Számítógép architektúrák II 1. előadás

Számítógép architektúrák II 1. előadás Schiffer Ádám Műszaki Informatika Tanszék [email protected]

University of Pecs

Faculty of Informatics and Engineering

1

A tárgyról általában •

Célkitűzése: A hallgatók ismerkedjenek meg a személyi számítógépek perifériáival. Ismerjék a gyakran előforduló számítógép részegységek főbb jellemzőit: úgymint működési elvüket, sebességüket, üzemeltetési tulajdonságaikat. Ismerjék a perifériák felépítését, működési feltételeit, hogy el tudják kerülni a szakszerűtlen igénybevételt. Ismerjék a perifériák fejlődésének főbb állomásait, tehát a múltat, és a lehetséges jövőt, a fejlesztések irányát, elképzeléseket.

University of Pecs


2

Követelmények • • •

Követelmények a szorgalmi időszakban: Az előadásokon ajánlott a részvétel. A laborgyakorlati foglalkozásokon 70% (TVSZ) az előírt részvételi arány. • Egye előre megadott téma egyéni feldolgozása a követelményeknek, formátumnak megfelelően. • A laborgyakorlatra felkészülten kell megjelenni, hogy a kitűzött feladatokat időben végre lehessen hajtani. Az előző heti előadáson elhangzott elméleti anyag és a labor feladatkiírásai a tantárgy segédanyagaiban megtalálhatók (E-oktat). • A félév végén megírt zárthelyi dolgozat min. elégséges osztályzata

University of Pecs


3

Jegyzet Jegyzet, tankönyv, felhasználható irodalom: • Az előadásokon elhangzott és megjelölt irodalom, a saját jegyzet. • Györök György: Perifériák . BMF KK • Géczy László: Perifériák, Multimédia eszközök • László József: Perifériák programozása Pascal és Assembly nyelven

University of Pecs


4

Fejlődéskonvergencia

University of Pecs


5


University of Pecs


6


University of Pecs


7

Perifériák csoportosítása I. közvetlen ember kapcsolatú perifériák (logikai funkció, mûködés szerint)

információ beviteli eszközök

közvetlen ember-gép kapcsolatú eszközök, rendszerek

információ kiviteli eszközök

emberi megnyilvánulásokkal összetett emberi rögzítés nélkül mûködô rögzítô berendezések közvetlen összefüggô tevékenységhez kapcsolódó berendezések (vizuális információk) - akusztikus - billentyûzet - optikai - rajz digitalizáló - scanner - egér - OCR - fényceruza vizuális akusztikus raszteres vektoros információk szöveges szöveges és vonalas, vonalas, képi információ tonusos - rajzolók képi információ - nyomtatók

A felszotás középsô ágában lévô meghatározást úgy kell tekintenünk, mintha az a két szomszédos csoportot - információ beviteli összetett emberi tevékenységhez kapcsolódót, valamint az információ kiviteli rögzítés nélkül mûködôt - fogná össze egy új lehetôséggé. University of Pecs


8

Perifériák csoportosítása II. Perifériának nevezhetünk minden olyan berendezést amelyet a számítógéphez kapcsolva annak működését teszi hatékonyabbá vagy egyáltalán lehetővé • •

Számítástechnikai ill. Speciális (pl. AD konverter) Technikai ill. Humanoid (pl. VR) (számítógépet vagy az emberhez, vagy valamilyen más környezethez illeszti ) • Bemeneti,beviteli ill. Kimeneti ill.Ki és Bemeneti

University of Pecs


9

Humanoid beviteli eszközök • Billentyűzetek • Egerek • Tabletek

University of Pecs


10

Billentyűzet Billentyűzet használatát és működését befolyásoló emberi tényezők (a) és környezeti hatások (b)

a)

b)

billentyű elrendezés

hőmérsékleti tartomány, hőmérsékleti változások

billentyű tető méret

ütés-rázkódás, vibráció

működtető rugó erő

páratartalom, porlasztott folyadék mennyisége

billentyű tető jelek

levegő részecske tartalma (por tartalma)

