Основы работы на компьютере

Магнито-статическое устройство обеспечивает правильное совмещение основных цветов на экране и представляет собой набор кольцевых магнитов, расположенных на горловине трубки. Магниты создают статическое магнитное поле, позволяющее смещать соответствующий электронный луч по отношению к двум другим лучам или смещать все три луча одновременно.

Современные кинескопы являются широкоугольными, т.е. угол отклонения лучей при формировании изображения у них составляет 90є и более (рис.2). Большие углы отклонения позволяют уменьшить габаритные размеры кинескопа (“глубину” корпуса монитора).

Экран и теневая маска электронно-лучевой трубки.

Изображения красного, зеленого и синего цветов формируются независимыми электронными прожекторами. Маска ЭЛТ представляет собой цветоделительное устройство, обеспечивающее засвечивание люминофора заданного цвета соответствующим электронным лучом.

В современных мониторах используются теневые маски трех типов:

- маски с круглыми отверстиями (апертурные);

- маски с прямоугольными отверстиями (щелевые);

- проволочные маски (типа Trinitron).

У кинескопов с апертурной теневой маской точки люминофоров с различными цветами свечения располагаются в определенной последовательности (рис.3). Три смежные точки образуют так называемую триаду. Три электронных прожектора в такой трубке расположены на угловом расстоянии 120 є друг от друга. Оси электронных прожекторов находятся в вершинах равностороннего треугольника. Такая система расположения прожекторов называется дельтаобразной. Взаимное расположение электронных прожекторов, теневой маски, экрана, покрытого люминофором и ход лучей в дельтаобразной системе показано на рис.4.

Электронные лучи трех прожекторов при любом угле отклонения должны сходиться в каждом отверстии маски. Электронный луч, прошедший через отверстие в теневой маске. Должен попадать на “свою” точку люминофора. Например, луч “зеленого” прожектора попадает только на точки зеленого люминофора и т.д. Оси прожекторов наклонены к оси горловины кинескопа под углом около 1 є. Вокруг каждой точки имеется так называемый “поясок безопасности” - участок экрана, на который люминофор не наносится. Этот поясок препятствует смешению различных цветов свечения.

Взаимное расположение отверстий в маске должно также обеспечить отсутствие муара. Муар в масочном кинескопе является следствием взаимодействия периодической структуры маски с периодическим распределением интенсивности свечения экрана в вертикальном направлении, образуемым строчным растром. Соотношение расстояний между строками растра и рядами отверстий в маске рассчитывается так, чтобы муар отсутствовал.

Наличие “поясков безопасности” и ограничения на расположение люминофорных точек, накладываемые требованиями отсутствия муара, приводит к тому, что на долю каждого люминофора приходится менее 1/3 поверхности экрана. В целом оказывается, что прозрачность маски не превышает 15-17%, т.е. более 80% электронов перехватываются маской, что приводит к ее ненужному разогреву, и как следствие к ухудшению правильности цветопередачи. При нагреве маска расширяется. Установившееся значение температуры маски достигается через 20-60 минут после включения монитора, и составляет 50-70 є С. Для придания жесткости теневой маске ее приваривают и закрепляют на массивной раме, которая при нагреве расширяется в значительно меньшей степени, поэтому маска выгибается в сторону экрана (рис.5). В результате отверстия маски смещаются по отношению к исходному положению, лучи могут попасть на “чужие” люминофорные точки, что приведет к ухудшению чистоты цвета и нарушению баланса белого. Для уменьшения деформации маски ее стараются изготавливать из материалов с малым температурным коэффициентом линейного расширения, например из такого материала, как инвар.

Обычно отверстия теневой маски уменьшаются по мере удаления их от центра. Переменный диаметр отверстий используется для улучшения чистоты цвета на краях экрана. Кроме того, диаметр отверстия на стороне маски, обращенной к экрану, больше диаметра отверстия на стороне, обращенной к прожекторам (рис.6). Это делается для того, чтобы перехватить отраженные от стенок отверстия маски электроны, которые, попадая на экран, могут хаотично засвечивать точки люминофора, нарушая чистоту цвета.



