Monitor, HID a zvuková karta

Obsah této lekce

• Polohovací zařízení, myš a spol.
• Klávesnice
• Zobrazovací adaptéry
• Zvuková karta
• Souborové systémy

Polohovací zařízení, myš a spol.

Myš prehisotrická - kuličková, pouze 2 tlačítka, bez kolečka, rozhraní PS2	Myš modernější	Touchpad v notebooku

• Myš
• Touchpad
• Trackball
• Trackpoint
• Tablet
• Touchscreen
• Joystick

Myš

• Prvně použita 1963
• Zespodu dva typy snímačů
• Kuličkové
  • 2 kolmé hřídelky a 2 kruhové optické snímače
• Optické
  • v podstatě malá kamera s vysokou frekvencí snímání obrazu (1500x/s)
  • přisvěcování LED
  • Odolné vůči nečistotám a nerovnosti povrchu
  • Přesnější snímání rychlých pohybů
  • Ještě vyšší rychlosti a přesnosti dosahují laserové myši
• Z vrchu tlačítka 1-5
• Kolečka pro scrolování - po krocích, obvykle dpoředu-dozadu, vyjimečně vyklápění kolečka do stran

Uložení hřídelek kuličkové myši	Pohled na optický senzor s přispvěcovací LED optické myši

• Podle připojení rozlišujeme myši:
• Bezdrátové
  • IR – malý dosah, nutná přímá viditelnost
  • Radio
  • BlueTooth
  • Obsahují baterie nebo akumulátory = vyšší hmotnost + nutnost dobjení
• Připojené kabelem
• Sériové rozhraní COM - zastaralé
• PS2
• USB

Konektory rozhraní PS2 - DIN	Konektory rozhraní COM	Set bezdrátové myši

Mobilní polohovací zařízení

• Trackball
  • kuličková myš otočená břichem vzhůru
• Trackpoint
  • Kolíček mezi klávesami G-H-B
  • Nemá funkci tlačítek
  • U notebooků využívá IBM
• Touchpad
  • U notebooků destička před klávesnicí
  • Kapacitní snímač polohy a pohybu prstu

Trackball	Trackpoint a touchpad

Ostatní polohovací zařízení

• Tablet
  • Snímá absolutní polohu pera
  • Princip snímání: indukční nebo kapacitní
  • Využívá se především v grafických studiích
• Joystick
  • Pro ovládání her
  • 2 analogové snímače úhlu v kolmých osách
  • Mnoho tlačítek – programovatelné funkce

Tablet	Joystick

Klávesnice

• Standardní uspořádání 102 kláves
• Multimediální – přidána další tlačítka na ovládání přehrávání, browseru atd.
• Různá národní rozložení, qwerty/qwertz, Francouzké, Thajské… (Číňané píší foneticky)
• Ergonomické – anatomické vyboulení
Technicky
• 2 pružné membrány s vodivými cestami do matice
• Mezi nimi maska s otvory
• Stiskem klávesy se membrány spojí
• Procesor v klávesnici převádí kombinaci propojení vodivých cest na sériový signál

Multimediální klávesnice	Ergonomická klávesnice	Numerická klávesnice pro připojení k notebooku

Zobrazovací adaptéry

• Klasické CRT monitory
• LCD panely
• Plazmové panely
• OLED displeje

CRT monitor	LCD panel

Plazmový panel	OLED displej v notebooku

Monitory CRT

• Stejný princip i konstrukce jako televizní obrazovka
• Ale vyšší rozlišení
• Vyšší obnovovací frekvence
• Obrazovka – dutá baňka
• V zadní části žhavá katoda, předpětím je z ní uvolňován elektronový paprsek
• Vychylovací cívky pohybují paprskem po stínítku
• Na stínítku jsou naneseny luminofory, které přeměňují dopadající elektrony na fotony
• RGB – tři barvy luminoforů podle spektrální citlivosti čípků v oku

Princip funkce CRT obrazovky

• Před vrstvou luminoforů je umístěna maska
• Pixel = trojice subpixelů RGB
• Technologie masek:
  • Delta - uspořádání subpixelů do trojúhelníku
  • Trinitron – 2 vodorovné proužky v obraze=výztuhy masky – vyšší kontrast
• Nevýhody CRT: velké rozměry, vysoká spotřeba
• Výhody: rychlé, přesné podání barev, široký pozorovací úhel
• Technologie na ústupu

