LCD (1) * LCD (Liquid Crystal Display): zobrazovací jednotka, která při své činnosti využívá tech-nologii kapalných (tekutých) krystalů * Používá se zejména jako zobrazovací jednot-ka pro: -- přenosné počítače (notebook, laptop) -- "nepočítačová zařízení" (hodinky, kalkulačky, mobilní telefony atd.) -- pracovní stanice, kde nahrazuje monitor pracu-jící na principu CRT LCD (2) * Kapalné krystaly se dělí do třech skupin: -- nematické -- cholesterické -- smektické * Pro konstrukci LCD panelů se používají ne-matické kapalné krystaly * Tyto krystaly jsou založeny na bázi hexyl-kyanidbifenylu, jehož molekuly mají pod-louhlý (tyčovitý) tvar LCD (3) * LCD panel je složen z následujících částí: -- Polarizační filtr A -- Sklo -- Transparentní elektrody -- Alignment layer A (zarovnávací vrstva A) -- Kapalné krystaly -- Alignment layer B (zarovnávací vrstva B) -- Transparentní elektroda (elektrody) -- Barevné filtry -- Sklo -- Polarizační filtr B LCD (4) * Zarovnávací vrstvy jsou z vnitřní strany zvrásněny LCD (5) * Zvrásnění zarovnávacích vrstev je pootoče-no o úhel 90° LCD (6) * Polarizační filtry jsou nastaveny tak, aby propouštěly polarizovanou rovinu světla, která je rovnoběžná se zvrásněním příslušné zarovnávací vrstvy * Molekuly kapalných krystalů přilehlé k za-rovnávacím vrstvám se natočí ve směru jejich zvrásnění * Mezilehlé molekuly se stočí a vytvoří tak část šroubovice (spirály) LCD (7) * Za polarizačním filtrem A je umístěn zdroj světla (nepolarizovaného) - výbojka * Světlo (není-li na elektrody přivedeno elek-trické napětí): -- prochází přes polarizační filtr A -- po průchodu tímto filtrem je již polarizované a kmitá pouze v jedné rovině -- prochází zarovnávací vrstvou A -- prochází oblastí kapalných krystalů, jejichž molekuly svým uspořádáním stáčí jeho polari-zovanou rovinu o úhel 90° LCD (8) -- prochází přes zarovnávací vrstvu B -- prochází přes barevné filtry -- prochází přes polarizační filtr B * Pokud na transparentní elektrody, které jsou umístěny na vnější straně zarovnávacích vrstev přivedeme elektrické napětí, mole-kuly kapalných krystalů se začnou narov-návat a opouští tak původní uspořádání ve tvaru šroubovice LCD (9) * Toto způsobuje, že polarizovaná rovina svět-la, která prochází oblastí kapalných krystalů se již nestáčí o úhel 90°, ale o úhel menší než 90° * Velikost tohoto úhlu je dána hodnotou elek-trického napětí přivedeného na transparentní elektrody (čím vyšší napětí, tím se molekuly kapalných krystalů více vyrovnají a tím menší je úhel, o který se rovina polarizova-ného světla bude stáčet) LCD (10) * Polarizované světlo, jehož rovina se stáčí o menší úhel, prochází přes polarizační filtr B s menší intenzitou * Zobrazovací jednotky pracující na výše po-psaném principu jsou označovány jako TN-LCD (Twisted Nematic - LCD) * Je možné se setkat i jednotkami označova-nými jako STN-LCD (Super TN-LCD) u kterých je zvrásnění zarovnávacích vrstev pootočeno o úhel větší než 90° (např. 270°) LCD (11) * Pasivní matice (Passive Matrix): -- pro adresování jednotlivých obrazových bodů používá vertikálních a horizontálních transpa-rentních elektrod LCD (12) -- jednotlivé řádky jsou zobrazovány postupně: * je zvolen příslušný řádek (horizontální elektroda) jehož obrazové body se budou zobrazovat * na vertikální elektrody se přivede elektrické