Кравчук С.О., Шонін В.О., Основи компютерної техніки

Подождите немного. Документ загружается.

карти (старі стовпчики, що не мають підсилювача, називають пасивними на відміну

від сучасних стовпчиків з підсилювачами, названих активними).

Кожний стовпчик може мати один чи кілька динаміків. Один динамік у стовпчи-

ку відтворює звук майже у всьому чутному частотному діапазоні. У стовпчику один з

двох динаміків (більшого розміру) призначено для відтворення звуку низьких частот

(до 150 Гц), другий - для відтворення звуків, частоти яких вищі за 150 Гц. Іноді для

відтворення високих частот використовують третій, найменший динамік.

Для того щоб розділити електричний сигнал, що надходить з комп'ютера, на частотні

складові, в акустичній системі використовуються блоки поділу спектра сигналів. Блоки

поділу бувають пасивними й активними. Пасивні блоки містять тільки конденсатори

й індуктори і виконують лише фіксований поділ частот. Активні блоки містять більш

складні електронні схеми, що дозволяють набудовувати діапазони частот для окремих

динаміків за допомогою регуляторів.

Акустичну систему з двома і більше стовпчиками називають стереофонічною сис-

темою. Існує кілька різновидів стереофонічних систем, що розрізняються кількістю

стовпчиків.

Найпростіша стереофонічна система містить два стовпчики, розміщені зазвичай

праворуч і ліворуч від монітора (деякі монітори містять убудовані стовпчики). Таку

систему називають акустичною системою 2.0. Підсилювач потужності та регулятори

розміщуються в одному зі стовпчиків системи. Як альтернативу стовпчикам можна ви-

користовувати навушники (іноді на навушниках кріпиться також мікрофон). Аудіодані

для таких систем зазвичай записують за допомогою двох рознесених на деяку відстань

мікрофонів.

Оскільки джерело звуку низьких частот розрізняється погано, динамік для низьких

частот іноді виносять в окремий стовпчик - сабвуфер (від англ. subwoofer - динамік

наднизьких частот). У сабвуферах для відтворення низьких частот звук від задньої

стінки мембрани переспрямовується в зворотний бік і виводиться через круглий отвір

стовпчика. Системи з трьома стовпчиками називають акустичними системами 2.1. За-

звичай в цих системах підсилювач потужності та регулятори розміщуються в сабвуфері

чи в окремому блоці.

Об'ємне відтворення звуку (surround sound) досягається використанням більш ніж

двох звукових каналів і відповідно стовпчиків акустичної системи. Натепер існує кіль-

ка форматів об'ємного звуку. Найбільшого поширення набули чотири формати, розроб-

лені фірмою Dolby Laboratories:

- Dolby Surround Sound;

- Dolby Pro Logic;

- Dolby Digital;

- Dolby Digital EX.

Формат Dolby Surround Sound розділяє стереосигнал на три звукові канали: правий

стовпчик, лівий стовпчик і задній стовпчик (що знаходяться за слухачем). Оскільки

акустичні системи з трьома стовпчиками натепер не випускають, для прослуховування

аудіоданих у форматі Dolby Surround Sound використовують акустичні системи 4.1

(рис. 3.47, а), що містять два передні (правий і лівий) і два задні (лівий і правий) стовп-

чики, а також сабвуфер. У форматі Dolby Surround Sound сабвуфер не використовуєть-

ся, а на обидві задні стовпчики виводиться такий самий звуковий канал.

181

Рис. 3.47. Основні види акустичних систем об'ємного звуку: а - акустична система 4.1;

б - акустична система 5.1; в - акустична система 6.1: J - передній лівий стовпчик;

2 - сабвуфер і підсилювач; З - передній правий стовпчик; 4 - задній правий стовпчик;

5 - задній лівий стовпчик; 6 - передній центральний стовпчик;

7 - задній центральний стовпчик

Формат Dolby Pro Logic використовує чотири звукові канали й акустичну систему 5.1

(рис. 3.47, б). Ця система містить передній правий стовпчик, центральний стовпчик (роз-

міщений безпосередньо перед слухачем), передній лівий стовпчик, задній лівий стовп-

чик і задній правий стовпчик, а також сабвуфер (всього шість каналів). Однак у форматі

Dolby Pro Logic сабвуфер не використовується, а на обидві задні стовпчики, так само, як

і в попередньому форматі, надходить один і той самий звуковий канал.