У кинескопов с щелевой маской экран имеет линейчатую структуру, состоящую из чередующихся полосок люминофоров трех цветов свечения. Полоски люминофоров ориентированы вертикально для предотвращения появления муара и ослабления влияния магнитного поля Земли. Прозрачность щелевых масок выше, чем апертурных, и достигает 20-25%. Ширина щелей и размеры перемычек в каждой трубке являются уникальными и выбираются из условий получения высокой яркости, высокой разрешающей способности и хорошей чистоты цвета. Электронные прожекторы в таких трубках располагаются в одной горизонтальной плоскости. Оси двух крайних прожекторов могут быть слегка наклонены к оси центрального прожектора. Такая система расположения прожекторов называется копланарной, хотя часто ее называют просто планарной системой. Схема расположения прожекторов, маски, люминофорного экрана и ход электронных лучей в копланарной системе показаны на рис.7.

Чистота цвета экрана трубки с щелевой маской должна обеспечиваться только по горизонтали, поскольку вертикальное перемещение лучей не ухудшает чистоты цвета. Кроме того, горизонтальные составляющие напряженности магнитных полей не влияют на чистоту цвета, так как они перемещают электронные лучи в вертикальном направлении.

Считается, что трубки с щелевой маской имеют целый ряд преимуществ:

- более простая технология производства, и, как результат, меньший процент брака, а, следовательно, и меньшая стоимость трубок;

- более высокая прозрачность теневой маски, что приводит к лучшей цветопередаче, более ярким и сочным цветам; а также это способствует уменьшению токов лучей, что сокращает износ катодов и увеличивает их срок эксплуатации;

- меньшее влияние внешних магнитных полей на качество сведения лучей и чистоту цвета, т.е. дают лучшее качество изображения;

- в мониторе значительно упрощаются, а зачастую и вообще отсутствуют схемы динамического сведения лучей, т.е. упрощается схемотехника мониторов.

В кинескопах Trinitron и им подобных теневая маска в виде пластины не применяется. Ее заменяют вертикальные металлические струны (рис.8). Таким образом, теневая маска не содержит горизонтальных перегородок. Это приводит к еще большему увеличению прозрачности теневой маски, что влечет за собой еще большие преимущества их перед апертурными теневыми масками и лучшие характеристики по цветопередаче, яркости, сочности цветов относительно щелевых масок. На рис.8 указаны две горизонтальные полосы - это демпферные перегородки. Они выполняют функцию удержания вертикальных струн и обеспечивают постоянство расстояния между ними. Демпферные полосы предохраняют струны маски от смещения при транспортировке и вибрациях, а также предотвращают их провисание при нагреве. Кроме того, демпферные полосы не дают струнам “слипаться” под действием внешних магнитных полей. Однако если внешние магнитные поля будут иметь слишком большое значение напряженности, то это все равно может привести к эффекту “залипания струн”, что в итоге приведет к искажению изображения и появлению цветных пятен и разводов на экране. При этом размагничивание ЭЛТ стандартными способами практически не дает эффекта. Из сказанного вытекает, что нужно очень внимательно отнестись к выбору монитора в случае предполагаемого использования его в условиях сильных электромагнитных полей, например в условиях АСУТП. Демпферные полосы заметны на экране, а особенно хорошо они видны в том случае, если загружен белый цвет. Убрать и скрыть эти горизонтальные полосы, к сожалению, нельзя - это издержки конструкции ЭЛТ, поэтому пользователям придется мириться с их присутствием на экране, или заменить монитор на другой - с щелевой маской. Схема расположения прожекторов, маски, люминофорного экрана и ход электронных лучей в трубках типа Trinitron показаны на рис. 9.

Принцип работы ЭЛТ

Для получения изображения на экране ЭЛТ используется катодолюминисценция - физическое явление. Через разъем адаптера к монитору поступают синхронизирующие импульсы и видеосигналы, формируемые видеоадаптером. Строчные и кадровые синхроимпульсы позволяют синхронизировать работу генераторов строчной и кадровой разверстки. Видеосигнал синхронизируется со строчными и кадровыми импульсами и определяет уровень яркости точек в строке.

Устройство плоских экранов

Экраны матричного типа на плоских панелях основаны на нескольких технологиях:

· жидких кристаллах

· плазменных и твердотельных элементов

· электронной эмиссии и тд.

