Kiến Trúc máy tính

linh kiện bán dẫn, chủ yếu là Transistor, bộ nhớ có dung lượng khá lớn. (1959 - 1963). Thế hệ 3: Linh kiện chủ yếu là các mạch tích hợp (IC), các thiết bị ngoại vi được cải tiến dùng rộng rãi đĩa từ. Tốc độ tính toán đạt vài triệu phép tính/giây, dung lượng bộ nhớ trong lên đến vài MB (megabytes) (1964 - 1974). Thế hệ 4: (1974 - 199?) Về kỹ thuật: Mạch tích hợp cỡ lớn, thiết kế các cấu trúc đa xử lý. Tốc độ xử lý đạt đến hàng chục triệu phép tính/giây. Thế hệ 5: Theo đề án của người Nhật máy tính điện tử thế hệ thứ 5 có kiến trúc mới bao gồm 4 khối cơ bản. Một trong các khối đó là máy tính điện tử có kiến trúc như hiện nay và liên hệ trực tiếp với người sử dụng thông qua khối giao tiếp tri thức gồm ba khối con: bộ xử lý giao tiếp, cơ sở tri thức và khối lập trình. Bên cạnh sự phát triển không ngừng này ban không khỏi thắc mắc làm sao máy tính có thể hoạt động và làm việc thân thiện với người sử dụng được. Vì vậy bộ phận nhập dữ liệu là một phần không thể thiếu đối với chiếc máy tính. Chúng ta luôn thấy sự hiện hữu của chuột, bàn phím, scanner... là các thiết bị nhập dữ liệu. Để tương thích với các thế hệ máy tính trên, với nhu cầu của ngừơi sử dụng thì chuột, bàn phím, scanner ... thiết bị nhập dữ liệu cũng phát triển để đáp ứng về cấu tạo, nguyên lý hoạt động, các chuẩn và nhu cầu đó. Một con chuột trở nên thân thiện, một chiếc bàn phím linh hoạt, một máy quét với tốc độ nhanh, công nghệ màu sắc tuyệt hảo là nhu cầu và thách thức đối với bất kỳ nhà sản xuất linh kiện nào. Tiểu luận này trình bày nội dung của thiết bị đầu vào, đưa ra được nhu cầu và tính cần thiết của các thiết bị đầu vào. Giúp người đọc có thể hiểu về các thiết bị đầu vào. Các khái niệm, kỹ thuật và nguyên lý hoạt động của các thiết bị. Chiếc máy tính của bạn thật đơn giản nhưng nó chứa ẩn bao nhiêu điều phức tạp mà ta cần phải khám phá. Bạn nghĩ sao khi có một chiếc máy tính chạy với tốc độ xử lý nhanh nhưng thiếu đi thiết bị vào dữ liệu để nó xử lý, phân tích. Tiểu luận này muốn đưa ra cho người đọc hiểu về sự cần thiết của các thiết bị vào dữ liệu như chuột, bàn phím, máy quay, máy quét… là các thiết bị nhỏ nhưng mang lại hiệu quả cho người sử dụng. Nội dung tiểu luận gồm: 1. Tổng quan về chuột, bàn phím, máy quyét, máy quay: Đưa ra nhưng nhu cầu, dự đoán và lịch sử hình thành và phát triển của thiết bị. 2. Cấu tạo, nguyên lý hoạt động của thiết bị đầu vào: Giới thiệu các khái niệm, đưa ra cấu tạo và nguyên lý hoạt động chi tiết của các thiết bị đầu vào. Mặc dù có nhiều cố gắng tìm tòi, học hỏi nhưng khó tránh khỏi những hạn chế và nhiều thiếu sót, rất mong nhận được nhiều ý kiến đóng góp, trao đổi của các bạn để giúp chúng tôi hoàn thiện. Xin chân thành cảm ơn! 1. Tổng quan về chuột, bàn phím, máy quyét, máy quay: 1.1. Chuột. Bên cạnh sự phát triển không ngừng của các nhà cung cấp thiết bị máy tính, các hãng sản xuất linh kiện điện tử thì các thiết bị nhập dữ liệu luôn được quan tâm đáp ứng nhu cầu phát triển, nhu cầu người sử dụng. Thiết bị nhập thông tin chủ yếu trong những năm trước đây là bàn phím, nhưng với những phần mềm đa diện, ứng dụng khổng lồ như CAD, đồ họa, game thì chuột đóng vai trò không kém. Ngày nay cùng với bàn phím thì chuột được xem là bộ phận không thể thiếu. Năm 1963, Douglas Engelbart thuộc viện nghiên cứu Stanford đã phát minh ra chuột máy tính, một thiết bị định vị cầm tay cho máy tính. Một phiên bản của chuột này được phát triển bởi Bill English ở Xerox PARC suốt đầu những năm 70, những bánh xe bên trong chuột được thay bằng một quả bóng đơn, tương tự quả bóng bám được đảo ngược (inverted trackball ), có thể xoay theo mọi hướng. Hiện nay trên thị trường chuột thân thiện hơn với người sử dung. Đa dạng về chủng loại, trước đây chuột thường có hai nút bấm và có thể chạy dưới sự điều khiển của chương trình đạo diễn MOUSE.SYS của MS-DOS. Hiện nay các nhà sản xuất đã đưa ra thị trường gồm chuột chuẩn PS/2, chuẩn USB, COM chuột quang. 1.2. Bàn phím. Nếu năm 1963, chuột mới được đưa ra để phục vụ cho việc tăng năng suất và nâng cao hiệu quả của việc dùng máy tính thì bàn phím đã được sinh ra trước đó gần 100 năm, cụ thể là năm 1870 và được đặt tên là QWERTY, theo những chữ cái từ bên trái ở dòng đầu tiên của bàn phím này. Còn một loại bàn phím nữa, đó là Dvorak do ông August Dvorak và ông William Deay thiết kế vào những năm 1930. Loại bàn phím Dvorak này gõ nhanh hơn do ít phải dịch chuyển tay hơn so với loại bàn phím QWERTY. Trong 8 giờ sử dụng, một nhân viên đánh máy loại xịn sẽ phải di chuyển 25,6 km trên bàn phím QWERTY nhưng chỉ có 1,6 km trên bàn phím Dvorak. Tuy nhiên ngặt một nỗi là bàn phím QWERTY lại phổ biến hơn so với bàn phím Dvorak do có tính truyền thống và khi người anh em Dvorak ra đời thì trên thế giới đã có quá nhiều người quen sử dụng QWERTY nên khó mà bảo họ học gõ phím lại từ đầu được. Lúc người ta chuẩn bị chuyển sang xài bàn phím Dvorak thì Chiến tranh Thế giới thứ hai nổ ra và tất cả bàn phím sản xuất thời đó đều thống nhất theo chuẩn QWERTY. Vì thế đến bây giờ chúng ta vẫn đang xài QWERTY. Cho tới giai đoạn hiện nay, các loại bàn phím sử dụng chuyển mạch cơ khí vẫn chiếm tỷ lệ lớn với ưu điểm đơn giản, giá thành thấp, độ tin cậy cao, nhưng cũng có những nhược điểm: các tiếp điểm dễ bị bẩn, lò xo lâu ngày giảm đàn hồi….. Hiện nay trên thị trường bàn phím thường được các nhà cung cấp thiết kế dưới hai chuẩn, PS/2 và USB. Nhẹ, gọn hơn thân thiện hiên với người sử dụng màu sắc đa dạng hơn. 1.3. Máy quét. Trước đây chiếc máy quét chỉ là phụ kiện khó đối với người sử dụng và tốn kém, ngày nay nó đã trở nên đơn giản và thuận tiện hơn khi bạn muốn quét một bức ảnh, văn bản, phim. Ngay nay chiếc máy quét thân thiện hơn với người sử dụng, công nghệ màu sắc tuyệt hảo, tốc độ quét nhanh, công nghệ đơn giản đáp ứng được nhu cầu của người sử dụng, giảm về thời gian, ứng dụng trên diện rộng. 1.4. Máy quay. Những năm 1990 là thời kỳ bùng nổ máy quay phim kỹ thuật số và hiện nay là các máy quay kết hợp máy chụp ảnh mini thông dụng giúp các nhà quay phim nghiệp dư có thể quay và chỉnh sửa những đoạn phim chất lượng rất tốt với chí phí thấp. Các nhà làm phim độc lập tận dụng các máy quay phim kỹ thuật số và dùng chúng để làm các bộ phim được trình chiếu ngẫu nhiên trên truyền hình hoặc tại các liên hoan phim danh tiếng. 2. Cấu tạo, nguyên lý hoạt động của thiết bị đầu vào: 2.1. Bàn phím (Keyboard). Bàn phím là thiết bị lối vào thuộc loại đơn giản nhất trong 1 hệ thống máy tính, nó bao gồm 1 tập hợp các công tắc, thường được bố trí thành 1 ma trận. Tín hiệu lối ra của ma trận công tắc này được đưa vào mạch tạo mã bàn phím, với mỗi tổ hợp phím xác định được ấn xuống mạch tạo mã sẽ tạo ra 1 con số nhận diện cho phím đó, con số này được gửi vào CPU sau đó. 2.1.1. Cấu tạo, nguyên lý hoạt động. Sơ đồ mạch điện của bàn phím Mỗi phím bấm trên bàn phím tương ứng với một công tắc đấu chập giữa một chân hàng A và chân cột B, như vậy mỗi phím có một địa chỉ hàng và cột duy nhất, người ta lập trình cho các phím này để tạo ra các mã nhị phân 11 bít gửi về máy tính khi phím được nhấn. Trong dữ liệu 11 bit gửi về có 8 bít mang thông tin nhị phân (gọi là mã quét bàn phím ) và 3 bit mang thông tin điều khiển. 