłączało się karty graficzne. Jego podstawowa częstotliwość wynosiła 33 Mhz, a przy czterobajtowej szerokości szyny danych (AD0…AD31) ta częstotliwośc wynosiła 132 Mhz. Ale i ta przepustowość okazała się zbyt niska i wprowadzono złącze AGP (Accelerate Graphics Port), której częstotliwość wynosiła dokładnie dwa razy więcej. I tego rozwiązania uzywa się do dziś. Oczywiście jeszcze z czasem wprowadzono bardzo szybką szyne PCI Express, jednak nie jest ona tak powszechna, bo weszła w życie niedawno. Teraz nieco słów o interfejsie monitora. Najpowszechniejszy do dziś wykorzystywany to interfejs VGA (Video Graphics Array), czyli analogowy RGB. Został on przejęty z telewizji i jest bardzo wygodny. Znajduje zastosowanie w monitorach kineskopowych. Kolejny – już nieco nowszy to interfejs DVI. Ten z kolei jest wykorzystywany w monitorach LCD (ciekłokrystalicznych), oraz plazmowych. I te coraz bardziej wchodzą w życie z tego względu, że monitory LCD pobierają mniej energii, są wygodniejsze do ustawienia i mają szybszy czas reakcji. Zobaczmy teraz na
tabelkę rozwoju poszczególnych interfejsów, oraz jakie były im przypisane rozdzielczości:
W starszych monitorach widać, że współczynnik kształtu obrazu telewizyjnego (stosunek szerokości do wysokości) wynosił około 2:1. To dawało ziarnistośc obrazu przez co obraz nie był tak bardzo czytelny. Poza tym te pierwsze monitory dawały tylko obraz czarnobiały aż do wprowadzenia CGA. Były one kolorowe, ale ziarnistośc nadal była. Hitem były monitory na VGA – kolorowe o współczynniku 4:3 i te były w miarę upływu czasu rozbudowywane. Współczesnie wykorzystuje się monitory o współczynniku 4:3 kolorowe, a coraz częściej upowszechnia się standard 16:9, który daje doskonały, kolorowy obraz. I teraz na przykładzie interfejsu VGA zobaczmy, jak on wygląda i jak następuje połączenie pomiędzy adapterem a monitorem:
Adapter to nic innego, jak karta grafiki. Schemat pokazuje, w jaki sposób ten obraz z monitora jest przesyłany do adaptera. Podstawą interfejsu są trzy linie – R, G, B, oraz ich masy, czyli – R GND, B GND, G GND. Służą one do przesyłania obrazu. Następnie przesyłane są dwa sygnały synchronizacji – HS i VS, ich masa bezkierunkowa – SYNC GND i masa całego układu – GND (ogolna). Wszystkie te linie były skierowane od adaptera do monitora. I tak było do lat 90. Potem natomiast IBM wymyslił, że możnaby zastosować taki interfejs przy pomocy którego ten monitor mógłby przekazywać pewne informacje do adaptera. I w monitorach tych nowoczesnych występuje tak zwany Digital Display Channel w postaci dwóch linii dwukierunkowych o nazwie SDA i SCL (zaczęto wprowadzać system plug and play i stworzenie tych linii było koniecznością). Za pomocą tych linii między innymi nastepuje przekazanie informacji o rodzaju monitora do komputera,. Jak wiadomo składowe koloru piksela to RGB, czyli Red Green, Blue. I właśnie na linii R między innymi przepływa informacja w jakim stopniu ma zostać wyświetlony kolor czerwony na danym pikselu urządzenia. A teraz zobaczmy, jak wygląda taka transmisja sygnału w postaci analogowej:
0,7 V
U RGB
t
Poziom sygnału na liniach RGB wynosi nie więcej niż 0,7 V tak, jak to zostało pokazane na rysunku. Poziom tego sygnału decyduje o kolorze pikseli. A teraz taka zagadka. Ile kolorów można przesłać interfejsem analogowym. Odpowiedź brzmi – 8, bo 2 do potęgi trzeciej (mamy trzy kolory RGB i na każdym mamy 0 bitów lub 1 bit). I tyle danych przesyłano w pierwszych monitorach kolorowych. Oczywiście jeszcze to rozbudowano o jedna linię intensive i wtedy uzyskano 16 kolorów maksymalnie. W interfejsie EGA z kolei wprowadzono po 2 przewody na każdą składową. W związku z tym było można uzyskać 64 kolory, bo 4 do trzeciej potęgi. I tak rozbudowywano te interfejsy, aż udało się uzyskać mozliwość uzyskania nieskończonej ilości kolorów. Żeby ten obraz stał w jednym miejscu, to każda linia obrazu musi się zaczynać na początku i dokładnie w tym miejscu. I aby ten obraz był w idealnej prostej pozycji, do tego służą linie HS i VS. HS to horizontal synchronisation i tą linią sa przekazywane impulsy synchronizacji poziomej. I impuls taki może wyglądać nastepująco w dwóch postaciach:
W tym miejscu zaczyna się widoczna część linii na ekranie
Polaryzacja ujemna
0 V
+ 4 V
Polaryzacja dodatnia
Tutaj koniec impulsu HS wyznacza poczatek linii obrazu na ekranie. No i drugi – VS, czyli vertical synchronisation. Ta linią przekazywane są impulsy synchronizacji pionowej. Koniec tego impulsu wyznacza początek kadru (lewy górny róg ekranu). Oto, jak on wygląda w dwóch postaciach:
Widoczna część kadru
Teraz nieco informacji o liniach SDA i SCL. Obydwie te linie to takzwany Digital Display Channel (DDC) i te linie służą do komunikacji między urządzeniami zobrazowania (Pierwsza linia to Serial Data, a druga – Serial CLK). I ten DDC to jest standard komunikacji cyfrowej między urzadzeniami zobrazowania opracowany przez VESA. I tędy linią przykładowo SDA przesyłane dane w jedną lub drugą stronę. Teraz pytanie – jakie dane może przesłać monitor do adaptera. Będzie to maksymalna rozdzielczość monitora, maksymalną częstotliwośc odchylania poziomego, maksymalna częstotliwość odchylania pionowego, maksymalna jaskrawość i tak dalej. Z kolei adapter do monitora może przesyłać kody sterujące – na przykład podaj swój stan. Może także ustawiać w nim parametry obrazu jeśli będzie istniała taka możliwość (kontrast, nasycenie koloru). I w takim interfejsie, jak VGA stosowano łączówkę SUB typu D (D - SUB). Dlatego typu D, bo taką literę przypomina. Inny rodzaj interfejsu, jakie jeszcze mamy, to interfejs cyfrowy DVI, jednak nim nie będziemy się tak bardzo zajmować. Warto jednak wiedzieć, że tym interfejsem przesyłane są sygnały cyfrowe. Przycodzi 8 bitów składowej czerwonej, 8 bitów składowej zielonej i 8 bitów składowej niebieskiej – razem 24 bity. I przychodzą sygnały synchronizujące – A SYNC i V SYNC (6 bitów), co daje razem 30. I to jest na karcie graficznej. Teraz na tej karcie graficznej jest taki jeden koder w postaci układu scalonego i ta kostka miesza te wszystkie bity ze sobą i wysyła je tutaj z prędkością 5 razy większą w postaci takich czterech kanałów (trzy kanały danych i jeden synchronizujący). W monitorze jest układ o takich samych rozmiarach jak tamten koder z tym, że ten to dekoder i ten układ z tej mieszanki, która idzie na tych czterech kanałach z powrotem wyodrębnia te wszystkie składowe (8 bitów razy 3) i te sygnały sa przesyłane w ten własnie sposób do monitora i one sterują kolorami piksela. Jeśli chodzi o łączówki DVI, to spotykamy je w dwóch rozmiarach. Jedna jest tylko interfejsu cyfrowego – przez taką łączówkę można jedynie przesyłać sygnał cyfrowy, a druga – interfejsu cyfrowego i analogowego (ta jest uniwersalna). I teraz do takiego adaptera dołączany jest monitor. Zanim jednak zaczniemy mówić o konkretnych monitorach, to jeszcze uproszczony schemat blokowy adaptera urządzenia zobrazowania:
Jak widzimy karta graficzna zapewnia nam dopasowanie interfejsu monitora do interfejsu wejścia / wyjscia i składa się ona z trzech takich bloków. Pierwszy z nich to sterowanie. I to sterowanie jest wykonywane na specjalnych układach. Na rysunku widać układ z karty CGA 6845. W dzisiejszych kartach spotkamy w tych miejscach inne układy oparte na specjalizowanych procesorach graficznych na przykład ATI RADEON 1900, albo jakiś NVIDIA GE FORCE 8800. I to sterowanie steruje wszystkimi układami na tej karcie graficznej. Drugim takim blokiem jest pamięć obrazu i w niej zapisany jest obraz, który ma być wyświetlany na ekranie. W przypadku CGA dla obrazu graficznego starczyło 16 kb pamięci, a dla znakowego – 4 kb. W dzisiejszych kartach dla obrazu graficznego mamy tu około 256 Mb, a niewykluczone, że kiedyś będzie jeszcze więcej. I w tej pamięci obrazu mamy zapisany obraz w postaci cyfrowej. Trzeci z układów – układ formowania sygnału VIDEO – on zamienia sygnał cyfrowy na postać, którą wymaga monitor. Teraz natomiast przyjrzyjmy się monitorom jakie mamy rodzaje. Wyróżniamy kineskopowe (CRT – Cathode Ray Tube), ciekłokrystaliczne (LCD – Liquid Cristal Displays), plazmowe i fluorescencyjne. Ekrany urzadzeń zobrazowania wudowane są w oparciu o różne rozwiązania technologiczne. Niektóre z nich sa bardziej popularne, a niektóre mniej. I te technologie dzielimy na emisyjne i nieemisyjne. Emisyjna technologia to taka, która powoduje, że obraz świeci i to odnosi się zwykle do monitorów kineskopowych. O nieemisyjnej mówimy przy okazji monitorów ciekłokrystalicznych, bo tu sam obraz nam nie świeci, ale lampa. I obraz jest tu tworzony przez odpowiednią matrycę filtru. Wróćmy jednak na chwilę do schematu połączenia monitora z adapterem. Adapter jak mówilismy już jest podłączony do płyty głównej interfejsem komputera. Na tej płycie jest pamięć, a w tej jest program, który współpracuje z tym adapterem. W tym adapterze jest mnóstwo rejes...
i7xn1