Найпоширеніший формат Dolby Digital (цифровий Dolby) містить шість звукових

каналів і використовує всі стовпчики акустичної системи 5.1.

182

Формат Dolby Digital EX (розширений цифровий Dolby) є розвитком формату Dolby

Digital, до якого додано ще один звуковий канал для центрального заднього стовпчика,

розміщений безпосередньо за слухачем. Цей формат реалізується за допомогою акус-

тичної системи 6.1 (рис. 3.47, в).

Альтернативні формати для Dolby Digital і Dolby Digital EX - це формат DTS [Di-

gital Theater Sound - цифровий звук для театру) на базі акустичної системи 5.1 і формат

DTS ES на базі акустичної системи 6.1. Ці системи використовуються у деяких кіно-

театрах. Формати DTS і DTS ES забезпечують кращу якість звучання, що, однак, не

надто відрізняється від якості звучання у форматах Dolby Digital і Dolby Digital EX.

Тому формати DTS і DTS ES натепер мають дуже обмежене поширення і майже всі

DVD-диски з фільмами і комп'ютерними іграми випускаються з використанням фор-

мату Dolby Digital.

Тепер випускаються також акустичні системи 7.1, що містять передній правий

стовпчик, центральний стовпчик, передній лівий стовпчик, два задні ліві стовпчи-

ки і два задні праві стовпчики та сабвуфер (усього вісім каналів), а також акустичні

системи 7.2, що є розширенням акустичної системи 7.1 (з добавленням другого саб-

вуфера). Незважаючи на вищу якість об'ємного звуку, яку забезпечують ці системи,

їх майже не використовують через непідтримання на найпоширеніших звукових кар-

тах і в комп'ютерних програмах.

Основні характеристики акустичної системи:

- діапазон відтворених частот;

- чутливість;

- коефіцієнт THD;

- коефіцієнт SNR;

- значення електричного опору;

- потужність;

- інтерфейси підключення до комп'ютера;

- тип стовпчиків.

Діапазон відтворених частот в акустичних системах становить від 15...25 Гц до

18...20 кГц. Більш точна характеристика - графік залежності амплітуди виведеного

сигналу від частоти, що в ідеальному випадку являє собою пряму лінію. Реальні систе-

ми можуть на деяких частотах мати дуже істотні відхилення від прямої лінії.

Чутливість акустичної системи визначається звуковим тиском (у децибелах), ство-

рюваним стовпчиком на відстані 1 м під час подання на її вхід електричного сигналу

потужністю 1 Вт, тобто середнім звуковим тиском у визначеній смузі частот. Акустичні

системи, що мають високу чутливість (90... 100 дБ), досить якісно відтворюють як тихі,

так і голосні звуки.

Коефіцієнти THD і SNR визначають так само, як для звукових карт; для якісних

акустичних систем їх значення відповідно становлять 0,1...10 % і 60... 100 дБ.

Значення електричного опору для акустичної системи визначають так само, як і для

мікрофона; його узгоджують з електричним опором виходу звукової карти. Особливо

важлива ця характеристика для навушників, що не мають підсилювача. Електричний

опір акустичних систем лежить у діапазоні 10...40 Ом.

Для електричної потужності введено кілька різних типів цієї характеристи-

ки і визначено методи їх вимірювання. Однак виробники часто вказують тільки

183

системну потужність чи просто потужність, що характеризує передусім споживання

системою електричного струму, а не максимальну чутливість системи, як часто вва-

жають користувачі. Дуже часто виробники вказують так звану пікову потужність.

Для її вимірювання на акустичну систему подається короткочасний (тривалістю

менше 2 с) сигнал частотою не більше 250 Гц. Вважається, що акустична система

витримала випробування, якщо немає помітних на слух спотворень. Однак така по-

тужність у 10 і більше разів може перевищувати значення потужності, за якої під час

роботи пристрою спотворюється звук. Тому, вибираючи одну акустичну систему з де-

кількох, замість порівняння потужностей доцільно брати до уваги, як вона відтворює

звук за максимального значення гучності.

