제8장 주변장치

8장에 나오는 이야기들 주변장치는 넓은 의미에서 컴퓨터시스템의 일부 주변장치(peripheral device)의 종류 HID(human interface device, 인간 접속 장치) 키보드나 마우스 등 사운드카드나 비디오카드 등의 확장카드 디지털 카메라나 스캐너 등의 이미지 장치 프린터 등의 출력장치 USB 메모리 등의 휴대용 저장장치 모뎀이나 랜카드 등의 네트워크 어댑터 등 요즘은 모든 가전제품과 디지털 장비들이 컴퓨터시스템에 네트워크로 전부 연결되는 추세

제8장의 구성 8.1 모니터 8.2 비디오카드 8.3 사운드카드 8.4 스캐너 8.5 프린터

8.1 모니터

8.1 모니터 모니터와 스크린 CRT 모니터 순차주사와 비월주사 화면 재생 빈도 평면 디스플레이

모니터와 스크린 모니터와 스크린 수광 및 발광 디스플레이 장치 모니터(monitor) 스크린(screen) 수광 소자 컴퓨터의 화면을 출력하는 주변장치, 디스플레이 소자 스크린(screen) 모니터에서 화면을 구성하는 면 수광 및 발광 디스플레이 장치 수광 소자 LCD는 자기 스스로 발광 못하고 자연광을 반사시키거나 백라이트(back light)를 통과시켜야 발광 소자 CRT, PDP, 발광다이오드(light emitting diode, LED) 등

픽셀 픽셀(pixel, 화소) 화소(picture element)의 영어식 줄임말 사진, TV, 컴퓨터 모니터 등에서 해상도를 이루며 <화면을 구성하는 요소> 전통적인 CRT 모니터의 픽셀(pixel) 형태 RGB(red, green, blue) 색상을 표현하는 매우 작은 3개의 점인 서브픽셀(subpixel)로 구성 각 RGB 서브픽셀의 밝기로 컬러를 조합

서브픽셀 서브픽셀은 CRT이든 LCD이든 모니터 방식에 상관없이 다양한 모양과 형태로 배열

색상 수 각 픽셀이 표현할 수 있는 컬러의 최대 가지 수 컬러 깊이(color depth) 각 픽셀당 컬러를 표현하는 비트 수 컬러 표현은 각 픽셀에서 RGB의 밝기를 조합 (ex.) 24비트 RGB 컬러당 8비트 각 256단계 조절 ☞ 256×256×256 ≒ 1600만 가지 컬러 표현 하이 컬러 (hi-color) 트루 컬러 (true color) deep color

해상도와 화면 크기 스크린의 이미지(image)는 수많은 픽셀들로 구성

해상도 해상도(resolution) 종이나 화면에 얼마나 많은 점들을 표현할 수 있는가 하는 정도를 표시 해상도 표시 방법과 사례 화면에 표현되는 최대 픽셀의 개수 ☞ 몇 백만 화소 수평과 수직 픽셀 수의 곱 ☞ 2560×1600 대개 모니터가 커지면 최대 해상도가 높아짐 해상도가 커지면 인쇄물, 사진, 동영상 등을 더욱 세밀하게 표현할 수 있어 화질이 선명 ☞ 정보량이 증가해 파일 크기가 커짐 ☞ 필요한 비디오 메모리의 크기도 커짐

도트 피치 모니터의 도트 피치(dot pitch) 각 픽셀의 간격, 인접한 같은 컬러의 서브픽셀이 배열된 간격 화면의 수평이나 수직 길이를 각 방향의 최대 해상도로 나눈 값 수평 길이가 320mm이고 최대 수평해상도가 1280이라면 도트 피치는 320mm÷1280=0.25mm 대개 수직과 수평 방향의 도트 피치는 동일 도트 피치가 작을수록 면적당 고해상도 화면을 구현 하지만 작은 화면의 고해상도는 글씨나 그림이 작아져 보여 오히려 더 불편

해상도와 화면 크기 TV나 모니터의 크기는 화면의 대각선 크기로 표시 브라운관 TV나 CRT는 내부 튜브 크기를 기준 가시화면 크기는 표시 대비 약 10% 정도 작음 LCD, LED 등 평면 디스플레이는 실제 치수 모니터의 최대 해상도보다 낮은 해상도로 화면을 주사할 때 화면을 채우는 방법 CRT는 가로와 세로의 점들을 건너뛰고 주사하고, 나머지 공간은 빛이 퍼져 시각적으로 채워줌 LCD는 빛이 퍼지지 않아 이가 빠져 검게 보임 화면 중앙에 모아 작은 창으로 만들면 불편 소프트웨어적으로 중간에 빠진 픽셀을 부드럽게 채우면 화면이 꽉 차게 완성할 수 있지만 선명도 떨어짐

CRT 모니터 CRT(cathode ray tube, 음극선관) 모니터 3개의 전자총이 동시에 움직이며 전자빔을 발사 전자빔이 각 화소의 RGB 점들을 표적으로 충돌시켜 스크린 안쪽에 코팅된 인광물질들이 발광 전자빔의 세기를 조절해 컬러를 조합 전자빔을 움직이기 위해 고전압과 강한 자장 사용 유리 안쪽에 형광체인 인광물질 코팅

