Архитектура компьютера Архитектура Фон — Неймана Архитектура

Архитектура компьютера Архитектура Фон - Неймана

Архитектура Фон - Неймана • Принципы фон Неймана • 1. Принцип программного управления. • Программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором друг за другом в определенной последовательности. • 2. Принцип однородности памяти. • Как программы (команды), так и данные хранятся в одной и той же памяти (и кодируются в одной и той же системе счисления - чаще всего двоичной). Над командами можно выполнять такие же действия, как и над данными. • 3. Принцип адресуемости памяти. • Структурно основная память состоит из пронумерованных ячеек; процессору в произвольный момент времени доступна любая ячейка.

Обобщенная архитектура простейшего компьютера Персональный компьютер можно представить в виде модели, содержащей центральный процессор, память и устройства вводавывода соединеные (через контроллеры) шиной, по которой они обмениваются информацией друг с другом. Контроллер служит для управления устройством ввода-вывода и для связи устройства с процессором и памятью (с помощью шины ввода вывода компьютера)

Архитектура компьютера Гарвардская архитектура

Гарвардская архитектура • Гарвардская архитектура — это архитектура ЭВМ, отличительными признаками которой являются: 1. Коды команд и данные хранятся на разных физических устройствах памяти. 2. Канал чтения команд из памяти и канал чтения /записи данных также физически разделены и могут работать параллельно

Сравнительный анализ архитектур • • • Достоинства гарвардской архитектуры следующие : Применение небольшой по объему памяти данных способствует ускорению поиска информации в памяти и увеличивает быстродействие МП. Гарвардская архитектура позволяет организовать параллельное выполнение программ – выборка следующей команды может происходить одновременно с выполнением предыдущей в результате чего сокращается время выборки команды. Недостатком гарвардской архитектуры является усложнение архитектуры МП и необходимость генерации дополнительных управляющих сигналов для памяти команд и памяти данных. Основное преимущество архитектуры Фон-Неймана – упрощение устройства МП, так как реализуется обращение только к одной общей памяти. Кроме того, использование единой области памяти позволяло оперативно перераспределять ресурсы между областями программ и данных, что существенно повышало гибкость МП с точки зрения разработчика программного обеспечения. Размещение стека в общей памяти облегчало доступ к его содержимому. Неслучайно поэтому фон-неймановская архитектура стала основной архитектурой универсальных компьютеров, включая персональные компьютеры.

Обобщенная структура 8 разрядного микропроцессора К Оперативной памяти и Устройствам Ввода/Вывода

Арифметико -логическое устройство (АЛУ) • АЛУ выполняет обработку данных. Типичными операциями, выполняемыми АЛУ являются сложение, инвертирование, сдвиг, а также операции инкремента и декремента. АЛУ содержит два входных порта и один выходной порт. Порты снабжены буферами, роль которых выполняют регистры временного хранения данных – буферные регистры. Необходимость в таких регистрах вызвана отсутствием в АЛУ своего запоминающего устройства. В состав АЛУ включены только комбинационные схемы и поэтому при поступлении исходных данных на входы АЛУ немедленно появляется результат на его выходе. Результат существует на выходе комбинационной схемы до тех пор пока существуют данные на её входе. Результат помещается в специальный буферный регистр - аккумулятор. • Работа АЛУ без регистров временного хранения данных невозможна.

Аккумулятор • Аккумулятор – главный регистр МП при различных манипуляциях с данными. Результат операции АЛУ размещается в аккумуляторе. При этом исходное содержимое аккумулятора теряется. • Для выполнения любой операции над данными прежде всего их необходимо поместить в аккумулятор. На пути прохождения данных из аккумулятора в АЛУ находится буфер аккумулятора. Большинство арифметических и логических операций осуществляется путём использования АЛУ и аккумулятора. .