Все устройства отображения можно разделить на:

1. Светоизлучающие (плазменные, светодиодные, электролюминесцентные, ЭЛТ)

2. Светоклапанные (пассивные)

3. ЖК - индикатор на жидких кристаллах

Плазменный индикатор

Конструкцию плазменной панели составляют две собранные с зазором стеклянные пластины на внутренних сторонах которых расположены полупрозрачные вертикальные и горизонтальные электроды. Пространство между панелями заполнено смесью инертных газов и запаяны. Электроды выведены наружу и подключены к формирователям сигналов записи. Заданная на экране точка зажигается при одновременной подаче на соответствующую пару электродов импульсов записи. Свечение возникает за счет газового разряда и может поддерживаться, если на соответствующие электроды после окончания импульса записи подавать переменное напряжение высокой частоты. Плазменные панели позволяют получать изображения растрового типа. Наиболее часто плазменный индикатор компонуется из разрядов сгруппированных ячеек (размер 5*7 или 7*9) удобных для индикации символов.

Плазменные панели отличаются:

· Высокой яркостью и контрастностью

· Отсутствие мерцаний и искажений

· Простотой формируемого изображения

К недостаткам можно отнести невысокую скорость записи и стирания информации, а также низкую разрешающую способность адресации.

Светодиодные индикаторы

Обычно состоят из матрицы светодиодов. Светодиоды обычно выполнены из соединений галлия, мышьяка и фосфора; теллурия и цинка и тд. В основном используются в информационных табло, электронных часах, весах, калькуляторах и тд.

Электролюменисцентые индикаторы

В начале применялись для экранов ноутбуков. Большинство форм люминисценции в области индикации создается люминофором.

Электролюминисценция - свечение люменофора при приложении к нему электрического поля.

Это мозаичный экран изображение на котором формируется из точек. Подложка выполнена из стекла. Электронная пленка состоящая из легированного марганцем сульфида цинка, заключена между двумя прозрачными изолирующими слоями. На эти слои нанесены тонкопленочные вертикальные электроды (столбцовые и строчные). Электролюминисценция возникает на участках электронного слоя в узлах матрицы под действием электрического поля.

Поле образуется импульсами противоположной полярности, подаваемыми на систему строчных и столбцовых электродов. Строчные электроды возбуждаются последовательно, независимо от формируемого изображения; на столбцовые электроды сигнал подается, если в соответствующем узле матрицы на экране должна быть получена яркая точка. Электролюминисцентные панели позволяют получать настолько контрастное изображение, что его можно видеть при ярком солнечном свете

Жидкокристаллические индикаторы

Выполнены на основе особой группы веществ, относящихся к классу полимеров и их систем. Представляют собой промежуточную фазу между твердым и жидким состояниями. Эти вещества состоят из сигарообразных органических молекул, обладающих текучестью подобно жидкостям, но имеют молекулярный порядок твердых веществ. В случае цветных ЖК-индикаторов панель выполняется трехслойной (RGB)

Для создания видимого изображения необходим внешний источник цвета, а само устройство выполняет функцию модуляции проходящего или отраженного света.

Характеристики ЖК-мониторов.

1. Тип матрицы:

· Пассивная матрица (изготавливается по технологии STN (скрученные нематричные элементы)). Широко используется в портативных компьютерах. В настольных ЖК-мониторах используется только в дешевых моделях

· Активная матрица (TFT) в основе лежат тонкопленочные резисторы. Работает при углах обзора до 170 градусов по горизонтали и вертикали

2. Разрешение ЖК-монитора. ЖК-мониторам свойственно работать на одном конкретном разрешении, называемом собственным.

3. Интерфейс. ЖК-монитор может быть снабжен только аналоговым интерфейсом (стандартный разъем VGA или DVI-A), гибридным цифроаналоговым интерфейсом (DVI-I) или цифровым (DVI-D).