Акустичні системи зазвичай підключають до комп'ютера по аналоговому інтерфейсу

Line Outl звукової карти (у разі підключення за допомогою стереофонічного штекера

Mini Jack) чи до виходів Line Outl і Line Out2 за допомогою монофонічних штекерів.

Деякі акустичні системи можна підключати і до цифрового виходу S/PDIF звукової кар-

ти (у цьому разі цифро-аналогове перетворення здійснюється безпосередньо в акустич-

ній системі).

За типом стовпчики поділяють на зовнішні, що являють собою окремі пристрої, які

можна розміщувати в довільному місці, та вбудовані (зазвичай в корпусі системного

блоку комп'ютера чи монітора). Оскільки вбудовані стовпчики розміщуються поруч

з електронно-променевою трубкою, потрібно вживати спеціальних заходів безпеки,

щоб запобігти взаємному впливу їх магнітних полів. Багато зовнішніх стовпчиків

мають також захист (екранування) від магнітних полів. Деякі фірми виготовляють

мініатюрні акустичні системи зі стереофонічними динаміками невеликих розмірів,

розміщеними в одному чи двох стовпчиках. Ці динаміки можуть працювати як від

електричної мережі, так і від батарейок і призначені для портативних комп'ютерів.

Деякі з них містять убудований програвач і можуть працювати в автономному режи-

мі (без комп'ютера).

3.8. Пристрої введення

3.8.1. Клавіатура

Клавіатуру [keyboard) призначено для введення в комп'ютер інформації від корис-

тувача.

Розміщення клавіш (keys) на клавіатурі (зони клавіатури) показано на рис. 3.48.

Зона 1 містить клавіші букв, цифр і розділових знаків. Найпоширеніший стандарт

розміщення клавіш - QWERTY (ЙЦУКЕН) - за першими п'ятьма буквами першого

ряду буквених клавіш.

Зона 2 містить клавіші керування курсором: \., t, <-, Home, End, Page Up, Page

Down, видалення попереднього символу Back (чи <-) чи наступного символу Delete

(Del), клавішу введення (Enter чи Return), клавішу регістра букв Shift, клавішу

фіксації регістра букв Caps Lock, клавішу табуляції Tab, дві керувальні клавіші

Ctrl (від Control), дві клавіші вибору Alt (від Alternate), клавішу переходу Esc

(від Escape), клавішу виведення вмісту екрана Print Screen, клавішу блокування

прокручування Scroll Lock і клавішу переривання Break.

184

Зону З можна використовувати в двох режимах за допомогою клавіші КгшіЬоск: на-

тисканням - вводити дані, ш;о містять тільки цифри і знаки арифметичних дііі, відпус-

канням - дублювання клавішами зони керування курсором.

Рис. 3.48. Зони клавіатури: І - алфавітно-цифрові клавіші; 2 - керувальні клавіші;

З - цифрові клавіші; 4 - функціональні клавіші; 5 - індикатори; 6 - додаткові клавіші

Зона 4 (функціональні клавіші) містить клавіші F1-F12, дія яких визначається ви-

конуваною програмою.

Зона 5 містить індикатори стану клавіш Caps Lock, Num Lock і Scroll Lock.

Зона 6 містить клавіші, кнопки й індикатори, склад яких залежить від моделі клаві-

атури (цієї зони в багатьох моделях клавіатури немає).

Уведення даних із клавіатури в комп'ютер виконують так. Під комп'ютерною кла-

віатурою знаходяться ґрати (матриця) з провідників (рис. 3.49). Кожна клавіша розмі-

щена над перетинанням двох провідників і в разі натискання замикає електричне коло.

Оскільки струм при цьому проходить як по вертикальному, так і по горизонтальному

провідниках ґрат, контролер клавіатури (рис. 3.49, зверху праворуч) стежить тільки за

рядками ґрат, яких менше, ніж стовпців. Схема декодування контролера, що містить мі-

кропроцесор, перевіряє, чи не натиснуто яку-небудь клавішу, постійно опитуючи рядок

незалежно від того, працює користувач з клавіатурою чи ні.

Рис. 3.49. Матриця провідників у клавіатурі

Якщо натиснуто яку-небудь клавішу, що замкнула ланцюг, схема декодування, за-

пам'ятавши номер рядка, починає опитувати стовпці, причому стан натискання цієї

клавіші фіксується доти, доки клавішу не буде відпущено, а опитування клавіатури

185

продовжуватиметься, тобто в цьому разі можна зафіксувати одночасне натискання

двох чи більше клавіш. У пам'яті ROM контролера клавіатури (зазвичай ємністю

8 кбайт) зберігається таблиця відповідності номера рядка і стовпця натиснутої кла-

віші її коду. Так, наприклад, якщо натиснуто другу клавішу в третьому стовпці (рис.

3.49), то буде знайдено код букви q. Якщо натиснуто більше однієї клавіші, то також

шукається відповідність клавіш визначеному коду. Свої коди мають праві і ліві кла-

віші - Shift, Alt чи Ctrl, а також комбінація цих клавіш з якою-небудь іншою

клавішею. Так, якщо одночасно з клавішею, що відповідає букві q, буде натиснуто

клавішу Shift (першу клавішу в п'ятому ряду), то буде знайдено код букви Q. Од-

нобайтові чи двобайтові коди окремих клавіш і комбінацію клавіш називають скан-

кодами. Для перших 128 символів скан-код збігається з кодом ASCII.

Кожна клавіша генерує два типи екан-кодів: код натискання, коли клавіша натис-

кається, і код звільнення, коли клавіша відпускається. Якщо клавіша залишається на-

тиснутою протягом деякого часу, то через певні проміжки часу контролер повторно ге-

нерує скан-код клавіші.

Генерувальні скан-коди нагромаджуються в буферній пам'яті контролера клавіа-

тури (зазвичай ємність цієї пам'яті 15 байт), а потім передаються в контролер клавіа-

тури на материнській платі, що у сучасних материнських платах реалізується в мі-

кросхемі Super I/O. Контролер може перевизначити код деяких клавіш, наприклад,

якщо діє російське чи українське розміщення клавіатури, замість символу q згенеру-

ється символ й. Потім контролер посилає дані операційній системі, що або обробляє

їх сама, або передає прикладній програмі. Якщо клавіатура підтримує технологію

Plug&Play, контролер материнської плати може запросити відомості, що зберігають-

ся в пам'яті ROM клавіатури.

Контролер на материнській платі може не тільки приймати, але й передавати дані,

щоб повідомити клавіатурі різні параметри, які може настроїти користувач, наприклад,

частоту повторення скан-коду натиснутої клавіші.

Для фіксації натискання і відпускання клавіш існують такі технології клавіатур:

- з гумовим ковпачком;

- мембранна;

- з пінопластовим елементом;

- з металевими контактами;

- ємнісна.

У клавіатурах з гумовими ковпачками (рис. 3.50, о) кожна клавіша розміщена над

маленьким гнучким гумовим ковпачком (тепер замість гуми використовують гнучку

пластмасу) із твердим вугільним стрижнем у центрі. З натисканням клавіші стрижень

у її нижній частині тисне на ковпачок. У результаті вугільний елемент опускається

вниз, натискає на тверду плоску поверхню під матрицею і замикає ланцюг для цієї кла-

віші. Якщо відпустити клавішу, гумовий ковпачок, відіграючи роль пружини, повертає

клавішу в нормальний стан.

Клавіатури з мембранними перемикачами (рис. 3.50, б) подібні до клавіатур з гу-

мовими ковпачками. Однак у них використовується не окремий ковпачок для кожної

клавіші, а смуга гуми чи гнучкого пластику з опуклостями (мембранами) для кожної

клавіші, що покриває всю матрицю провідників із двох боків. З натисканням клавіші

186

вона замикає розміщені під нею контакти в матрищ провідників, а з відпусканням

мембрана відіграє роль пружини.