Működési elv

elektrosztatikus töltések

University of Pecs


elektromágneses interferencia, elektromágneses emisszió

11

A billentyűzet • Manapság a hagyományos billentyűzeteken kívül számos kényelmi funkcióval ellátott eszköz kapható (pl. Laptop, OS) • Elődlegesen beviteli eszköznek definiáljuk • Általánosan a következő billentyűket tartalmazza: – Gépelési – Numerikus – Funkcióbillentyűk Logitech vezeték nélküli – Kontroll billentyűk billentyűzet (QWERTY) A billentyűzetkiosztás az írógép felosztásából ered (QWERTY). Alternatív kiosztás pl. DVORAK (magánh. Bal, mássalhangzó jobb oldalon)

Egyéb kiosztások: ABCDE, XPeRT, QWERTZ, AZERTY University of Pecs


12

A billentyűzet A Windows billentyűzeteknek speciális gombjai vannak (windows, start)  Apple bill.: „Command” gomb  Néhány billentyűzet Linux specifikus gombokat tartalmaz 

University of Pecs


13

A billentyűzet működése 

A billentyűzet egy kis számítógép: saját processzora és áramköre van. Lényeges elem a kapcsolók mátrix alapú szervezése a nyomtatott áramkörön

University of Pecs


14

Billentyűzet Működése • Minden gomhoz egy érintkető tartozik • A mátrixon belüli lokalizált érintés a tárolt karaktertáblából egy karaktert generál • Magyar kódtábla: ISO 8859-2 (Közép Európai Latin)

University of Pecs


15

Billentyűzetek • Mátrixon kívüli nyomógombok : mátrixban lévő billentyűk kódjának megváltoztatása (pl: shift, CTRL)

University of Pecs


16

Billentyűzetek csoportosítása • ÉRINTKEZŐ NÉLKÜLI - KAPACITÍV - INDUKTÍV - HALL CELLÁS • ÉRINTKEZŐS - REED RELÉ - RUGALMAS ÉRINTKEZŐ - MEREV ÉRINTKEZŐ

University of Pecs


17

Billentyűzetek •

összehasonlítás

b i l l e n tyű fedél

m ágnes H a l l - g e n e r á to r t is m agáb a fo glaló IC

ru gó

m egv ezeté s

é r i n tk e z ő p ár

ru g ó b i l l e n tyű alap

HALL cellás

University of Pecs


Merev érintkezős

18

Billentyűzetek összehasonlítása merev érintkezős löket hossz

< 0,7 N 10^7

10^8

környezeti hőmérséklet működtetésre

0 - +70 C°

környezeti hőmérséklet tárolásra

-40 - +80 C°

bekapcsolási és kikapcsolási idő

University of Pecs

érintkező nélküli

4 mm

működtető erő élettartam

közös jellemzők

-


1 ms

19

Billentyűzetek Megbízhatóság mérőszámai: • MTBF (Mean Time Between Failures) [1/óra] • MCBF (Mean Cycles Between Failures) [%/1000 ciklus]

University of Pecs


20

Billentyűzetek - HALL • Hall cella: külső mágneses tér hatására feszültséget szolgáltat • Mágneses teret egy mágnes közelítésével idézzük elő • Hosszú élettartam, drága

University of Pecs


21

Billentyűzetek - érintkezős •Gumiérintkezőket használnak általánosan •Grafitérintkezőket nyomunk a mátrix megfelelő helyére •Elengedéskor visszaugrik

University of Pecs


22

Billentyűzetek - kapacitív 

Nem mechanikus, mivel nem szükséges a fizikai kontaktus: az áram folyamatosan folyik a mátrix áramkörön keresztül. A gomb lenyomására az érintkező közelebb kerül az áramköri részhez, a kondenzátor tölteni kezd. A processzor ebből érzékeli a lenyomást.