8 bít mang thông tin nhị phân đó được quy ước theo tiêu chuẩn quốc tế để thống nhất cho các nhà sản xuất bàn phím. Bảng sau là thí dụ khi ta nhấn một số phím, bàn phím sẽ gữi mã quét ở dạng nhị phân về máy tính như sau: Tên phím Mã quét nhị phân Mã ASCII tương ứng A 0001 1110 0100 0001 S 0001 1111 0101 0011 D 0010 0000 0100 0100 F 0010 0001 0100 0110 G 0010 0010 0100 0111 H 0010 0011 0100 1000 Mã quét bàn phím được nạp vào bộ nhớ đệm trên RAM sau đó hệ điều hành sẽ dịch các mã nhị phân thành ký tự theo bảng mã ASCII: Khi bấm phím A => bàn phím gửi mã nhị phân cho bộ nhớ đệm sau đó hệ điều hành sẽ đối sang mã ASC II và hiển thị ký tự trên màn hình 2.2. Chuột. Chuột chính thức được gọi là 1 bộ định vị tương đối hệ toạ độ (x,y), cho hệ thống màn hình. Ta gọi cách định vị của chuột là tương đối vì nó là thiết bị do vận tốc di chuyển con trỏ (cusor). Từ giá trị vận tốc tương đối này hàm ngắt của (hệ điều hành) sẽ tính vị trí mới của con trỏ trên màn hình. 2.2.1. Cấu tạo, nguyên lý hoạt động: Chuột bi: Bộ cảm biến trong chuột bi Bên trong chuột bi có một viên bi cao su tỳ vào hai trục bằng nhựa được đặt vuông góc với nhau, khi ta di chuột thì viên bi quay => làm cho hai trục xoay theo, hai trục nhựa được gắn với bánh răng nhựa có đục lỗ, mỗi bánh răng được đặt lồng vào trong một cảm biến bao gồm một Diode phát quang và một đèn thu quang. Diode phát quang phát ra ánh sáng hồng ngoại chiếu qua bánh răng nhựa đục lỗ chiếu vào đèn thu quang, khi bánh răng xoay thì ánh sáng chiếu vào đèn thu quang bị ngắt quãng, đèn thu quang đổi ánh sáng này thành tín hiệu điện đưa về IC giải mã => tạo thành tín hiệu điều khiển cho con trỏ dịch chuyển trên màn hình. Bộ cảm biến đổi chuyển động cơ học của viên bi thành tín hiệu điện Trong chuột bi có hai bộ cảm biến, một bộ điều khiển cho chuột dịch chuyển theo phương ngang, một bộ điều khiển dịch chuyển theo phương dọc màn hình. Hai bộ cảm biến đưa tín hiệu về IC giải mã , giải mã thành tín hiệu nhị phân đưa về máy tính. Công tắc để nhấn trái chuội hai nhấn phải chuột Chuột quang: Chuột quang hoạt động theo nguyên tắc quang học, chuột không có bi mà thay vào đó là một lỗ để chiếu và phản chiếu ánh sáng đỏ. Cấu tạo bên trong chuột quang Bộ phận quan trọng nhất của chuột quang là hệ thống phát quang và cảm quang, Diode phát ra ánh sáng chiếu lên bề mặt bàn, ảnh bề mặt sẽ được thấu kính hội tụ, hội tụ trên bộ phận cảm quang. Bên cạnh bộ phận quang học là bi xoay và các công tắc như chuột thông thường. Bộ phận quang học trong chuột quang Diode phát quang phát ra ánh sáng đỏ chiếu lên bề mặt của tấm di chuột, ảnh của bề mặt tấm di chuột được thấu kính hội tụ lên bề mặt của bộ phận cảm quang, bộ phận cảm quang sẽ phân tích sự dịch chuyển của bức ảnh => tạo thành tín hiệu điện gửi về máy tính. Diode phát quang có hai chế độ sáng, chế độ sáng yếu Diode được cung cấp khoảng 0,3V. Chế độ sáng mạnh Diode được cung cấp khoảng 2,2V. Khi ta không di chuyển chuột thì sau khoảng 3 giây Diode sẽ tự chuyển sang chế độ tối để giảm cường độ phát xạ làm tăng tuổi thọ của Diode. Chuột Laser Đa số chuột quang sử dụng LED làm nguồn chiếu sáng cho cảm biến quang. Tháng 9 năm 2004, Logitech và Agilent đưa ra chuột quang đầu tiên sử dụng laser làm nguồn chiếu sáng. Chuột MX1000 Laser Cordless Mouse dùng một laser hồng ngoại bước sóng 832-852nm thay cho LED. Về cơ bản vì laser là chùm tia dày đặc, hẹp, năng lượng cao nên nó phản chiếu chi tiết hơn những kết cấu và khuyết điểm rất nhỏ mà trên đó sự chiếu sáng LED thông thường cho thấy một bề mặt sáng bóng, nhẵn, phẳng và đồng nhất một màu(như một bảng màu trắng). Kết quả là bám chính xác hơn 20 lần so với chuột quang dùng LED truyền thống. Chuột quang gọn nhẹ, xinh xắn và không cần bảo trì như chuột cơ. Từ điểm khởi đầu với pad chuột ( tấm đệm chuột ) là ma trận đường đen trắng song song, cắt cắt nhau; hiện nay chuột quang đã có thể làm việc chính xác trên hầu như tất cả các bề mặt kể cả mặt gương. Hiện nay người ta chế tạo chuột quang theo hướng tích hợp tất cả các thành phần chức năng chính trong một IC đơn nhất cho gọn nhẹ và cũng giảm giá thành. Ngoài chuột quang có dây, còn có những chuột quang không dây sử dụng pin ở bên và truyền thông với máy tính thông qua tần số radio (Radio Frequency). Hiện tại số lượng người sử dụng chuột quang tăng lên nhanh chóng. Với ưu thế hơn hẳn của mình, giá thành của sản phẩm phù hợp với người sử dụng, trong tương lai gần chuột cơ sẽ khó tìm thấy trên thị trường mà thay vào đó sẽ là chuột quang. 2.3. Scanner: Bạn sử dụng để “bắt nhốt” các bản vẽ và hình ảnh để có thể sử dụng cho công việc. Trong một máy quét làm việc với chương trình nhận dạng ký tự bằng quang – OCR (Optical character Recognition) để chuyển hoá văn bản được gõ hoặc in vào các tệp của máy tính và có thể sửa đổi. 2.3.1. Cấu tạo, nguyên lý hoạt động. Độ phân giải quang học: Được tính bằng điểm/inch (dpi - dots per inch), tức là số điểm mà máy quét có thể nhận biết được trên 1 inch. Thông thường, để hiển thị ảnh trên Web, in hình thẻ thì độ phân giải 100 dpi là đủ; với các tác vụ như nhận dạng văn bản thì 300dpi là chuẩn, và đa số các máy scanner thông thường trên thị trường đều hỗ trợ được các độ phân giải này. Tuy nhiên, nếu bạn muốn quét các tấm ảnh lớn, hoặc phóng lớn các ảnh nhỏ thì độ phân giải cần thiết phải là 1200 –2400 dpi. Với các bức ảnh có độ phân giải cao, bạn sẽ dễ dàng biên tập chỉnh sửa lại, tuy nhiên chúng thường có kích thước lớn hơn bình thường. Như một tấm ảnh 4x6 inch 1200dpi chiếm đến 25MB trên đĩa cứng. Hơn nữa, thời gian quét ảnh ở độ phân giải cao thường tốn khá nhiều thời gian. Transparency adapter: Để quét các đoạn slide, phim đòi hỏi máy scanner phải có Transparency adapter – một nguồn sáng dùng để chiếu xuyên qua phim. Thiết bị này có thể được tích hợp trên nắp máy scanner, hoặc ở dạng bộ phận gắn rời được đặt trên mặt kính của máy. Thiết bị cấp giấy (tài liệu) tự động: Để nhận biết các đoạn text lớn, quét nhiều trang tài liệu vượt quá kích thước mặt kính của máy, bạn có thể sử dụng thiết bị cấp tài liệu tự động này nhằm tinh chỉnh tài liệu nằm ngay ngắn trên mặt kính. Thiết bị này có thể đóng vai trò là nắp scanner. Tuy nhiên, đối với các máy quét có bộ phận tự động này thì giá có thể sẽ cao hơn khoảng 200USD. Bộ cảm biến: Các máy scanner ngày nay thường có bộ cảm biến thuộc 2 loại: CCD và CIS. Công nghệ cảm biến CCD là cũ hơn, thường được dùng trong các máy camera kĩ thuật số. CIS là công nghệ mới hơn, dù cho hình ảnh không tốt bằng CCD, nhưng các máy scanner sử dụng CIS đang trở nên rất thông dụng vì ít hao năng lượng (cấp điện qua cổng USB) và có kích thước nhỏ gọn. Đèn huỳnh quang hoặc dùng đèn Cathode lạnh. Cuối năm 2000, đèn Xeon được sử dụng làm nguồn sáng. Sản phẩm dùng đèn Xeon có độ tin cậy cao, nguồn sáng có phổ ánh sáng rộng bền vững và nhanh chóng thiết lập. Tuy nhiên nguồn ánh sáng Xeon có công suất tiêu thụ năng lượng cao hơn so với ống đèn Cathode lạnh. Độ sâu màu sắc (Color depth): Đây chính là số lượng màu của ảnh mà máy quét có thể nhận ra được, thường đo bằng đơn vị bits per pixel. Thông thường thì máy quét nhận ra nhiều điểm ảnh hơn so với khả năng lưu lại ảnh của trình điều khiển. Internal hoặc hardware color đặc trưng cho khả năng nhận ảnh của máy scanner, còn external hoặc true color là thông số cho biết khả năng nhận dữ liệu từ scanner của trình driver. Với các nhu cầu thông thường, các máy có độ sâu màu thực (true color depth) 24 bit là khá tốt. Scanner là một thiết bị chuyển ánh sáng (mà chúng ta nhìn được) thành những mức tín hiệu số dạng 0 và 1 để máy tính có thể đọc được. Nói một cách khác Scanner chuyển đổi dữ liệu dạng tương tự ( hình ảnh ) thành dữ liệu dạng số . Tất cả Scanner làm việc với cùng một nguyên lí phản xạ ánh sáng hoặc truyền dẫn. Hình ảnh được đặt úp xuống bên trong Scanner nó có bao gồm nguồn sáng chiếu vào hình ảnh và những thiết bị cảm biến để thu nhận ánh sáng phản xạ từ nguồn sáng tới hình ảnh. Trong tường hợp máy ảnh kỹ thuật số, nguồn sáng là mặt trời hoặc ánh sáng nhân tạo. Khi thiết bị Scanner lần đầu tiên được giới thiệu, nhiều nhà sản xuất dùng bóng đèn huỳnh quang làm nguồn sáng. Nhưng đèn huỳnh quang làm nguồn sáng thì có hai yếu điểm: Chúng không phải lúc nào cũng phát ra ánh sáng trắng phù hợp trong một thời gian dài. Trong khi đó nhiệt của chúng phát ra có thể làm méo dạng tín hiệu đối với những thành phần quang học khác. Đó cũng chính là nguyên nhân mà hầu hết các nhà sản xuất chuyển sang dùng đèn Cathode lạnh, chúng khác với đèn huỳnh quang là không có sợi tóc bóng đèn. Chúng hoạt động ở nhiệt độ thấp và vô cùng tin cậy. Chuẩn dùng đèn huỳnh quang cao bây giờ được sử dụng đối với Scanner giá rẻ và kiểu cũ. Ánh sáng trực tiếp từ đèn tới bộ cảm biễn để chúng đọc được những giá trị ánh sáng. Scanner CCD ( Charge-Coupled Device: nó là thiết bị đo sáng thu nhỏ mà xác định cường độ ánh sáng được tương ứng với cường độ của điện áp tương tự) dùng lăng kính, thấu kính và những thành phần quang học khác. Như mắt kính và kính lúp những phần này có thể cho những Bit với chất lượng khác nhau. Đối với Scanner chất lượng cao sẽ dùng những kính quang học chất lượng cao có chất lượng màu sắc chính xác và có sự khuyếch tán thấp nhất. Đối với những kiểu Scanner Low-end thì dùng những thiết bị quang học chất lượng thấp cùng với những thành phần nhựa cho giá thành hạ. Những ánh sáng được phản xạ hoặc truyền qua những hình ảnh tới bộ phận cảm biến để chuyển đổi thành những điện áp tương ứng với cường độ ánh sáng, đối với những phần sáng hơn thì ánh sáng phản xạ hoặc truyền qua thì kết quả cho ta mức độ điện áp cao hơn. Bộ phận ADC (analogue-to-digital conversion) sẽ chuyển đổi tính hiệu mức điện áp từ dạng tương tự thành dạng số và một lần nữa liên quan đến mức độ nhiễu trong bộ chuyển đổi này, nếu đối với những thiết bị Scanner có giá thành thấp thì mức nhiễu tăng lên. Thành phần cảm biến dùng một trong 3 kiểu công nghệ sau: PMT (photomultiplier tube) nó kế thừa công nghệ dùng trống quét trước kia. CCD (charge-coupled device) nó là một kiểu cảm biến trong những thiết bị cảm biếm ánh sáng. CIS (contact image sensor) nó là công nghệ mới tích hợp chức năng quét vào trong một vài thành phần cho phép Scanner có thể dùng với hình ảnh có nhiều kích thước khác nhau. *. PMT PMT là công nghệ cảm biến dùng trống quét chất lượng cao. PMT có giá thành cao và khó sử dụng, chúng là thiết bị được dùng để tải hình ảnh vào máy tính trước khi có Scanner để bàn xuất hiện. Scanner dùng PMT có hai nguồn sáng, một dùng để phản xạ bản gốc và một để xuyên qua bản gốc. Ánh sáng được nhận dạng bằng các bộ cảm biến được chia thành 03 tia để qua bộ lọc màu đỏ, xanh lá cây và xanh nước biển và sau đó tới ống nhân ánh sáng ở đó năng lượng ánh sáng được chuyển đổi thành tín hiệu điện. PMT có độ nhạy cao đối với ánh sáng và mức nhiễu thấp hơn máy quét dùng CCD. Bên cạnh đó dùng Trống quét cho độ phân giải cao và ít lỗi. Nhưng PMT cso tốc độ thấp khi so sánh với máy quét dùng CCD và lại đắt tiền hơn. Ngày nay PMT được sử dụng đối với những ứng dụng có chất lượng đặc biệt cao. *. CCD Công nghệ CCD đương ứng dụng rộng rãi trong máy quét, thiết bị Camera số ... CCD bao gồm có nhiều thành phần nhạy sáng được sắp xếp thành dạng lưới trong trường hợp máy ảnh kỹ thuật số hoặc máy ghi hình hoặc dạng dài, thường mỏng trong trường hợp máy quét, có nhiều thành phần nhạy sáng trong một đơn vị đọ dài, đối với độ phân giải cao. CCD là thiết bị điện ở thể rắn mà chuyển đối ánh sáng vào bên trong bộ phận tích điện. Ánh sáng phản xạ từ vật thể được quét hướng tới mảng CCD qua hệ thống gương và thấu kính. CCD hoạt động như là một thiết bị đo sáng, nó chuyển đổi cường độ ánh sáng phản xạ thành điện áp tương tự và thông qua bộ chuyển đổi ADC thành dạng tín hiệu số. *.CIS - Contact image sensor CIS là công nghệ cảm biến mới đước xuất hiện đối với những Scanner để bàn vào cuối năm 1990. Scanner dùng CIS dùng những dãy dày đặc LED đó, xanh lá cây và xanh nước biển để tạo thành ánh sáng trắng và thay thế những gương, thấu kính của máy quét kiểu CCD, nó chỉ có một hàng gồm nhiều bọ cảm biến đặt vô cùng gần với hình ảnh nguồn. Kết quả là Scanner sẽ mỏng hơn, nhẹ hơn và tiết kiệm năng lượng so với kiểu CCD truyền thống và khả năng giá cả sẽ giảm xuống . Gam màu của máy quét kiểu CIS được xác định bởi phổ màu của mỗi LED, còn hơn là dùng bộ lọc màu trong hệ thống quang học của máy quét CCD. Trong khi đó công nghệ lọc màu phát triển mạnh hơn là công nghệ phổ ánh sáng của LED, máy quét kiểu CIS không cung cấp Gam màu rộng như máy quét CCD. Nên loại máy quét kiểu CIS không được phát triển mạnh bằng CCD. *. Độ phân giải Độ phân giải liên quan đến vẻ đẹp của chi tiết mà máy quét có thể đạt được và thông thường được do bằng DPI (dots per inch). Nếu giá trị DPI càng lớn thì máy quét có thể giải quyết được càng nhiều chi tiết trong hình ảnh. Vào cuối năm 1990 thì độ phân giải thông thường là 300 x 300. Những máy Scanner sử dụng CCD cho mỗi một Pixel, do đó để cho máy quét có thông số độ phân giải quang theo chiều nằm ngang là 600dpi cũng tương đương với 600 ppi (pixels per inch) và tài liệu có độ rộng lớn nhất là 8.5 inch thì mảng bộ cảm biến CCD có 5100 thành phần CCD ở đầu quét. Đầu quét được gắn vào thành phần chuyển động sẽ dịch chuyển qua tài liệu hình ảnh. Mặc dầu quá trình chuyển động là liên tục nhưng đầu quét dịch chuyển theo những đoạn một inch một lần. Trong những máy Scanner thông dụng đầu quét được điều khiển bằng Motor bước, mỗi lần dịch chuyển là có một xung điện áp ra để tới đầu quét. Số của thành phần vật lí trong mảng CCD được xác định bằng Tỷ lệ lấy mẫu hướng X (Tỷ lệ lấy mẫu theo hướng nằm ngang) và số được xác định bằng những bước trong một inch gọi là Tỷ lệ lấy mẫu theo hướng Y. Mặc dầu trong máy quét độ phân giải là giá trị dễ xác định nhất về chất lượng nhưng trên thực tế khái niệm đó cũng chưa hẳn là chính xác. Độ phân giải là khả năng xác định những chi tiết của vật thể và chất lượng của mạch điện tử, hệ thống quang học, những bộ lọc, điều khiển Motor và nhất là Tỷ lệ lấy mẫu. Trên thực tế đầu quét có khả năng đọc được những tài liệu có độ rộng 8.5 inch những sẽ có nhiều tài liệu nhỏ hơn thông thường có độ rộng 4 inch. Ánh sáng phản xạ tới đầu quét qua hệ thống thấu kính và chất lượng của hệ thống quang học có độ phân giải hiệu ứng lớn hơn hơn là Tỷ lệ lấy mẫu. Hệ thống quang học có độ phân giải cao 400 dpi trong máy quét có khi làm việc tốt hơn máy quét 600 dpi nhưng chất lượng thấp. Cuối năm 1998 mức giới hạn vật lí của những thành phần CCD là 600 / inch. Do đó để tăng độ phân giải người ta dùng kỹ thuật gọi là Nội suy, bằng cách sử dụng phần mềm hoặc phần cứng để điều khiển dự đoán những giá trị trung gian và chèn chúng vào giữa những giá trị thực. Để xác định giá trị độ phân giải hợp lí để quét hình ảnh là điều quan trọng: thứ nhất là đạt được chất lượng như ý và thứ hai đạt được hiệu quả tốt nhất trong quá trình quét. Những máy quét quảng cáo theo kiểu làm cho chúng ta nhầm tưởng cứ nghĩ rằng giá trị càng lớn thì càng tốt nên không có gì là khó hiểu khi người dùng luôn có khuynh hướng quét ảnh với độ phân giải quá cao. Với độ phân giải cao thì thời gian quét lâu và dung lượng lưu trữ quá lớn. Một điểm mà chúng ta cần chú ý chính là độ phân giải của thiết bị đầu ra như máy in có đạt được đến độ phân giải của hình ảnh không. Chính vì thế chúng ta nên chọn độ phân giải của hình ảnh cần quét bằng đúng độ phân giải của thiết bị in ra là tốt nhất. *. Phép nội suy Những máy quét thông thường chào với độ phân giải 2400 dpi, 4800 dpi và 9600 dpi, nhưng một điều thực tế quan trọng là máy quét không thể đạt được mức độ phân giải như vậy. Độ phân giải quang của CCD mới nhất đạt được 600 x 1200 dpi và nếu tất cả cấu hình cao hơn thì đó là dựa trên phép nội suy. Chú ý rằng đặc tính của sự không đồng nhất trong độ phân giải, 600 x 1200 dpi, là rất cần thiết đối với phép nội suy dùng phần cứng. Với dữ liệu 600 dpi cho một toạ độ và 1200 dpi cho một toạ độ khác có nghĩa là dữ liệu khong phải là kết quả hình vuông. Với độ phân giải 600 x 600 dpi thì máy quét sẽ dùng nội suy hướng 1200dpi xuống thành 600 dpi, đối với đọ phân giải 1200 x 1200 dpi thì chúng ta dùng phép nội suy lên theo hướng X. Người ta có thể sử dụng phép nội suy bằng phần mềm hoặc phần cứng hoặc kết hợp giữa cả phần mềm với phần cứng. Chuẩn giao tiếp (Interface): Các loại scanner ngày nay sử dụng cổng USB, thường là USB 2.0, đồng thời đa số máy scanner đều tương thích với các cổng USB 1.1 cũ. Tuy nhiên, sự khác biệt về tốc độ là không nhiều khi so sánh USB 2.0 với USB 1.1. Ngoài ra, hiện nay còn có các loại scanner không dây, có tốc độ khá tốt và giá thành thì thường cao hơn các loại thông thường, vốn chỉ sử dụng cho người dùng chuyên nghiệp. Trước đây khi cổng USB không thông rụng thì chuẩn giao tiếp của scanner là dùng chuẩn pranel. * Các loại scanner: Máy quét có ba cấu hình phổ biến là: Loại cầm tay, loại nạp giấy, loại phẳng. Máy cầm tay đơn giản và rẻ nhất nhìn chúng như thiết bị chuột máy tính và được gắn vào cổng song song. Bằng cách di chuyển may quét trên mặt trang giấy. Đối với loại máy quét cầm tay, bạn phải dùng tay để di chuyển bộ phận cảm quang trên mặt giấy nên ảnh nhận được dễ bị méo dạng, và bị hạn chế do kích thước ảnh mà nó thu được chỉ là một phần nhỏ của trang giấy. Bên cạnh đó độ phân giải của nó hạn chế dưới 200 dpi. Máy quét nạp giấy, là bước kế tiếp. Với thiết bị này bạn đút một tờ giấy vào khe máy, ở đó các con lăn co học sẽ tiếp nhận và tự động chuyển nó đi ngang qua bộ phận cảm biến quang của máy quét. Máy này có thể xử lý tài liệu rộng 8.5 inch dài 30 inch. Nó có tốc độ nhanh hơn máy quét cầm tay, hạn chế của nó khó scanner các trang sách. Hầu hết các loại scanner ngày nay là loại máy quét hình phẳng (do có mặt kính quét ở dạng phẳng), nó có độ tin cậy cao về mặt cơ học, với loại máy này bạn không lô về việc tay bạn đưa lệch hay giấy bị kẹt giữa các con lăn. ngoài ra còn có các loại khác như: cả các máy đa năng (3 trong 1) tích hợp máy in, máy quét và cả máy fax vào cùng một thiết bị. * Phần mềm sử dụng cho scanner: Đa số các scanner thích hợp với phần mềm của loại đó, nhưng những phần mềm đó phải thích ứng với nhu cầu của bạn, hay chắc chăn rằng bạn sử dụng phần mềm tiện nghi. Trong đó phần mềm nhận dạng ký tự sử dụng một trong hai kỹ thuật: so khớp phông chữ và sử dụng dò giấy để do khớp bóng mới dựa vào các mẫu tiêu chuẩn được lưu chữ. Nhiều máy quét hiện nay có một tính năng khá hữu ích gọi là hỗ trợ TWAIN. Đây là một chuẩn giao diện cho phép bạn quét trực tiếp các trình ứng dụng phổ biến của PC. Ngoài ra, một số hãng còn cung cấp thêm các phần mềm chuyên nghiệp khác như Adobe Photoshop; OCR, dùng để quét tài liệu văn bản in và chuyển nó sang các file text trên PC. 2.4. Máy quay. 2.4.1. Cấu tạo, nguyên lý hoạt động. 2.4.1.1. Ống kính (LENS) Hầu hết các máy quay, ống kính là một trong các khối quan trọng nhất. Trong máy quay hình ảnh được ghi lên bia ống ghi hay lên chip CCD, sau đó được đổi từ dạng quang thành tín hiệu điện. Ống kính, gồm nhiều thấy kính, tập trung ánh sáng rọi vào trên một mặt, gọi là mặt phẳng tiêu. Bia ảnh của ống ghi được đặt tại mặt phẳng tiêu và tiêu cự là khoảng cách từ tâm quang của ống kính đến mặt phẳng tiêu, Ngày này tiêu cự được tính theo milimet. Máy quay thường được lắp ống kính zoom, đây là loại ống kính mà tiêu cự tác dụng của nó có thể thay đổi trong một phạm vi. Tỉ số 6:11 có thể thực hiện tiêu cự từ 11 đến 66 mm. Tầm rõ của trường ảnh là vùng mà tại đó tất cả các đối tượng, dù các khoảng cách khác nhau tính từ máy quay đều nằm đúng hội tụ. Tầm rõ của trường ảnh phụ thuộc vào tiêu cự của ống kính, khẩu độ, khoảng cách giữa vật thể và máy quay. Khẩu độ càng rộng, tầm rõ của trường ảnh càng kém. Khi khẩu độ được mở và đóng, khẩu độ thay đổi. 2.4.1.2. Các kính lọc (FILTER) Máy quay dùng các kính lọc. Hầu hết các máy quay đều sử dụng kính lọc hiểu chỉnh nhiệt độ màu sẵn có thể đổi ánh sáng trong nhà, ngoài trời. Ngoài kính lọc này, máy quay còn dùng các kính lọc khác trên đường ánh sáng, nằm giữa thấu kính và ống ghi. Kính lọc ánh sáng khuếch tán được dùng để định sự cân bằng sắc trắng. Kính lọc này thường được phép với khóa điện định mức trắng để tạo độ tán tiêu chính xác từ hình ảnh đưa vào. Điều này cung cấp cho ống ghi ánh sáng trắng dịu vốn là sự phối hợp của tất cả ánh sáng và các màu sắc đưa vào. Lúc đó mạch hiệu chỉnh ( mạch định mức trắng ) có thể thiết lập một sự hòa trộn chính xác các màu đỏ, lục và dương theo yêu cầu để cung cấp sự cân bằng màu toàn thể cho cảnh quan. Tùy vào ống ghi, người ta sử dụng 2 loại kính lọc căn bản. Kính lọc loại bỏ tia hồng ngoại và kính lọc cho ánh sáng thấp. 2.4.1.3. Ống ghi và chip CCD Ống ghi dùng trong máy quay màu gồm 4 loại căn bản: VIDINCON, NEWVICON, SATICON và TRINICON. Trong các máy quay đời mới, người ta dùng chip CCD thay cho ống ghi. 2.4.1.4. Mạch tiền khuếch đại Mạch tiền khuếch đại là mạch khuếch đại có tạp âm thấp, trở kháng ngả vào cao, nhận thông tin hình ảnh thô hiện trên bia của ống ghi và khuếch đại chúng đến một mức dùng được để đưa vào mạch xử lý và mạch mã hóa màu. 2.4.1.5. Mạch kích thích chip CCD CCD là một chíp có tác dụng chuyển đổi ánh sáng đưa vào thành tín hiệu điện. Mạch kích thích chip CCD, còn được gọi là mạch cảm biến, dùng để tạo ra các loại xung định thời khác nhau kích thích khối CCD nhằm thực hiện việc tích điện và truyền sự hoạt động trong CCD. Mạch còn xử lý trước tín hiệu CCD ra, loại bỏ các tành phần nhiễu, chỉnh độ lợi tự động, chỉnh hệ số tương phản. 2.4.1.6. Mạch xử lý và mã hóa màu Trong sơ đồ khối, phần mạch xử lý và mã hóa mầu bao gồm nhiều mạch điện. Mạch xử lý tín hiệu độ cân bằng mức trắng, xử lý âm thanh, và mạch cảm nhận tín hiệu hình phát ra. 2.4.1.7. Nguồn cấp điện Trong máy quay dùng ống ghi, người ta sử dụng 2 nguồn cấp điện, nguồn cấp điện thế cao (HV)(<2000V) cung cấp cho CRT ống ghi và cả CRT ống ngắm điện tử (nếu có). Trong hầu hết các trường hợp, nguồn điện thế cao này lấy từ phần quét ngang, khá giống máy thu hình tiêu chuẩn. Nguồn điện thế thấp gồm một hay nhiều nguồn ổn thế, lấy từ 12VDC đưa vào máy quay, cấp điện cho các mạch khác nhau. Đối với máy quay dùng chip CCD, không cần có điện thế cao cung cấp cho ống ghi, nên người ta sử dụng nguồn DC 12V. Nguồn 12VDC này được cho qua mạch chuyển đổi DC-DC, lấy ra các mức 3,5V; 5V; 9V; 15V và 8V cấp cho các mạch điện. 2.4.1.8. Mạch tạo xung đồng bộ Do máy quay màu được vận hành từ điện DC và là nguồn phát tín hiệu hình ( truyền tín hiệu TV ), chúng phải tự tạo cho mình độ ổn định, trang bị mạch phát đa chức năng để cung cấp các tín hiệu hình NTSC ổn định. Thông thường mạch này được thực hiện trong một IC MOS chuyên dùng với sự điều khiển của mạch dao động thạnh anh. 2.4.1.9. Các mạch lái tia và mạch tạo tín hiệu chỉnh bóng ảnh, đường quét Các mạch lái tia ngang dọc trong máy quay màu, d._.