Рис. 3.50. Технології фіксації клавіш: а-з гумовим ковпачком; б ~ мембранна; в - механічна;

г - з пінопластовим елементом; д - ємнісна: 1 - клавіша; 2 - ковпачок;

З - матриця провідників; 4 - контакти; 5 - вугільний стрижень; 6 - мембрани;

7 - ізолятор; 8 - пружина; 9 - пінопласт; 10 - стінки конденсатора

Механічні клавіатури (рис. 3.50, в) - це перші клавіатури, використовувані в ПК.

У разі натискання клавіші вона замикає контакти в матриці провідників, а з відпускан-

ням пружина змушує клавішу підніматися.

Клавіатури з пінопластовими елементами (рис. 3.50, г) мають клавіші, стрижень

яких закінчується пінопластовим кубиком. До нижньої частини кубика прикріплено

контакт, а до верхньої - пружину. Якщо клавішу натиснути, пружина розтягується

і замикає контакт, а якщо відпустити - стискується. Пінопластовий кубик служить

для забезпечення м'якого натискання клавіш.

Усі наведені вище технології контактні. Згідно з ємнісною технологією (рис. 3.50, д)

контакти на нижній частині клавіші і матриці провідників являють собою стінки кон-

денсатора і містять заряд. У разі натискання клавіші пружина розтягується, і відстань

між стінками зменшується, що змінює значення струму, який проходить через проводи

матриці. Оскільки фізичного контакту між стінками конденсатора немає, такі клавіатури

187

називають безконтактними. Якщо відпустити клавіші, пружина стиснеться і набуде

нормального стану.

Основні характеристики клавіатури:

- технологія фіксації клавіш;

- інтерфейс підключення;

- дотримання вимог до ергономіки, випромінювання, безпеки й екології;

- наявність додаткових клавіш і пристроїв.

Кожна технологія фіксації клавіш, має свої переваги і недоліки. Так, клавіатури

з гумовими ковпачками недорогі і стійкі до потрапляння рідини та корозії завдяки ка-

учуковому шару, що покриває матрицю клавіш. Клавіатури з мембранними перемика-

чами використовують у промислових цехах та інших середовищах з екстремальними

умовами. Механічні клавіатури і клавіатури з пінопластовими елементами тепер май-

же не використовують, оскільки контакти швидко зношуються і рідини та пил вільно

проникають усередину клавіатури. Ємнісні клавіатури дорогі, але вони корозійностійкі

і мають майже необмежений термін експлуатації.

Сучасні клавіатури підключають до материнської плати по інтерфейсу PS/2, однак

цей інтерфейс дедалі більше витісняється інтерфейсом USB. Існують також і безпро-

відні клавіатури, підключені до комп'ютера з використанням інфрачервоного випро-

мінювання чи технології Bluetooth.

До клавіатури, так само, як і до монітора, специфікацією ТСО'99 Keyboards (ТСО'99 -

клавіатури) передбачено вимоги до ергономіки, випромінювання, безпеки й екології.

До клавіатури ставляться такі ергономічні вимоги:

- до пружності клавіш під час натискання;

- до розміщення клавіш;

- до дизайну клавіш (розміру і форми клавіш);

- до відбивної здатності клавіатури (клавіатура має відбивати якнайменше світла);

- до стабільності клавіатури (клавіатура має бути досить масивною і збалансованою,

щоб не переміщуватися по столу під час натискання клавіш).

Вимогами до випромінювання визначено допустимі значення змінних магнітних

і електричних полів, а вимогами до безпеки - умови, які мають задовольняти клавіату-

ри для їх електричної безпеки.

Екологічні вимоги містять вимоги до змісту шкідливих речовин у металевих і пласт-

масових деталях клавіатури, а також вимоги до утилізації і повторного використання

матеріалів у конструкції клавіатури.

Клавіатура може бути оснащена додатковими клавішами і пристроями. Так, кла-

віатури, призначені для роботи з операційною системою Windows, містять керувальні

клавіші виклику головного та контекстного меню. Такі клавіатури іноді називають кла-

віатурами Windows 95. Клавіатуру з маркуванням (клавіатуру Windows98) доповне-

но клавішами вимкнення електроживлення, переходу в «сплячий» режим і переходу

комп'ютера в активні стани («пробудження»). Мультимедійні клавіатури доповнено

клавішами регулювання (збільшення чи зменшення гучності звука), а також клавіша-

ми керування Web-браузером.