University of Pecs


23

Billentyűzetek - Fólia

v e z e tô f ó l i a n yo m ta to tt fó lia

University of Pecs


tá v tr a tó f ó l i a ≈0 .2 5 m m

24

Billentyűzetek - pergés • • • •

Nyitáskor, záráskor lép fel, átmeneti jelenség Kiküszöbölése pl. integráló taggal Hall kapcsoló önmagában megoldja (hiszterézis) Kapacitivnál szintén nincs pergés

University of Pecs


25

Alternatív megoldások •

Sok embernek a túlzott gombszám fóbiát okoz (!) • Ergonómia

University of Pecs


26

Datahand • • •

Billenytű + egér 132 billentyű

University of Pecs


27

Alternatív megoldások

•

University of Pecs

Saitek Truview


28

Alternatív megoldások

Optimus billentyűzet programozható gombokkal

University of Pecs


29

Alternatív megoldások • DAS billentyűzet: a hüvelyk (erősebb) újjaknak súlyozottan több erőt kell kifejteni • Virtuális billentyűzet: lézer technológia, sík felületre vetít, a lézersugár megszakítását érzékeli • Flexibilis: praktikusan csomagolható

Optimus billentyűzet QUAKE-re programozott gombokkal University of Pecs


30

Vitruális Lézer Billentyűzet • • • • •

Kevés hely, idő esetén (pl. utazás) hasznos PDA kis felület A készülék alján IR (InfraRed) érzékelő Ez analizálja a pozíciót

University of Pecs


31

Az egér • 1963-ban Douglas Engelbart a Stanfordi Kutatóintézetben új adatbeviteli eszközöket létrehozásával próbálkozott. Sok megoldás közül 1963ban egy fából készített kis kézbeillô tárgyban az egyenes vonalú mozgást forgó fém korongok közvetítették. • Ma már az egér a legtöbbet használt beviteli eszköz a billentyűzet mellett, messze maga mögé utasítva a tabletet, a fényceruzát, az érintéses képernyôt, de még a hozzá legjobban hasonlító track-ball-t is.

University of Pecs


32

Az egér •

Az egéren minimálisan egy billentyű kell, azonban ma már két-három billentyű, illetve görgő található • Apple egy gombot, illetve egy menütekerő golyót használ • Ma már az optikai elven működő egerek az elterjedtek • Az optikai egér semmi járulékos mozgó mechanikai alkatrészt nem tartalmaz

University of Pecs


Egy Apple Macintosh Plus egér 1986-ból

33

Az egér •

•

•

Az egér belsejében található érzékelő felismeri és továbbítja a számítógép felé az egér mozgását egy sima felületen. Az egér mozgatása többnyire a monitor képernyőjén megjelenő kurzor helyzetét befolyásolja. Az egér gombjainak használatát kattintásnak nevezik. Nevét onnan kapta, hogy az alakja zsinórral együtt hasonlít ehhez a rágcsálóhoz

University of Pecs


34

Az mechanikus egér A mechanikus egér működése. 1: Az egér mozgatása elforgatja a golyót. 2: Az X és Y hengerek tartják a golyót, és továbbítják a mozgást. 3: Fényáteresztő résekkel rendelkező korongok. 4: Az infravörös LED átvilágít a korongok résein. 5: A A golyó átmérô a kapcsolódó dörzshengerek áttétele a felbontás szenzorok érzékelik a finomságát befolyásolja fényimpulzusokat. University of Pecs


35

Az mechanikus egér • A fő alkotóelem a golyó, mely a mechanikai elmozdulást adja át 2 görgőnek. • Ezek végén tárcsa található, melynek nyílásai 1 optikai adó és vevő előtt haladnak el. • Ez a kimenetén 1 impulzussal jelzi, hogy 1 rés haladt el előtte. • Ha 2-2 ilyen kapunk van, akkor segítségükkel meg tudjuk határozni a mozgatás irányát, sebességét, és egy kezdőponthoz viszonyított helyzetét is. • Ez az eljárás lett végül a domináns a személyi számítógépeken 1980 és 1990 között University of Pecs


