Computer-Systeme Teil 7: Peripherie - Computer-Systeme - WS 12/13 - Teil 7/Peripherie
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Computer-Systeme
Teil 7: Peripherie
Computer-Systeme – WS 12/13 - Teil 7/Peripherie 05.11.2012 1
Literatur
[7-1] Engelmann, Lutz (Hrsg.): Abitur Informatik – Basiswissen
Schule. Duden-Verlag, 2003, S.48-53, 267-299
[7-2] Frielingsdorf, H.; Lintermann, F.-J., Schaefer, U. Schulte-
Göcking, W.: Basiswissen IT-Berufe Einfache IT-Systeme.
Bildungsverlag EINS, 3. Auflage, 2004, S.124-165
Computer-Systeme – WS 12/13 - Teil 7/Peripherie 2
Übersicht
• Monitore
• Elektronisches Papier
• Tastatur und Maus
• Drucker
• Plotter und Scanner
• I/O-Busse
Computer-Systeme – WS 12/13 - Teil 7/Peripherie 3
Monitore
• Größen: 14" bis 21" und größer (1 Zoll = 2,54 cm)
Die Größe betrifft die Länge der Diagonale des Bildschirms.
• Fernsehmonitore sind nicht benutzbar, Gründe:
– Bildfrequenz (Flimmerfreiheit)
– Auflösung
• Bauformen:
– CRT = Cathode Ray Tube (Kathodenstrahlröhre)
– LCD = Liquid Cristal Display
Siehe auch: http://de.wikipedia.org/wiki/Computermonitor
Computer-Systeme – WS 12/13 - Teil 7/Peripherie 4
Arbeitsweisen der Kathodenstrahlröhren
• Der Elektronenstrahl wird von
links oben nach rechts unten
Zeile für Zeile auf die Bildpunkte
des Bildschirms gelenkt.
– Im Interlaced-Modus wird dabei
jede zweite Zeile geschrieben
und nach einem Durchlauf die
ausgelassenen Zeilen
beleuchtet, so dass nach zwei http://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Datei:Cathode_ray_tube_de.svg&
Durchläufen das gesamte Bild filetimestamp=20080419144858
dargestellt ist.
– Im Non-Interlaced-Modus • Die Helligkeit (und auch die
werden ohne Überspringen alle Farbintensität) wird durch die
Zeilen eines Bildes Stärke des Elektronenstrahls
gesteuert.
hintereinander geschrieben.
Computer-Systeme – WS 12/13 - Teil 7/Peripherie 5
Farbdarstellung
• CRT und LCD folgen dem RGB-Modell (Rot-Grün-Blau):
drei Punkte realisieren zusammen alle darzustellenden
Farben nach dem additiven Prinzip.
• Das additive Modell beruht auf Überlagerung dreier
Lichtstrahlen in den Grundfarben, deren Mischung jeweils die
einzelnen Farben ergibt. Die Summe aller drei gleich
intensiven Strahlen ergibt Weiß.
• Beim subtraktiven Modell werden die Farben durch das
Reflektionsverhalten beim Bestrahlen mit weißem Licht
erstellt. Die Summe der drei gleich intensiven Grundfarben
ergibt hier Schwarz, jedenfalls theoretisch.
• Bei Monitoren und Beamern wird das additive,
bei Druckern das subtraktive Modell verwendet.
• Aber: es sind nicht alle Farben darstellbar!
Computer-Systeme – WS 12/13 - Teil 7/Peripherie 6
Begriffe
• Farbton ≈ Eigentliche Farbe
• Helligkeit ≈ Beimischung von Weiß
• Farbe ≈ Paar (Farbton, Helligkeit)
• Farbtiefe = Anzahl der gleichzeitig darstellbaren Farben
(Repräsentation)
Farbtiefen:
– 1 bit: schwarz/weiß
– 8 bit: 256 Farben
– 16 bit: 32.768 Farben (HiColor)
– 24 bit: 16,7 Mio. Farben (TrueColor)
Computer-Systeme – WS 12/13 - Teil 7/Peripherie 7
Variationen in der Farbtiefe I
Farbtiefe 16 bit Farbtiefe 8 bit
(65535 Farben) (256 Farben)
Computer-Systeme – WS 12/13 - Teil 7/Peripherie 8
Variationen in der Farbtiefe II
Farbtiefe 4 bit Farbtiefe 2 bit
(16 Farben) (4 Farben)
Computer-Systeme – WS 12/13 - Teil 7/Peripherie 9
Verfahren zur Bildschirmansteuerung
Verfahren Vertikale Auflösung Bemerkungen
Frequenz (Pixel)
VGA 60 Hz 640x480 Video Graphics Adapter
XGA 1024x768 15"
SXGA 1600x1200 16" bis 19"
UXGA 1600x1200 ab 20"
Siehe auch: http://de.wikipedia.org/wiki/Phase_Alternating_Line und http://www.edv-tip.de/dvd/004_aufloesung.htm
Computer-Systeme – WS 12/13 - Teil 7/Peripherie 10Bitmap/Raster-Grafiken
1:1-Verhältnis
Pixel
Pixel der internen Darstellung Pixel der externen Darstellung
(Repräsentation) (Präsentation)
Computer-Systeme – WS 12/13 - Teil 7/Peripherie 11Darstellung von Zeichen bei Rastergrafik
Buchstabe "a" in einem Raster Buchstabe "a" in Rasterdarstellung
• Bei einer Rastergrafik wird das darzustellende Objekt innerhalb eines
vorgegebenen matrizenförmigen Rasters als Bitmap repräsentiert und
auch präsentiert.
• Das Raster besteht aus als quadratisch angenommenen Bildpunkten.
Die Seitenlänge dieser Punkte wird durch die Auflösung bestimmt.
Computer-Systeme – WS 12/13 - Teil 7/Peripherie 12Probleme unterschiedlicher Auflösungen I
Einfache Auflösung Doppelte Auflösung
Skalieren Trotz doppelter Auflösung
ist das Ergebnis unbefriedigend
Computer-Systeme – WS 12/13 - Teil 7/Peripherie 13Probleme unterschiedlicher Auflösungen II
• Wenn von einer niedrigen Auflösung, d.h. von einem
relativ groben Raster ausgehend die Grafik vergrößert
wird, dann werden auch die "Treppen" vergrößert.
• Skalieren = Vergrößern oder Verkleinern einer Grafik
• Das Skalieren ist bei einem Übergang von einem Medium
auf ein anderes, z. B. Bildschirm auf Drucker, aufgrund der
unterschiedlichen Auflösung notwendig:
Eine Grafik mit Größe von 1 Zoll Höhe und 2 Zoll Breite auf einem
100 dpi-Bildschirm würde ohne Skalieren auf einem Drucker (300 dpi)
nur noch 1/3 Zoll hoch und 2/3 Zoll breit sein.
Computer-Systeme – WS 12/13 - Teil 7/Peripherie 14Stufeneffekte durch Skalieren (Aliasing)
100%
200%
300%
100%
200% 300%
Dies ist mit Absicht etwas übertrieben dargestellt.
Computer-Systeme – WS 12/13 - Teil 7/Peripherie 15Bemerkungen
• Runde Kurven bzw. Kurven, die nicht horizontal bzw. vertikal
entlang dem Raster verlaufen, haben eine treppenförmige
Struktur.
• Aliasing = Phänomen der treppenförmigen Abstufungen bei
Figuren einer Rastergrafik
• Anti-Aliasing = Verfahren, um die Aliasing-Effekte für das
menschliche Auge abzuschwächen
• Das Anti-Aliasing besteht darin, die einzelnen Stufen durch
Grautöne bzw. farblich abgeschwächte Punkte zu
"verwaschen".
• In den folgenden Abbildungen wird das Verfahren über-
trieben dargestellt - korrekt wäre es, wenn die Randbereiche
so weich gemacht werden, dass die Verwaschungen nicht zu
sehen sind.
Das Ergebnis soll ja besser als das Original werden.
Computer-Systeme – WS 12/13 - Teil 7/Peripherie 16Antialiasing zur Beseitigung von Aliasing
Folie von oben - weich gezeichnet Strecke vergrößert
(Übertriebene Darstellung)
Computer-Systeme – WS 12/13 - Teil 7/Peripherie 17Anti-Aliasing bei Schriften
Ohne Anti-Aliasing:
Mit Anti-Aliasing:
Computer-Systeme – WS 12/13 - Teil 7/Peripherie 18Simulation von Grautönen (Dithering)
Dithering (Halbtonverfahren) ist ein Verfahren zur Simulation
von Grauwerten, insbesondere bei der Vergrößerung vor dem
Drucken von Schwarz/Weiß-Graphiken.
100% 75% 50% 25% 0% Schwarz
Computer-Systeme – WS 12/13 - Teil 7/Peripherie 19Accelerated Graphics Port (AGP)
• Aktuelle und moderne Schnittstelle zu der Karte, die für die
Ansteuerung des Monitors zuständig ist.
• Auf der AGP-Karte befindet sich Hardware und auch
Software zur Darstellung von 2D- und 3D-Objekten
Durch Auslagerung in extra Hardware wird die CPU spürbar
entlastet.
• Der AGP ist eine 1:1-Schnittstelle (kein Bus), um eine
schnellere Kommunikation zwischen CPU/RAM und der
Grafikkarte zu ermöglichen.
• Entwickelt ab 1996 von Intel in einem Konsortium.
Computer-Systeme – WS 12/13 - Teil 7/Peripherie 20Aus der Sicht des Motherboards
AGP-Steckplatz
Eine einfache AGP-Karte
Computer-Systeme – WS 12/13 - Teil 7/Peripherie 21Typische AGP-Eigenschaften
• Bildspeicher 16 Mbyte (und mehr)
• 1280x1024 Pixel
• Bildwiederholfrequenz bis 85 Hz
• 16 bit Farbtiefe
• Es gibt verschiedene AGP-Varianten:
Name Taktfrequenz Max. Datenrate Spannung Bemerkungen
AGP 1x 66 MHz 264 Mbyte/s 3,3 V 1 Byte pro Takt
AGP 2x 66 MHz 528 Mbyte/s 3,3 V 2 Byte pro Takt
AGP 4x 66 MHz 1056 Mbyte/s 1,5 V 4 Byte pro Takt
AGP 8x 66 MHz 2112 Mbyte/s 0,8 V 8 Byte pro Takt
Computer-Systeme – WS 12/13 - Teil 7/Peripherie 22Verschiedene Architekturen I
Arbeitsspeicher Bildspeicher Arbeitsspeicher Bildspeicher
Fill-Routine Fill-Routine
Bitblitter-Routine Bitblitter-Routine
Line-Routine Line-Routine
Controller
Controller
CPU CPU
Monitor Monitor
(A) (B)
Computer-Systeme – WS 12/13 - Teil 7/Peripherie 23Bemerkungen
• Für häufig vorkommende Operationen werden Routinen
definiert, z. B.:
– Fill-Routinen: Füllen von Flächen
– Bitblitter-Routinen: Verschieben von Rechtecken
– Line-Routinen: Zeichnen von geraden oder gekrümmten Strecken
• Architektur A:
Die CPU teilt über die Schnittstelle zur Grafikkarte die
darzustellenden Daten mit. Der Controller nimmt diese
entgegen, legt sie im Bildspeicher ab und stellt sie auf dem
Monitor dar, z. B. klassische VGA-Karte.
• Architektur B:
Die CPU benutzt für den Zugriff auf den Bildspeicher einen
eigenen schnellen Bus; CPU und Controller greifen gleichzeitig
auf diesen Speicher zu.
Computer-Systeme – WS 12/13 - Teil 7/Peripherie 24Alternative Architekturen II
Bildspeicher Bildspeicher
Arbeitsspeicher Arbeitsspeicher
Fill-Routine
Fill-Routine
Bitblitter-Routine
Bitblitter-Routine
Line-Routine
Line-Routine
Controller Controller CPU
CPU CPU
Monitor Monitor
(C) (D)
Computer-Systeme – WS 12/13 - Teil 7/Peripherie 25Bemerkungen
• Architektur C:
Die grafischen Grundroutinen sind in den Controller
integriert; die CPU braucht nur die Operation per
Kommandos an der Schnittstelle zu übergeben. Die CPU wird
stark entlastet.
• Architektur D:
Auf der Grafikkarte befindet sich ein eigener Grafik-
Prozessor mit eigener CPU (und Software). Diese CPU
entlastet sehr stark die Haupt-CPU. In der
Hardware/Software der Karte sind typischerweise die 2D-
und 3D-Operationen realisiert.
• AGP ist eine Mischung aus Architektur B und D.
Computer-Systeme – WS 12/13 - Teil 7/Peripherie 26Flachbildschirme (LCD)
• LCD = Liquid Cristal Display
• Bei gleicher Angabe der Größe ca. um 2" größer als bei CRT,
da kein Rand erforderlich
• Basiert auf Materialien mit unterschiedlichen optischen
Eigenschaften in Abhängigkeit von Magnetfeldern
• Feste Positionierung und Anzahl der Bildpunkte
(was beim Betrieb mit anderen Auflösungen zu Problemen
führen kann)
Computer-Systeme – WS 12/13 - Teil 7/Peripherie 27Schematischer Aufbau (TFT-LCD)
Bildpunkt Vorne Schutzschicht
Rot Grün Blau Rot Grün Blau Rot Grün Blau
Filterschicht
Liquid Pol-Filter
Cristals
Transistoren
Pol-Filter
Hintergrundbeleuchtung
Hinten
Computer-Systeme – WS 12/13 - Teil 7/Peripherie 28Funktionsweise
1. Licht der Hintergrundbeleuchtung (von unten in der
Abbildung) wird über ein Polarisationsfilter polarisiert
2. Transistoren bauen entsprechend für jedes Pixel ein Feld auf,
das die Kristalle dazu bringt, die Polarisationsebene zu
drehen.
3. Ein zweites Polarisationsfilter lässt nur Licht in einer
bestimmten Ebene durch.
4. Durch stärke Verdrehung wird das Licht heraus gefiltert.
5. Zusätzlich gibt es ein Farbfilter, das die Pixelfarbe bestimmt.
Bei den Normally-White-Displays sind die beiden Polfilter so
aufeinander abgestimmt, dass ohne angesteuerten Transistor der
Pixel leuchtet und dass er bei angesteuerten er dunkler ist.
Computer-Systeme – WS 12/13 - Teil 7/Peripherie 29Eigenschaften von LCD
• Kontrast und Farbe hängen vom Blickwinkel ab.
Gute LCDs haben einen Blinkwinkel von 140°.
• Geringer Energieverbrauch
• Geringes Gewicht
• Flimmerfrei, jedenfalls in den meisten Fällen
• Strahlungsfrei
• Standard in Laptops, Notebooks und Palmtops, PDAs und
Mobiltelefonen
• Kälteempfindlich
• Norm: ISO 13406-2
Computer-Systeme – WS 12/13 - Teil 7/Peripherie 30Ergonomische Empfehlungen für Monitore
Größe Auflösung Bildwiederholfrequenz
15" 800x600 73 Hz
17" 1024x768 85 Hz
19" 1200x1024 90 Hz
Strahlungsarmut (Normen): • Schaltzeit: max. 30ms
– MPR III (1990) • Kontrastverhältnis mind.
– TCO 92 300:1
– TCO 95
– TCO 99
Computer-Systeme – WS 12/13 - Teil 7/Peripherie 31Elektronisches Papier
http://de.wikipedia.org/wiki/Elektronisches_Papier
http://de.wikipedia.org/wiki/Palo_Alto_Research_Center
• In den 1970ern: Gyricon erfunden
im Palo Alto Research Center
• Elektrophorese:
Innerhalb von Kapseln schwimmen
elektrisch geladene weiße Teilchen in
Öl, die durch ein elektrisches Feld
bewegt werden.
• Es gibt Versionen für Farbe.
• Produkt E-Ink der taiwanischen
Firma PVI
Computer-Systeme – WS 12/13 - Teil 7/Peripherie 32Tastatur
• Bauformen der Schreibmaschinentastatur nachgeahmt
• Im PC-Bereich: MF2-Tastatur
102 Tasten mit 3 Sondertasten für Windows
Apple hat Ähnliches für den Mac (auch Sondertasten)
• Bei den Laptops Nachahmungen der großen Tastatur durch
Sondertasten für Doppelbelebungen (manchmal blau gefärbt)
• Fast alle Tasten können vom Betriebssystem mit beliebigen
Zeichen belegt werden.
http://de.wikipedia.org/wiki/Datei:
Cherry_keyboard_105_keys.jpg
Computer-Systeme – WS 12/13 - Teil 7/Peripherie 33Funktionsweise
• Unter allen Tasten liegen in einer Matrix Leitungen, die durch
das Drücken einer Taste kurzgeschlossen werden.
• Ein Tastaturprozessor (kleiner Mikroprozessor) wartet eine
gewisse Zeit (Prellzeit) ab und liest anhand der Leitungen die
"Koordinaten" der gedrückten Taste.
• Dann stellt er über die Schnittstelle einen Code, der die
gedrückten Tasten identifiziert, bereit: den Scan-Code.
Dieser Code bedeutet nicht das Eingeben eines bestimmten
Zeichens.
• Das Betriebssystem wandelt dann den Scan-Code in einen
internen Code, meistens ASCII um.
Computer-Systeme – WS 12/13 - Teil 7/Peripherie 34Anschlüsse
Eine Tastatur kann an folgende Anschlüsse angeschlossen
werden:
– PS/2 (veraltet)
– USB
– Funkanschluss (Bluetooth)
Computer-Systeme – WS 12/13 - Teil 7/Peripherie 35Beispiel: Aufklappbare Tastatur Computer-Systeme – WS 12/13 - Teil 7/Peripherie 36
Pointing Devices
• Pointing Devices sind Geräte zum Zeigen auf Objekte bzw.
Zeichnen von Objekten, wobei Software das Objekt bzw. den
Punkt, auf den gezeigt wird, identifiziert.
• Übersicht:
– Mouse (Maus)
– Trackball ("Umgekehrte" Maus)
– Tablett (Leitungsmatrix mit Stift)
– Drucksensibler Monitor (Arbeiten mit Finger)
– Joystick
Computer-Systeme – WS 12/13 - Teil 7/Peripherie 37Maus I
• Arten
– Mechanische Maus: Rollende Kugel, deren Drehung durch zwei
Rädchen abgetastet wird, Probleme: Verdreckt leicht
– Optische Maus: Leuchtdiode sendet Licht, das von einer Fläche
reflektiert und durch eine Fotodiode aufgenommen wird.
Anhand der Änderungen wird die Bewegung erkannt.
• Typische Tasten
– 1 Taste: Apple-Maus
– 2 Tasten: PC-Maus
– 3 Tasten: UNIX-Maus
Fehlende Tasten werden per Software simuliert.
– Einfach-, Doppel- und Dreifach-Klick möglich
• Sonderbauform: Mit Rädchen
Computer-Systeme – WS 12/13 - Teil 7/Peripherie 38Mechanische Maus
Maus mit zwei Tasten und Rädchen
Computer-Systeme – WS 12/13 - Teil 7/Peripherie 39Maus II
• Auflösung:
400-800 counts per inch (cpi)
1 count ist ein Impuls der Rädchen bzw. der Bodenänderung
bei optischen Mäusen
• Per Software kann eine nicht-lineare Empfindlichkeit
realisiert werden:
– Je schneller die Maus bewegt wird, desto empfindlicher reagiert
sie,
– Je langsamer, desto feiner kann positioniert werden.
Zu langes und zu häufiges Arbeiten mit der Maus führt zum "Maus-Arm",
einer Sehnenscheidenentzündung am Ellenbogen ähnlich dem Tennisarm
sowie zu Verspannungen in der Rückenmuskulatur.
Computer-Systeme – WS 12/13 - Teil 7/Peripherie 40Anschlüsse und Bild eines Trackballs
Die Maus kann an folgende
Anschlüsse angeschlossen
werden:
– PS/2 (veraltet)
– USB
– Serielle Schnittstelle
(veraltet)
– Funkanschluss (Bluetooth)
– Infrarotanschluss (selten)
http://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Datei:Trackball-
Kensington-ExpertMouse5.jpg
&filetimestamp=20061231132043
Computer-Systeme – WS 12/13 - Teil 7/Peripherie 41Drucker - Übersicht
• Nadeldrucker
• Tintenstrahldrucker
• Laserdrucker
Computer-Systeme – WS 12/13 - Teil 7/Peripherie 42Nadeldrucker
• Ein Satz von Nadeln (9 bis 24) wird elektrisch über ein
Farbband auf das Papier gedrückt.
• Es sind Durchschläge möglich.
• Die Anzahl der Nadeln bestimmt die Qualität.
• Technisch veraltet, recht laut, aber immer noch im Einsatz,
z.B. in Geldautomaten
• Sterben langsam aber sicher aus…
Computer-Systeme – WS 12/13 - Teil 7/Peripherie 43Tintenstrahldrucker (Inkjet)
• Druckknopf sprüht feine Tintentröpfchen (0,3 bis 0,4 mm) auf das
Papier.
• Schwarz/Weiß - gibt es kaum noch
• Farbig: Subtraktives Modell nach CMYK
(Cyan, Magenta, Yellow und Black)
Punkte werden sehr eng gesetzt, so dass eine Mischung entsteht
• Auflösungen: 300x300dpi bis 1200x1200dpi
• Sterben langsam aus…
http://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Datei:
Tintenstrahldrucker.jpg&filetimestamp=20061122145636
Computer-Systeme – WS 12/13 - Teil 7/Peripherie 44Laser-Drucker
• LASER = Light Amplification by Stimulated Emission of
Radiation
• Mit einem Laser wird das Bild auf eine lichtempfindliche
Trommel so gebracht, dass sie sich entsprechend
elektrostatisch auflädt und dadurch Farbpulver (Toner)
festhält. Dieses Pulver wird auf das Papier gerollt und dort
eingeschmolzen.
• Schwarz/Weiß-Drucker
• Farb-Drucker
– Arbeitet nach subtraktiven Farbsystem
– CMYK: Cyan, Magenta, Yellow und Black
M.a.W. 4 Katuschen
• Auflösungen: 300dpi bis 1200dpi
• Bis zu 40 Seiten/Min.
Computer-Systeme – WS 12/13 - Teil 7/Peripherie 45Laser-Drucker - Arbeitsprinzip
http://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Datei:Laserdrucker1WIKI.jpg&filetimestamp=20081028144558
Computer-Systeme – WS 12/13 - Teil 7/Peripherie 46Hinweis zu der Anzahl der Kartuschen
Eigentlich müssten drei Kartuschen für den Farbdruck reichen,
aber:
• Die Mischung von Magenta, Gelb und Cyan ergibt kein
richtiges Schwarz.
• Da die meisten Texte mit schwarzer Farbe gestaltet sind, ist
der Farbverbrauch sehr hoch.
Daher wird eine vierte Kartusche: Schwarz verwendet.
Computer-Systeme – WS 12/13 - Teil 7/Peripherie 47Zeichengeräte (Plotter)
• Führen eines Stiftes (auch farbige) über das Papier, um eine
Zeichnung anzufertigen
• Es gibt keine Treppenstufeneffekte.
• Stifte: Faser, Gasdruckminen, Stahlkugelschreiber
• Niedrige Ausgabegeschwindigkeit, aber hohe Präzision
(Positionierungsgenauigkeit unter 0,1mm)
• Auch: Tintenstrahl- und Lasertechniken
• Der Stift und seine Führung wird (u.a. mit speziellen
Programmiersprachen) programmiert
• Großformatiges Papier möglich, z. B. DIN A0
Computer-Systeme – WS 12/13 - Teil 7/Peripherie 48Arten von Plottern
• Flachbett-Plotter
Das Papier liegt auf einer planen Fläche und wird manuell
aufgelegt bzw. abgenommen. Der Stift kann beliebig über
das Papier fahren.
• Trommel-Plotter
Das Endlospapier ist auf einer Rolle aufgerollt und wird auf
einer relativ kleinen Fläche bemalt; dann wird es weiter
gerollt.
Trommelplotter können auch einen automatischen
Schneidemechanismus haben, der das Papier zerschneidet.
Computer-Systeme – WS 12/13 - Teil 7/Peripherie 49Stiftplotter und Schneideplotter
http://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Datei:Plotter_Gerber_Infinity
.jpg&filetimestamp=20060816105724
http://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Datei:Bundesarchiv_B_145_Bild-F031434-0012,
_Aachen,_Technische_Hochschule,_Rechenzentrum.jpg&filetimestamp=20081210235158
Computer-Systeme – WS 12/13 - Teil 7/Peripherie 50Scanner
• Scannen = Sequentielles Abtasten von Vorlagen und
Umsetzen (Digitalisieren) in Bitmaps
• Bitmap = Repräsentation der Vorlage entsprechend Auflösung
und Farbtiefe in Bildpunkten, die als Matrix angeordnet
werden
• Vorlagen können sein:
– Papier
– Dia-Positive
– Filmnegative
• Anzuschließen an:
– Parallelschnittstelle (veraltet)
– USB
– Firewire
– SCSI
Computer-Systeme – WS 12/13 - Teil 7/Peripherie 51Funktionsweise
1. Lichtquelle bestrahlt die Vorlage
2. Vorlage reflektiert das Licht
3. Reflektiertes Licht wird
aufgenommen
4. Zerlegung in Farbkomponenten
entsprechend dem Farbmodell,
meist RGB (Rot-Grün-Blau).
Bei Filmen wird die Vorlage durchstrahlt.
http://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Datei:Flachbettscanner_01
.jpg&filetimestamp=20060512183940
Computer-Systeme – WS 12/13 - Teil 7/Peripherie 52Arten von Scannern
• Flachbrett-Scanner
Analog zu den Plottern: Vorlage wird auf plane Fläche gelegt
und durch Hinüberrollen mit einem Wagen abgetastet, sehr
ähnlich zu Fotokopierern.
• Handscanner
Kleines Gerät zum Überstreichen der Vorlage
Meist "verwackelt" und schief
• Dia-Scanner
Diapositive und Negativ-Filme werden durchleuchtet und mit
einem speziellen, kleinen "Wagen" abgetastet.
• Trommelscanner
Original wird auf eine Trommel gebracht, das während der
Rotation abgetastet wird.
Computer-Systeme – WS 12/13 - Teil 7/Peripherie 53Leistungen
• Auflösungen:
300-600 dpi bis 3600 dpi
• Farbtiefe:
von 8 bit bis 24 bit (16,7 Mio. Farben)
• Größen
Meist DIN A4
• Optionale Mechanik zum Einziehen von Vorlagen
Computer-Systeme – WS 12/13 - Teil 7/Peripherie 54I/O-Busse - Übersicht
• SCSI
• USB
• Firewire
Computer-Systeme – WS 12/13 - Teil 7/Peripherie 55Small Computer System Interface (SCSI)
• Bidirektionaler 50-/68-poliger Bus zur Verbindung zwischen
Computer und externen Geräten
• Jeder Teilnehmer kann Master werden. Es gibt einen
Schiedsrichter, der entscheidet, falls mehrere Teilnehmer
gleichzeitig Master werden wollen.
• Der Bus wird durch alle Geräte durchgeschleift, d.h. jedes
Gerät hat zwei Schnittstellen, die intern miteinander
verbunden sind.
• Am Ende muss der Bus zur Vermeidung von
Leitungsreflexionen durch eine spezielle Hardware
(Terminator) abgeschlossen werden.
• In der Praxis wird SCSI zum Anschluss von Platten, CDROM,
Brennern, Bandgeräten und Scannern benutzt.
Siehe auch: http://de.wikipedia.org/wiki/Small_Computer_System_Interface
Computer-Systeme – WS 12/13 - Teil 7/Peripherie 56Zur Funktionsweise
• Ist die Verbindung zwischen CPU
und Gerät hergestellt, so sendet
die CPU nur noch Kommandos,
die vom Gerät interpretiert
werden.
• Das Gerät setzt die Kommandos
intern um, so dass die
Ansteuersoftware auf Seiten der
CPU für jede Klasse von Geräten
dieselbe ist; es gibt daher keine Terminator
gerätespezifische Software. http://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Datei:
SCSI_Terminator_50pol_Centronics.jpg&
• Als Antwort auf die Kommandos filetimestamp=20050224195907
werden die geforderten
Informationen ausgetauscht.
Computer-Systeme – WS 12/13 - Teil 7/Peripherie 57Versionen I
• SCSI-1 (1986)
– Bis zu 7 Geräte
– Max. 5 Mbyte/s
– Bustakt 5 MHz
– 50-poliger Stecker
– Kabellänge 6..25m
• SCSI-2 (1992)
Name Bustakt Datenrate Stecker Geräte
Fast 10 MHz 10MByte/s 50-polig 7
Fast-Wide 10 MHz 20MByte/s 68-polig 15
Ultra-Wide 20 MHz 40MByte/s 68-polig 15
Ultra-2-Wide 40 MHz 80MByte/s 68-polig 15
Computer-Systeme – WS 12/13 - Teil 7/Peripherie 58Versionen II
• SCSI-3:
Name Bustakt Datenrate Stecker Geräte
Ultra-2-Wide 160 40 MHz 160MByte/s 68-polig 15
Ultra-2-Wide 320 40 MHz 320MByte/s 68-polig 15
Computer-Systeme – WS 12/13 - Teil 7/Peripherie 59Vergleich der Übertragungsraten
EIDE-Schnittstelle SCSI-Schnittstelle
Verfahren Rate Verfahren Rate
PIO-Mode 1 3,33 Mbyte/s Fast 10MByte/s
PIO-Mode 2 6,7 Mbyte/s Fast-Wide 20MByte/s
PIO-Mode 3 12 Mbyte/s Ultra-Wide 40MByte/s
PIO-Mode 4 16,6 Mbyte/s Ultra-2-Wide 80MByte/s
Ultra-DMA 33,3 Mbyte/s Ultra-2-Wide 160 160MByte/s
Ultra-DMA 2 66,6 Mbyte/s Ultra-2-Wide 320 320MByte/s
PIO = Programmed I/O, d.h. I/O ohne DMA
EIDE: Schnittstelle zwischen Motherboard und Platten
Computer-Systeme – WS 12/13 - Teil 7/Peripherie 60Universal Serial Bus (USB)
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/2/27/USB_Male_Plug_Type_A.jpg
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/0/0e/USB_Male_Plug_Type_B.jpg
• 1998, Version 1.1
• 2000, Version 2.0
• 2008: Version 3.0
• Max. 127 Geräte
• Geschwindigkeit
– 12 Mbit/s bzw. 1,5 Mbit/s (Version 1.1)
– 480 Mbit/s (Version 2.0)
• Anschluss und Konfiguration im laufenden Betrieb
• Beschränkte Stromversorgung durch das Kabel
• Bus-Topologie (4-adriges Kabel) bei sternförmiger /
hierarchischer Verdrahtung
• Heute an jedem PC vorhanden (typisch auf Motherboard)
Siehe auch: http://de.wikipedia.org/wiki/Universal_Serial_Bus
Computer-Systeme – WS 12/13 - Teil 7/Peripherie 61Firewire (IEEE 1394)
• 1995 als Standard verabschiedet
– Version bis 400 Mbit/s: Firewire 400
– Version bis 800 Mbit/s: Firewire 800
• Anschluss und Konfiguration im laufenden Betrieb
• Wie SCSI wird der Firewire durch die Geräte geschleift
• Es gibt aber auch die Möglichkeit mehrerer Anschlüsse, so
dass eine sternförmiger Verkabelung möglich wird
• Max. 64 Knoten, max. Abstand zwischen zwei: 4,5m
• 6-poliger Bus ohne Terminatoren
Computer-Systeme – WS 12/13 - Teil 7/Peripherie 62Nach dieser Anstrengung etwas Entspannung.... Computer-Systeme – WS 12/13 - Teil 7/Peripherie 63
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