Як додаткові пристрої в клавіатурах використовують убудовані мікрофони, трекбо-

ли, динаміки і деякі інші пристрої.

188

3.8.2. Маніпулятори

Типи маніпуляторів. З популярністю графічних інтерфейсів великого поширення

набули маніпулятори (pointing devices) - пристрої введення, що керують положенням

курсора на екрані та дозволяють виконувати одну чи декілька фіксованих команд у точ-

ці перебування курсора. Існують такі основні типи маніпуляторів:

- «мишка» (рис. 3.51, а);

- трекбол (рис. 3.51, б);

- джойстик (рис. 3.51, в);

- сенсорна панель (рис. 3.51, гід);

- сенсорний екран (рис. 3.51, е);

- диджитайзер (рис. 3.51, ж);

- графічні планшети (рис. 3.51, u і к).

ж и к

Рис. 3.51. Основні типи маніпуляторів: а - «мишка»; б - трекбол; в - джойстик;

гід - сенсорні панелі; е - сенсорний екран; ж - диджитайзер; иік- графічні планшети

«Мишка». Маніпулятор «мишка» одержала свою назву завдяки формі та принципу

роботи: вона «бігає» під керуванням користувача по поверхні робочого столу, а кабель, за

189

допомогою якого вона з'єднується з комп'ютером, нагадує мишачий хвіст. «Мишка» дозво-

ляє оптимізувати роботу з великою категорією комп'ютерних програм, що мають графічний

інтерфейс, виключивши непродуктивне часте повторне натискання деяких клавіш.

Незважаючи на широкий вибір і розмаїтість форм та розмірів «мишок», принципи

їх роботи однакові. Переміщення «мишки» по поверхні столу чи спеціального килимка

перетворюється в набір імпульсів, що передаються комп'ютеру. У разі натискання од-

нієї чи більше клавіш «мишки» код клавіші також передається комп'ютеру. Програма

керування «мишкою» (драйвер «мишки») перетворює набори імпульсів і натискання

кнопок у певні дії (наприклад, переміщення курсора).

Для того щоб ввести в комп'ютер інформацію про переміщення маніпулятора, у кон-

струкції «мишки» використовується оптико-механічний чи оптичний принцип (перші

«мишки» мали чисто механічний принцип дії, однак тепер їх уже не випускають).

Основний робочий орган оптико-механічної «мишки» (рис. 3.52, а) - металева

(для ваги) куля, покрита гумою. Під час переміщення маніпулятора по поверхні сто-

лу куля обертається і передає обертання двом бічним валикам. Вісь обертання одного

з валиків вертикальна, а другого - горизонтальна. На цих осях установлено диски з

растровими отворами, що обертаються між двома пластмасовими цоколями. На першо-

му цоколі знаходиться джерело світла в інфрачервоному діапазоні, а на другому - фо-

точутливий елемент (фотодіод, фоторезистор чи фототранзистор). Цей елемент дуже

точно визначає, де знаходиться джерело світла: перед отвором чи за пластмасовою пе-

регородкою диска. Оскільки таких растрових дисків два, то порядок висвітлення фото-

чутливих елементів визначає напрям переміщення «мишки», а частота імпульсів, що

надходять, - швидкість. У такий спосіб імітується багаторазове натискання клавіш пе-

реміщення курсора в горизонтальному і вертикальному напрямах. Електронна схема

«мишки» зчитує імпульси з фоточутливих елементів і передає їх у комп'ютер.

а b

Рис. 3.52. Типи «мишок»: а - оптико-механічна; б - оптична:

1,2 - фотодетектори; З - валики; 4 - кулька; 5,6,7 - джерела світ.7іа; 8,9 - кнопки;

10,11 - диски з прорізами; 12 - дзеркало; 13 - кнопки; 14 - елемент CMOS;

15 - лінза; 16 - LED

190