Счетчик команд (Program Counter (РС) - программный счётчик) • Для корректного выполнения программы её команды должны поступать в строго определённом порядке. Счетчик команд следит за тем, какая команда выполняется, а какая подлежит выполнению следующей. . • После извлечения команды из памяти МП автоматически даёт приращение содержимому счетчика команд. Это приращение СК получает как раз в тот момент, когда МП начинает выполнять команду, только что извлеченную из памяти. С этого момента СК указывает, какой будет следующая команда. СК содержит адрес следующей выполняемой команды на протяжении всего времени выполнения текущей команды. Перед выполнением программы СК загружается адресом ячейки памяти, содержащей первую команду программы.

Регистр адреса памяти • При каждом обращении к памяти ЭВМ регистр адреса памяти указывает (содержит) адрес ячейки памяти, которая подлежит использованию МП. Регистр адреса памяти содержит двоичное число – адрес области памяти. Выход этого регистра называется адресной шиной.

Регистр команд • В ходе извлечения команды из памяти её первый байт (КОП) передаётся в регистр команд. Содержимое регистра доступно дешифратору команд. Регистр команд предназначен исключительно для хранения текущей выполняемой команды. Регистр команд соединён с внутренней шиной данных, однако он может только принимать данные – посылать данные на шину он не может. • При извлечении команды из области памяти копия команды помещается на внутреннюю шину данных и пересылается в регистр команд. Далее дешифратор команд считывает содержимое регистра команд, сообщая МП что делать для реализации операций команды.

Регистр состояния(Слово состояния программы PSW programm status word) • Данный регистр предназначен для хранения результатов некоторых проверок состояния аккумулятора, осуществляемых в процессе выполнения программы. Регистр состояния содержит одноразрядные биты индикаторы, содержимое этих индикаторов используется для условного ветвления программ. • Этот регистр ещё называют регистром признаков или словом состояния программы. В этом регистре находятся также биты управления приоритетом ЦП.

Указатель стека (Stack Pointer - (SP)) • Указатель стека (SP) представляет регистр, который содержит адрес последнего помещенного в стек байта. Указатель стека декрементируется при каждом помещении в стек и инкрементируется при каждом извлечении из него.

Регистры общего назначения (РОН) • • РОН служат в качестве запоминающих устройств, это позволяет повысить быстродействие микро-ЭВМ за счет сокращения пересылок кодов между МП и памятью. РОН представляет собой сверхоперативную память МП.

Схема управления (микропрограммного управления) • Схема управления состоит из дешифратора команд и устройства управления и синхронизации. Одна из главных функций схемы управления – декодирование команды. Для этого служит дешифратор команд. Он анализирует отдельные биты команды находящиеся в регистре команд и передаёт код операции в устройство управления. Основу устройства управления составляет управляющая память микропрограмм. Каждой машинной команде соответствует определенная микропрограмма зашитая в ПЗУ. Для повышения быстродействия микропрограммное управление может быть в виде комбинационной схемы на программируемых логических матрицах(ПЛМ). Устройство управления получает сигналы от дешифратора команд для определения природы выполняемой команды. Устройство управления получает также информацию от регистра состояния в случае условного перехода. Сигналы управления и синхронизации передаются во все блоки МП для координации выполнения команд и управления внешними устройствами (ОЗУ, ПЗУ, УВВ).

Работа микропроцессора • Программный счётчик выдаёт адрес команды на шину адреса. Память помещает команду, находящуюся по этому адресу на шину данных. Процессор вводит команду в свой регистр команды. Там команда дешифруется, определяется код операции, определяется длина команды в байтах. Если команда использует слово из памяти, определяет, где находится это слово. Процессор переносит слово, если это необходимо, в регистр центрального процессора. • Сама команда после её обработки регистром команды, выполняется остальными устройствами процессора, назначение которых указано выше. Программный счётчик адресует следующую команду, находящуюся по адресу на длину команды от предыдущей. Когда выполнение текущей команды завершается содержимое программного счётчика помещается на шину адреса и цикл повторяется.

Базовый цикл выполнения команды • • Последовательность команд, описывающих решение определенной задачи, называется программой. Программа записывается в память компьютера. Электронные схемы каждого компьютера могут распознавать и выполнять ограниченный набор простых (машинных)команд. Поэтому все программы перед выполнением должны быть превращены в последовательность таких простых машинных команд. Команды из которых состоит программа, как правило, выполняются последовательно в порядке возрастания номеров ячеек памяти в которых они располагаются. Процесс выполнения каждой команды программы в простейшем случае состоит из двух этапов : 1)процессор считывает очередную команду из памяти , 2) а затем выполняет её. В свою очередь каждая машинная команда при выполнении процессором разбивается на последовательность элементарных команд, называемых микрокомандами.

Программный ввод - вывод • Процессор постоянно опрашивает устройство и отслеживает его состояние(обычно готовность устройства определяется состоянием специального бита контроллера Ввода - Вывода) • При готовности устройства процессор записывает или считывает данные с устройства. • Недостаток - процессор постоянно занят только анализом состояния устройства.

Ввод вывод по прерываниям • Когда устройство ввода-вывода завершает порученную ему работу, оно инициирует прерывание (при условии, что прерывания разрешены операционной системой). Это делается путем выставления сигнала на специально выделенной линии шины. Этот сигнал обнаруживается микросхемой контроллера прерываний, расположенной на системной плате. Если не было никаких других отложенных прерываний, контроллер прерываний немедленно обрабатывает инициированное прерывание. Если он находится в процессе обработки другого прерывания или какиенибудь другое устройство в то же самое время выставило на шине запрос на прерывание более высокого приоритетного уровня, то устройство на некоторое время просто игнорируется. • В таком случае оно продолжает выставлять на шину сигнал на прерывание до тех пор, пока оно не будет обслужено центральным процессором. • Для обработки прерывания контроллер прерываний передает процессору номер устройства запросившего прерывание (помещает его на линии шины адреса), • указывая, какое устройство требует к себе внимания, и выставляет сигнал на прерывание работы центрального процессора.

Ввод вывод по прерываниям • • • Сигнал на прерывание приводит к тому, что центральный процессор прерывает работу и приступает к обработке запроса на прерывание. Номер устройства запросившего прерывание используется в качестве индекса в таблице, называемой вектором прерываний, Соответствующая ячейка в таблице хранит адрес памяти с которого начинается программа обработки прерывания. Этот адрес загружается счетчика команд и начинает работать программа обслуживания прерывания. Обычно с этого момента системные и обычные прерывания используют один и тот же механизм. Местоположение вектора прерываний может быть «зашито» в самой машине или может находиться где-нибудь в памяти, в том месте, на которое указывает регистр центрального процессора (загружаемый операционной системой). Практически сразу после запуска процедура обработки прерывания подтверждает получение прерывания, записывая определенное значение в один из портов ввода-вывода контроллера прерываний. Это подтверждение сообщает контроллеру, что он может выдавать новое прерывание. Информация о прерванном процессе(программе) может храниться либо в стеке процесса либо в стеке ядра(системном стеке

Ввод – вывод по прерываниям

Прямой доступ к памяти • • • DMA (Direct Memory Access). Операционная система может использовать DMA только при наличии аппаратного DMA-контроллера, Он может располагаться на материнской плате(один для всех устройств) либо может быть встроен в контроллеры внешних устройств (но такая конструкция требует отдельного DMA-контроллера для каждого устройства. ) Сначала центральный процессор программирует DMA-контроллер, устанавливая значения его регистров , начальный адрес памяти с которого данные будут записываться в память, и количество передаваемых данных(записываются в счетчик. )таким образом, чтобы он знал, что и куда нужно передать. Он также выдает команду контроллеру диска на чтение данных с диска во внутренний буфер контроллера и на проверку контрольной суммы. После того как в буфере контроллера окажутся достоверные данные, к работе может приступать DMA. Он формирует адрес памяти и команды записи данных с буфера контроллера внешнего устройства в память. По окончании передачи всех данных буфера контроллер Внешнего устройства сообщает об этом контроллеру DMA может работать в двух режимах : пословном(передается слово ) и поблочном(передается блок). При работе в режиме DMA данные могут передаваться не сразу от контроллера ВУ в ОП а считываться в контроллер DMA, а из него в память.