래스터 스캔(raster scan) 디스플레이 장치 위에서 아래로 또한 각 라인의 왼쪽에서 오른쪽으로 주사하여 화면을 구성하는 방식 래스터(raster)는 수평 주사선으로 구성된 화상 이미지 실제 전자빔은 사람의 눈에 보이지 않는 전자의 흐름

화면 보호기 스크린 세이버(screen saver, 화면 보호기) 모니터의 수명 연장을 위해 사용자가 자리를 비운 사이 화면의 모습을 변화시키는 유틸리티 프로그램 초기 CRT 모니터의 품질 불량에서 유래 장시간 사용하면 자장의 영향으로 선명도 떨어지고, 전자빔이 스크린 안쪽 코팅을 태워 화면에 손상 주로 어두운 화면을 변화시키는 프로그램을 사용 OLED 같은 발광소자에서 밝은 빛의 정지화면은 같은 위치 화소를 계속 비추어 해당 픽셀의 수명이 짧아짐 OS에서 다른 용도로 사용하기도 비밀번호로 화면 보안, 절전 기능 등

순차주사와 비월주사 수평라인을 주사하는 방법 홀수와 짝수 번째 라인을 모두 정상적으로 주사해 본래 의도했던 고해상도 화면을 구성 홀수와 짝수 번째 라인 세트를 교대로 주사 나머지 라인은 시각적 잔상을 유지해 간이로 고해상도 얻음

순차주사와 비월주사 프로그레시브 스캔(progressive scan, 순차주사) 한 번에 수평주사선을 모두 주사해 화면을 구성 비비월(noninterlaced) 주사라고도 함 대부분의 컴퓨터 모니터는 이 방식 인터레이스트 스캔(interlaced scan, 비월주사) 한 번에 수평주사선의 절반씩 주사해 시각적인 잔상으로 화면을 구성하는 방법 아날로그 TV와 HDTV가 대표적 인터레이스(interlace) ☞ 직물을 엮어 짠다는 뜻 하드웨어 부담을 줄이고 전송 데이터를 줄이나 눈이 쉽게 피로해져 컴퓨터 모니터에는 권장 안함

화면 재생 빈도 = CRT 모니터의 수직주파수(vertical frequency) 전자총이 수평라인을 주사한 후 수직방향으로 아래로 이동했다가 다시 본래 수평라인으로 되돌아오는 주기 화면 재생 빈도 초당 주사하는 화면의 수

화면 재생 빈도 리프레시율(refresh rate, 화면 재생 빈도) Hz, 화면 재생 빈도 ≠ 프레임률(frame rate) 모니터에서 화면을 주기적으로 다시 주사해주는 초당 횟수를 주파수로 표시한 것 CRT 모니터는 화면 재생 빈도가 높을 수록 선명 전자빔이 충돌해 생긴 발광을 유지하려면 초당 75~85회 정도로 계속 주사해야 선명한 화질을 얻음 화면 재생 빈도 ≠ 프레임률(frame rate) 프레임률 ☞ 비디오 <소스 화면>의 변화 속도 화면 재생 빈도 ☞ 모니터 <재생 화면>의 변화 속도 CRT 모니터는 프레임 변화가 없는 정지화면도 화면 재생 빈도를 계속 유지해야 화면을 구성할 수 있음

화면 재생 빈도 LCD 모니터는 사실 화면 재생 빈도가 필요 없음 수평주파수(horizontal frequency) kHz 깜빡임 현상이 없어 눈이 피로하지 않음 오히려 아날로그 비디오를 받아들이는 LCD 모니터는 60Hz 정도 저속으로 설정해야 신호 추출에 유리 빠른 리프레시율은 3D 화면 구현에 유리 480Hz Full HDTV 등은 중간 프레임을 예측, 보강 삽입 수평주파수(horizontal frequency) kHz CRT 모니터에서 초당 주사하는 수평라인의 수 수평주파수 > (수직해상도)×(화면 재생 빈도) CRT 모니터는 전자총이 우측 하단에서 화면의 좌측 상단으로 다시 복귀할 시간이 필요

픽셀 클럭 픽셀 클럭(pixel clock, MHz) 전자총이 주사하는 각 픽셀 간의 이동 속도 아날로그 비디오카드의 RAMDAC 출력 픽셀 클럭 > 초당 주사할 총 픽셀 수 즉, (수평해상도)×(수직해상도)×(화면 재생 빈도) CRT 모니터는 전자총이 우측 하단에서 화면의 좌측 상단으로 다시 복귀할 시간이 필요

평면 디스플레이 대화면 평면 디스플레이는 고가 PDP(plasma display panel, PDP) 반도체 공정에서 제조상의 결함으로 불량이 발생하면 자동차처럼 수리해 사용하지 못하고 폐기 큰 화면일수록 수율이 낮아 가격이 급격히 비싸짐 PDP(plasma display panel, PDP) 플라즈마 현상 이용 밀폐된 플라즈마 물질에 강한 전압을 걸어, 내부 가스 방전으로 발생한 자외선이 RGB 형광체에 부딪혀 발광 마이크로프로세서로 색상 조합 백라이트가 필요 없고, 가시각 넓어 대형 TV에 적합 LCD에 비해 소비전력과 발열이 큰 단점

LCD LCD(liquid crystal display, 액정 표시 장치) 액정은 분자 구조가 고체와 액체의 중간 상태인 물질로 양쪽 성질을 모두 가짐 충격에 약해 깨지거나 추운데 가면 얼기도 전압을 걸면 편광현상으로 결정격자 배열이 흩어지거나 정렬해 일정 방향의 전기장을 갖는 빛만 통과 컬러 TFT(thin film transistor) LCD 모니터 투명하고 얇은 박막 트랜지스터를 화면 해상도의 RGB 개수만큼 배열해 화면을 구성 전기장 효과를 발생시키는 박막 트랜지스터는 편광현상으로 빛이 투과되는 양을 조절해 컬러 깊이를 만듦

LCD 모니터 전통적인 컬러 TFT LCD 모니터의 구조 해상도 1920×1200이면 1920×1200×3개의 박막 트랜지스터를 사용

LCD의 약점 LCD는 수광소자라 백라이트(backlight)를 사용 빛을 통과시키는 셔터 역할만 하는 약점 빛이 새어 나와 화면의 가장 밝은 곳과 가장 어두운 곳의 밝기 정도 차이인 명암비(contrast)가 떨어짐 빛이 새어나와 블랙 색상이 약하고 발광소자가 아니기 때문에 RGB 색상을 표현하는 능력인 색재현성 떨어짐 투과되는 빛만 보기 때문에 시야각이 좁음 빛을 여닫는데 시간이 걸려 화면이 새로 갱신되려면 시간지연이 발생해 응답속도가 느림 백라이트로 패널이 두꺼워지고 무거워짐 백라이트 방식에 따라 소비전력이 늘고 열이 발생

LED 백라이트 LED 백라이트 백라이트를 개선하는 것이 LCD의 약점 개선 방법 과거 방식의 냉음극형광램프(CCFL)보다 진보 밝기, 색상, 수명, 두께, 소비전력 등에서 우수 명암비가 크게 좋아지고 특히 블랙 색상을 표현하는 능력이 뛰어남, 그러나 여전히 가시각이 좁을 수 있음 백라이트에 사용되는 LED 개수 LED 개수 줄이면 ☞ 가격 싸지고 소비전력 줄고 두께도 얇아짐, 대신 색재현성 떨어짐 LED 개수 늘리면 ☞ 가격 비싸지고 소비전력 늘고 두께 두꺼워짐, 대신 색재현성 좋아짐

OLED, 유기 발광 다이오드 OLED(organic light emitting diode) 물질에 전류가 흐르면 빛을 방출하는 전계 발광(electroluminescence) 현상을 이용 최소 하나는 투명인 두 개의 전극 사이에 유기 화합물 필름으로 구성된 반도체 층을 구성

OLED OLED의 장단점 큰 화면, 작은 화면, 조명장치에 모두 이용 가능 발광소자라 LCD에 비해 장점 많음 백라이트가 필요 없어 시야각, 두께, 무게, 소비전력, 반응속도, 명암비, 블랙색상, 색재현성이 더 우수 단점은 LCD보다 기술개발이 늦었다는 것 작은 화면은 LCD보다 유리, 대화면은 LCD보다 고가격 기존 무기물 점 광원용 LED에 비해 광량 적음 발광소자이기 때문에 예상 수명이 짧음 고해상도를 구현하는데 제조공정상에 애로사항 이런 점들은 LCD가 출현할 때도 마찬가지, 향후 소자기술의 발달과 함께 하나씩 해결될 것

8.2 비디오카드

8.2 비디오카드 비디오 칩 비디오 메모리 아날로그 비디오 인터페이스 디지털 비디오 인터페이스

비디오카드 비디오카드(video card) 메인보드에서 출력되는 그래픽 데이터를 받아 모니터로 출력하는 장치 그래픽카드(graphics card), 디스플레이 어댑터(display adapter) 혹은 그래픽 어댑터라고도 함 비디오카드의 일반적인 구성 요소 비디오 칩, 비디오 메모리, RAMDAC 등

비디오카드 컴퓨터시스템은 화면의 모든 출력을 그래픽 모드로 처리하는데 상당한 시스템 자원을 사용 입출력장치 중 비디오카드가 성능에 가장 큰 영향 그래픽 가속기가 없다면 디스플레이 속도가 너무 느려 윈도우 환경에는 적합하지 않다 GPU는 중앙처리장치인 CPU와 비교되는 표현

비디오 칩 비디오 칩(video chip), GPU(graphics processing unit) CPU를 도와 2차원이나 3차원으로 스크린 화면의 화상을 제어하는 그래픽 전용 프로세서 GPU는 <그래픽처리장치>의 영문약자 비디오카드에서 메인 프로세서의 역할 그래픽 가속기를 코프로세서로 사용 비디오카드에 장착되거나 비디오 칩에 내장 2차원을 3D 장면으로 변환하려면 많은 계산이 필요 특히 게임은 3D 그래픽 가속성능을 중시 비디오 칩은 전통적으로 몇 개 회사들만 만듦 NVIDIA와 ATI(AMD에 인수, 2006) 등이 유명

비디오 장치 설정 운영체제의 비디오 장치 설정 OS를 설치하는 동안 모니터와 비디오카드는 인식하는 범위 내에서 최소한의 성능으로 설정됨 OS 설치된 이후에 최신 드라이버로 갱신 가능 모니터 드라이버 CRT 같은 아날로그 모니터는 정확히 설치해 주어야 LCD 같은 디지털 모니터는 OS가 자동으로 최적화 비디오 드라이버 제조사에서 제공하는 정확한 최신 비디오 드라이버를 설치해야 최적의 상태로 사용 드라이버에 따라 화질, 성능, 안정성, 품질이 큰 차이

비디오 메모리 비디오 메모리(video memory) 전체 화면의 픽셀 수에 해당하는 컬러 정보를 저장해 두어야 화면을 재생 비디오카드의 최대 해상도 지원 능력과 관련 해상도 1920×1080, 32비트 컬러에 필요한 메모리 1920×1080픽셀×32비트÷8÷1024÷1024≒7.9MiB 데이터 버퍼 구성과 제어를 위해 여분의 메모리 필요 화면 전환에 유리하도록 비디오 메모리를 늘려 여러 장의 화면을 동시에 저장해 사용 3D 그래픽을 처리하려면 용량은 더욱 늘어남 시스템 메모리 일부를 비트맵 캐시로 공유하기도 ☞ 그보다 비디오 메모리를 늘리면 더 확실한 방법

비디오 메모리 칩 비디오 메모리 칩은 고속의 그래픽 데이터를 처리하도록 설계된 비디오 전용 램을 전통적으로 사용 VRAM(video RAM) ☞ 데이터의 출입구를 두 개로 분리해 설계한 듀얼포트(dual-ported) DRAM CPU가 비디오 메모리를 액세스 하는 동작과 비디오카드가 이를 액세스하는 동작이 동시에 이루어짐 요즘은 메인메모리와 같은 타입의 전용 램 사용 2000’s 초부터 그래픽용 DDR 램인 GDDR(graphics DDR) SDRAM 같은 램들이 VRAM 등을 대체 싱글포트지만 가격, 속도, 용량 모든 측면에서 더 우수 비디오 칩의 내부 설계는 VRAM의 개념을 물려받아 멀티포트(multi-ported) 구조를 채택해 사용

아날로그 비디오 인터페이스 아날로그 비디오 인터페이스 RAMDAC(RAM digital to analog converter, 램댁) <램의 디지털 데이터를 아날로그로 변환하는 장치> 비디오 메모리에 저장되어 있는 각 픽셀의 정보를 디지털 입력으로 받아들여 아날로그 출력으로 변환 RAMDAC는 아날로그 비디오 인터페이스에만 사용 CRT에서 전자총으로 주사할 때 전자빔의 강약 조절 D-서브(subminiature, sub) 단자 비디오카드에서 아날로그 모니터로 영상을 출력 아날로그 방식 비디오, 오디오, 조이스틱 등 연결 컴퓨터에서 사용하던 공통의 커넥터 형태 중 하나로 IBM 컴퓨터에서 VGA 커넥터로 사용한 것에서 유래

사라져가는 I/O 포트와 커넥터 VGA 혹은 D-Sub 포트 IBM PC의 VGA 커넥터(1987)에서 유래 VGA(video graphics array) 아날로그 모니터 연결 D-Sub connector

디지털 비디오 인터페이스 대표적인 디지털 비디오 인터페이스 규격 DVI, HDMI, DisplayPort

DVI DVI(digital visual interface) LCD 디스플레이 장치 등 컴퓨터 모니터로 출력되는 디지털 비디오의 접속 표준 압축하지 않은 디지털 비디오 데이터 전송 아날로그 RGB 출력신호를 포함 음성을 전송하지 않음 간단한 커넥터로 연결해 HDMI와 부분적으로 호환 HDMI 오디오와 컨트롤 신호는 전송되지 않음 복수의 DVI 출력이 제공되면 여러 모니터 동시 사용 컴퓨터의 바탕화면을 편리하게 확장해 사용

DVI 포트와 커넥터 DVI 포트 (1999) 디지털 디스플레이 장치 연결 DVI(digital visual interface) DVI connector DVI to VGA adapter

HDMI HDMI(high-definition multimedia interface) TV 등의 가전제품에 적용하기 위해 개발 복잡하게 산재하던 아날로그와 디지털 데이터 간의 비디오와 오디오 접속 표준을 수용하려는 노력 압축하지 않는 디지털 비디오 데이터와 압축/비압축 디지털 오디오 데이터의 접속 표준 DVI의 일부 표준과 아날로그 RGB 출력 포함 블루레이 디스크 등의 인터페이스 포함 개선 버전이 나오면서 대역폭 계속 증가 최대 해상도 표준 24비트 컬러, 1920×1080p에서 2560×1600p 등으로 발전

HDMI 포트와 커넥터 HDMI 포트 (2002) 디지털 비디오와 오디오 인터페이스 HDMI(high-definition multimedia interface) HDMI connector DVI – HDMI adapter

HDMI vs. DVI HDMI는 DVI에 비해 장점을 지님 컴퓨터는 물론 가전제품의 접속 표준을 수용 디지털 비디오는 물론 디지털 오디오 데이터도 전송 다채널 오디오, 비디오의 복잡한 연결을 단순화시켜 케이블 수를 줄임 여러 장치 간 통합 리모트 컨트롤 가능 기본 케이블 허용 길이 DVI 5미터 ☞ HDMI는 그 5배

DisplayPort DisplayPort USB나 PCI Express 규격처럼 패킷화된 데이터 전송에 기반을 둔 첫 번째 비디오 접속 규격 1개의 포트에서 허브를 사용해 여러 모니터로 분배시켜 각각 다른 화면을 출력하는 것이 가능

DisplayPort 포트와 커넥터 DisplayPort (2006) 디지털 비디오와 오디오 인터페이스 DisplayPort connector DisplayPort Multi-mode DisplayPort Mini DisplayPort Mini DisplayPort to DisplayPort / HDMI / DVI Adapter

8.3 사운드카드

8.3 사운드카드 오디오 믹서 신시사이저 아날로그와 디지털 변환 스피커 시스템

사운드카드 사운드카드(sound card), 오디오카드(audio card) 사운드카드의 일반적인 구성 신시사이저, 미디 장치 인터페이스, 아날로그와 디지털 변환장치, 오디오 믹서, 내장 앰프 등 기본적인 성능은 메인보드의 칩셋이나 사운드 칩(sound chip)에 대부분의 기능을 내장하기도

오디오 믹서 오디오 믹서(audio mixer) 소리를 혼합해 경로, 크기, 음색이나 강약 등을 조절해주는 전자 장치 ODD, 외부 입력, 마이크 등 여러 경로로 들어오는 소리를 사운드카드 입력으로 보내 처리하거나 통과 다양한 커넥터와 케이블로 사운드카드 내외부를 연결 아날로그와 디지털 신호를 혼합할 수도 믹싱 콘솔(mixing console) 음향 엔지니어가 사용하는 보다 전문적인 장비 공연, 스튜디오 녹음, 방송, TV, 영화와 같은 많은 응용 분야에서 오디오 환경작업에 사용

오디오 믹서 믹서(mixer)는 <혼합기>라는 뜻 다양한 소리 신호와 경로를 섞어 주는 역할

오디오 믹서 양방향 지원 사운드카드 사운드카드의 오디오 믹서와 오디오 칩이 양방향 음향 신호를 동시에 처리해주어야 컴퓨터에서 재생되는 소리를 들으면서 동시에 사운드카드로 녹음이 가능 컴퓨터에서 인터넷 전화나 음성인식 게임을 하려면 오디오 신호의 양방향 처리가 필수

신시사이저 신시사이저(synthesizer) ☞ <합성기>라는 뜻 파형을 합성해 광범위한 사운드를 만드는 장치 인공적으로 전기적 파형을 결합해 음을 만들고 연주 다른 악기를 모방하거나 새로운 음색을 만듦 다양한 외부 입력으로 신시사이즈를 연주하고 제어 연주자들이 사용하는 신시사이저는 대개 키보드로 불리는 피아노 건반 형태로 제작된 전자 악기 과거 아날로그 방식의 신시사이저 특유의 깊고 불특정한 화음이 매력 요즘 디지털 방식의 신시사이저 마이크로프로세서에서 계산해 자연스러운 음을 합성

파형 합성 기술 신시사이저의 파형 합성 기술 FM(frequency modulation, 주파수 변조) 방식 감산, 가산, 웨이브 테이블, 주파수 변조, 위상 왜곡 등 FM(frequency modulation, 주파수 변조) 방식 단순히 음의 높이와 길이로 합성해내는 가장 저렴한 구현 방식, 인공적인 느낌이 많고 자연스럽지 못함 웨이브테이블(wavetable) 방식 디지털로 녹음된 실제 악기의 기본 샘플링 음을 기본으로 여러 가지 음을 합성 음악이나 음향 샘플링을 음원 데이터로 가지고 있어야 음질 차이는 <얼마나 많은 음이 동시에 연주되느냐> 사운드카드의 메모리에 새로운 음원을 추가로 다운로드 받아 사용할 수 있어 확장성 좋음

미디 인터페이스 MIDI(musical instrument digital interface, 미디) MIDI 파일 악기 디지털 인터페이스 MIDI(musical instrument digital interface, 미디) 컴퓨터, 사운드카드, 악기, 신시사이저 간의 통신을 위한 산업표준 (키보드 건반 등을 연결해) 컴퓨터의 사운드카드로 음악을 연주하기 위한 프로그램과 인터페이스 규격 MIDI 장치 인터페이스는 다양한 커넥터와 포트 이용 MIDI 파일 음을 직접 담지 않고 연주 방법만 기록 악기, 음표, 음의 강약, 음의 길이 등을 기록해 넣은 일종의 디지털 악보 없는 악기 음은 합성, 파일 크기 작아 웹에도 이용

아날로그와 디지털 변환 아날로그와 디지털 변환 사운드카드에는 아날로그와 디지털 신호를 상호 변환해주는 장치가 내장 A/D(analog to digital) 변환 컴퓨터에 소리를 녹음하기 위한 것 마이크 등을 통해 사운드카드로 입력된 아날로그 신호를 받아들여 디지털 형식의 웨이브(wave) 파일을 생성 D/A(digital to analog) 변환 컴퓨터에서 소리를 재생하기 위한 것 컴퓨터에 저장된 디지털 형식의 사운드 파일에서 사운드카드를 통해 스피커로 출력될 아날로그 신호를 생성

표본화 정리 표본화 정리(sampling theorem) 나이키스트(Nyquist)의 표본화 정리 표본화 신호는 샘플링 속도(Hz)의 ½까지 주파수대역의 신호에 대해 아날로그 신호를 추출 가능 Hz는 초당 몇 번의 샘플을 취하는가를 표시 (ex.) 오디오 CD의 샘플링 속도 44.1kHz ☞÷2 0~22.05kHz 사이의 음을 아날로그 표본으로 추출 인간의 가청 주파수대역인 20Hz~20kHz를 고려

PCM 코드 PCM(pulse code modulation, 펄스 부호 변조) 샘플링과 양자화 과정을 거쳐 아날로그 신호에 디지털 코드를 부여하는 방법 전화, 음악 CD, 컴퓨터의 녹음기처럼 아날로그 신호를 디지털로 변환할 때 사용되는 대표적인 디지털화 방법 PAM(pulse amplitude modulation, 펄스 진폭 변조) 아날로그 신호를 샘플링 해서 얻은 신호

PCM 코드 PCM 부호화(coding) 과정 샘플링(sampling, 표본화) 양자화(quantization) PCM 부호화 시간 축에서 일정한 간격으로 아날로그 신호를 표본화해 이산적인 시간신호를 갖는 PAM 파형을 만듦 표본화된 PAM 신호는 아직 아날로그 전압의 크기 양자화(quantization) PAM 신호의 아날로그 레벨 값을 전압 축에서 몇 단계의 값만 가능한 한정된 디지털 레벨로 분류하는 과정 양자화 레벨 ☞ 몇 단계의 디지털 전압 레벨의 크기 PCM 부호화 각 표본화 값의 양자화 레벨에 해당하는 각 샘플의 PCM 코드를 부여해 디지털 부호를 완성

PCM 부호화(coding) 과정 8단계 양자화 레벨로 3비트 PCM 코드를 얻는 예

PCM 코드 적용 사례 유선전화 74분 표준 오디오 CD 초당 8000번씩 표본을 추출 각 표본을 8비트 PCM 코드로 만듦 초당 발생하는 음성 데이터의 비트율 (8000샘플/s)×(8비트/샘플) = 64000[bit/s] = 64[kbit/s] (8.1) 74분 표준 오디오 CD 음향신호에서 초당 44100번씩 스테레오로 표본 추출 각 샘플을 16비트 PCM으로 디지털화 이 오디오 CD의 데이터 용량 계산 (44100샘플/s)×(16비트/샘플)×(2채널)×(74분) ×(60초)÷1024÷1024÷8 ≒ 747[MiB] (8.2)

스피커 시스템 사운드카드의 내장 앰프(amplifier) 사운드카드는 보통 작은 출력의 내장 앰프를 사용 내장 증폭 기능을 없앤 사운드카드 사운드카드 자체보다 성능이 더 좋은 외장 앰프나 증폭 스피커를 사용하라는 뜻 출력이 큰 증폭 스피커는 동작영역이 더 넓기 때문에 넓은 출력 구간에서 안정적인 소리를 냄 증폭회로의 동작에서 선형구간 ☞ 입력신호에 비례해 출력신호가 정상적으로 깨끗하게 증폭되는 구간 출력을 지나치게 높이면 포화영역에서 음이 찌그러짐 정상적인 설계면 볼륨 50% 지점이 스피커 성능 최적

스피커 시스템 다중채널 사운드의 재생 5.1 채널, 5.1 서라운드 사운드(surround sound) 채널을 분리할 수 있는 스피커 시스템이 필요 사운드 파일 형식과 사운드카드가 지원해야 사운드 채널 수를 (스피커 수).(서브 우퍼 수)로 표시 분리된 채널로 기록하고 분리된 채널로 재생 5.1 채널, 5.1 서라운드 사운드(surround sound) 극장용 영화의 사운드 시스템으로 개발 전면(front)의 좌측, 중앙, 우측과 후방(rear)의 좌측, 우측인 5개의 채널(5.0) + 전면에 사용하는 저음 전용 증폭기인 서브우퍼(sub woofer) 채널(0.1) = 총 6개의 스피커

스피커 시스템 서브우퍼 ☞ 영화에서 특히 극적인 효과를 내는 묵직한 저음 효과(low frequency effects, LFE)를 보강 5.1 채널의 스피커 시스템

오디오 잭 컬러 코드 Audio jack color codes (1999) 아날로그 오디오 입출력 포트 MS와 인텔이 컴퓨터에 사용되는 1/8” 오디오 Jack의 표준색상을 정함 blue ☞ stereo input, line level green ☞ stereo output, front channels pink ☞ mono microphone input black ☞ stereo output, rear channels gold ☞ dual output, center and subwoofer grey ☞ stereo output, side channels 5.1 채널 2채널 스피커 마이크 8채널

스피커 시스템 S/PDIF(Sony/Philips digital interface format) <소니/필립스 디지털 인터페이스 형식>의 약자 소니와 필립스가 만든 디지털 신호의 접속형식 통칭 5.1 채널 등의 디지털 오디오 전송 규격 S/PDIF 단자를 스피커가 연결된 앰프에 연결 광 케이블, 구리 등으로 만든 동축 케이블의 2타입 다중채널 사운드 시스템의 디코더(decoder) 디지털 인코딩된 압축신호에서 사운드 채널을 분리, 각 스피커에서 재생될 아날로그 신호로 바꾸는 장치 스피커 시스템을 이루는 재생기, 앰프, 스피커 세트 중 어느 한 곳에 내장되어 있어야

S/PDIF 포트와 커넥터 S/PDIF 포트 (1998) 디지털 오디오 전송 규격 S/PDIF(Sony/Philips digital interconnect format) 광(optical) 케이블, 동축(coaxial) 케이블의 2타입 광케이블 connector S/PDIF 포트 동축케이블 connector

스피커 시스템 다양한 다중채널 스피커 시스템 극장식(cinematic) 8채널 오디오 혹은 7.1 서라운드 사운드

8.4 스캐너

8.4 스캐너 복사기와 복합기 스캐너

복사기와 복합기 복합기 컴퓨터시스템의 주변기기로 스캐너와 프린터의 원리 ☞ 아날로그 복사기에서 유래 스캐너, 프린터, 복사기, 팩시밀리의 기능을 조합해 다양한 복합기를 구성 스캐너 + 프린터 ☞ 디지털 복사기 + 모뎀 추가 ☞ 팩시밀리(facsimile, FAX) 기능 추가

복사기 복사기(copier)의 원리 램프에서 원고에 빛을 쪼여주어 반사되는 빛이 몇 단계의 거울과 렌즈로 이루어진 광학적 경로를 거침 최종 감광드럼에 보내져 아날로그 이미지를 맺음 빛의 형태가 좁고 긴 슬릿 노광 장치

스캐너 스캐너(scanner)의 원리 원고를 읽는 방법은 복사기와 동일 차이점은 반사된 빛을 CCD 배열과 같은 감광소자에 넣어 디지털 해상도를 지닌 화상 이미지를 맺음

밀착형 스캐너 밀착형 스캐너 밀착형 이미지 센서(contact image sensor, CIS) 사용 감광소자인 이미지 센서 배열과 발광소자인 LED 램프 배열을 일체형으로 설계 빛을 쪼여주고 반사된 이미지를 받는 동작을 하나의 소자로 해결할 수 있어 원고에 밀착시켜 스캔 광학적 경로 대폭 줄여 소형이 가능 배열 노광 장치

밀착형 스캐너 밀착형 이미지 센서의 동작원리 LED 램프 배열로 원고에 쪼여준 빛이 반사되어 자동초점 렌즈 배열(SLA)을 통해 이미지 센서 배열을 갖는 감광소자에 전압으로 누적 픽셀 수만큼 시리얼로 읽어냄 동기 신호 이미지 신호 ☞ 양자화 이전의 아날로그 양 동기 클럭

8.5 프린터

8.5 프린터 레이저프린터 LED 프린터 프린터 관리

레이저프린터 레이저프린터의 원리 레이저 주사장치(laser scanner)를 이용 하나의 레이저 빔을 이용해 도트 단위로 주사 인쇄할 데이터에 따라 빛을 온/오프 반사되는 빛의 각도가 달라지는 점을 이용 점 노광 장치 이미지가 직선으로 맺히도록 보상

전자사진 처리 전자사진(electrophotography) 처리 기술 건식 복사 방법의 하나로 미국에서 발명(1938) 레이저프린터나 복사기 등에서 토너와 감광드럼을 이용해 디지털 이미지를 만드는 과정 제로그라피(xerography)라고도 함 건식(dry)이라는 뜻의 그리스어를 접두사에 붙임 (cf.) 이전 청사진 복사는 액체 화학약품 사용하던 습식 전자사진 처리(process)의 주요 원리 두 대전 물질 간 정전기 전압 차이인 대전차를 이용 감광드럼에 빛을 쪼여주면 빛을 받은 부분과 받지 않은 부분 사이에 정전기의 전압 차이가 발생 토너가 전압차이가 더 큰 부분에 옮겨 붙는 원리

전자사진 처리 6단계 전자사진 처리 6단계 컬러 이미지 분리 4가지 컬러 토너 사용

전자사진 처리 6단계 일반적인 전자사진 처리 6단계 [그림 8-19]에 예를 든 전압의 크기나 극성은 대전(charging) 설명을 위한 것으로 설계마다 다름 대전(charging) 코로나 방전으로 공기 중 분자를 이온화, 감광드럼 표면에 -620V 정도의 전하층이 생기도록 균일하게 도포 노광(exposure) 감광드럼에 원하는 부분만 빛을 쪼여 -30V~-50V 정도의 정전하로 이루어진 디지털 이미지 형성 현상(development) 토너를 -300V~-500V 정도로 대전시켜 감광드럼에 밀착시키면 대전차가 많이 나는 빛 받은 부분에 옮겨짐

전자사진 처리 6단계 전사(transfer) 정착(fixing) 클리닝(cleaning) 감광드럼과 종이를 사이에 두고 반대쪽에서 강한 전압을 걸면 대전차로 토너가 떨어져 종이쪽으로 이동 감광드럼에 토너가 만들었던 이미지를 종이 위로 이동 정착(fixing) 히트롤러를 통과시켜 종이 위에 옮겨진 토너를 열과 압력으로 녹여 붙임 예열이 필요한 이유는 히트롤러(heat roller) 때문 롤러 안쪽은 220V 할로겐 램프가 고열이므로 조심 클리닝(cleaning) 감광드럼 표면에 남은 토너 분말을 제거, 감광드럼 전체에 빛을 쪼여 전기적 중성상태로 잔류 전하를 제거

CMYK 컬러 모델 ☞ 4색 토너, 4색 잉크 4색 컬러 인쇄의 감색 모델 Cyan ☞ 파랑(청록색) Magenta ☞ 빨강(자홍색) Yellow ☞ 노랑 Key (black) ☞ 검정 검정은 파랑, 빨강, 노랑 원색을 조합하고 정렬하는 기준 판의 역할 ☞ 컬러 인쇄용어로 키 플레이트(key plate)라고 함 CMYK 감색 (subtractive color) 모델 ☞ 검정 원판에서 색을 빼는 조합 RGB 가색 (additive color) 모델 ☞ 원색을 더해 다양한 색상을 조합 인쇄 빛 색을 다 빼면 흰색 색을 다 더하면 흰색

LED 프린터 LED 프린터의 원리 LED 배열을 이용해 라인 단위로 빛을 주사해 감광드럼에 디지털 이미지를 만드는 방식 LED 램프 배열에 인쇄 데이터를 출력, 자동초점 렌즈 배열(SLA)을 통해 해상도만큼 주사해 감광드럼에 이미지를 맺음

프린터 관리 스풀(spool, simultaneous peripheral operation on-line) 주변장치의 동시 온라인 동작 스풀(spool, simultaneous peripheral operation on-line) 처리속도가 느린 주변장치의 대기시간을 줄이기 위해 CPU와 주변장치가 독립적으로 동작하는 기능 (ex.) 프린터 출력작업 ☞ 남는 메모리나 HDD 부분에 인쇄 데이터 미리 출력해 놓으면 인쇄 중 다른 작업 스풀링(spooling) 스풀을 위해 마련된 저장 공간을 채우는 동작 메인메모리가 클수록 스풀 기능에 유리 HDD에 저장된 내용을 주변장치로 보낼 때는 다시 메모리로 꺼내 와야 함, 메인메모리가 작을 때 스풀 사이즈가 커지면 인쇄하는 동안 메모리 일부를 장시간 차지해 컴퓨터의 동작속도가 아주 느려짐

위지위그 위지위그(WYSIWYG), 위지윅 <당신이 보고 있는 대로 얻는다>의 영문약자 what you see is what you get. 문서작성기의 <미리 보기 기능>에 해당 인쇄하려는 문서의 모습을 화면에서 미리 볼 수 있게 해주는 워드프로세서의 설계 원리 프린터로 문서를 직접 인쇄해보지 않고도 모니터의 출력을 통해 인쇄상태를 확인

레이저프린터의 안전성 레이저프린터는 안전 관리에 유의해야 화재 예방 오존(ozone, O3)은 폐에 염증을 유발 장시간 사용하지 않을 때 자동으로 절전모드에 들어가는 기능이 있으나, 퇴근할 때는 꺼두는 습관 오존(ozone, O3)은 폐에 염증을 유발 대전과 전사 단계에서 고전압을 걸면 공기 중의 분자가 분해되는 코로나 방전으로 불필요한 오존 발생 오존 필터가 달려있으나 환기를 자주해야 토너는 물에 녹지 않고 폐에 누적 대부분의 토너는 물에 녹지 않음, 토너를 만질 때는 폐로 들어가지 못하게 마스크를 착용해야 토너를 재사용하면 감광드럼에 손상이 가기도

기록용지 규격 프린터, 스캐너의 기록 해상도 ☞ 600×600dpi처럼 관습적으로 dpi(dots per inch, 도트/인치)로 인치법 표시 팩시밀리의 스캔 및 기록 해상도 ☞ 8×7.7dots/mm(도트/밀리미터)처럼 ISO 규격의 미터법 표시 프린터나 팩시밀리의 기록용지 투입구 폭은 216mm ISO 규격의 미터(m)법 미국처럼 인치(inch)법을 사용하는 나라들은 레터(letter)와 리갈(legal) 용지를 여전히 많이 사용

Practice ☞ surf the net (인터넷 검색 실습) 프린터와 복합기의 소모품 가격 비율 조사 <에누리닷컴> 검색해 컬러 레이저(or 잉크젯) 프린터와 복합기 각 1종씩 2종을 선택해 구매 가격과 정품 소모품 가격을 조사하고 소모품을 제외한 순수 기계 가격과 비율을 구하라. 구매 기계에 포함된 소모품 양은 50%를 가정한다. (ex.) 컬러 레이저 프린터, HP 레이저젯프로 M251nw 구매가 223,090원, 4색 정품토너 396,850원 소모품을 제외한 순수 기계 값은 2.5만원, 비율은 11% ∵ 223090-396850÷2=24665원, 24665÷223090≒0.11 실습이 완료된 사람은 결과를 보고하라.

실습결과 ☞ 소모품 가격 비율 조사 결과 프린터와 복합기의 소모품 가격 비율 조사 대략 경향을 파악 ☞ 프린터는 소모품 장사! 소모품 가격을 제외한 프린터 가격은 거의 무료 복합기도 역시 스캐너 가격을 제외하면 거의 무료 경험상 (주관적인 견해) 정품 잉크나 토너가 아니면 소모품 수명을 보장 못함 비정품 사용후기는 다양하나 정품수명의 30~50% 정도 정품 잉크나 토너 아니면 기계 제조사가 A/S를 거절? 기계는 거의 무료니까, 보증기간 1년이 지나면 유료 수리를 받는 것보다 기계를 새로 사는 편이 더 이익이다. 실제 장당 소모품 비용은 레이저가 잉크젯보다 저렴 인쇄속도, 인쇄 품질, 보존성도 레이저 방식이 더 우수

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