napětí, které reguluje intenzitu světla procházející přísluš-ným obrazovým bodem * je zvolen následující řádek a celý proces se opakuje -- tento způsob adresace vyžaduje použití kapal-ných krystalů se velkou setrvačností - doba, po kterou se po odpojení elektrického napájení molekuly vracejí do původního (spirálovitě stočeného) stavu LCD (13) -- pasivní matice nedokáže rychle reagovat na změny a proto se jeví jako nevhodná v okam-žiku, kdy je nutné zobrazovat rychle se měnící scenérii (videosekvence, rychle se pohybující objekty atd.) -- skutečnost, že jednotlivé body jsou adresovány přímo pomocí horizontálních a vertikálních elektrod má za následek vznik přeslechů (roz-svícení jednoho obrazového bodu negativním způsobem ovlivňuje jas okolních bodů, zejména na tomtéž řádku) LCD (14) -- za účelem eliminovat tyto negativní vlivy (především malou rychlost) jsou pro pasivní matice vyvíjeny jiné adresovací mechanismy, např. DSTN (Double Scan Twisted Nematic): * nejpoužívanější mechanismus pro adresování pasiv-ních matic * LCD panel je horizontálně rozdělena na dvě polovi-ny, jejichž obrazové body jsou zobrazovány para-lelně * dovoluje použití kapalných krystalů s menší setrvač-ností * je rychlejší než klasický TN-LCD LCD (15) * Aktivní matice (Active Matrix): -- založena na technologii TFT (Thin Film Tran-sistor) -- používá ze zadní strany panelu samostatnou elektrodu pro každý obrazový bod a ze přední strany jednu elektrodu společnou pro všechny body -- každý obrazový bod je vybaven miniaturním tranzistorem, který pracuje jako spínač a který v případě sepnutí umožňuje rozsvícení příslu-šného obrazového bodu LCD (16) -- vodiče k jednotlivým elektrodám jsou vedeny mezi obrazovými body -- použití tranzistoru dovoluje separovat každý obrazový bod od vlivu okolních bodů a tím i minimalizovat přeslechy LCD (17) -- uvedený mechanismus adresace dovoluje i pou-žití kapalných krystalů které se ve spojení s ele-ktrodami chovají jako kondenzátor (uchovávají si jistý elektrický náboj, který udržuje molekuly kapalných krystalů ve správném natočení) -- tyto krystaly mohou mít také mnohem menší setrvačnost, neboť správné natočení jejich mo-lekul je drženo pomocí elektrického náboje, což dovoluje eliminovat i poměrně nízkou rychlost pasivních matic -- nevýhodou aktivních matic je vyšší spotřeba elektrické energie LCD (18) * Zapojení pixelů aktivního LCD displeje LCD (19) * Řez TFT panelem: LCD (20) * LCD panely: CRT vs LCD Plasmové displeje (1) * Plasmový displej (PDP - Plasma Display Pa-nel) je zobrazovací jednotka pracující na prin-cipu elektrického výboje v plynu o nízkém tlaku (cca 60 - 70 kPa) * Historie: -- 60. léta: * vývoj technologie pro výrobu prvních PDP -- 70. a 80. léta: * výroba monochromatických plasmových displejů * založeny na oranžovo-červeném výboji v neonu * kvalita obrazu je (byla) relativně nízká Plasmové displeje (2) -- 90. léta: * výroba prvních barevných plasmových displejů -- 1999 -- 2000: * výroba velkoplošných barevných PDP určených i pro širší veřejnost * PDP je složen z následujících částí: -- přední (tenká) skleněná deska -- rovnoběžné (horizontální) displejové elektrody: * pro každou buňku jsou zde zapotřebí dvě elektrody označované jako: -- scan electrode -- sustain electrode Plasmové displeje (3) -- izolační vrstva oddělující jednotlivé