36

Az mechanikus egér

Görgők X és Y irányú elmozduláshoz

University of Pecs


Egy 36 lyukú tárcsa

37

Az optikai egér • Egy másik fejlesztési vonalon az optikai egér a mozgásokat egy optikai szenzor segítségével ismerte fel, mely egy fénykibocsátó diódát használt a megvilágításhoz. • Az első optikai egerek a Mouse Systems Corporation-nél dolgozó Steve Kirsch-től erednek, ezeket még csak egy speciális fémes egérpadon lehetett használni, melyre kék és szürke vonalak hálója volt felfestve. • Miután a számítógépes eszközök egyre olcsóbbak lettek, lehetőség nyílt egy sokkal pontosabb képelemző chip beépítésére is az egérbe, melynek segítségével az egér mozgását már szinte bármilyen felületen érzékelni lehetett, így többé nem volt szükség speciális egérpadra.

University of Pecs


38

Az optikai egér • A modern optikai egerek egy szenzor segítségével sorozatos képeket készítenek az egér alatti területről. A képek közötti eltérést egy képelemző chip dolgozza fel, és az eredményt a két tengelyhez viszonyított elmozdulássá alakítja. Például az Agilent Technologies ADNS-2610 optikai egér szenzora másodpercenként 1512 képet elemez; mindegyik kép 18×18 pixeles, és minden pixel 64 szürkeárnyalatot tartalmazhat. • Az optikai egér előnye a mechanikussal szemben a nagyobb pontosság és a koszolódás kiküszöbölése (a mechanikus egérben lévő golyót a használhatóság érdekében rendszeresen tisztítani kell).

University of Pecs


39

Az optikai egér

Az optikai érzékelő szenzor az egér alján

University of Pecs


Apple optikai egér modern formával

40

A „gamer” egér • Az irodai egeréknél jobb minőségű, ún. „gamer” egereket főleg játékokhoz használják, mivel jobb tulajdonságokkal rendelkeznek hagyományos társaiknál: aranyozott USB csatlakozó, nagy APM (Actions Per Minute), nagy DPI, teflontalpak. • Míg a hagyományos egerek 2-3 ezer forint körüli összegbe kerülnek, a gamer egerek árának alsó határa 10 ezer forint körül van.

University of Pecs


41

Az egér csatlakozása • Mint minden beviteli eszköznek, az egérnek is kapcsolódnia kell valamilyen módon a számítógéphez, hogy a beolvasott pozíció adatait átküldhesse. • Általában az egerek egy vékony elektromos kábelt használnak erre a célra, mely RS-232, ADB, PS/2 vagy USB interfészen keresztül kapcsolódik a számítógéphez. • A vezeték nélküli egerek az adatokat többnyire infravörös sugárzással, rádióhullámok vagy Bluetooth segítségével küldik át.

University of Pecs


42

Az optikai egér pontossága • A legfontosabb paraméter a felbontás, amely az inchenkénti pontok számát jelenti (DPI) , amelyet az optikai szenzor egyszerre „lát” • A legtöbb egér 400-800 DPI felbontású • A gamer egerek 1600 dpi felbontásúak is lehetnek • Egyén faktorok: – – – –

University of Pecs

Optikai szenzor mérete (16x16 – 30x30) Frissítés (1500-6000 minta/sec) Képfeldolgozás ideje (előző kettő kombinációjából) Maximális sebesség (pontos mozgatás max. sebessége, 16-40 inch/sec)


43

A drótnélküli egér •

Rádiófrekvenciás (RF) technológia • Adó – vevő szükséges

LogiTech MX900 és a dokkoló egység University of Pecs


44

A drótnélküli egér Működése: • Az adó az egér belsejében található. Ez elektromágneses (rádió) kódolt jelet küld a vevőnek a pozícióról, illetve az egyéb eseményekről (gomb, görgő) • A vevő (amely a PC-hez csatlakoztatott), veszi a jelet, dekódolja, és az egér driveren, OS-en keresztül közli az információt • A vevő lehet egy külön egység is, amely a PC-hez van illesztve, vagy eleve beépített • Rádiófrekvencia szabványosított • Az információ kódolt