DMA

Иерархия памяти На самом верху иерархии находятся регистры процессора. Доступ к регистрам осуществляется быстрее всего статическая память Дальше идет кэш-память, объем которой сейчас составляет от 32 Кбайт до нескольких мегабайтов. Кэш – Статическая полупроводниковая память Затем следует основная память(опреативная память), которая в настоящее время может вмещать от 16 Мбайт до десятков гигабайтов. Это динамическая память. Затем идут магнитные диски и, далее флэш память наконец, накопители на магнитной ленте и оптические диски, которые используются для хранения архивов. По мере продвижения сверху вниз по иерархии меняются три параметра во-первых, увеличивается количество битов, которое вы получаете за 1 доллар.

Статическая память

КЭШ Идея кэша состоит в том, что когда определенное слово вызывается из памяти, оно вместе с соседними словами переносится в кэш-память, что позволяет при очередном запросе быстро обращаться к следующим словам уже находящимися в кэше. Кэш L 1 — это внутренний кэш, интегрированный в ЦП. Кэш L 2 — внешний кэш, первоначально устанавливаемый на материнскую плату около ЦП. Сейчас Кэш L 2 — интегрируется в ЦП. Кэш L 3 — используется на ряде высокопроизводительных рабочих станций и серверных ЦП.

Динамическая память

Динамическая память Синхронная динамическая оперативная память (SDRAM) — это динамическое ОЗУ, которое работает в синхронном режиме с шиной запоминающего устройства. Данная шина — это путь данных между ЦП и основной памятью. Для координации обмена данными между синхронной динамической оперативной памятью и ЦП используются сигналы управления. Синхронная динамическая оперативная память с удвоенной скоростью передачи данных (Double Data Rate SDRAM) — это память, которая передает данные в два раза быстрее синхронной динамической оперативной памяти. Синхронная динамическая оперативная память с удвоенной скоростью передачи данных повышает производительность системы, передавая данные в два раза быстрее. Double Data Rate 2 SDRAM работает быстрее, чем DDR SDRAM. DDR 2 SDRAM имеет более высокую производительность по сравнению с DDR SDRAM благодаря понижению шума и помех между сигнальными шинами. Double Data Rate 3 SDRAM расширяет пропускную способность памяти, удваивая тактовую частоту DDR 2 SDRAM. DDR 3 SDRAM характеризуется меньшим энергопотреблением и вырабатывает меньше тепла, чем DDR 2 SDRAM. RAMBus DRAM — это интегральная схема памяти, созданная для взаимодействия на очень высокой скорости. Микросхемы RDRAM не распространены.

Характеристики микросхем памяти

Внешние запоминающие устройства на магнитных носителях • В зависимости от формы используемого носителя эти ВЗУ подразделяются на; • накопители на магнитных лентах (НМЛ) • Информация на магнитный носитель записывается посредством создания на его поверхности магнитных неоднородностей. Для этого на материал, обладающий ферромагнитными свойствами, воздействуют магнитным полем. Под воздействием этого поля происходит изменение состояния носителя: он может быть намагничен или размагничен. Фиксация информации осуществляется благодаря способности магнитного носителя сохранять остаточную намагниченность после прекращения действия магнитного поля.