displejové elektrody -- vrstva MgO: * chrání izolační vrstvu před bombardováním ionty * posiluje generování sekundárních elektronů -- obrazové buňky: * každá buňka má na své spodní a na svých bočních stranách nanesenu vrstvu příslušného luminoforu * jeden pixel je pak tvořen třemi buňkami s luminofory odpovídajícími základním barvám (Red, Green, Blue) * jednotlivé buňky jsou vyplněny inertním plynem, popř. směsí inertních plynů (nejčastěji Ne, Xe, Ar) Plasmové displeje (4) -- izolační vrstva -- datové (adresové, vertikální) elektrody: * umístěny kolmo na displejové elektrody * pro každou buňku je zapotřebí jedna datová elektroda -- zadní (tenká) skleněná deska Plasmové displeje (5) * Řez barevným plasmovým displejem: Plasmové displeje (6) * Jednotlivé buňky jsou řízeny střídavým elek-trickým napětím, které způsobuje, že dochází k ionizaci plynů v obrazové buňce, tj. ke vzniku plasmatu * Plasma je vysoce ionizovaný plyn vyznaču-jící se (v určitém objemu) přibližně stejným počtem kladných iontů a elektronů * Plasma může vzniknout např. zahřátím plynu na vysokou teplotu, zářením, průchodem elektrického proudu Plasmové displeje (7) * Princip činnosti: -- počáteční (primární) výboj: * mezi scan a sustain elektrody je přivedeno střídavé elektrické napětí (cca 200 V) * mezi těmito elektrodami dochází k počátečnímu elektrickému výboji Plasmové displeje (8) -- výběr obrazové buňky: * mezi datovou a scan elektrodu je přivedeno elektrické napětí * dochází k uložení elektrického náboje na stěny buňky a ke vzniku elektrického výboje, který se postupně rozšiřuje po celé buňce Plasmové displeje (9) -- ustálený výboj: * mezi scan a sustain elektrody je přivedeno nižší stří-davé elektrické napětí (50 V) * výboj vlivem náboje na stěnách buňky je rozšířen po jejím celém prostoru * při elektrickém výboji jsou atomy plynu vybuzeny (excitovány) na vyšší energetickou hladinu * při návratu těchto atomů na jejich základní energe-tickou hladinu (do stabilního stavu) dochází ke vzniku UV záření (pro Xe je vlnová délka tohoto záření 147 nm) * UV záření dopadá na luminofor, který jeho kinetickou energii přemění na viditelné světlo příslušné barvy Plasmové displeje (10) -- uvedení buňky do původního stavu: * mezi scan a sustain elektrody je přivedeno nízké napě-tí, které neutralizuje náboj na stěnách buňky a připraví ji tak pro další zobrazení Plasmové displeje (11) * Problém: -- intenzitu elektrického výboje nelze plynule ovlá-dat TH tímto způsobem nelze ovládat odstíny barev * Různé barevné odstíny jsou vytvářeny rych-lým rozsvěcováním a zhasínáním příslušných obrazových buněk * Rozsvěcování a zhasínání prováděné v různě dlouhých intervalech pak vytváří dojem růz-ných barevných odstínů Plasmové displeje (12) * Výhody technologie PDP: -- J dovoluje konstrukci velkoplošných obrazovek (např. o úhlopříčce 60") -- J displej (obrazovka) je relativně tenký (cca 4") -- J dobrá čistota barev -- J vysoká rychlost odezvy pixelu -- J velký pozorovací úhel (> 160°) -- J není citlivá na okolní teplo Plasmové displeje (13) * Nevýhody technologie PDP: -- L horší jas a kontrast (obzvláště při větším okolním světle) -- L problémy s miniaturizací -- L velký příkon (300 W - 400 W) TH zahřívá se -- L nízká životnost (cca 50% oproti CRT) -- L vysoká cena Plasmové displeje (14) * Televizní přijímače