University of Pecs


45

A bluetooth egér • Az egyik legtöbbet használt RF technológia • Frekvenciája 2.45gHz (AM rágió~ 1MHz; FM Rádió ~ 100 mHz; TV ~ 1 gHz; Műhold ~ 10gHz) • Ebben a sávban mozog néhány vezeték nélküli telefon, illetve a mikrohullámű sütő) • Hatóköre kb. 10 m

University of Pecs


46

A rádiós egér • 27 MHz-es tartomány • Hatóköre kb. 2 m • A bluetooth technológiával ellentétben kisebb a hatóköre, több interferencia alakulhat ki a kommunikációban • Kialakulhat a „Cross-talk” egy szobában használt rádiós eszközöknél • A vevő tipikusan USB portra csatlakozik

University of Pecs


47

Az egér fejlesztése napjainkban • A mai fejlesztéses egy széleskörűen használható, univerzális eszközről szólnak • Multimédia egerek pl. a „Windows XP Media Center Edition” PC-el működnek együtt, újítás: play-pauseforward-back- hangerő változtatása egérről elérhető • Néhány billentyűzet-egér együtt működik, pl. Logitech LX700 drótnélküli széria • újabb mozgás alapú technolgia (gyroscope) University of Pecs


Gyration’s UltraSense M2000 Travel Air-Mouse

48

A biometrikus egér •

Biztonsági szolgáltatások, azonosítás • Pl. ujjlenyomat felismerés

University of Pecs


49

Egyéb fejlesztések

Logitech Click! Plus – vízszintes, függőleges scroll

University of Pecs


Logitech V500 Notebook egér – érintőképernyő

50

Touch screen 

Három féle rendszer létezik: Ellenállászálas  Kapacitív  Felszíni akusztikus hullámon alapuló Az ellenállásszálas megoldás egy üveg felület, mely egy vékony filmréteggel van bevonva. 

University of Pecs


51

Touch screen – 4 Ellenállásszálas      



4 ellenállásszálas Gyakran előforduló, olcsó Kicsit homályosabb Otthoni felhasználásra Sérülékeny +: jó érzékenység, sok tárggyal működik, szennyeződés nem befolyásolja jelentősen, olcsó -: 75% áteresztés, sérülékeny, 5 szálas technológiánál kevésbé tartós

University of Pecs


52

Touch screen – 4 Ellenállásszálas Touchscreen Specifications

University of Pecs

Touch Type:

4-Wire Resistive

Screen Sizes:

12"-20" Diagonal

Cable Interface:

PC Serial/COM Port or USB Port

Touch Resolution:

1024 x 1024

Response Time:

10 ms. maximum

Activation Force:

50-120 grams per square centimer

Positional Accuracy:

3mm maximum error

Light Transmission:

80% nominal

Light Transmission:

80% nominal

Scratch Resistance:

3H pencil hardness

Life Expectancy:

3 million touches at one point

Temperature:

Operating: -10°C to 70°C Storage: -30°C to 85°C

Humidity:

Pass 40 degrees C, 95% RH for 96 hours.

Chemical Resistance:

Alcohol, acetone, grease, and general household detergent

Software Drivers:

Windows XP / 2000 / NT / ME / 98 / 95, Linux, Macintosh OS


53

Touch screen – 5 Ellenállásszálas Tartósabb a 4 szálas technológiánál Touch Type:

Elo AccuTouch 5-Wire Resistive

Cable

PC Serial/COM Port or USB Port Interface :

Touch Resoluti on:

4096 x 4096

Response Time:

21 ms. at 9600 baud

Light

80% +/-5% at 550 nm wavelength (visible light spectrum) Transmi ssion:

Expected Life:


Temperature:


Humidity:

Operating: 90% RH at max 35°C Storage: 90% RH at max 35°C for 240

Chemical Resistan ce:

Acetone, Methylene chloride, Methyl ethyl ketone, Isopropyl alcohol, Hexane, Turpentine, Mineral spirits, Unleaded Gasoline, Diesel Fuel, Motor Oil, Transmission Fluid, Antifreeze, Ammonia based glass cleaner, Laundry Detergents, Cleaners (Formula 409, etc.), Vinegar, Coffee, Tea, Grease, Cooking Oil, Salt

Regulations:

UL, CE, TUV, FCC-B

Software Drivers:

Windows XP, 2000, NT, ME, 98, 95, 3.1, DOS, Macintosh OS, Linux, Unix (3rd Party)

University of Pecs


54

Touch screen – Kapacitív   





 

Üveg felület kapacitív anyaggal bevonva Érintésnél keletkezett feszültséget érzékeli Áramkörök a sarkokban helyezkednek el, mérik a kapacitás változást különböző frekvenciájú bemenetből deríthető ki az X, Y koordináta +: magas felbontás, nagy tisztaság, nem koszérzékeny -: ujjra érzékel csak Létezik „PenTouch” technológia: csak adott eszközre érzékeny

University of Pecs


55

Touch screen – Kapacitív

Touchscreen Specifications

Touch Type:

3M ClearTek Capacitive

Cable Interface:

PC Serial/COM Port (9-pin) or USB Port

Touch Resolution:

1024 x 1024

Activation Force:

less than 3 ounces

Light

88% at 550 nm wavelength (visible light spectrum)

Transmissi on:

Durability Test:

100,000,000 plus touches at one point

Temperature:


Humidity:

Operating: 90% RH at max 40°C, non-condensing

Chemical Resistance :

The active area of the touchscreen is resistant to all chemicals that do not affect glass, such as: Acetone, Toluene, Methyl ethyl ketone, Isopropyl alcohol, Methyl alcohol, Ethyl acetate, Ammonia-based glass cleaners, Gasoline, Kerosene, Vinegar

Regulations:

UL, CE, TUV, FCC-B

Software Drivers:


University of Pecs


56

Touch screen – Kapacitív iPOD

University of Pecs


57

Touch screen – Akusztikus  

 



Legfejlettebb technológia Akusztikus hullámok terjednek az üveg felületen, az érintés ezt változtatja meg (elnyelés) Adó - vavő +: legnagyobb megbízhatóság, magas felbontás, legnagyobb tisztaság (nincs elnyelődés), kevésbé sérülékeny -: ujjra, bőrre, lágy anyagokra érzékel

University of Pecs


58

Touch screen – Akusztikus Touchscreen Specifications Touch Type:

Elo IntelliTouch Surface Acoustic Wave

Cable Interface:

PC Serial/COM Port or USB Port

Touch Resolution:

4096 x 4096

Activation Force:

less than 3 ounces

Light

90%

Transmissi on:

Expected Life:


Temperature:


Humidity:

Operating: 90% RH at max 40°C, non-condensing

Chemical Resistance :

The active area of the touchscreen is resistant to all chemicals that do not affect glass, such as: Acetone, Toluene, Methyl ethyl ketone, Isopropyl alcohol, Methyl alcohol, Ethyl acetate, Ammonia-based glass cleaners, Gasoline, Kerosene, Vinegar

Regulations:

UL, CE, TUV, FCC-B

Software Drivers:


University of Pecs


59

1. gyakorlat •

Cél: egér mozgási sebességének kiszámítása NI LabView használatával

•

Eseményvezérelt utasítások

•

t1: (x1,y1)

•

dt = t2-t1

•

ds = sqrt( (x2-x1)^2 + (y2-y1)^2)

•

v_pill = ds/dt

University of Pecs

t2:(x2,y2)


60

1. gyakorlat

University of Pecs


61

1. gyakorlat

University of Pecs


62

Köszönöm a figyelmet!

PTE PMMK Informatika Tanszék Faculty Műszaki of Informatics and Engineering

University of Pecs

63

Számítógép architektúrák II 1. előadás

Recommend Documents