Detail subpixelů stínítku monitoru	Princip fokusace elektronového svazku

LCD panely

• Moderní zobrazovací jednotky
• Výhody: malé rozměry (ploché) nižší spotřeba, digitální rozhraní
• Nevýhody: Horší podání barev, nižší obnovovací frekvence, horší výtěžnost výroby, nativní rozlišení
• Princip: V přední části membrána s vrstvou tekutých krystalů a průhlednou řídící elektronikou, v zadní části podsvětlení
• Pasivní vs. Aktivní (TFT) displeje
• Důležité parametry: kontrast, svítivost, rychlost, pozorovací úhly

Buňka LCD tvořící ze 3 barevných subpixelů jeden pixel

Plasmové dipleje

• Velké zobrazovací panely, např. v letištních halách
• Výhody: Vysoký kontrast, vysoká svítivost, široký pozorovací úhel, vysoká rychlost
• Nevýhody: nízké rozlišení, energetická náročnost (1000+ W), vysoká cena

Detail buňky (jednoho pixelu) plasmového displeje	Buňka plasmového displeje v řezu

OLED – Organic Light Emitting Diode

• Použití v malých přenosných zařízeních (mobilních telefonech)
• Výhody: Aktivní produkce světla, každý pixel svítí => vysoký kontrast, široký pozorovací úhel, nepotřebuje podsvícení-nízká spotřeba energie
• Nevýhody: Zatím nízká životnost-postupně degraduje

OLED dipleje nanesené an organický substát mohou být pružné	Detail buňky OLED displeje

Zvuková karta

• Periferní zařízení umožňující převádět analogový signál na digitální a obráceně a pracující v akustickém pásmu (20Hz – 20kHz)
• Dříve přídavné karty, dnes již v naprosté většině integrované na základní desce
• Provedení interní (PCI) x externí (USB)
• PC Speaker – malý repoduktorek ve skříni počítače

Zvuková karta pro sběrnici PCI

Bitová hloubka a vzorkovací frekvence

• Nahrávat i přehrávat zvuk je možné s různým rozlišením 8-24b
• Stejně tak je možné volit vzorkovací frekvenci
• Bitová hloubka určuje odstup signál-šum
• Vzorkovací frekvence ovlivňuje maximální frekvenci v zaznamenaném signálu
• Shannonův teorém Fs>2*max(F)
• Čím vyšší je vzorkovací frekvence a bitová hloubka, tím vyšší je výsledný datový tok
• CD kvalita 16b/44kHz = 172kB/s
• Převod tlak <-> výchylka(rychlost) <-> napětí <-> číslo

Prostorový zvuk

• Moderní DSP ve zvukových kartách umožňují počítat odrazy od stěn pro zadané prostředí a zvukové zdroje
• Výstup je potom možné si nechat vypočít pro výstup do sluchátek (2 kanály) nebo až 6 reproduktorů
• Standardy (API) pro prostorový zvuk: DirectSound3D, EAX, A3D, Sensaura
• Využitelné obzvláště ve hrách

Zvuková karta pro sběrnici PCI

Architektura zvukové karty

• Řadič + DSP – komunikace se sběrnicí + výpočty zvukových a prostorových efektů
• Kodek – AD/DA konverze
• Analogové obvody – filtry, zesilovače
• Zvukové karty integrované na základní desce neobsahují řadič a všechny výpočty provádí CPU

Detail PCB zvukové karty

Vstupy a výstupy zvukové karky

• Dnes většinou výstup na 6 reproduktorů, slabý signál, nutno použít zesilovač
• Linkový vstup, obvyklá citlivost 1V
• Mikrofonní vstup (nastavitelné zesílení)
• MIDI In/Out – připojení hudebních nástrojů

Schéma vstupů a výstupů zvukové karty

Externí zvuková karta pro připojení přes USB	Poloprofesionální zvuková karta s externími regulátory

Profesionální zvukové karty

• Aby se zabránilo elektromagnetickému rušení uvnitř počítače, jsou leckdy řešeny jako externí
• Umožňují pracovat s rozlišením až 24b a vzorkovací frekvencí 192kHz
• Ceny 15000-30000+Kč

Profesionální zvuková karta

Souborový systém – File System - FS

• způsob organizace informací (souborů) ukládaných na paměťová média
• Souborový systém rozděluje oblast disku na jednotlivé adresáře a soubory, hlídá volné místo atd.
• Souborový systém je obvykle spravován jádrem operačního systému
• Příklady FAT, NTFS, ext2, ext3, ReiserFS, JFS, XFS, ISO 9660

Souborové systémy

• Rozdělení disku
  • Fyzické: plotny, stopy, sektory, clustery
  • Logické: souborové systémy, volume=svazky, adresáře, soubory
• Nejmenší fyzicky adresovatelnou jednotkou je sektor=512b
• Nejmenší jednotkou logickou FS je cluster (FAT 1-1024), obvykle cca 4kB
• Vzhledem ke kapacitám současných pevných disků se uvažuje o přechodu na sektor velikosti 4kB

Struktura uložení dat

• disky lze členit na partition = diskový oddíl
• MBR – na začátku pevného disku
• zavaděč zavaděče operačního systému (Bootstrap Loader).