s plasmovou obrazovkou: Klávesnice (1) * Klávesnice (keyboard) slouží jako základní vstupní zařízení počítače pro zadávání údajů * Je organizována jako pole spínačů, které jsou zapojeny do matice * Signály z jednotlivých řádků a sloupců této matice jsou zasílány do mikrořadiče kláves-nice (např.: Intel 8041, 8042 nebo 8048) * Mikrořadič je osazen přímo v klávesnici a in-terpretuje signály pomocí svého zabudované-ho programu (firmware) Klávesnice (2) * Je-li stisknuta konkrétní klávesa, mikrořadič klávesnice ji dekóduje a pošle příslušný kód (tzv. scan code) do počítače * Mikrořadič klávesnice je rovněž zodpovědný za komunikaci s řadičem klávesnice v počí-tači, tj. také např. za: -- zaslání informace o jejím korektním připojení -- umožnění programovému vybavení ovládat LED diody klávesnice Klávesnice (3) * Mikrořadič a řadič klávesnice v PC komuni-kují asynchronně pomocí propojovacího kabelu * Klávesnice bývá k počítači připojena pros-třednictvím rozhraní klávesnice (umístěné na základní desce počítače) * Připojení je většinou realizováno pomocí: -- 5vývodového konektoru DIN -- 6vývodového PS/2 konektoru -- sběrnice USB Klávesnice (4) * Konektor DIN a konektor PS/2: Technologie výroby klávesnic (1) * Mechanické klávesnice: -- konstruované pomocí mechanických spínačů umožňujících chvilkové sepnutí dvou kontaktů -- návrat klávesy do původního stavu (po jejím uvolnění) je realizován pomocí pružiny -- vykazují relativně vysokou životnost (20 mil. úhozů) Technologie výroby klávesnic (2) * Mechanické klávesnice s pěnovým prvkem: -- používány především u starších klávesnic -- jednotlivé klávesy obsahují pěnový prvek, na jehož spodním konci je nalepena vodivá fólie -- vodivá folie zabezpečí, že při stisku klávesy dojde k propojení kontaktů -- tyto klávesnice mají poměrně nízkou životnost Technologie výroby klávesnic (3) * Mechanické s gumovou membránou: -- realizovány pomocí spínačů u nichž jsou návra-tová pružina a pěnový prvek nahrazeny membrá-nou (vypouklou částí gumové membrány) -- na spodní straně membrány je bodový uhlíkový kontakt, který při stisku klávesy spojí příslušné kontakty Technologie výroby klávesnic (4) * Membránové klávesnice: -- podobné klávesnicím s gumovou membránou -- jednotlivé klávesy nejsou oddělené, ale jsou tvořeny další membránou -- používány hlavně u speciálních zařízení (nachá-zejících se v "extrémních" podmínkách) * Bezkontaktní klávesnice: -- nepoužívají mechanické kontakty -- založeny na: * Hallově jevu * kapacitních spínačích Technologie výroby klávesnic (5) * Klávesnice s Hallovými sondami: -- Hallův jev: * mějme vodivý (např. kovový) pásek tloušťky d, který je opatřen na bočních okrajích kontakty tak, aby bylo možné mezi okraji pásku měřit příčné napětí U * pokud páskem rovnoběžně s okraji prochází elektric-ký proud I a kolmo k povrchu pásku působí magne-tické pole (o magnetické indukci B), pak mezi okraji pásku vzniká elektrické napětí * pro hodnotu příčného napětí U platí: Technologie výroby klávesnic (6) * kde h je Hallova konstanta vyjadřující vlastnosti materiálu, ze kterého je vyroben vodivý pásek Technologie výroby klávesnic (7) * Klávesnice s kapacitními spínači: [-- ] založeny na změnách kapacitního odporu X[C ]-- kapacita kondenzátoru je dána vztahem Technologie výroby klávesnic (8) * Zmenšením vzdálenosti d dojde