Память на жестком диске • • • Магнитный диск состоит из одной или нескольких алюминиевых поверхностей 1, покрытых магнитным слоем. Головка диска, содержащая индукционную катушку, двигается над поверхностью диска, опираясь на воздушную подушку. . Когда через головку проходит положительный или отрицательный ток, он намагничивает поверхность под головкой. При этом магнитные частицы намагничиваются направо или налево в зависимости от полярности тока. Когда головка проходит над намагниченной областью, в ней (в головке) возникает положительный или отрицательный ток, что дает возможность считывать записанные ранее биты. Поскольку диск вращается под головкой, поток битов может записываться, а потом считываться

Внешние запоминающие устройства на оптических носителях 1 6 3 4 5 2 9 7 10 8 Оптический носитель 1 – генератор, формирующий лазерный луч 2; 3 – оптическая система (коллиматор), формирующая параллельный световой поток 4; 5 – полупрозрачное зеркало; 6 – оптическая призма; 7– фокусирующая система (объектив); 8 – сфокусированный лазерный луч, засвечивающий носитель; 9 – отраженный лазерный луч; 10 – светочувствительный элемент (фотодиод). Режимы записи и чтения отличаются различной мощностью лазерного луча

Видеомониторы • Видеотерминалы, или дисплеи (display - показывать, индицировать) - это устройства вывода информации в форме, удобной для пользователя • Носитель информации в дисплее, представляет собой двумерную поверхность, разбитую на отдельные точки (пиксели), организованные в виде прямоугольной матрицы из n строк по m пикселей в каждой. Произведение n на m называется разрешением двумерной поверхности монитора. • При формировании цветного изображения используется понятие «логический пиксель» , состоящий из нескольких (как правило, трех) физических пикселей, каждый из которых отвечает за один из базовых цветов (например, голубой, красный, зеленый).

Видеомониторы • По цвету свечения экрана ЭЛТ подразделяются на монохромные и многоцветные. • Монохромные могут иметь разный цвет свечения: белый, зелёный, синий, красный и другие. • Многоцветные подразделяются по принципу действия на двухцветные и трёхцветные. • По способу поддержания изображения на экране различают дисплеи с регенерацией и запоминанием изображения.

Видеомониторы • По виду отображаемой информации дисплеи подразделяют на алфавитноцифровые (минимально - управляемой единицей отображаемой информации является символ) • , графические и комбинированные (минимально - управляемой единицей отображаемой информации является пиксель). • По способу формирования изображения графические дисплеи ПЭВМ подразделяют на : Векторные -электронный луч проходит вдоль линий изображения.

Видеомониторы Растровые – пиксели экрана обрабатываются по строкам Точки каждой строки обрабатываются последовательно в порядке их расположения на экране - по завершению обработки точек очередной строки начинается обработка следующей строки и т. д. Такая последовательность образует на поверхности носителя траекторию, которая называется линейным растром. а) В) а)1— 2— 3— 4— 5—… построчный растр (развёртка); в)1— 3— 5— 7—…, затем 2— 4— 6— 8—… (чересстрочная развёртка).

Видеомониторы • По типу экрана мониторы можно разделить на основные группы: • • электронно-лучевые трубки (ЭЛТ) жидко кристаллические экраны плазменные экраны Светодиодные экраны

Видеомониторы • электронно-лучевые трубки ЭП ЭЛ F X Y • • ЭП – электронный прожектор, формирующий электронный луч ЭЛТ; F - cистема фокусировки луча; X - система отклонения луча по оси X; Y - система отклонения луча по оси X.

При цветном изображении в ЭЛТ используются несколько электронных прожекторов (по числу базовых цветов). На каждый из них подается напряжение, величина которого зависит от нужной интенсивности свечения соответствующего физического пикселя.

Недостатки ЭЛТ мониторов • использование высокого напряжения; • наличие облучения пользователя, несмотря на принимаемые меры по экранировке; • наличие искажений по периферии экрана; • большие габариты; • значительное потребление

Видеомониторы Жидкокристаллический дисплей (ЖК-дисплей, ЖКД, Liquid crystal display, LCD) • Важнейшие характеристики ЖК-дисплеев: • Разрешение — горизонтальный и вертикальный размеры, выраженные в пикселях. • Размер точки (размер пиксела) — расстояние между центрами соседних пикселей. • Соотношение сторон экрана (формат) — отношение ширины к высоте (4: 3, 5: 4, 16: 10, 16: 9, 8: 5, 5: 3, и др. ) • Видимая диагональ — размер самой панели, измеренный по диагонали. • Контрастность — отношение яркостей самой светлой и самой тёмной точек. • Яркость — количество света, излучаемое дисплеем, обычно измеряется в канделах на квадратный метр. • Время отклика — минимальное время, необходимое пикселю для изменения своей яркости. • Угол обзора — угол, при котором падение контраста достигает заданного. Для разных типов матриц и разными производителями вычисляется поразному, и часто не подлежит сравнению. • Тип матрицы: технология, по которой изготовлен ЖК-дисплей.

Видеомониторы Материал типа «жидкий» кристалл представляет собой особое жидкое вещество, которое под воздействием электрического поля начинает обладать свойством кристаллического материала, а именно его молекулы начинают принимать одинаковую ориентацию, что прводит к измененю плоскости поляризации светового потока, проходящего через этот материал. Изменяя напряжение на ячейке – изменяется плоскость поляризации и следовательно яркость света через ячейку.

Видеомониторы При построении мониторов на жидкокристаллическом материале этот материал помещается между тонкими прозрачными пластинами, и через дифракционную решетку, обеспечивающую поляризацию света, на него подается световой поток. Прошедший через жидкокристаллическое вещество световой поток пропускается через поляризационный фильтр. Таким образом, на выходе поляризационного фильтра будет иметь место воспринимаемый человеком световой поток.

Для формирования цветного изображения используется цветной фильтр

Сканеры Сканер - устройство, позволяющее вводить в компьютер образы изображений, представленных в виде текста, рисунков, слайдов, фотографий или другой графической информации. Сканеры можно классифицировать: 1) По степени прозрачности вводимого оригинала изображения на: - не прозрачные оригиналы(фотографии, рисунки, страницы журналов ); - прозрачные оригиналы (цветные и черно-белые слайды и негативы). 2) По кинематическому механизму сканера на: - ручные; - настольные (планшетные, рулонные, проекционные). 3) По типу вводимого изображения : - чёрно – белые(штриховые и полутоновые); - цветные. 4)По типу используемой матрицы на - ССD матрицу; -CIS матрицу

Принтеры

Основные характеристики принтеров - Разрешение - максимальное количество точек, которые принтер может раздельно напечатать на отрезке в 1 дюйм (25, 4 мм), имеряется в точках на дюйм (dpi — dot per inch). Чем меньше эти точки и чем чаще они расположены, тем выше качество изображения. Логическое разрешение – промежуточные точки получаются путем интерполяции соседних физических точек. - Скорость монохромной печати - Скорость цветной печати - Объем внутренней памяти - Формат печати - Емкость устройств подачи - Емкость выходных устройств - Максимальная месячная нагрузка (количество страниц) - Интерфейс - Уровень шума - Габаритные разделы, вес

Сканеры Сканер - устройство, позволяющее вводить в компьютер образы изображений, представленных в виде текста, рисунков, слайдов, фотографий или другой графической информации. Сканеры можно классифицировать: 1) По степени прозрачности вводимого оригинала изображения на: - не прозрачные оригиналы(фотографии, рисунки, страницы журналов ); - прозрачные оригиналы (цветные и черно-белые слайды и негативы). 2) По кинематическому механизму сканера на: - ручные; - настольные (планшетные, рулонные, проекционные, барабанные, книжные, сканеры штрих кодов). 3) По типу вводимого изображения : - чёрно – белые(штриховые и полутоновые); - цветные. 4)По типу используемой матрицы на - ССD матрицу; -CIS матрицу

Планшетный сканер На носителе ограниченного размера (1) с помощью линейной лампы подсветки или линейки светолиодов (2)освещается вся считываемая строка(3), и отраженный свет через поворотное зеркало (4) и оптическую систему (5) направляется на линейку светочувствительных элементов (6).

Ручные сканеры Низкое качество малая стоимость.

Характеристики сканера - Оптическое разрешение сканера (по вертикали) - это реальное количество точек, которое в состоянии различить светочувствительный элемент сканера. Оно измеряется в DPI (dots per inch - точек на дюйм) и является одним из основных параметров сканера. - Механическое разрешение сканера (по горизонтали)- это разрешение, обеспечиваемое механизмом перемещения сканирующего элемента. - Улучшенное разрешение по вертикали и горизонтали - это разрешение получаемое с помощью интерполяции. Интерполяция - это искусственно увеличенное разрешение. Оно достигается путем математического вычисления недостающих точек изображения (методом интерполяции), осуществляемого драйвером с помощью специальных алгоритмов.

Характеристики сканера -Динамический диапазон - означает способность сканера воспринимать самые яркие (прозрачные) и самые тёмные (непрозрачные) участки( способность сканера различить близлежащие оттенки). Обозначается буквой D. Динамический диапазон связан с оптической плотностью. С характеристикой динамического диапазона неразрывно связана оптическая плотность. Оптическая плотность - это характеристика оригинала. Вычисляется она как десятичный логарифм отношения света падающего на оригинал к свету отраженному от оригинала (для непрозрачных оригиналов) или прошедшему через оригинал (для слайдов и негативов). Минимально возможное значение оптической плотности 0. 0 D – это идеально белый (прозрачный) оригинал. Значение 4. 0 D соответствует предельно черному (непрозрачному) оригиналу. Максимальная оптическая плотность у сканера - это оптическая плотность оригинала, которую сканер еще отличает от "полной темноты".

Характеристики сканера -Глубина цвета( внутренняя 8 – 48 бит) - число разрядов, используемых для кодирования цвета каждого оцифрованного пикселя (количество цветов, которые сканер способен различить). Определяется разрядностью АЦП - сканера Глубина цвета( внешняя 16 – 96 бит) - количество цветов, которые сканер способен передать компьютеру. Глубина резкости - максимальное расстояние от фоточувствительного датчика до оригинала на котором оптическая система сканера способна обработать оригинал с достаточным уровнем резкости. Скорость сканирования число страниц, сканируемых за одну минуту. Иногда данный параметр может измеряться в числе линий, сканируемых за одну секунду.

Проекционный сканер Для сканирования информации с носителей большого размера Применения в рассматриваемой конструкции зеркального барабана с плоскими боковыми гранями позволяет при одном обороте барабана выполняеть n считываний, где n – число плоских граней барабана.

Проекционные сканеры При использовании матрицы считывающих элементов поверхность носителя (1) с изображением (2) проецируется с помощью отраженного света (5) через собирающую линзу (4) на матрицу светочувствительных элементов (3), которые меняют свои электрические параметры в зависимости от освещенности.

Сканеры CCD - сканеры Сканируемое изображение освещается белым светом от флуоресцентной лампы. Отраженный свет через редуцирующую (уменьшающую)линзу попадает на фоточувствительный полупроводниковый элемент, называемый прибором с зарядовой связью ПЗС(Change- Coupled Device, CCD) – это интегральная микросхема, оснащенная светочувствительной линейкой в основу которой положена чувствительность проводимости p-n-перехода обыкновенного полупроводникового транзистора или диода от степени его освещенности. На p-n-переходе создается заряд, который рассасывается со скоростью, зависящей от освещенности. Чем выше скорость рассасывания, тем больший ток проходит через транзистор (диод).

CCD - сканеры

Сканеры Каждая строка сканирования изображения соответствует определенным значениям напряжения на ПЗС. Эти значения напряжения преобразуются в цифровую форму через аналого-цифровой преобразователь АЦП Для сканирования цветного изображения источник белого света освещает сканируемое изображение, а отраженный свет через редуцирующую линзу попадает на трех полосную ПЗС через систему специальных фильтров, которые и разделяют белый свет на три компонента: красный, зеленый и синий.

Сканеры CIS- сканеры CIS(Contact Image Sensor)-матрица состоит из светодиодной линейки, которая освещает поверхность сканируемого оригинала, самофокусирующихся микролинз и непосредственно самих сенсоров. Конструкция матрицы очень компактна, таким образом, сканер, в котором используется контактный сенсор, всегда будет намного тоньше CCD- сканера. Такие сканеры имеют низкое энергопотребление; они практически нечувствительны к механическим воздействиям. Однако CIS-сканеры несколько ограничены в применении: аппараты, как правило, не приспособлены к работе со слайд-модулями и автоподатчиками документов.

Сравнительный анализ сканеров

АНАЛОГО – ЦИФРОВЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ (АЦП) Аналого-цифровые преобразователи (АЦП) предназначены для преобразования аналоговой величины в цифровой код. Это устройства, которые принимают аналоговые сигналы и генерируют соответствующие им цифровые. Дискретизация - это преобразование непрерывной функции (аналогового сигнала) в виде ряда последовательности дискретных отсчетов. Промежутки времени между отсчетами Δt– частота дискретизации. Теорема Котельникова - частота дискретизации должна быть вдвое больше максимальной частоты сигнала. (разрядность и Δt)

АНАЛОГО – ЦИФРОВЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ (АЦП) • Аналоговое входное напряжение Uвх подается на вход компараторов и сравнивается с набором опорных напряжений, снимаемых с делителя. На выходе компаратора, где входное напряжение больше соответствующего опорного, будет лог. 1, на остальных - лог. 0. Шифратор предназначен для преобразования полученной группы нулей и единиц в двоичный код.

Цифро-аналоговые преобразователи (ЦАП) • Цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) предназначен для преобразования цифрового кода( сигнала) в аналоговый. • Принцип работы ЦАП заключается в суммировании аналоговых сигналов (ток или напряжение). Суммирование производится с коэффициентами, равными нулю или единице в зависимости от значения соответствующего разряда кода. • Основные характеристики – разрядность, частота дискретизации.

Цифро-аналоговые преобразователи (ЦАП) Опорное напряжение VREF подается на резисторный делитель. Выходной сигнал снимается с соответствующего отвода замыканием одного из 2 N коммутаторов после декодирования N- разрядных данных.

Схема контроля напряжений

Определение. Система счисления – это совокупность правил для обозначения и наименования чисел. Определение. Непозиционной называется такая система счисления, в которой количественный эквивалент каждой цифры не зависит от ее положения (места, позиции) в записи числа. Пример: В числах XI и IX “вес” обоих цифр одинаков, несмотря на их месторасположение. Определение. Основанием системы счисления называется количество знаков или символов, используемых для изображения числа в данной системе счисления. Определение. Система счисления называется позиционной, если значение цифры зависит от ее места (позиции) в записи числа. Пример: В числе 42535 “вес” цифр зависит от их месторасположения

Перевод целых чисел из десятичной системы счисления в другую. Правило перевода целых чисел из десятичной системы счисления в систему с основанием q: • Последовательно выполнять деление исходного числа и получаемых частных на q до тех пор, пока не получим частное, меньшее делителя. Полученные при таком делении остатки – цифры числа в системе счисления q – записать в обратном порядке (снизу вверх)

Перевод дробных чисел из десятичной системы счисления в другую. Правило перевода дробных чисел из десятичной системы счисления в систему с основанием q: • Последовательно выполнять умножение исходного числа и получаемых дробные части на q до тех пор, пока дробная часть не станет равна нулю или не достигнем требуемую точность. • Полученные при таком умножении целые части - числа в системе счисления q – записать в прямом порядке (сверху вниз).

Определение. Развернутой формой записи числа называется такая запись: а 4 а 3 а 2 а 1 а 0 = а 4*q 4 + a 3*q 3 + a 2*q 2 + a 1*q 1 + a 0*q 0 , где а 4, а 3, а 2, а 1, а 0 –цифры числа, q –основание степени.

Перевод чисел из любой системы счисления в десятичную. Правило Для того чтобы число из любой системы счисления перевести в десятичную систему счисления, необходимо его представить в развернутом виде и произвести вычисления.