Использование аналогового интерфейса требует преобразования сигнала от цифрового к аналоговому внутри компьютера, а затем от аналогового к цифровому внутри монитора, что ухудшает качество изображения, особенно в режимах высокого разрешения. Аналоговые интерфейсы более подвержены шумам, т.е. лучше, чтобы монитор имел цифровой интерфейс, в крайнем случае гибридный

4. Частота обновления. ЖК-мониторы устроены так, что частота обновления у них меньше, чем у ЭЛТ-мониторв. Примерно 60-80 Гц для разрешения 1080х1024. У ЖК-мониторов низкая частота обновления дает лучшее качество изображения, чем высокая

5. Время нарастания и время спада. Технология ЖК-мониторов основана на транзисторах, на переключение которых уходит некоторое время. Между включением и выключением транзистора и переключением соответствующего пиксела в нужное состояние всегда имеется измеримая задержка. Задержка при включении транзистора называется временем нарастания, а при выключении - временем спада

6. Яркость. Обладают большей яркостью, чем ЭЛТ. Измеряется в nit

7. Контрастность. Этот параметр определяется как отношение освещенности самого яркого и самого темного участков изображения и записывается обычно в виде отношения двух чисел (от 200:1 до 500:1)

8. Потребление энергии (15” от 25 до 35 Вт, 17” от 50 до 70 Вт)

Недостатки ЖК-мониторов:

1) Фиксированное разрешение

2) Отказ ламп подсветки

3) Смазанность быстро сменяющихся кадров.

4) Ограниченный угол обзора

5) Искажение цветов

6) Дефекты пикселов

7) Послесвечение изображения.

8) Бледность цветов

5.3 Устройства хранения данных

Устройства хранения данных относятся к внешней памяти компьютера. В устройствах хранения данных могут быть реализованы различные физические принципы хранения информации - магнитный, оптический, электронный и любые их сочетания.

Внешняя память принципиально отличается от внутренней (ОЗУ, кэш, ПЗУ)

Способом доступа к этой памяти процессора. Устройства внешней памяти оперируют блоками информации. Эти блоки имеют фиксированный кратной степени числа 2. Блок может быть переписан из внутренней памяти во внешнюю или обратно только целиком и для выполнения любой операции обмена с внешней памятью требуется специального процедура (подпрограмма). Процедура обмена с утройствами внешней памяти привязаны к типу устройства, его контроллеру и способу подключения устройства к системе (интерфейс)

По методу доступа к информации устройства внешней памяти разделяются на устройства:

· С прямым (непосредственным) доступом

· Последовательным доступом

Основные характеристики устройств внешней памяти:

1. Емкость хранения (capacity). Измеряется в кб.

2. Время доступа (Access time) определяется как усредненный интервал от выдачи запроса на передачу блока данных до фактического начала передачи. Дисковые устройства имеют скорость передачи от единиц сотых секунд до сотен миллисекунд. Для устройств с подвижными носителями основной расход времени имеет место в процессе позиционирования головок (seck-time время поиска и ожидания подхода к ним требуемого участка носителя)

3. Скорость записи и считывания. Определяется как соотношение объема записываемых или считываемых данных по времени, затраченного на эту операцию. В затраты входит и время доступа и передачи данных. При этом оговаривается характер запросов: линейные или случайные.

4. Скорость передачи данных transfer speed, transfer rade (xfer) определяется как производительность обмена данными, измеряется после выполнения поиска данных.

5. Удельная стоимость хранения информации.

5.3.1 Принципы хранения информации

Энергонезависимое хранение информации может осуществляется на различных физических принципах. Раньше всех начали применять магнитный способ хранения, где запись 0 или 1 изменяет направление намагниченности элементарно хранящей ячейки. Считывание выполняется импульсом тока пытающимся намагнитить ячейку в определенном направлении. В устройствах с подвижным носителем, хранящиеся ячейки движутся относительно головок чтения/записи и в зависимости от направления намагниченности вызывают внутри головки импульс определенной полярности. На этом принципе строятся все магнитные диски и накопители на магнитной ленте (стримеры)

Оптические устройства основаны на изменении отражающей или пропускающей способности участков носителей. Оптические устройства хранят информацию на дисках с ячейками микроскопических размеров, считываемых лазерным лучом.

Из электронных устройств наибольшее распространение получили карты памяти и флэш-устройства. Флэш-память является статической.

