3.3.8 Ulazni i izlazni uređaji računala

Općenito, ulazno / izlazni - U / I uređaji (input / output - I / O) u računalu odgovorni su za komunikaciju kroz sustav za obradu ulaznih informacija, kao što je računalo, prema vanjskom svijetu. Ulaz su podaci ili signali koje sustav prima od nekog izvora, a izlaz su obrađeni podaci ili signali koje sustav predaje nekom odredištu. Kod računala opće namijene ulazni uređaju uobičajeno su miš i tipkovnica. a izlazni monitor i pisač.

Ulazni uređaji preko nekog od raspoloživih sučelja (interface) za priključivanje uređaja prihvate podaci potrebni za obradu pomoću nekakvog komunikacijskog protokola. Kod računala opće namjene to je tipkovnica, mada za istu svrhu služe i dodatni uređaji bilo i vidu umetnute kartice s nekim namjenskim sučeljem ili USB uređaj. Senzor spojen na A/D pretvornik također je ulazni uređaj kao i BLUETOOTH uređaji za bežičnu razmjenu podataka u krugu od približno 10 m. Igraća palica spada u ulazne uređaje jer opis svog mehaničkog položaja šalje računalu u vidu nekakvih podataka, dok miš, ako nema dodatnih mogućnosti u osnovi spada u pomagalo glede rukovanja s računalom. Podloga ili zaslon osjetljiv na dodir (TOUCHPAD) u osnovnoj svrsi najbliži je mišu, ali ako uz posebnu pisaljku, ovaj skup senzora osjetljivih na dodir u stanju je uz složenu elektroniku prepoznati i rukopis i isporučiti računalu znakove.

Računala posebne namjene, ukomponirana u sastavu nekakvog 'robota' ili mikrokontrolera koriste strogo namjenske ulazne i većinom nestandardne ulazne uređaje. Kamera i mikrofon također spadaju u neuobičajene ulazne uređaje. Prvi navedeni računalu isporučuje sliku prema nekom od formata pretvaranja slike u binarni zapis, dok je mikrofon elektromehanički pretvarač zvuka u električni signal i još uvijek predstavlja uređaj koji računalu isporučuje uglavnom ANALOGNI SIGNAL ako u njega nije ukomponirana nekakva digitalna bežična komunikacija. Specifični ulazni uređaj za pretvaranje slike u binarne zapise je SKENER (scanner). Kartica s ugrađenim biračem kanala za odabir TV programa također je svojevrstan ulazni uređaj.

Izlazni uređaji su pokazivači rezultata obrade podataka u računalu i mogu biti jedna obična signalna žarulja (svijetli ili ne svijetli), pokazivač alfanumeričkih znakova, kao recimo 'putujuće reklame' koje u slijedu prikazuju nekakav tekst, ili složeniji pokazivač koji je u stanju prikazati tekst ili sliku ili oboje na neki od odabranih načina. Uređaj za prikaz slike i/ili teksta najčešće se naziva MONITOR. Pisač i crtač su također u stanju prikazati rezultate obrade ali na papiru. Zvučni sustav, bez obzora na to dali od računala ili pojačala prima analogni ili digitalni signal ima kao rezultat ANALOGNO titranje membrane zvučnika kako bismo ugodno slušali glazbu. Takve uređaje treba odabrati na način da im je DPI veći ili jednak najvećoj rezoluciji koju monitor koji se koristi dopušta.

Kod računala opće namijene uobičajeni izlazni uređaj je MONITOR. Na njegovom ZASLONU se prikazuju sve poruke sustava koje računalo upućuje korisniku i rezultati rada programske potpore. O načinu prikaza slike na zaslonu monitora brine se grafički procesor GPU (Graphics Processing Unit) koji svakim danom predstavlja sve složeniji uređaj zbog težnje da se osim tekstualnih sadržaja mogu uspješno obrađivati i multimedijski sadržaji. Prikazivanje sadržaja koji se predočavaju korisniku na zaslonu monitora u osnovi se može obaviti na dva načina i to:

1.) Tekst mod - poruke s alfanumeričkim znakovima prema jednoj od
                kodnih tablica koju korisnik odabere.
                Najčešće su to prikazi u matrici znakova veličine:

                    a.) 40 stupaca X 25 redaka
                    b.) 80 stupaca X 25 redaka
                    c.) 132 stupca X 43 retka

        Kako je riječ o matrici (polju) znakova, proizlazi
        da svi znakovi imaju istu visinu i širinu.

2.) Grafički mod - kada se poruke na ekranu prikazuju kao slikovni
                   sadržaji različite gustoće.
        Uobičajene gustoće (broj piksela po visini i širini prikaza)
        za slikovne prikaze su:

            a.) CGA;  320 x 200             d.) XGA;  1024 x 768 (IBM)
            b.) VGA;  640 x 480             e.) XGA;  1280 x 960
            c.) SVGA; 800 x 600             f.) UXGA; 1600 x 1200

        VGA  - Video Graphics Array
        SVGA - Super Video Graphics Array 
        XGA  - Extended Graphics Adapter (64K boja za istoimeni IBM standard)

Bez obzira o kojem se modu radi, slika na zaslonu monitora je skup različito osvijetljenih i obojenih točaka. Broj točaka po jedinici širine i visine na zaslonu monitora definira njegovu REZOLUCIJU koja prema navedenom ne mora biti ista po širini i po visini prikaza. Omjer broja točaka duž navedenih stranica daje RAZMJER PRIKAZA (aspect ratio), koji prilično različit u današnje vrijeme. Najzatupljeniji razmjer prikaza (širina:visina) donedavno je bio 4:3, a multimedijski zahtjevi sve više preferiraju odnos 16:9 ili približan njemu. Ako je u pitanju monokromatski prikaza, jedna točka osnovni je element prikazana slike i slika se kreira nadzorom njene svjetline. Kod monitora za prikaz u boji koriste se TRI točke različite OSNOVNE boje kojima se svakoj pojedinačno nadzire svjetlina kako bi se miješanjem njihovih boja dobila neka druga željena boja. Točke u bojama moraju biti dovoljno male da ih oko sve tri prepoznaje kao jedinstveni okoliš, bez obzira dali su po obliku okrugle ili nekog drugog sličnog oblika, i nazivaju se PIKSEL (pixel) - osnovni element prikaza slike.

Sve današnje tehnologije odnose se na prikaz SLIKE koja se isporučuje upravljačkoj elektronici. Nekad su se računala koristila isključivo za prikaz alfanumeričkih rezultata prema ASCII kodu i prikaz je bio isključivo u TEKST MODU. Tekst nije bio sastavni dio slike i ako je postojala nekakva grafika uglavnom se je koristila kao drugi sloj prikaza slično kao kad je na jednoj prozirnoj foliji tekst a na drugoj nekakva grafika, tada obje dvije 'preklopljene' daju utisak da se radi o jednoj slici.

U TEKST MODU znakovi za alfanumerički prikaz zadaju se kao binarni zapisi svakog retka matrice pojedinog znaka, na primjer za znakove '5' i 'Q' u matrici od 5 X 7 elemenata:

Slika 3.3.27 Matrični prikaz alfanumeričkih znakova.

Grupa znakova neke od kodnih tablica izrađena na ovaj način naziva se bit-MAP font. Različitim razlučivostima tekstualnog prikaza pripadaju i različite veličine matrice alfanumeričkog znaka. Ovakvo rješenje je gotovo napušteno (DOS). Radije se oponaša (Emulation) tekstualni mod u jednom od grafičkih modova (WINDOWS). To dodatno daje mogućnost da se mogu uporabiti manje široki znakovi za grafeme kao ' i ' ili ' l ', ali je najveća prednost što se mogu uporabiti fontovi koji se iscrtavaju temeljem matematičkih obrazaca za svakog od njih te se mogu dobiti vrlo fini zaobljeni oblici a znakovi se mogu po volju povećati promjenom parametra. Takvi fontovi nazivaju se VEKTORSKI. Kvalitetan prikaz manjih vektorskih fontova stoga je moguć samo kod monitora velike razlučivosti koji su u stanju prikazati fine obline malih fontova.

Pojedine vrste računala, kao ZX SPECTRUM, omogućavale su da korisnik može predefinirati matricu prikazanu na slici 3.3.27 prema vlastitim potrebama i tako dobiti simbole ili male grafičke elemente prema vlastitim zamislima što je omogućavalo jednostavne animacije uz kontrolu prikazivanja redefiniranih karaktera na zaslonu, ne baš dobre ali prihvatljive za nastavne potrebe; simulacija kretanja elektrona kroz PN spoj na primjer.

Da bi se mikroprocesor oslobodio poslova oko prikazivanja slike, o tome se brini u tu svrhu dizajnirani grafički procesori ili ubrzivači kao ATI, MATROX, nVIDIA i drugi. U PC sustavima u pravilu su kao zasebna elektronička kartica umetnuta u jedan od slot-ova, s vlastitom grafičkom memorijom DRAM ili VRAM tipa. VRAM memorija (VideoRAM) je protočna, radi po načelu sličnom SRAM te je brža ali i skuplja. Moguće rješenje je da grafički procesor koristi resurse radne memorije. Općenito, zadaća kartice je da osigura Grafičko korisničko sučelje GUI (Graphic User Interface) primjereno programskoj potpori koja se koristi. Programska potpora za obradu slika i multimediju zahtijevati će brze i moćne grafičke procesore s memorijskim resursima reda veličine 100MB.

U GRAFIČKOM MODU sve je slika, pa se tako tekst u konačnici prikaza na zaslonu monitora ukomponira u sliku kao sastavni dio cijele prikazane slike. Bez obzira na sadržaj kako ga percipira ljudski mozak, sve je u suštini slika. Osim prethodno navedenih razlučivosti (modova rada) postoji još čitava lepeza sličnih, kao SXGA (1280x1024), SXGA+ (1400x1050), QXGA (2048x1536) ili WXGA (1366x768) i još podosta, a navedeni imaju odnos širine i visine slike 4:3. Široki monitori s većim odnosom stranica sve su popularniji zbog učinkovitijeg prikaza multimedijskih sadržaja (filmovi). Alfanumerički i grafički VGA standardi nisu samo navedene rezolucije već tu spada i broj boja po znaku ili po pikselu za svaku od navedenih razlučivosti (gustoća) i kreće se od dvije boje do preko deset miliona boja. Naravno nisu sve skale boja linearno zastupljene već se određuju temeljem broja bit-a za opis boje pojedinog znaka ili piksela te iznose 2, 4, 8, 16, 256, high color (16 bit-a / 65356 / 64 K boja), true color (24 bit-a / oko 16 miliona boja) boja i nadalje. Za prikaz slike razvijene su različite tehnologije monitora, ali je najčešće u uporabi tehnologija slična TV uređaju u boji (slika 3.3.29) koja se zasniva na miješanju triju osnovnih boja Crvene (Red), Zelene (Green) i Plave (Blue) - RGB monitori, naravno uz mnogo finiji raster od TV uređaja. Rezolucije monitora detaljnije opisuje slika 3.3.28.

Primjer X

Standardne i široke (wide) rezolucije monitora i odnos stranica zaslona i prikaza (aspect ratio).

Kod CRT-a za prikazivanje slike na TV uređajima, fizički odnos stranica zaslona je 4:3, a za prikaz slike koristi se isprepleteni mod rada s 625 linija slike po vertikali za Europski PAL (Phase Alternating Line - Peace At Last) i SECAM (SEquential Couleur Avec Memorie - System Essentially Contrary to the American Method) sustav i 525 linija slike po vertikali za Američki NTSC (National Television Standards Committee - Never Twice the Same Color) sustav. Sustavi po načinu generiranja slike nisu kompatibilni, odličan način za zaštitu tržišta i eliminacije primanja signala od 'susjeda' osobito u doba 'hladnog rata'. Kako se ne može uporabiti cjelokupna predviđena rezolucija slike zbog sklopovski osobitosti uređaja, pripadne rezolucije vidljive slike su 768x576 (odnos 5:4) za PAL sustav i 720x480 (odnos 3:2) za NTSC sustav. Nadolazeći HDTv pak nudi dva standarda rezolucije, HD720 rezolucije 1280x720 (odnos 16:9) i HD1080 rezolucije 1920x1080 (odnos 16:9), što se uklapa u koncepciju ponude širokih i užih monitora. Dakle broj piksela, njihov oblik i veličina nisu isti, kao ni način rada elektroničkih sklopova za istu fizičku veličinu zaslona monitora. Jasno je da to stvara poteškoće prilikom pretvorbe video-sadržaja iz jednog sustava u drugi, ali je dobro rješenje za zaštitu tržišta. Računalni sustavi opće namijene za monitore koriste CRT s fizičkim odnosom stranica zaslona 4:3, ali je fizički broj piksela CRT-a monitora veći od broja piksela za TV standard kako bi se mogle prikazati slike veće rezolucije. Za CRT monitor računala bolje je da je fizički broj piksela što veći (gustoća) jer kvalitetnije može prikazati prikaze s velikim rezolucijama. Za ispravan prikaz slike na zaslonu odnos stranica prikazane slike (rezolucija slike) mora biti usklađen s fizičkim odnosom stranica zaslona. Od VGA standarda pa nadalje koristile su se rezolucije slike s odnosom stranica 4:3. Do pojave LCD monitora odnos stranice prikazane slike na zaslonu bio je gotovo uvijek 4:3 bez obzira na rezoluciju kako prikazuje slika 3.3.28a.

Slika** 3.3.28 Standardne i široke rezolucije monitora.

U početku LCD zasloni prijenosnika i monitora do uglavnom su podržavali odnos prikaza slike 4:3, ali preko rezolucije 1024x768 (XGA) piksela često se koristi rezolucija prikaza od 1280x1024 (SXGA) s odnosom stranica prikazane slike od 5:4. Ovaj odnos stranica je vrlo blizu XGA rezoluciji (4:3=1.33; 5:4=1.25) te većina korisnika eventualnu anomaliju u prikazu slike ne primjećuje. Ako se ne instaliraju dobri upravljački programi grafičke kartice koji će znati prepoznati osobitosti monitora ukomponirane u operativni sustav prikazana slika je malo jajolika. Ovo malo izobličenje neće se dogoditi ako je fizički odnos stranica zaslona monitora 5:4, odnosno ako je izrađen upravo za prikaz sadržaja u SXGA rezoluciji. Osobitosti monitora operativni sustav prepoznaje po instalaciji .inf, .cat, .icm i ostale pripadnih datoteka s priloženog mu instalacijskog medija. Grafička kartica mora moći opslužiti monitor s rezolucijama prikaza slike koje odgovaraju njegovim fizičkim odnosima stranica.

Kad je postala popularna uporaba računala za prikaz filmskih sadržaja, počeli su se koristiti široki monitori kojima je fizički odnos stranica bliži filmskom platnu (slika 3.3.28b), što je osobitost i novijih TV prijamnika. Tada je nastala cijela zbrka oko prikaza slike na zaslonu te se koriste prikazi kojima odnos stranica 16:9 ili 16:10 pa čak i davno korišteni odnos 3:2. Ako se navedenom pridruže foto aparati i video kamere, uz svoje gamma osobitosti, zbrka je potpuna. Bez dobrih upravljačkih programa grafičke kartice i monitora može se vrlo lako dogoditi da se prikaz slike na zaslonu ne može uskladiti s fizičkim dimenzijama zaslona. Bez obzira kakva se rezolucija koristila za prikaz slike na zaslonu mora se prilagoditi fizičkom odnosu stranica zaslona da bi se krug sa slike 3.3.28c prikazao ispravno. Najgora moguća situacija je da po instalaciji upravljačkih programa grafičke kartice i monitora slika 3.3.28c prikazuje elipsu u Internet pregledniku, a program za obradu fotografija koji zna prepoznati pravo stanje daje krug.

Ovaj problem posebno može biti značajan kod igara. Ako grafički mehanizam kreiranja slike u igri nije predviđen za monitor koji se koristi, nema pomoći. Stoga ne čudi da većina korisnika još uvijek preferira monitore kojima je fizički odnos stranica zaslona 4:3 i koriste rezolucije prikaza s tim odnosom. U prethodnim slikama nijanse zelene boje prikazuju koje se rezolucije prikaza najviše koriste prilikom gledanja stranica 'Informatičke abecede' (svjetlija nijansa znači veći broj korisnika). SXGA prikazi zauzimaju drugo mjesto, no autor ovih stranica nije uvjeren da će se krug sa slike 3.3.28c kod većine korisnika ispravno prikazati. Ako se još prikaz na zaslonu monitora želi ispisati zbrka koja može nastati je potpuna. Pravci na slici 3.3.28c prikazuju najčešće korištene fizičke odnose stranica zaslona, odnosno međusobni položaj dijagonala zaslona za različite odnose stranica, analogno čemu treba izabrati rezoluciju prikaza slike na zaslonu monitora.

Iz dosad navedenog jasno je da za ispravnu reprodukciju HDTv slike po standardu HD1080, zaslon ekrana mora imati najmanje 1920 fizičkih piksela po horizontali. Ako je broj fizičkih piksela zaslona manji treba 'prevesti' originalnu rezoluciju u rezoluciju koju ima monitor pri čemu se dio originalnih sadržaja slike prilikom promjena dimenzija gubi. Obrnuto, ako su sadržaji po vlastitoj rezoluciji manji od rezolucije zaslona monitora, a žele se prikazani u punoj širini zaslona, mora se izvršiti interpolacija između piksela slike na način da se između dva susjedna piksela slike 'ubaci' više njih slične boje te poveća originalna slika. Ovaj postupka prilagođavanja video ili foto zapisa punoj rezoluciji zaslona monitora naziva se SKALIRANJE slike. Postupci skaliranja različiti su i od njih u velikoj mjeri zavisi kakav će biti konačan ishod prikaza.

U tehnologiji izrade zaslona monitora korisniku su raspoložive različite fizičke dimenzije monitora. Tako na primjer monitor s istim razmjerom prikaza slike na zaslonu može imati dijagonalu prikaza, najčešći oblik mjere veličine monitora, 15", 16", 17", 19" i nadalje, a da svi prikazuju sliku rezolucije 1024x768 elemenata slike. To znači da GUSTOĆA piksela prikazane slike, broj piksela po jediničnoj duljini, nije ista. Monitor veće dijagonale ima manju gustoću prilikom prikaza slike. No monitori se dizajniraju da mogu prikazati slike različite RADNE rezolucije zadržavajući isti razmjer stranica prikaza, na primjer 2048x1536, 1856x1392, 1280x960, 1024x768 i 800x600. Najveća moguća rezolucija prikaza je kad je piksel sastavljen od tri elementarne jedinične točke, a niže rezolucije razmatraju se kao uporaba 'većih objedinjenih piksela' jer u sebi sadrže više elementarnih točaka svake boje.

Najveća moguća rezolucija prikaza slike na zaslonu monitora naziva se NATIVNA REZOLUCIJA zaslona i ima najveću fizičku GUSTOĆU prikaza. Jedan element prikazane slike opisuje se s jednim pikselom. Manje RADNE rezolucije slike za prikaz jednog elementa slike koriste više piksela koji djeluju kao jedan 'objedinjeni' piksel, rezultat su SKALIRANJA prikaza i imaju u odnosu na nativnu rezoluciju manju gustoću, ali se omogućava da se granični pikseli u 'većem objedinjenom pikselu', koji obuhvaća više skupina elementarnih točaka, iskoriste za vjerodostojniji prikaz zakrivljenih i graničnih linija doradom graničnih nijansi boja (alpha channel). Ovu osobitost jako dobro iskorištavaju CRT monitori koji imaju jako veliku NATIVNU rezoluciju te se u RADNOJ rezoluciji dobije kvalitetniji prikaz, osobito ako se koriste vektorski prikazi.

Osobitost jako velike NATIVNE rezoluciju u svrhu dobivanja kvalitetnijeg prikaza u RADNOJ rezlucijii na žalost ostale tehnologije nemaju, te je prikaz slike LCD monitora na radnoj rezoluciji lošiji od prikaza na nativnoj rezoluciji, te se stoga LCD monitori podešavaju da prikazuju sliku u NATIVNOJ rezoluciji kako prikaz ne bi bio mutan. Iz navedenog se može zaključiti da LCD monitori male dijagonale i velike nativne rezolucije nisu najsretnije rješenje jer su tada prikazana slova prilično mala.

GUSTOĆA prikaza, odnosno RAZLUČIVOST, definira broj elemenata slike po jedinici dužine. Kod monokromatskih monitora i uređaja izražava se kao broj točaka, bilo kao jediničnih ili 'objedinjenih' po jediničnoj dužini - DPI (Dots Per Inch), a kod monitora u boji (kromatskih) koristi se pojam PPI (Pixels Per Inch). Kako je u pitanju jedinstvena točka prikaza bez obzira na boje, često se i za monitore u boji koristi pojam DPI kao mjerilo kvalitete zaslona monitora. CRT monitor je kvalitetniji ako u nativnoj rezoluciji ima veći DPI, jer će dati kvalitetniji prikaz u radnoj rezoluciji u kojoj će imati manji DPI, što za LCD monitor nije pravilo. Navedeno znači da je za prikaz HD1080 sadržaja najbolje koristiti LCD monitor koji ima NATIVNU rezoluciju 1920x1080 ili CRT monitor kojemu je nativna rezolucija veća od navedene.

Za ostale računalne uređaje, kao digitalni fotoaparat, skener, ili pisač, NATIVNA razlučivost je bitan pokazatelje kvalitete, naravno uz kvalitetan algoritam SKALIRANJA prikaza na RADNU razlučivost. Prilikom povezivanja računalnih uređaja njihove radne razlučivosti treba uskladiti. Čemu koristit digitalni fotoaparat NATIVNE razlučivosti 800x600 ako se njegova slika želi prikazati na monitoru nativne razlučivosti 1920x1080. Snimljena slika je manja i ako se želi prikazati na monitoru u njegovoj punoj veličini mora se SKALIRATI (uvećati) prema većim vrijednostima rezolucije što dovodi do manje kvalitetnog prikaza u odnosu na sliku koju bi dao kvalitetniji fotoaparat. Ako se pak ista slika želi ispisati bolje je imati pisač sa što većim DPI uz kvalitetnu logiku koja će uspješno skalirati sliku na manju vrijednost umjesto obratno. Dakle ispravno usklađivanje DPI vrijednosti računala i uređaja koje koristi je nužnost.

Primjer XI

Kakvu sliku će proizvesti skener pri odabranoj razlučivosti od 300DPI i veličini 10cmX10cm?

Skener će izraditi sliku veličine 1170x1170 piksela u 24 bit-noj paleti boja, datoteka je veličine 4 MB u .bmp formatu. Takva slika je dostatna da se izradi kvalitetna pozadina dimenzija 1024x768 piksela, ali nije dovoljno kvalitetna da se izradi slika na temelju jednog njenog dijela. U tu svrhu DPI skeniranja treba povećati na primjer na 800, što reproducira sliku veličine 3120x3120 piksela u 24 bit-noj boji, datoteka je veličine 28 MB u .bmp formatu. Iz tako velike slike može se 'izrezati' željeni dio veličine 1024x768 za pozadinu, koji je sigurno bogatiji detaljima u odnosu na isti dio izrezane slike pri skeniranju s 300 DPI i koji je potom SKALIRANJEM uvećan.

Veliki DPI slike dolazi do izražaja kod dokumenata koji omogućavaju uvećavanje prikaza unutar radnog prozora, kao Adobe READER, kada uvećavanje prikazanog dokumenta neće rezultirati kvalitetnijom slikom ako je njen DPI mali. Slova će se ispravno uvećati jer su utemeljena na vektorskom prikazu (matematičke formule) ali slike u .bmp ili .jpg formatu neće, već će se prilikom uvećanja dokumenta skalirati. Dakle, bolje je da su slike unutar dokumenta s većim DPI jer će povećani prikaz biti kvalitetniji ali je zbog toga slika opisana s više byte-ova te ukupna veličina dokumenta raste. Ovisno o namijeni dokumenta treba odabrati razumnu mjeru.