ke zvýšení kapacity a tím ke snížení kapacitního odporu Typy klávesnic (1) * Podle počtu kláves a jejich uspořádání lze rozlišit následující typy klávesnic: -- klávesnice PC/XT: * obsahuje 83 kláves: Typy klávesnic (2) -- klávesnice PC/AT: * obsahuje: -- 101 kláves (US standard) -- 102 kláves (European standard) Typy klávesnic (3) -- rozšířená klávesnice Win Natural: * vychází z klávesnice PC/AT * obsahuje klávesy pro zjednodušení práce s operační-mi systémy MS-Windows 95 (98, Me, NT, 2000, XP) * jedná se o klávesy umožňující: -- zobrazení menu Start -- zobrazení kontextového menu * Klávesnice mohou být vybaveny i dalšími klávesami umožňujícími např.: -- vyvolání často používaných programů -- manipulaci s prohlížeči www stránek Myš (1) * Myš (mouse) je zařízení, které umožňuje přenášet pohyb ruky po vodorovné podložce na obrazovku počítače * Slouží většinou jako ukazovátko při práci s mnoha dnešními programy * Připojení myši k počítači bývá realizováno pomocí: -- sériového portu (serial mouse) -- PS/2 portu (PS/2 mouse) -- USB sběrnice (USB mouse) Myš (2) * Pro účely ovládání programu je každá myš vybavena sadou tlačítek (typicky jedním až pěti tlačítky), případně rolovacím kolčkem * Lze rozlišit dva základní typy myší: -- mechanická (opto-mechanická) myš -- optická myš Mechanická myš (1) * Ve své spodní části obsahuje kuličku, která se při pohybu po podložce otáčí * Toto otáčení je přenášeno na dva otočné vá-lečky (jeden pro horizontální a jeden pro ver-tikální směr) Mechanická myš (2) * Válečky otáčejí dvěma disky, po jejichž ob-vodu jsou umístěny malé otvory * Každý z těchto disků se otáčí v buňce foto- detektoru, která obsahuje dvě infračervené LED diody a dva světelné senzory * Při otáčení disku světlo z LED diod přerušo-vaně dopadá na světelné senzory, což dovo-luje rozpoznat pohyb myši * Počet infračervených impulsů určuje vzdále-nost, po které se myš pohybuje Mechanická myš (3) * Frekvence infračervených impulsů určuje rychlost pohybu myši Mechanická myš (4) * Získaná binární data jsou následně zasílána do počítače * Mezi otočné disky a světelný senzor je umís-těna plastová destička obsahující okénko dovolující průchod infračervených paprsků ke světelnému senzoru * Jedna buňka fotodetektoru obsahuje dvě tyto plastové destičky * Jejich okénka jsou posunuta o polovinu veli-kosti otvoru v otočném disku Mechanická myš (5) * Tato konstrukce dovoluje na základě fázové-ho posunu rozlišit směr, kterým se myš pohy-buje Mechanická myš (6) * Při otáčení disku (tj. při pohybu myši) foto-senzory vyhodnocují příchozí infračervené impulsy: -- otáčení po směru hodinových ručiček: Mechanická myš (7) -- otáčení proti směru hodinových ručiček: Optická myš (1) * Optická myš je osazena červenou LED diodou a CMOS senzorem (fotosenzorem) * Světlo emitované LED diodou se odráží od podložky a dopadá na CMOS senzor * CMOS senzor posílá takto získaný obraz (ob-raz podložky) digitálnímu signálovému proce-soru (DSP -- Digital Signal Processor) * DSP je schopen rozpoznat vzorky v získaném obrazu a určit jakým směrem se tyto vzorky posunuly oproti obrazu předcházejícímu Optická myš (2) * Na základě změny vzorků v sekvenci obrázků je DSP schopen určit velikost dráhy, po které se myš pohybovala Optická myš (3) * Poznámky: -- obraz podložky je snímán 1500 -- 6000 krát za