Příklad rozdělení diku

FAT    

• jednoduchý FS dnes ho podporuji všechny OS
• dnes ho používá disketa, Flash disky, ZIP
• vznik 1980 MSDOS
• 1983 – FAT2, adresáře 2GB
• 1995 vyšla s Windows 95 další verze, nazývaná VFAT, názvy 255znaků
• 1997 vyšla verze nazývaná FAT32, 32 bitové adresy clusteru, 128TB
• Souborový systém FAT se skládá ze čtyř oblastí:
  • Boot sektor. Ten obsahuje základní údaje o souborovém systému, jako je verze, počet sektorů na cluster, počet sektorů FAT, počet sektorů kořenového adresáře, jméno disku (label) a další.
  • Oblast tabulek FAT (obvykle jsou na disku dvě, druhá jako záloha)
  • Kořenový adresář (ve FAT32 už může být v datech)
  • Datová oblast - obsahuje soubory a další adresáře
• Tabulka FAT je seznam (pole) záznamů o clusterech

NTFS    

• nativní FS Windows NT a novějších
• žurnálování – všechny zápisy na disk se zároveň zaznamenávají do speciálního log souboru
• při havárii možnost obnoveni konzistentního stavu
• ACL (Access Control List) – podpora pro přidělování práv k souborům
• komprese na úrovni souborového systému , šifrování , kvóty
• dlouhá jména hardlinky, symlinky
• Celý systém je řešen jako obří databáze
• Na začátku disku Master File Table (MFT), obsahující záznamy o všech souborech, včetně sebe a boot sektoru
• soubory mají atributů; definice je v souboru $AttrDef
• Klasický soubor má mj. tyto atributy:
  • $FILE_NAME – struktura pro jméno souboru. Kromě něj obsahuje i velikost, reference na nadřízený adresář a různé příznaky.
  • $SECURITY_DESCRIPTOR – přístupová práva k souboru
  • $DATA – vlastní obsah souboru
• Adresáře jsou v NTFS pojaty jako speciální druh souborů
• Adresáře jsou ukládány jako B-stromy (rychle vyhledávání)

EXT (EXT2,EXT3)    

• open source souborový systém
• nativní v Linuxu, podpora i v dalších OS (Windows)
• EXT3 přidává podporu žurnálování
• Rozdělení na superblock + i-nody
• Adresáře jsou i-nody které obsahují seznam souborů
• Zvyšování maximální kapacity pomocí hierarchie i-nodů

Stromová struktura EXT

ReiserFS

• moderní žurnálovací FS
• podpora hlavně v Linuxu
• otevřený kód => možná podpora ve všech OS (nyní i Windows)
• strukturu vyváženého stromu (B+ Tree)
• rychlou správu velkého množství malých souborů
• některé distribuce Linuxu (SuSE, Yoper, Linspire) je používají jako nativní

Google FS    

• moderní žurnálovací FS
• podpora hlavně v Linuxu
• otevřený kód => možná podpora ve všech OS (nyní i Windows)
• strukturu vyváženého stromu (B+ Tree)
• rychlou správu velkého množství malých souborů
• některé distribuce Linuxu (SuSE, Yoper, Linspire) je používají jako nativní

Fragmentace FS

• Postupným zapisováním do různých souborů dochází k jejích narůstání
• Pokud není na konci souboru volné místo OS vyhradí místo pro pokračování souboru v jiné části disku
• Dochází k Fragmenatci = rozdrobení souborů
• hlavičky disků se musí často přesunovat => zátěž disku i procesoru, snížení výkonu
• Defragmentace: proces uspořádání souborů a adresářů do souvislých celků
• Případně i pospojování volného místa
• Nástroje pro defragmenatci jsou obvykle součástí OS, nebo je dodávají i další výrobci

Ukázka fragmentovaného FS modrá = souvislé soubory, červená = fragmentované soubor, bílá = volné místo

Klíčová slova