5.3.2 Дисководы для гибких дисков

НГМД (накопители на гибких магнитных дисках) бывают двух форматов: 5,25 и 3,5 дюйма) носителем информации является гибкий майларовый диск на который нанесен ферро-магнитный слой. Всего существует 6 видов гибких дисков:

1. 5,25“ 160/180 Кб (SSDD)

2. 5,25” 320/360 Кб (DSDD) двухсторонний диск с двойной плотностью записи

3. 3,5” 1,2 Мб (HD) высокая плотность записи

4. 3,5” 720 Кб (DD) двойная плотность записи

5. 3,5” 1,44 Мб (HD)

6. 3,5” 2,88 Мб (ED)

В накопителях на 5, 25” и 3,5” используются разные принципы защиты от записи. Дискета 3,5” имеет защитную шторку, которая сдвигается в сторону, когда дискета вставляется в накопитель. Дискета вставляется в рамку, которая в конце хода проваливается вниз и дискета падает на шпиндель и нижнюю головку, а сверху к ней прижимается вторая головка. При этом взводится пружинный механизм выталкивания. Шпиндель прихватывает металлический пятачок дискеты магнитным замком. В зависимости от состояния установленной дискеты работают датчики типа и защиты от записи.

Накопители на магнитных дисках большой ёмкости

· устройство zip (Iomega)

· устройство LS 120 (Imation)

· HiFD (Sony)

Дисководы Iomega zip-drive. Дисководы формата 3,5” и емкость 100 Мб (zip-100) и 250 Мб (zip-250). После FDDI второй по распространенности формат. Характеристики:

	zip-100	zip-250
Размер диска	3,5”	3,5”
Скорость вращения (оборот/мин)	2945	2945
Среднее время доступа (Мс)	39	39
Средняя пропускная способность (Мб/с)	0,225-1,4	0,4-2,4

Можно назвать еще один вид - Pocket Zip. Несовместим с форматом FDD. Выпускался с интерфейсом от Atapi/IDE были модели LPT, SCSI, USB. Стандарт Pocket Zip предназначен для встраивания и хранения информации с цифрами.

LS 120. Характеристики:

· ёмкость 120 Мб

· скорость вращения 720 оборотов/мин

· Среднее время доступа 112 Мс

· Средняя пропускная способность 0,2 Мб/с

Формат совместим с дискетами 1,44 (HD) по чтению и записи

HiFD полная совместимость с форматом FDD. Высокая форматируемая ёмкость (около 200 Мб). Хорошая скорость переноса данных (3,6 Мб/с). Интерфейс FDD+IDE.

5.3.3 Жесткие диски

Первый HDD был создан в 1973 году по технологии IBM и имел кодовое обозначение «30/30».

Конструкция и принцип действия.

Несмотря на большое разнообразие моделей винчестеров принцип их действия и основные конструктивные элементы одинаковы.

Основные элементы накопителя на жестком диске:

· магнитные диски

· головки чтения/записи

· механизм привода головок

· двигатель привода дисков

· печатная плата с электронной схемой управления

Типовой накопитель состоит из гермоблока и платы электронного блока. В гермоблоке размещаются все механические части, на плате вся управляемая электроника. Внутри гермоблока установлен шпиндель с одним или несколькими магнитными дисками. Под ними расположен двигатель. Ближе к разъемам с левой или правой стороны от шпинделя находится поворотный позиционер магнитных головок. Позиционер соединен с печатной платой гибким ленточным кабелем (иногда одножильными проводами).

5.3.4 Особенности конструкции магнитных дисков

В современных моделях винчестеров в качестве основного материала для дисковых пластин используется композиционный материал из стекла и керамики, а также алюминиевый сплав. Магнитные диски выпускаются следующих размеров: 3,5”(чаще всего); 2,5” и 1,8” (для мобильных систем); 5,25”.

Диски покрывают магнитным веществом рабочим слоем. Современная технология покрытия на основе тонких пленок, что обеспечивает высокое качество поверхности диска. Тонкопленочная технология легла в основу производства накопителей нового поколения, в которых удалось уменьшить зазор между головками и поверхностями дисков до 0,05-0,08 мкм и, следовательно, повысить плотность записи данных.

5.3.5 Головки чтения/записи

Головки чтения/записи предусмотрены для каждой стороны диска. Когда накопитель выключен, головки касаются диска. При раскручивании дисков возрастает аэродинамическое давление воздуха на головки, что приводит к их отрыву от рабочих поверхностей дисков. Чем ближе расположена головка к поверхности диска, тем выше амплитуда воспроизведения сигнала.

Существует несколько технологий, которые используются при производстве головок чтения/записи. Все возрастающие требования к ёмкости жестких дисков привели к появлению тонкопленочных головок. В результате дальнейшего совершенствования конструкции и характеристик тонкопленочных головок появились магниторезистивные головки, которые в настоящее время используются в большинстве накопителей на жестких дисках 3,5”; 2,5” и 1,8”.

5.3.6 Механизм привода головок

Механизм привода головок обеспечивает перемещение головок от центра дисков к краям и фактически определяет надежность накопителя, его температурную стабильность и виброустойчивость.

Все существующие механизмы привода головок делятся на два основных типа:

· с шаговым двигателем

· с подвижной катушкой

HDD с шаговым двигателем в основном используется при ёмкости накопителей до 100 Гб. В накопителях большей ёмкости используются более быстродействующие и не столь шумные двигатели с подвижной катушкой.

Современные диски имеют функцию автоматической парковки. То есть, при включении выключении ПК головки устанавливаются по мере необходимости на определенный, чаще всего последний, цилиндр. При парковке головки автоматически блокируются и их дальнейшая работа невозможна.

5.3.7 Двигатель привода дисков

Двигатель привода дисков приводит пакет дисков во вращение, скорость которого в зависимости от модели находится в пределах 5600-7200 оборотов/мин (то есть головки движутся с относительной скоростью примерно 80 км/ч). Скорость вращения дисков некоторых винчестеров достигает 1500 оборотов/мин.

Жесткий диск вращается непрерывно даже тогда, когда не происходит обращения к нему, поэтому винчестер должен быть установлен только вертикально или горизонтально.

5.3.8 Печатная плата с электронной схемой управления

Печатная плата с электронной схемой управления и прочие узлы накопителя (лицевая панель, элементы конфигурации и монтажные детали) являются съемными. На печатной плате монтируются электронные схемы управления двигателем и приводом головок, схема обмена данными с контроллером. Иногда контроллер устанавливается непосредственно на этой плате.

5.3.9 Логическое устройство жестких дисков

Жесткий диск делится на дорожки и сектора. Каждая дорожка однозначно определяется размером головки и порядковым номером, отсчитываемым на диске относительно внешнего края. Накопитель содержит несколько дисков расположенных один над другим. Их разбиения идентичны. Поэтому принято рассматривать пакет жестких дисков в виде цилиндров, каждая из которых состоит из аналогичных дорожек на поверхности каждого диска.

Секторы идентифицируются своим порядковым номером относительно начала дорожки. Нумерация секторов на дорожке начинается с единицы, а головок и цилиндров - с нуля. Число секторов может быть от 17 до 150 в зависимости от типа накопителя. Каждый сектор содержит данные и служебную информацию. Обычно объем сектора составляет 571 байт. В начале каждого сектора записывается заголовок (Prefix Portion) по которому определяют начало сектора и его номер, а в конце - сектор Suffix Portion (заключение сектора), где содержится контрольная сумма необходимая для проверки целостности данных. Между заголовком и заключением сектора расположена область данных объемом 512 байт (для DOS). Таким образом, запись информации на дорожках осуществляется блоками 512 байт.

5.3.10 Интерфейсы жестких дисков

Интерфейс - коммуникационное устройство (или протокол обмена) позволяющее одному устройству взаимодействовать с другими и устанавливает соответствие между выходами одного устройства и входами другого.

Основная функция интерфейса HDD - передача данных из вычислителя ПК в накопитель и обратно.

Современные накопители могут использовать интерфейсы:

· ATA (AT - Attachment он же IDE - Integrated Drive Electronic он же Parallel ATA)

· E-IDE - шестнадцатиразрядный параллельный интерфейс

· Serial ATA - последовательный интерфейс

· SCSI (Small Computer Inteface) - для серверов

· SAS - для серверов

· Fireware - для внешних винчестеров

· USB - для внешних винчестеров

· eSATA - для внешних винчестеров

Основные характеристики

Основными характеристиками накопителей на жестких дисках, которые следует принимать во внимание при выборе устройства являются:

· ёмкость

· быстродействие

· время безотказной работы

Ёмкость винчестера определяется максимальным объемом данных, которые можно записать на носитель. Реальная величина ёмкости винчестера в настоящее время варьируется от 80 Гб до 500 Гб (реже до 1-4 Гб). Общий объем памяти HDD (ёмкость HDD) рассчитывается по формуле: V=C*H*S*512 байт

Где C - число цилиндров

H - число головок

S - число секторов

Среднее время доступа к различным объектам на HDD определяет фактическую производительность накопителя. Время, необходимое винчестеру для поиска любой информации на диске измеряется миллисекундами. Среднее время доступа винчестеров составляет 4-12 Мс. Время безотказной работы для накопителей определяется расчетным среднестатистическим временем между отказами, характеризующим надежность устройства. Указывается в документации и обычно составляет 20 000-500 000 часов. Практика показывает, что если накопитель на жестком диске безотказно работает на протяжении первого месяца гарантийного срока, он будет так же безотказно работать до окончания срока своего морального старения.

Дополнительные характеристики:

· размер кэш-памяти (быстрой буферной памяти) от 512 Кбайт до 32 Мбайт

· скорость вращения дисков - от 5600 оборотов/мин до 15 000 оборотов/мин

· скорость передачи данных. Зависит от числа байт в секторе, числа секторов на дорожке, скорость вращения дисков может быть рассчитана по формуле: MDTR=SRT-512-RPM160 (байт/с). Где SRT - число секторов на дорожке, RPM - скорость вращения дисков, 512 - число байт в секторе.

В современных HDD скорость передачи данных составляет:

ь внутренняя зона диска: от 44,2 до 74,5 Мб/с

ь внешняя зона диска: от 60 до 11,4 Мб/с

· уровень шума, который производит механика накопителя при его работе (дБ). Тихими накопителями считаются 26 дБ и ниже.

· Количество операций ввода-вывода в секунду. У современных дисков это около 50 операций/с при параллельном доступе и около 100 при последовательном.

Размещено на http://www.allbest.ru/

27

Фирмы-изготовители:

· Western Digital

· Samsung

· Seagate

· Hitachi

5.4 Оптические диски CD & DVD

CD

Внутри стандарта CD различают:

1. Дисководы и диски CD-ROM (для считывания)

2. Дисководы и диски CD-R (однократная запись)

3. Диски CD-RW (перезаписываемые)

Все современные форматы компакт-дисков происходят от CD-DA.

Стандарты, используемые для компакт-дисков

1. Red Book

Определяет инфраструктуру компьютерных дисков: размеры, устройство считывающей головки, стандарты модуляции и исправления ошибок, подканалы используемые для управления и получения сведений, а также формат записи звуковых данных. Красная книга разрешает записывать на CD до 99 дорожек, на каждую приходится блок музыки. Каждый сектор содержит 2 352 байтов звуковых данных второго уровня EDC/ECC по 392 байта, каждый 98 байт управления данными. Все приводы CD-ROM поддерживают этот формат.

2. Yellow Book

Содержит расширенную красную книгу. Позволяет записывать на CD данные любого типа. Определяет внутри сектора две структуры используемых для хранения пользовательских данных и кодов обнаружения (EDC) и исправления ошибок, которые обеспечивают целостность пользовательских данных. Стандартный формат CD-ROM называется Mode 1 (с разделением 2352 байта на 12 байт синхронизации и байта заголовка, 2040 байт пользовательских данных, 4 байта EDC, 8 пустых байт и 276 байт ECC) Существует также Mode 2, но очень редко встречается. Все приводы CD-ROM поддерживают этот формат.

3. CD-ROM XA

дополняет Yellow Book двумя новыми типами дорожек. Они позволяют записывать сжатые аудио или видео файлы вместе с компьютерными. Для компьютерных файлов используется Mode 2, Form 1. Используется для хранения аудио и видео

4. Green Book.

Расширение желтой книги определяет стандарт CD-i. Этот стандарт допускает запись смеси данных Mode 2, Form 2 (звук, видео, изображения) с Mode 2, Form 1

5. White Book

Определяет формат видеосигналов (видео CD, CD-DV) Этот формат устарел, ему на смену пришел DVD

6. Orange Book

Определяет стандарты занесения компакт-дисков.