sekundu -- DSP je schopen provést cca 18 mil. instrukcí za sekundu (18 MIPS) -- existují povrchy na nichž optickou myš nelze provozovat (např. sklo) Optická myš (4) Optická myš PCMCIA (1) * PCMCIA (Personal Computer Memory Card International Association) - sdružení založe-né v roce 1989 * Úkolem PCMCIA bylo zavést standard pro rozšiřující karty (a jimi využívané sloty) používané zejména v přenosných počítačích (laptop, notebook) * PCMCIA Standard Release 1.0: -- vzniká v roce 1990 -- definuje asynchronní sběrnici s 68 vodiči PCMCIA (2) -- šířka přenosu dat je 16 bitů -- je určen pouze pro paměťové karty -- definuje vrstvený metaformát CIS (Card Infor-mation Structure), který slouží pro vzájemnou spolupráci karet a pro technologii Plug & Play -- specifikuje karty Type I a Type II * PCMCIA Standard, Releases 2.0 (r. 1991): -- definuje stejnou sběrnici s 68 vodiči jako před-chozí verze -- je určena i pro jiné typy rozšiřujících karet (než jsou karty paměťové) PCMCIA (3) -- je kompatibilní s předešlým typem -- specifikuje Socket Services: * softwarové rozhraní na úrovni BIOSu * umožňuje přístup k PCMCIA slotům (socketům) počítače přímým přístupem k PCMCIA řadiči * jedná se o nejnižší programovou vrstvu, která je jako jediná hardwarově závislá * umožňuje např. detekovat zasunutí karty do slotu -- umožňuje XIP (Execute In Place): * metoda přímého spouštění aplikací z paměti ROM bez předchozího zavedení do paměti RAM PCMCIA (4) * PCMCIA Standard Release 2.01 (r. 1992): -- přidává specifikaci pro karty Type III -- rozšiřuje specifikaci Socket Services -- zavádí Card Services: * programová vrstva bezprostředně nad Socket Servi-ces, která využívá jejich služeb * umožňuje alokaci systémových zdrojů (paměť, pře-rušení, ...) automaticky, jakmile Socket Services detekují zasunutí karty * alokované zdroje po vysunutí karty ze slotu opět uvolňuje PCMCIA (5) * dovoluje, aby karty mohly být sdíleny více klienty (programy, ovladače) * specifikace je nezávislá na hardwaru * PCMCIA Standard Release 2.1 (r. 1993): -- rozšíření předešlého standardu (Card a Socket Services, napájecí napětí 5V TH 3.3V) * Standard PCMCIA: -- není závislý na hardwarové platformě a na operačním systému -- používá se u počítačů PC, AppleMacintosh a dalších PCMCIA (6) -- je možné se s ním setkat i u různých "nepočíta-čových" zařízení - digitální fotoaparáty -- hlavní těžiště použití tvoří přenosné počítače -- je kompatibilní s dosud používanými sběrnicemi (ISA, EISA, MCA, VL-Bus, PCI) -- poskytuje efektivní systém pro připojování různých zařízení * Karty pro PCMCIA se označují PC Cards a vyrábějí se standardně ve třech typech, které se odlišují svou tloušťkou (délka PCMCIA (7) a šířka je u všech typů sejná: 85.6 x 54 mm): -- Type I: * tloušťka 3.3 mm * nejstarší typ používaný zejména pro různé paměťové karty (Flash, SRAM, ...) -- Type II: * tloušťka 5 mm * dnes nejpoužívanější typ karty * v tomto provedení se vyrábějí např.: modemové (faxmodemové) karty, síťové karty, SCSI karty, zvukové karty a další PCMCIA (8) -- Type III: * tloušťka 10.5 mm * poslední mezinárodně přijatá specifikace * používá se hlavně pro pevné disky * Dále existují ještě např.: -- Typ IV: * tloušťka 16 mm * prosazované firmou Toshiba -- Extended Cards: * prodloužené karty, které jsou asi o 50 mm delší PCMCIA (9) * PC Cards: