Thông tin tài liệu
Chương, BỘ NHỚ VÌ HỆ THỐNG LƯU TRỮ 4.1 NGUYEN TAC TO CHỨC BỘ NHỚ Bộ nhớ máy tính (memory) nơi lưu trữ chương trình va liệu, gồm nhớ nhớ Bộ nhớ (internal memory) 1a cac vi mạch nhớ bán dẫn có tốc độ truy cập cao, lượng tiêu thụ thấp dung lượng nhỏ Vì vậy, máy tính cần phải có thêm nhớ ngồi (external memory) để chứa chương trình, liệu có dung lượng lớn người sử dụng Trong máy tính, nhớ phân chia thành cấp hình 4.1 Bộ nhớ Bộ nhớ { Cru Ị | t : { 1 ey N , I Ps Ss ‘a || BO nha Ế || đẹm (mức 1) fey | Soeot eee ees Bộ nhớ : tom ley (mức 2) Ẫ EoIIiioill chinh !_Ì : Bộ oO nhéNha —=›»|cácổđa| Bộ O Nhdnhớ mạng | | thé nha) ' Hình 4.1 Phan cấp hệ thống nhớ máy tính - Cấp 0: Tệp ghi (registers) bên vi xử lý mức nhớ thấp ~ Cấp 1: Cache sơ cấp L1 (primary cache) nhớ có tốc độ truy cập nhanh gần tốc độ truyền liệu vi xử lý dung lượng nhỏ tích hợp chip vi xử lý đại ~ Cấp 2: Cache thứ cấp L2 (secondary cache) nhớ truy cập nhanh dung lượng nhỏ nhớ thường nằm bên chip vi xử lý ~ Cấp 3: Bộ nhớ (main memory), trực tiếp, chứa liệu chương trình ROM RAM 102 vi xử lý đánh địa sử dụng hành, ~ Cấp 4: Bộ nhớ (external memory), không vi xử lý đánh địa trực tiếp, nhớ ngồi có dung lượng lớn, lớn nhiều lần so với nhớ tốc độ truy cập lại chậm hơn: Có thể kể số thiết bị thông dụng thuộc nhớ như: ổ đĩa cứng (Hard Disk Drive-HDD), dia mém (Floppy Disk Drive-FDD) Dia CDROM (Compact Disk Read Only Memory), dia DVD (Digital Versatile Disk), Flash Disk, Memory Card - Cấp ð: Bộ nhớ mạng nhớ mà máy tính truy cập tới nhớ máy khác mạng máy tính 4.2 BO NHO TRONG Bộ nhớ cấu tạo từ vi mạch nhớ bán dẫn (ROM, RAM) Mỗi vi mạch nhớ lại chia thành nhớ nhỏ có địa riêng, xác định gọi địư nhớ Trong máy tính, địa nhớ chứa byte lưu trữ liệu, word (2 byte), doubleword (4 byte) Hình 4.2 ví dụ nhớ ROM (16x8bit) Có 16 nhớ phân biệt bốn tin hiéu dia chi Ao, A,, Ay, As Vi liệu máy tính biểu diễn dạng số nhị phân nên địa nhớ biểu diễn dạng số nhị phân Mỗi ô nhớ có bit (Dạ, Dạ, D¿, D;) chứa byte đữ liệu có giá trị từ 00000000B đến 11111111B Để lưu bit thơng tin dùng phần tử nhớ diode, tụ điện, transistor, flip-flop, ` Vpp Voo_ | : oe | wae 229) o_ q Aj|l4p||ss Ad ts ụ AlL7a AJ f2 L73 65 |[zs J ape ||epl|sFllp, [ao [77 ]+—D, TT [ee D, |[4e|L_ D }[20 || 55 || 73 |[e6 il |[75|[6C|| —D; a= Ds so d 0 o Hình 4.2 ROM (16x8bit) 103 4.2.1 Bộ nhớ ROM (Regd Only Memory) ROM nhớ đọc, nhớ quan trọng hệ thống vi xử lý Dữ liệu lưu ROM không bị mất nguồn điện Do đặc trưng nên ROM thường dùng chứa chương trình quản lý, điều khiển phần cứng hệ thống (thường gọi chương trình hệ thống), ví dụ hệ thống máy tính, ROM chứa BIOS, thiết bị điện tử gia dụng, ROM chứa chương trình điều khiển hoạt động thiết bị 4.9.1.1 Nguyên tắc cấu tgo uè hoạt động 11 atone dia chi i itl 40 N 2" ô nhớ 04 00 X = D,D3D2D,D, 11 01101 10 10111 OH 10111 OO) a id 14,0) Giải mã mì bit liệu Hình 4.3 ROM dùng ma trận diode — Nguyên tắc cấu tạo: ROM lưỡng chế tạo cơng nghệ cực có thời gian truy cập nhanh hơn, lưỡng cực MOS, tính kích hoạt ROM tốt hơn, ROM cơng nghệ MOS có thành phần chủ yếu transistor trường Trên hình 4.3 mô tả cấu tạo nhớ ROM diode cho cac bit nhớ, bit nhớ mang có diode gia tri logic 0, bit nhớ khơng có điode mang trị logic giá Cac diode cing 104 đơn giản sử dụng Hinh 4.4 ROM dung ma tran transistor thay transistor, có vi mach ROM ma tran transistor (hinh 4.4) ~ Nguyên dung tắc hoạt động: Khi hang nối với 5V (được chọn) diode giao hàng cột thơng thơng tin đọc cột 1, cột khơng có diode nối với hàng mang thơng tin Hiện ROM có nguyên tắc cấu tạo hoạt động nhắc tới, thay vao dé 1a céc loai PROM, EPROM va EEPROM co dung lượng cao, thuận tiện việc lập trình nhiều Chính vậy, khái niệm “ROM nhớ đọc” khơng cịn thích hợp nữa, thay vào khái niệm “ROM nhớ không bị thông tin nguồn điện” 4.2.1.2 Phân loại a) Bộ nhớ PROM (Programmable ROM) Là loại nhớ ROM lập trình lần Khi xuất xưởng, PROM chưa lưu thông tin, cần lưu thông tin, PROM "lập trình" Cơng việc lập trình tạo xung dòng điện đủ lớn qua số bit nhớ chọn lọc, xung điện | -» làm đứt cầu chì (hình 4.5), nhờ việc làm đứt (hoặc khơng làm đứt) các cầu chì, bit PROM có Ặ giá trị "0" (hoặc "1", Khi lập trình, nội dung PROM thay đổi b) EPROM khơng thể Hình 4.5 PROM (Erasable Programming ROM) EPROM loại ROM xoá nguồn tỉa cực tím (UV-UItraviolet light) chiếu transistor lập trình xung điện cao Các giá trị logic ghi ngược với giá trị xố Ngun tắc cấu tạo hoạt động (hình 4.6) Cực cửa transistor trường đặt lớp cách điện Khi đặt điện áp —35V cực nguồn cực máng cực cửa có điện tích cảm ứng Điện tích lưu khơng có đường Điện tích đến lượt lại tạo kênh dẫn MOS bỏ nguồn -35V Việc đặt nguồn -35V vào transistor MOS việc nạp cho EPROM EPROM cách chiếu tia 105 cực tím vào transistor điện tích cực cửa bị tiêu tan tia cực tím làm cho lớp oxide cách điện trở thành dẫn điện - cửa : “gj Cục máng Đường word Đường word Cực điều khiển = ene nghéo oxide Cực điều khiển EL-===— Lớp nghèo oxide ic Do a D S ral pee Đ Kênh dẫn Cc == œ EL = số electron < 50% = dịng chảy > 50% Hình 4.6 Kênh dẫn =— EL = số electron > 50% = dòng chảy < 50% EPROM Nhiều hãng sản xuất ROM da tim cach tao ROM ghi xoá điện áp Các ROM gọi BEPROM Về ngun tắc chung giống RPROM lớp cách điện cực cửa kênh dẫn chia thành hai lớp khác thêm cực cửa điều khiển Khi đặt điện 4p đủ lớn vào cực cửa điều khiển làm cho điện tử qua lớp cách điện hiệu ứng đường hầm, ta xoá cực cửa hay xố thơng tin nhớ ROM c) B6 EEPROM (Electrically điện tích EPROM) Là nhớ ghi, xố xung điện Số lần ghi, xố cho vi mạch nhiều nhiều so với nhớ ROM khác (vài chục lần đến vài chục nghìn lần) Việc nạp cho vi mạch nhớ nhờ mạch nạp, 106 mạch nạp đưa địa ô nhớ lên BUS địa đồng thời đưa liệu xung tích cực thích hợp vào chân cho phép nạp, liệu dusge nap vao EEPROM : Vé nguyén tac chung, EEPROM giống EPROM lớp cách điện cực cửa kênh dẫn chia thành hai lớp khác thêm cực cửa điều khiển Khi đặt điện áp đủ lớn vào cực cửa điều khiển hạt điện tử qua lớp cách điện hiệu ứng đường hầm, điều đồng nghĩa với việc xố điện tích cực cửa hay xố thông tin EEPROM xung dién thay vi tia cuc tim d) B6 nhớ flash ROM Hién bé đĩa cứng Flash nguồn sau thiết bị flash ROM xuất nhiều thay cho đĩa mềm, hoạt động nhớ RAM lại không liệu điện Bộ nhớ cho phép hệ thống thay đổi nội dung sản xuất Bộ nhớ EEPROM flash ROM thường ứng dụng rộng lĩnh vực đo lường, điều khiển dùng vi xử lý 4.2.2 RAM (Random Access Memory) RAM nhớ truy cập ngẫu nhiên, thông tin lưu RAM nguồn điện sé bị Trong máy tính, có khơng gian nhớ điều chỉnh khơng gian gọi nhớ vi xử lý Bộ nhớ máy tính bao gồm nhớ ROM nhớ RAM lượng nhỏ nhiều so với RAM vào/ra sở BÏOS ROM Bộ ROM có dung chứa chương trình chương trình khởi động máy tính, chương trình phục vụ cho việc xâm nhập ổ đĩa card đồ hoa Mọi chương trình liệu người sử dụng lưu trữ ổ đĩa ngồi, máy tính hoạt động đưa vào nhớ RAM để thực thi, RAM đóng vai trị nơi chứa thông tin tạm thời cho CPU CPU hoạt động Các lệnh chương trình đưa vào nhớ trình ghi nhớ, chạy chương trình vi xử lý đọc lệnh RAM hệ thống nhớ mà vùng nhớ truy cập đến dễ dàng nhau, vi xử lý dùng cách truy cập trực tiếp vào RAM 4.2.2.1 Cấu tạo uà nguyên tắc hoạt động a) RAM tinh (SRAM - Static RAM) 107 tốc độ nhanh, có đặc điểm SRAM giá thành dung lượng nhỏ, đắt, thích hợp dùng để chế tạo nhớ cache nhằm cải thiện tốc độ hệ thống Bộ nhớ tĩnh chế tạo công nghệ lưỡng cực công nghệ MOS với thời gian truy cập cỡ vài chục ns Hình 4.7 cấu tạo ô nhớ SRAM, bit nhớ SRAM mach lat hai trang thai 6n dinh véi cac transistor MOS Nguyên tắc hoạt động: Dây địa đường tín hiệu cho phép chọn địa chỉ, đưa tín hiệu địa đến phần tử để đọc ghi thơng tin phần tử Hai dây DL DL hai dây cho phép xác định trạng thái phần tử để đọc ghi thơng tin phần tử a} trạng thái nhớ: Trên đường 0,BV hai dây bit làm cho hai Trạng thái mạch lật mạch trạng thái dây địa có điện áp 0,8V thấp emitter nối với hai dây bit khơng trì hai emitter nối với địa cố định có transistor thơng transistor tắt s35 3V 83 UP bít Dây DL 18 oot DL || 20K Dây địa Ghi Khuếch đại vi sai LỊ Ghi Hình 4.7 Cấu tạo ô nhớ SRAM 108 dẫn Lúc ~ Khi cần ghi đọc phần tử ta cần thực chọn phần tử cách nâng điện áp dây địa lên 3V làm cho hai emitte r nối với dây địa không dẫn Lúc hai emitter nối với hai dây bit có dây có dịng emitter transistor nối với thơng làm điện cao dây Việc so sánh điện áp hai dây bit cho ta biết transistor thông hay biết trạng thái phần tử Đây nguyên tắc đọc nhớ ~ Để ghi thông tin vào phần tử với việc nâng cao điện áp đường dây địa nhằm liên kết hai emiter nối với nó, ta nhận thấy đặt điện đủ lớn vào hai emitter nối với dây bit transistor thơng transistor tắt làm cho phần tử nằm trạng thái mà ta muốn, tức ghi thông tin b) RAM động (DRAM ~ Dụnamic RAM) Mỗi phần tử nhớ DRAM tụ điện DRAM dùng cách lưu trữ thơng tin cách nạp khơng nạp điện tích lên tụ điện, sau khoảng thời gian, nhớ cần phải làm tươi cách ghi đọc, khơng điện tích tụ bị phóng dẫn đến thơng tin Vì lý mà RAM k Ưu cánh bại RAM động phải có mạch phụ thực cơng việc “làm tươi” a có dung lượng lớn (có thể tích hợp † phần tử đơn vị diện Nguyên hoạt động: tắc =a sợ - Tạ i Chọn ghi 3E ; Day doc a [T34L¿ T số lượng lớn tích) tốc độ chậm thường sử dụng làm nhớ Day ghi Chon = | | Hình 4.8 Cấu tạo nhớ DRAM -Ở trạng thái nhớ liệu: Tín hiệu chọn T; T; khơng có, tụ C tích điện ~ Ghi thông tin: Khi truyền điện đến dây ghi tín hiệu cần ghi tin hiệu chon T, thi tu C duce nap qua T; thông Như vậy, ta ghi thông tin vào phần tử 109 đường ~ Đọc thơng tin: Đưa tín hiệu chọn Tạ, T; thơng, nên dây đọc có điện tương đương điện thé cua tu C thông ~ Làm tươi nhớ: Nếu có tín hiệu chọn đồng thời đến T; T; C tu tin đọc sau khuếch đại đưa vào dé ghi lai cho 4.2.2.2 Phan loai RAM Về bản, RAM phân thành hai loại trình bày nhiên nay, tốc độ hoạt động vĩ xử lý ngày cao RAM nghiên cứu, cải thiện không ngừng phần cứng Tuy nên phần mềm Các chip nhớ DRAM thường lắp ráp thành RAM cắm khe cắm mạch gần vi xử lý DRAM chia thành số loại: SDRAM (Synchronus DRAM), SDR SDRAM (Single Data Rate SDRAM), DDR SDRAM (Double Data Rate SDRAM), DRDRAM (Direct Rambus DRAM) 4.2.3 Ghép nối 808ó với cúc vi mạch ROM27xxx RAM62xxx 4.2.3.1 Cấu trúc chung ui mạch nhớ Một chip nhớ chế tạo bao gồm: Một ma trận nhớ, mach logic giải mã địa cho ô nhớ, mạch logic cho phép đọc hay ghi vào ô nhớ, mạch vào/ra, mở rộng địa Aot Ant Do* Din-1 ap Dung mạch thông lượng vi tin tối đa mà nhớ số bit nhớ lưu trữ với máy nhớ tính, đơn ae vị nhớ tính theo với chip byte dude vi nhé, don tính theo bịt Một vi mach nhớ thường CE biểu diễn hình 4.9, bao OE ol WE Đối dạng sơ đồ cấu trúc Hình 4.9 Sơ đồ cấu trúc chung mạch nhớ RAM gồm có nhóm tín hiệu sau: — Nhóm tín hiệu địa chỉ: Bao gồm n đường địa chỉ, số lượng đường địa có liên quan tới dung lượng nhớ theo công thức sau: 110 Dung lượng (byte) = 2n, Các nhớ kề có địa Nếu có n bit để biểu diễn cho địa số địa tối đa có 2", từ địa đến 2" - Tín hiệu địa biểu diễn dang nhị phan 1a A,_, A,-» Ay A, Ap ~ Nhóm tín hiệu liệu: Qồm m đường liệu, số lượng đường liệu có liên quan tới độ dài nhớ (chính số bit ô nhớ biểu diễn dạng nhị phân D„_; D„ _ ¿ D,D,D, ) Vi du, chip nhớ 27128 vi mạch nhớ ROM có dung lượng 128Kbit hay bang 32Kx8 bit (32K nhé, méi nhớ bit), nhớ ROM có số đường địa n = 15, số đường đữ liệu m = ~ Nhóm tín hiệu điều khiển: Gồm có tín hiệu cho phép đọc OE(Ou tput Enable) phép liệu đưa ra, vi mạch nhớ RAM cịn có tín hiệu cho phếp ghi WE (Write Enable) Ngồi ra, cịn có tin ,hiệu chốt địa hàng RAS (Row Access Stroble), tín hiệu chốt địa cột CAS (Column Aeccess Stroble) RAM động Các chân tín hiệu tích cực mức thấp ~ Nhóm tín hiệu chọn ui mạch: Gồm Select) hay cho phép vi mach CE có tín hiệu chọn chip CS (Chip (Chip Enable) Cac tin hiéu chon vi mach thường nối với đầu mạch giải mã địa Khi vi mạch nhớ khơng chọn bus liệu bị treo 4.2.3.2 Giải mã địa cho nhớ Mỗi nhó vi mạch nhớ ghép nối với CPU gán địa xác định mạch giải mã bên vi mạch nhớ, với vi mạch nhớ phải gán vùng địa riêng, xác định nằm không gian tổng thể nhớ Việc gán địa cho vi mạch nhớ thực nhờ xung lấy từ mach gidi ma địa Mạch giải mã địa phải đảm bảo đồng thời hai điều kiện: = Nếu vi xử lý đưa địa ô nhớ nằm vi mạch nhớ giải mã phải truy cập đọc/ghi nhớ đó, tức chân tín hiệu CB vi mạch nhớ phải tích cực ~ Nếu vi xử lý đưa địa nhớ nằm ngồi vi mạch nhớ giải mã khơng truy cập tới nhớ đó, chân tín hiệu CE cha vi mạch nhớ khơng tích cực (điều kiện để tránh xung đột nhớ) 111 7.1.1 Cấu tạo phím Bàn phím cấu tạo từ hai phần phím nhấn tạo mã quét H1 L] Bộ khuếch |———>‡| sại Oo oOo te ran phím | | giải ke pias A Vi điều lạ khién 8048 P10-P17, P24-P27 ấn điện —>|V:c | | eND 1111 dung 8x12 Bộ đệm Bàn phím m—m——————————— Piet Pa Bs a) Ị E et Ba ss Yeucau| = P1 Doenghof GND l8 es oe eee Be sual Bộ Vi xử lý =— Day dan Ỷ P2-6 | AP ed -— D4 lieu = P2-7 | cries | Vi diéu khiển Dia chi 64H 8042 Vi DB Máy ví tỉnh cá nhân A3 A2 A1 AO $ j Sự xác lập ghiA 0111] EN1 EN2 29 oO =| eer R R ø = R ff ) |5 = £ = = Es|J EYL 25 : ==9 = = 1011| 1101| 1110 a |9|A^A|Đ G6 Jepeee 4) F Ngắt Hình 7.2 Cấu tạo bàn phím Các phím nhấn có nhiệm vụ tạo thay đổi điện trở, điện dung dòng điện để phận 164 tạo mã quét nhận biết nguời sử Ì | dụng tác động lên phím Bộ phận tạo mã qt có nhiệm vụ nhận biết vị trí phím tác động, tạo mã quét chuyển cho máy tính Hình 7.2 minh hoa c&u tao bàn phím gồm 12x8 phim 7.1.2 Hoạt động ban phim Vi điều khiển 8048 phát bit, phím, ma trận phím đưa cho 8048 truyền mã yêu cầu cho 8049 dé 8042 máy tính Đồng thời 8048 vào giải mã thành bit quét ma trận bàn 12 bit dị Khi phím ấn, 8048 phát yêu cầu ngắt vi xử lý vị trí phím nhấn, 8048 tạo mã quét, mã quét phím nhấn để truyền cho 8042 Mã quét gồm bit có bit start, bit liệu, bit kiểm tra chẫn/lẻ bit stop Khi 8042 nhận mã quét từ 8048, 8042 phát yêu cầu ngắt IRQ1 gửi tới xử lý ngắt 8259A, 8259A xử lý truyền cho vi xử lý máy tính số hiệu ngắt 09H (ngắt BIOS) Chương trình xử lý ngắt chuyển mã quét thành mã ASCII đặt vào đệm bàn phím nhớ máy tính Các hàm DOS BIOS thường lấy mã quét mã ASCII từ đệm : Cả hai vi điều khiển 8048 8042 có nhớ ROM để chứa chương trình điều khiển RAM để chứa tham số chương trình Các chương trình vi điều khiển cho phép: 7.1.2.1 Xử lý biện ấn phím Khi ấn mã ngắt trình một, hai ba phím dồng thời vi điều khiển bàn phím tạo quét Các mã vi xử lý máy tính đọc vào để gây chương trình INT 16H cho bàn phím thực chương BIOS với hàm chức ghi vào AH Kết thực số chức nhận mã tổ hợp phím: ~ Ctrl — Alt - Del: Khởi động nóng ~ Ctrl NumLock: Treo tới phím khác đánh ~ Tự động lặp phím 10 lần 1s ấn lâu 0,5s, tạo động tác lặp phím = AIt = Phím chữ số: Đưa mã ASCII trực tiếp cách đánh chữ số mã ASGCII (dạng số 10) 7.1.2.2 Tạo mã ASCII 12-GTVXLVCTMT-A 165 Bảng mã đặt vùng nhớ ROM-BIOS dùng lệnh so sánh Máy vi tính để tìm chữ tương ứng bảng mã nhận mã hàng cột ma trận bàn phím (tức mã quét) Dựa vào người ta cài đặt lại tương ứng mã quét cho ký tự nước khác khơng dùng tiếng Anh Đó cơng việc cài đặt font chữ 7.2 CHUOT Chuột Douglas Englebart phát minh vào năm 1964, ông làm việc Viện Nghiên cứu Stanford Trường Đại học Stanford bảo trợ cho ý tưởng ông Lúc đầu, chuột gọi định vị X-ŸY cho hệ thống hình Sau qua nhiều lần phát triển, chuột trở thành thiết bị ngoại vi khơng thể thiếu hệ thống máy tính Hiện người ta sử dụng hai loại chuột chuột chuột quang 7.2.1 Chuột Chuột cấu tạo từ thành phần: + Phần gồm phím nhấn bi thép có phủ cao su để tang ma sát Quả bi tỳ lên hai trục vng góc với theo toạ độ x, y + Phần điện tử bao gồm: ~ Hai cảm biến quang, cảm biến gồm diode phát phototransistor thu — Một khuếch đại tín hiệu từ hai cảm biến quang truyền máy tính để xử lý trục lăn LED phototransistor [ni sa COM PS/2 Bộ khuếch đại | 166 Hình 7.3 Cấu tạo chuột : 12-GTVXLVCTMT-B nh 15 16| GiiẾ © [HI 9) MX84510FD 0410A3D5E32 n3 44 [15 40] È | Ễ Sle TED œ1 2Le) 2z cm l› en ep? Le] AW ; 18k 9| 11 [ MT ° TT LED 15k S15 "2 = 15% Hình 7.4 Sơ đồ nguyên lý mạch điện tử chuột Nguyên lý hoạt động chuột chuyển từ chuyển bi (cơ) sang chiếu sáng/che khuất (quang) từ chuyển thành dãy xung Gro Có phototransistor cảm biến quang, phototransistor đặt vị trí khác nên trục bi tỳ lên quay thuận xung thu từ phototransistor thứ sớm pha xung thu từ phototransistor thứ hai ngược lại, từ nhận biết chuột lên hay xuống Cũng tương tự với cảm biến quang thứ hai để phát chuột di sang trái hay phải Kết hợp cảm biến thu kết chuột di chuyển theo toạ độ mặt phẳng (x, y) 167 7.2.2 Chuột quang Cấu tạo chuột quang gồm: — Hé théng quang (optical system) — M6t chipset — Vỏ (case) hệ thống phím Hình 7.5 Hệ thống quang chuột quang Hệ thống quang (hình 7.5) bao gồm: ~ Một cảm biến quang ~ Thấu kính (LENS) thiết kế đặc biệt để dẫn hướng ánh sáng từ LED chiếu sáng bề mặt phản xạ lên cảm biến Thấu kính làm plastic đặc biệt — Mét diode phat anh sang dé (LED) Cảm biến quang gồm ba khối chức năng: hệ thống đọc ảnh (image reading system), xử lý tín hiệu số, giao tiếp truyền liệu nối tiếp (serial interface of data transfer) 168 i Từ góc độ xem xét cấu trúc, cảm biến quang vi mạch, phía vi mạch có vật kính nhỏ nơi cho ánh sáng phản xạ từ bề mặt hội tụ vào CMOS vi mạch để xử lý Phía vật kính camera đơn sắc có nhiệm vụ chụp ảnh vùng bề mặt hình vng diện tích cố milimet vng (diện tích tùy thuộc tham số kỹ thuật cảm biến) Bức ảnh camera CMOS thu thường gọi frame Frame bề mặt chia thành phần nhỏ (gọi quadrate) Hai frame chụp chuột chuyển Với phần nhỏ đó, giá trị trung bình độ sáng tính Giá trị thay đổi từ đến 63 (các cảm biến khác có lượng giá trị để mã hoá cho độ sáng phần nhỏ khác nhau), tương ứng với phần tối đen 63 ứng với phần nhỏ sáng trắng Như vậy, ảnh lắp ghép bao gồm nhiều quadrate có độ sáng khác Một quadrate gọi pixel Độ phân giải chuột quang xác định số pixel inch, inch bề mặt (khơng phải ảnh) tính đơn vị cpi (counts per inch) thay cho dpi (dots per inch) chuột thông thường Cảm biến chụp phần nhỏ bề mặt trỏ hình phải chuyển trơn tru khơng bị trì hỗn Để đạt mục đích này, bề mặt chụp với tốc độ từ 1500 tới 2300 ảnh giây Bộ xử lý tín hiệu số với hỗ trợ giải thuật đặc biệt xử lý frame thu So sánh frame thu xử lý xác định độ lớn hướng đổi chỗ chuột biến đổi đữ liệu thành toạ độ Phần lớn cảm biến hoạt động nhờ cấp xung dao động thạch anh tan sé 18MHz hay 24MHz Điều giải thích cho cơng suất xử lý số thực 18 triệu phép toán giây Cuối toạ độ tính tốn truyền tới máy tính qua giao tiếp nối tiếp P8/2 USB Nguyên lý hoạt động chuột quang: Nguyên lý hoạt động minh hoạ hình 7.5 Mắt dễ dàng nhìn thấy vị trí khác bề mặt vật chất có cấu trúc (gồ ghề lớn) khác Do cường độ lượng ánh sáng vị trí có cấu trúc bề mặt khác phản xạ, hội tụ vào võng mạc mắt khác Với bề mặt vật chất nhẫn bóng, mắt thường khơng thể nhìn thấy chi tiết nhỏ gồ ghề nó, kính hiển vi thấy cấu trúc lồi lõm bể mặt Cấu trúc bề mặt lỗi lõm nhỏ chuột quang dùng để tạo (bằng phương pháp quang hoc tinh vi công nghệ CMOS) ảnh bể mặt gồm điểm có độ sáng ứng với cường độ lượng phần xạ điểm bề mặt tương ứng 169 Một diode phát quang (ED) làm sáng bề mặt phía đáy chuột Ánh sáng từ LED phản ánh đặc tính kết cấu nhỏ (chỉ nhìn thấy kính hiển vi) bề mặt khơng gian Một thấu kính nhựa hội tụ ánh sáng phản xạ từ điểm nhỏ, gần vào cảm biến hình thành ảnh cảm biến Nếu nhìn ảnh, ảnh trắng đen phần nhỏ xíu bề mặt Như minh hoạ hình 7.6, ảnh nhỏ xíu gồm nhiều điểm ảnh có cường độ sáng hồn tồn khác nằm độ sáng màu tối đen màu trắng sáng, điểm ảnh có độ sáng khác cấu trúc hiển vi bề mặt khác điểm hiển vi khác Cảm biến liên bục thu ảnh chuột chuyển Cảm biến thu ảnh nhanh ~ cỡ 1500 ảnh giây hay nhanh đủ ảnh liên tiếp trùng khớp (giống nhau) dén Optical Navigation Engine phần Những ảnh sau gửi (tạm dịch phương tiện dẫn đường quang) để xử lý Nhiệm vụ Optical Navigation Engine nhận dạng cấu trúc, đặc điểm khác ảnh thu theo dấu di động chúng Hình 7.6 minh hoa cach lam nay: anhA anh B Hình 7.6 Mơ tả ảnh chụp liên tiếp Optical Navigation Engine nhận dạng đặc điểm chung ảnh liên tiếp để xác định hướng lượng chuyển Ảnh B chụp chuột di chuyển, thời gian ngắn sau chụp ảnh A Hình B giống hình A nhiều điểm, dễ thấy hình B hình A mà dịch xuống phía trái 170 Hai ảnh bắt liên tiếp chuột quét sang bên phải lên Nhiều chỗ trực quan giống nhận dễ dàng hai ảnh Thông qua giải thuật xử lý ảnh, Opticcal Navigation Engine nhận dạng nét chung hai ảnh xác định khoảng cách chúng (khoảng cách không gian điểm chụp ảnh A điểm chụp ảnh B) Thông tin sau chuyển đổi thành toạ độ di chuyển X (theo phương ngang) Y (theo phương thẳng đứng) để biểu thị di chuyển chuột Vị trí trỏ chuột định vị cách kết hợp hai giá trị X Y Bằng trực quan, xem xét kỹ ảnh chụp lúc A B ta thấy rõ ràng chuột di chuyển qua phải lên Đó định tính, thực tế giải thuật xử lý ảnh tỉnh vi, cài đặt IC cảm biến xác định xác hướng khoảng cách di chuyển Chúng ta xét IC cảm biến mục sau, gồm nhiều phận có chức khác 7.3 CÁC THIẾT BỊ ĐỌC (VISION): MÁY QUÉT, CHỤP, Các thiết bị đọc lợi dụng phản xạ ánh sáng vật chiếu chùm sáng vào để đọc liệu hình ảnh Hình dáng độ đậm nhạt chùm tia phản xạ cảm ứng quang học (tế bào quang điện, quang điện) biến thành tín hiệu điện để đưa vào máy tính sau biến đổi từ dạng tương tự sang dạng số Các thiết bị đọc thông dụng máy quét, máy đọc quang, thiết bị nhìn 7.3.1 Bộ đọc quét Gồm nguồn sáng (neon) để chiếu vào tài liệu cần đọc, ánh sáng phản xạ hội tụ chiếu lên tế bào nhạy ánh sáng CCD Nguồn sáng CCD thường xuyên chuyển động qt diện tích tài liệu chúng đứng n cịn tài liệu chuyển động qua khe hẹp chiếu sáng Nếu chiếu tài liệu ba chùm sáng đỏ, lam, lục đọc tia phản xạ tương ứng ba CCD ta thu màu sắc tài liệu cần đọc Có thể dùng nguồn sáng ba lần liên tiếp nên tài liệu đọc với màu lọc sắc đỏ, xanh lục, để có ba chùm tia khác Một điểm màu lấy mẫu 6, hay 11 bit Với màu bit có 256 sắc thái 65000 màu 65000 mau co ban 16 triệu màu nhuộm (leinteo) 171 7.3.2 Bộ đọc quang doc tu Bộ đọc quang cho phép nhận biết chữ chuẩn hoá nhờ hai chùm sáng song song hai vùng riêng vết mực Sự có mặt mực làm thay đổi cường độ sáng chùm tia phản xạ Bộ đọc quang dùng máy đọc bìa đục lỗ, băng đục lỗ để đọc bit tin với bit tín bit đánh dấu Biến thể đọc quang đọc từ, đọc từ đọc chữ hay hình ảnh in vẽ loại mực từ tính CMC? với tốc độ cao, thiết bị đọc đơn giản rẻ tiền đọc phương pháp quang học 7.4.MÀN HÌNH Màn hình thiết bị chuẩn đưa tin hiển thị thuận tiện kinh tế Cùng với bàn phím (thiết bị đưa tin vào) làm thành thiết bị đầu cuối (Termina)) thiết bị ngồi tối thiểu máy tính Tùy cấu trúc có hình điện tử (ống tia âm cực CRT) đen trắng, màu hình Plasma, hình LƠD Thơng tin hình liệu - chữ - hình vẽ (đồ hoạ ~ Graphics) hiển thị theo phương pháp khác Phương pháp ảnh hình monitor máy tính giống máy thu hình thơng thường Hình bên minh hoạ việc ảnh hình kiểu ống phóng tia âm cực CRT (Cathode Ray Tube) Hình 7.7 Cấu tạo ống hình CRT Các điện tử phát xạ từ cathode ống hội tụ thành chùm tia, sau tăng tốc làm lệch hướng chuyển động phận lái tia Tia đập vào hình có phủ chất huỳnh quang để tạo thành điểm sáng gọi điểm ảnh Do tượng lưu ảnh võng mạc mắt người nên tia điện tử quét nhanh 12 theo chiều ngang từ trái sang phải tạo nên vệt sáng ngang gọi địng qt Đến cuối dịng, quét ngược trở bên trái để quét tiếp dòng thứ hai bên dưới, v.v Quá trình quét dòng dịch dần từ xuống hết chiều dọc “hình gọi quét dọc Độ chói (sáng/tối) hình huỳnh : quang định điểm cường màu độ chùm tự nhiên tia đập vào nhờ trộn lẫn màu: đỏ, xanh dương, xanh theo tỉ lệ Ba màu nhờ tỉa điện tử bắn vào điểm hình kề cận nhau, điểm phủ chất huỳnh quan g phát màu tương ứng chùm tia điện tử phát súng diện tử cathode xếp đặt bên CRT cách cẩn thận Có kiểu quét tia điện tử: ~ Quét xen kẽ (nterlaced): dòng lẻ quét trước hết hình theo chiều dọc, gọi mành lẻ; sau dòng chẵn tạo nên mành chắn quét sau Phương pháp có ưu điểm thu hẹp dải tần số làm việc thiết bị có nhược điểm hình ảnh bị nhấp nháy - Quét khơng xen kẽ Ưu điểm (non-interlaced): hình ảnh dịng qt điều chỉnh thực xác ổn định thiết kế mạch điện khó phải giải vấn đề tăng dải tần làm việc Hiện cịn có monitor dùng hình tỉnh thể lỏng LCD ống chứa khí hoạt động theo nguyên lý tương tự khơng có tỉa điện tử qt nên thay điểm ảnh riêng biệt phần tử phát monitor sáng hình định ảnh địa phát cách tuần tự dòng Do vậy, Quá trình quét ngược khơng cịn đơn giản việc thay đổi địa phần tử đầu dòng Card giao tiếp đồ hoạ: Để hình ảnh, ký tự, hay hình vẽ hình, PC phải thơng qua mạch ghép nối hình (graphics adapter) Board mạch thường cắm khe cắm mở rộng PC Sơ đồ khối hình 7.8 Phần trung tâm chip điều khiển ống hình CRTC (Catho de Ray Tube Controller) CPU xâm nhập RAM Video qua mạch ghép nối bus để ghi thông tin xác định ký tự hay hình vẽ cần hiển thị CRTC liên tục phát địa để RAM video đọc ký tự truyền chúng tới máy phat ky tu (character generator) di Video Pi =e > S % a Ram ROM Bộ giải mã thuộc tính ký tự †—* n ¬ Bộ phát tín hiệu œ S Oy >e) ° & oO CRTC `, II Bộ phát ý mi Thanh ghỉ dịch (a Hình 7.8 Sơ đồ khối mạch ghép nối hình Trong chế độ văn (text mode), ký tự xác định mã ASCII, có thơng tin thuộc tính ký tự, ví dụ ký tự đen trắng ROM ký tự ký tự tương ứng ảnh (character ROM) lưu trữ hình mẫu điểm để máy phát ký tự biến đổi mã ký tự thành chuỗi bit điểm ảnh (pixel bit) chuyển chúng tới ghi dịch (shift register) Máy theo cách nhấp nháy hay đảo màu phat tin hiéu sé su dung cac bit điểm ảnh với thông tin thuộc tính từ RAM video tín hiệu đồng từ CRTC để phát tín hiệu cần thiết cho monitor Trong chế độ đồ hoạ (graphics mode), thông tin RAM video sử dụng trực tiếp cho việc phát ký tự Lúc thơng tin thuộc tính khơng cần Chỉ từ giá trị bit ghi dịch, máy phát tín hiệu phát tín hiệu độ sáng màu cho monmitor 7.5 MAY IN Máy in thiết bị đưa tin lưu trữ giấy Máy in thay máy chữ có khả xử lý ký tự phần mềm Các kỹ thuật khí, điện tử, quang học đem lại nhiều chủng loại máy in có kích thước nhỏ gọn, in nhanh hình ảnh đẹp Co thể phân loại máy in theo tiêư chuẩn sau: ~ Theo kỹ thuật 1m: + In tiếp xúc: chữ gõ vào dải băng tẩm mực + In không tiếp xúc: chữ in không cần va đập lên băng tẩm mực giấy 174 — Theo chế độ in ký tự: + Rý tự có sẵn: chữ tạo có gõ máy + In ma trận: Chữ tạo ma trận kim gõ thành điểm — Theo chế độ in văn bản: + Chế độ chữ: chữ tạo nên văn tạo chữ + Chế độ in đồng: thiết bị in phủ tất dòng văn bản, dòng in lần — Theo chế độ truyền giấy: + Ma cao su sát giấy kéo lực ma sát lên mặt giấy bánh xe + Kéo giấy bánh xe cưa lên dải đục lỗ giấy 7.5.1 Móy in có chữ đúc sẵn (móy in độp) Máy in có chữ đúc sẵn loại máy cổ xưa nhất, hoạt động giống máy đánh chữ, nghĩa kim loại nhựa có ký tự đập ruy băng thấm mực vào trang giấy để lại hình ảnh ký tự giấy Trên máy tính cá nhân, loại máy in có chữ đúc sẵn, chữ cần in đặt trước dải băng tẩm mực căng song song mặt giấy Khi có lệnh in, búa gõ vào băng, để chữ đè lên giấy, hình chữ in băng mực Máy tính điểu khiển quay chữ mong muốn tới trước mặt băng giấy lệnh để gõ búa Tùy theo cấu trúc giá mang chữ ta có loại máy in sau: Máy in cầu: chữ cầu xoay theo lệnh in Máy in cúc: chữ nằm cánh bánh xe quay giống hình bơng hoa cúc, có tới 96 chữ May in trống: chữ trống quay kim loại đài đặt trước băng mực May in day xích: chữ nằm ngừng nhờ bánh xe kéo dây xích chuyển động khơng Máy in đập có ưu điểm đơn giản, chất lượng in tốt có nhược điểm tiếng ổn lớn máy tính điều khiển thay đổi chữ chương trình phải thay chữ khác tay 175 7.5.2 Mồy in mơ trận chốm Máy in ma trận chấm loại máy in phổ biến nhất, đầu in chứa từ đến 94 kim kích hoạt điện từ qt qua dịng in Nguyên tắc tạo chữ máy in giống cách vẽ chữ hay ký hiệu hình, chữ tạo nhiều chấm mực bố trí theo ma trận Tuy cách tạo chấm ta có loại máy In sau: ~ Máy in ma trận bùn dùng băng mực: đầu in gồm số kim (1, 7, 9, 14, 18, 24) điều khiển búa gõ điện tử Khi búa gõ, băng mực ấn vào giấy tạo chấm mực giấy Tuỳ số lượng kim kích thước búa gõ điện từ có thể.bố trí kim theo cột ứn chậm) hay theo ma trận để gõ dồng thời búa gõ ứn nhanh) Các motor bước điều khiển làm quay giấy Ngoài in chữ, máy in ma trận kim in hình vẽ nhiều màu (phụ thuộc số băng mực màu), tất nhiên lần in màu — băng nóng dùng Máy in ma trận kừm dùng nhiệt: Giống máy in ma tran kim dùng mực, búa điện băng mực thay đầu đốt đặt thành ma trận Đầu đốt nóng áp sát vào giấy in, giấy in loại giấy đặc biệt bị đổi màu bị làm nóng lên Giấy in có nhược điểm đắt tiền in bị đen giấy vơ tình bị làm nóng (khi để gần vật toả nhiệt hay nắng) Để khắc phục tượng này, người ta thường dùng băng tác dụng nhiệt, băng bị nung nóng, vết nung nóng truyền sang mặt giấy bình thường tạo thành vết đen bị đốt nóng — Máy in phưn mực: Tia mực phun bề mặt giấy (giống tia điện tử hình) tích điện qua tụ tích điện bị lệch thẳng đứng tụ lái tia mực đập vào băng giấy Điều khiển di chuyển đầu in theo chiều ngang, ta in ma trận chấm ký tự pixel mực lên giấy Có thể cải tiến thành loại: + Có nhiều lỗ phun theo chiều đọc: in dòng điểm ma trận di chuyển đầu in theo chiều ngang, ta in ma trận điểm + Có lỗ phun, chuyển đầu in theo chiều ngang (giống qt dịng hình) di chuyển giấy theo chiéu dọc (giống quét mành hình) tốc độ in chậm Máy có độ phân giải 300 chấm/inch tương đương máy in laser mờ giọt mực nhỏ Ngồi ngun lý in kiểu phun mực theo tỉa nhỏ, người ta chế tạo máy in tạo thành giọt, bọt hay bốc 176 7.5.3 May in laser Nguyên tắc in máy in laser sau: Chùm tia laser mảnh qua điều chế đến mặt trống có phủ lớp nhạy quang selen để tạo nên hình ảnh điện tích Mực dạng bột tích điện hút bám vào mặt trống mà độ đậm nhạt tùy thuộc vào cường độ ánh sáng chiếu Bột mực bám vào giấy tích điện với điện cao, ngược dấu với trống tạo nên hình ảnh ngược với hình ảnh điện tích trống cho giấy qua trống quay Sau giấy đưa qua trống sấy nóng nhiệt độ cao khoảng 180°C làm hạt mực nóng chảy bám giấy tạo thành hình ảnh cần in Việc điều chế chùm tia laser để chiếu lên mặt trống thực gương quay Gương quay làm chùm tia lệch theo dòng, dọc chiều dài trống Khi trống quay qt thành dịng liên tiếp mặt trống giống quét mành truyền hình Có thể thay chùm tỉa laser LED xếp theo ma trận để chiếu sáng theo nội dung cần in, nguyên tắc hoạt động máy in cua hang OKI 177 Tài Liệu rThAm khAo xe Ben Văn Thế Minh Kỹ ¿hu@t V¡ xử lý NXB Giáo dục, 1997 Qch Tuấn Ngọc Lập trình hợp ngữ Máy vi tinh IBM — PC Dai học Bách khoa, Hà Nội, 2004 The 8086 Microprocessor Intel Microprocessors And Interfacing Douglas V Hall Source: www.amazon.com/Microprocessors-lnterfacing-Programming-Douglas-Hall/ MDA 178 — 8086 Manual Midas Engineering Co., Ltd
Ngày đăng: 15/11/2023, 14:14
Xem thêm:
