В просторы космоса, в глубины атома [Пособие для учащихся]
Шрифт:
Теперь вывод: посторонний электрический сигнал, попав в телевизор, может создавать на экране какие-то элементы картинки. Почему мелькает экран, когда рядом работает бритва? Потому, что искрит коллектор ее моторчика, в процессе искрения в цепи резко меняется ток, резкие электрические всплески тока каким-то образом проникают в телевизор (либо через сеть, либо прямо через антенну) и именно они, эти незваные электрические сигналы, поочередно создают на экране бессчетные блики. Примерно то же самое происходит и в опыте с приемником. Практически все современные приемники — это супергетеродины, у них внутри имеется собственный вспомогательный генератор — маломощный гетеродин. Если приблизить приемник к антенне телевизора, то в нее попадет сигнал гетеродина —
Рисование на телевизионном экране с помощью синтетических сигналов известно давно. Вспоминается, как лет 10 назад в журнале «Радио» была описана приставка, которая, используя оригинальный способ электрического рисования на экране, превращала телевизор в осциллограф. В этой приставке, кстати, уже в готовом виде были схемные решения, которые сейчас встречаются во всех телевизионных играх. Другой пример. Телецентры в паузах передают в эфир неподвижные картинки, например задернутый занавес. Иногда такой занавес передается традиционным способом (телекамера смотрит на настоящий занавес и посылает его изображение нам), а иногда — от специального «генератора занавеса». Он вырабатывает определенные серии электрических сигналов, которые через телепередатчик приходят в телевизор и рисуют на его экране. Никакого настоящего занавеса и в помине нет, мы видим «полотнище», созданное виртуозом-генератором. И наконец, еще один представитель электронной живописи — дисплей, устройство, где на телевизионном экране с помощью серии электрических импульсов рисует и пишет компьютер, сообщая результаты своих размышлений.
От проделанных простейших опытов до принципов рисования в телевизионной игре остается буквально несколько шагов. Прежде всего попробуем понять, чем определяется место появления светлых или темных точек на экране. Электронный луч кинескопа быстро прочерчивает экран горизонтальными строками и, медленно смещаясь вниз, заполняет в итоге весь кадр. Движением луча управляют два пилообразных напряжения — строчное и кадровое (рис. 3). Они меняются равномерно, линейно и постепенно подтягивают рисующий луч к своим отклоняющим пластинам (катушкам). Потом пила обрывается и луч возвращается в исходное состояние.
А еще есть в кинескопе управляющий электрод, он управляет интенсивностью электронного луча, т. е. яркостью экрана. Если на управляющий электрод на мгновение подать «минус», т. е. подать импульс отрицательного напряжения, то оно как бы оттолкнет электроны, ослабит луч и на экране появится темная точка. Кратковременный «плюс», наоборот, ускорит электроны, электронный луч станет интенсивнее, и появится светлая точка. В каком месте экрана вспыхнет точка? Это зависит от того, в какой момент появится импульс. Если выпустить его на арену в начале кадровой пилы, то мы увидим точку вверху, а если в конце пилы — внизу; если импульс появится в начале строчной пилы, точка будет слева, если в конце строчной пилы — справа.
Следующий шаг — посмотрим, как можно поставить точку в нужном нам месте. Предположим, что у нас есть генератор импульсов, которым на равных управляют сразу два руководителя, противодействующих друг другу (в электронных схемах это осуществляется очень просто и протекает без эксцессов). Один из них — пилообразное напряжение строчной развертки U0 (рис. 4), другой — постоянное напряжение Uз, которое можно менять поворотом ручки переменного резистора (реостата). Схема построена так, что импульс появляется в момент, когда оба «руководителя» дают одинаковые указания — когда меняющееся напряжение строчной пилы U0 становится равным установленному нами поворотом ручки постоянному напряжению Uз. При этом, конечно, чем более высокий порог постоянного напряжения мы установим, тем позже пила U0 достигнет этого порога, тем позже появится импульс и тем правее окажется на экране точка. Работу этой схемы можно проиллюстрировать такой аналогией. На одной чаше весов стоит гирька, на второй — стакан, который медленно наполняется водой. Наступит момент, когда вес воды превысит вес гирьки и весы «сработают». И конечно, чем больше вес гирьки, тем позже произойдет такое срабатывание.
Пилообразное напряжение, которое помогает в нужный момент выдать импульс (подобно тому как будильник «выдает» звонок), может быть взято прямо от генераторов развертки или же должно быть жестко с ними синхронизировано — только в этих случаях точка на экране не будет дергаться. Чтобы можно было разместить точку в любом месте экрана, обычно создают два импульса — один от строчной пилы, другой от кадровой. Импульсы эти пропускают через схему совпадений, и точка появляется как бы на пересечении двух линий — вертикальной и горизонтальной. Ракетки в нашем теннисе двигаются только вверх-вниз, и поэтому к строчной пиле они намертво привязаны в одном месте. Чтобы управлять ракетками, достаточно менять время их появления, отсчитанное по кадровой пиле, т. е. одним переменным резистором менять только одно постоянное напряжение.
Намного сложнее управлять полетом мяча, как правило, его нужно перемещать и вверх-вниз, и влево-вправо. И при этом следить, чтобы, попав в точку, соприкасающуюся с ракеткой, мяч не пошел дальше. Чтобы он отскочил от ракетки. И притом под определенным углом. И чтобы он отскакивал также от горизонтальных границ площадки. И не отскакивал от вертикальных границ. Чтобы он проходил через них за пределы площадки. А потом возвращался. И опять под определенным углом…
Ну и задачи… Кто может их решить? И каким образом?
Но позвольте: кто вообще двигает мяч по площадке? Ведь сами игроки управляют только ракетками…
Движение мяча, все его отскоки, исчезновения, появления, как и множество других важных дел, осуществляет самый главный блок телевизионной игры — вычисляющее устройство (рис. 5).
Его работу в предельно упрощенном виде можно описать так. В этом блоке все начинается с дирижера. Это вспомогательный тактовый генератор, он выдает бесконечные пулеметные очереди импульсов высокой частоты — обычно миллион импульсов в секунду. Если бы все они попали на управляющий электрод кинескопа, то на экране появился бы монотонный «горошек»— тысячи точек, расположенных ровными рядами. (При существующем стандарте — 625 строк — на экране в принципе можно поставить около 300 000 точек, но в простейшей телевизионной игре такая детализация картинки не нужна.) На пути к кинескопу тактовые импульсы проходят через основные элементы вычисляющего устройства — счетчики импульсов, собранные из цепочек триггеров, и логические элементы, умеющие рассуждать таким примерно образом: «Если ко мне на вход придут одновременно 573-й и 826-й импульсы, зажгу точку…» Или: «Если 128-й импульс появится вместе с 2593-м, не зажгу точку…» Счетчики и логические элементы соединены между собой строго определенным образом, они работают по заданной программе. В итоге из ровного частокола импульсов остаются только те, которые в соответствии с правилами игры и игровой обстановкой в нужном месте экрана высвечивают мячик. А в следующий момент с учетом того, какие точки светились раньше, мячик передвигается в следующую точку траектории. Вычисляющее устройство, сформировав необходимые наборы импульсов, рисует границы площадки, ведет счет.
Обо всем этом, конечно, лишь рассказывать просто. Чтобы вести даже простейшую игру, нужны вычисляющие устройства с сотнями схемных узлов, состоящие из тысяч элементов — конденсаторов, транзисторов, резисторов, диодов. Если бы такой вычисляющий блок создавался лет двадцать назад и собирался из отдельных деталей, то он занял бы большой шкаф. Только интегральные схемы сделали телевизионную игру реальностью — все ее управляющее устройство вмещается сейчас в кремниевой пластине размером с клеточку арифметической тетради.
Вычисляющее устройство телевизионной игры — это самый настоящий компьютер, хотя его и не принято так называть. Не принято скорее всего потому, что уже родилось новое поколение игр, в которых имеется программируемый процессор — главный вычисляющий блок ЭВМ. Процессор позволяет резко расширить ассортимент развлечений, усложнить условия игры и даже выполнить некоторые полезные работы. Так, в одной из моделей процессор дает возможность рисовать на экране цветными «карандашами» и даже сам рисует орнаменты и несложные мультипликации. В другой модели процессор вычисляет и записывает на экране оптимальную диету с учетом вашего веса — желаемого и реального. Иногда программа вводится в игру (теперь ее уже и не очень удобно так называть) с магнитной пленки, со стандартной магнитофонной кассеты. Причем программ может быть огромное множество, как говорят, все зависит от фантазии разработчика. На смену простейшему теннису уже приходят автомобильные гонки, танковые и морские сражения. В волейболе мяч летит по сложной кривой и, подобно настоящему мячу, меняет скорость в процессе полета; появляется возможность давать противнику фору, уменьшая, например, размеры своей ракетки. Правда, и простейший теннис можно несколько разнообразить: уменьшать обе ракетки, увеличивать скорость мяча, менять угол его отражения.