Чарльз Петцольд - Код. Тайный язык информатики

Большинство компьютерных мониторов (и телевизоров) имеет характеристическое отношение 4 : 3 [29], в чем вы можете убедиться с помощью линейки. Разрешение 640 × 480 также соответствует отношению 4 : 3. Это значит, что горизонтальная линия, состоящая, например, из 100 пикселов, имеет ту же физическую длину, что и вертикальная линия из 100 пикселов. Таким образом, пикселы являются квадратными , что считается предпочтительным для компьютерной графики.

Видеоадаптеры и мониторы практически всегда имеют разрешение 640 × 480, однако они также способны работать в видеорежимах с разрешением 800 × 600, 1024 × 768, 1280 × 960 и 1600 × 1200.

Обычно компьютерный дисплей и клавиатура кажутся нам связанными, поскольку символы, введенные с клавиатуры, отображаются на экране. Однако на самом деле они, как правило, не зависят друг от друга.

Каждая клавиша на клавиатуре, по сути, простой переключатель. При нажатии клавиши переключатель замыкается. Первые клавиатуры напоминали пишущую машинку и состояли всего из 48 клавиш; клавиатура современных персональных компьютеров часто насчитывает более 100 клавиш.

Клавиатура, подключенная к компьютеру, должна предусматривать некоторое оборудование, предоставляющее уникальный код для каждой нажатой клавиши. Вы можете предположить, что этот код является ASCII-кодом, соответствующим символу на клавише. Однако разрабатывать аппаратные средства, определяющие ASCII-код, непрактично и нежелательно. Например, клавиша A может соответствовать ASCII-коду 41h или 61h в зависимости от того, нажимается ли вместе с ней клавиша Shift. Кроме того, на современных компьютерных клавиатурах есть множество клавиш, которые не соответствуют символам ASCII. Код, предоставляемый аппаратным обеспечением клавиатуры, называется скан-кодом . Для определения соответствия нажатой клавиши какому-либо ASCII-коду используется небольшая компьютерная программа.

Чтобы схема аппаратного обеспечения клавиатуры не стала чересчур запутанной, будем считать, что она состоит всего из 16 клавиш. При нажатии клавиши аппаратное обеспечение должно сгенерировать 4-битный код, принимающий двоичные значения в диапазоне от 0000 до 1111.

Аппаратное обеспечение клавиатуры содержит уже знакомые нам компоненты.

Шестнадцать клавиш представлены в виде простых переключателей в нижней левой части схемы. Четырехбитный счетчик многократно и быстро перебирает 16 кодов, соответствующих клавишам. Он должен делать это быстрее, чем человек нажимает и отпускает клавишу.

Выходные сигналы 4-битного счетчика подаются на входы Sel дешифратора «2 на 4» и селектора «4 на 1». Если не была нажата ни одна клавиша, ни один из входов селектора не будет равен 1. Следовательно, и выход не будет равен 1. Однако если нажата конкретная клавиша, то при соответствующем ей значении выходного сигнала 4-битного счетчика выход селектора будет равен 1. Например, при нажатии второй сверху и справа клавиши и выходном сигнале счетчика 0110 выход селектора будет равен 1.

Это код, соответствующий данной клавише. Когда клавиша нажата, ни одно другое значение выходного сигнала счетчика не приведет к тому, что выход селектора станет равным 1. Для каждой клавиши предусмотрен собственный код.

Если клавиатура состоит из 64 клавиш, вам понадобится 6-битный скан-код и 6-битный счетчик. Вы можете организовать клавиши в массив 8 × 8, используя дешифратор «3 на 8» и селектор «1 на 8». Если клавиатура имеет от 65 до 128 клавиш, потребуется 7-битный код. Клавиши можно организовать в массив 8 × 16 и использовать дешифратор «4 на 16» и селектор «8 на 1» (или дешифратор «3 на 8» и селектор «16 на 1»).

То, что происходит дальше в этой схеме, зависит от сложности интерфейса клавиатуры. Аппаратное обеспечение может предусматривать для каждой клавиши один бит оперативной памяти. Память RAM будет адресоваться счетчиком, а содержимым этой памяти может стать 0, если клавиша не нажата, и 1 — если нажата. Эту память RAM также может считывать микропроцессор для определения состояния каждой из клавиш.

Одна из полезных функций интерфейса клавиатуры — сигнал прерывания. Как вы помните, микропроцессор 8080 предусматривает входной сигнал, который позволяет внешнему устройству прерывать работу микропроцессора. В ответ на этот сигнал процессор считывает команду из памяти. Обычно это команда RST, заставляющая процессор перейти к определенной ячейке, где хранится программа для обработки прерывания.

Последнее периферийное устройство, которое опишу в этой главе, — устройство для долговременного хранения данных. Как вы помните, оперативная память вне зависимости от того, из чего она собрана (реле, вакуумных ламп или транзисторов), теряет свое содержимое при отключении питания. По этой причине компьютеру требуется устройство для долговременного хранения данных. Один проверенный временем способ — пробивание отверстий в бумажных или картонных картах, вроде перфокарт IBM. На заре эры небольших компьютеров для сохранения и последующей загрузки программ и данных отверстия пробивались в рулонах бумажной ленты.

Недостатки перфокарт и бумажной ленты в том, что их нельзя использовать повторно. Пробитое отверстие непросто заклеить. Еще один дефект — невысокая эффективность. Сейчас, если вы можете увидеть бит невооруженным глазом, можете с уверенностью сказать: «Он занимает слишком много места!»

По этим причинам гораздо чаще встречаются магнитные накопители . Принцип их работы был описан еще в 1878 году американским инженером Оберлином Смитом (1840–1926). Однако первое работающее устройство было создано только 20 лет спустя, в 1898 году, датским изобретателем Вальдемаром Поульсеном (1869–1942). Поначалу «телеграфон» Поульсена предназначался для записи телефонных сообщений, если никто не мог взять трубку. Для записи звука на стальной проволоке применялся электромагнит — вездесущее устройство, с которым мы познакомились, когда рассматривали телеграф. Электромагнит намагничивал проволоку в соответствии с изменениями формы звуковой волны, а для воспроизведения звука проволока с той же скоростью протягивалась вдоль обмоток электромагнита, индуцируя в них ток. Электромагнит, созданный для хранения и считывания информации, называется головкой вне зависимости от типа магнитного накопителя.

В 1928 году австрийский изобретатель Фриц Пфлеумер (1881–1945) запатентовал магнитное записывающее устройство, в котором использовалась бумажная лента с металлическим напылением, сделанная по технологии, разработанной для металлизированных полосок на сигаретах. Вскоре бумагу заменила более прочная ацетилцеллюлозная основа, благодаря чему родился один из самых надежных и хорошо известных носителей информации. Магнитная лента, теперь упакованная в пластиковые кассеты, нашла применение в записи и воспроизведении музыки и видео.