Часть 1 - магнито-оптический диск CD-MO

Часть 2 - компакт-диск для однократной записи (CD-R, CD-WO)

Часть 3 - стираемый (перезаписываемый) диск (CD-RW, CD-E)

Оранжевая книга определяется как односторонняя запись (DAO-технология), так и пользовательскую многосеансовую запись (TAO-технология)

7. Blue Book

Определяет формат усовершенствованного диска (CD-plus, CD-Extra)

5.4.1 Принцип действия дисковода CD-ROM

При записи компакт-диск обрабатывается лазерным лучом, выжигаемым тот участок, который хранит логическую единицу и оставляет нетронутым тот участок, в котором ноль. В результате этого на поверхности диска образуются маленькие углубления, называемые питы (pits)

5.4.2 Основы технологии CD-ROM

Толщина диска 1,2 мм, диаметр 120 мм. Диск изготавливают из поликарбоната который покрыт с одной стороны тонким не отражающим слоем и защитной пленкой снизу из прозрачного лака. Информация на диске записана в виде чередования углублений (Pit) в поверхности металлического слоя (Land). Кадры на диске образуют сектора и блоки. Сектор содержит 3234 закодированного байта, из которых: 2352 байта информации, 882 байта для коррекции ошибок и управления. Такая организация хранения данных на CD-ROM и использование алгоритмов коррекции ошибок позволяют обеспечивать качество чтения информации с вероятностью ошибки на бит не более 0, 00000001. В соответствии с принятыми стандартами (ISO 9660 с последующими дополнениями) поверхность CD-ROM разделена на три области:

1. Входная директория (Lead IN) это область в форме ближайшего к центру диска кольца шириной 4 мм, которая читается первой. Здесь находится оглавление (TOC), адреса всех записей, число заголовков, суммарное время (объем) записи, имя диска (Disc Label) и т.д.

2. Область данных в форме кольца шириной 33 мм, в которой записана основная информация диска в виде файловой системы

3. Выходная директория с меткой конца диска (Lead OUT)

5.4.3 Основные технические параметры

1. Скорость передачи данных. Определяет, насколько быстро привод передает данные на интерфейс при условии, что эти данные записаны подряд. Скорость передачи данных (DTR) определяется скоростью вращения диска и обычно записывается в виде целого числа за которым следует буква Х. Компакт-диск содержит одну дорожку, идущую по спирали от центра диска к его краю поскольку длина окружности возрастает пропорционально его радиусу, то для считывания данных с постоянной скоростью необходимо соблюдать одну из нескольких технологий:

· постоянная линейная скорость (CLV) то есть накопитель ускоряется и замедляется в зависимости от того, где именно находится считывающая головка. Максимальная скорость = 16х

· постоянная угловая скорость (CAV) в соответствии с которой диск вращается с постоянной скоростью, а поток данных зависит от того, какая часть дорожки в настоящий момент читается. Предел 72х

· частично постоянная угловая скорость (P-CAV) переключается между постоянными скоростями в зависимости от того, в какой зоне диска находится считывающие головки

· зонально-постоянная минимальная скорость (Z-CLV технология) при этом диск разбивается на несколько зон для каждой из которых поддерживается постоянная линейная скорость (применяется в устройствах для записи CD)

· True X (CLV модификация) отличия этих приводов состоит в использовании им дефрагментирующего устройства, которое распределяет лазерный луч на 7 составляющих, которые направляются на 7 частей дорожки единовременно. С помощью массива детекторов накопитель считывает 7 сигналов и объединяет их в поток данных (то есть привод True X 9,5 делает такую же скорость передачи данных, как привод 52х)

2. Среднее время доступа. Для приводов CLV составляет 60-120мс, для CAV - 100-200мс. Это время, которое требуется приводу для того, чтобы найти на диске нужные данные.

3. Качество считывания. Характеризуется коэффициентом ошибок и представляет собой оценку вероятности искажения информационного бита при его считывании.

4. Объем буферной памяти (ВМ) это емкость ОЗУ привода, используемого для повышения скорости доступа к данным, записываемым на носителе. Буферная память или кэш представляет собой установленные на плате накопители микросхем. Современные устройства имеют буферную память256-1024Кб. Кроме объема буферной памяти на производительность накопителя CD-ROM оказывают влияние тип буфера накопителя:

· статический

· динамический

· с опережающим чтением

5. Средняя наработка на отказ (МТВТ) это среднее время (в часах) безотказной работы привода CD-ROM, которое определяет надежность накопителя.

6. интерфейс. Интерфейс привода CD-ROM производится в разных модификациях с интерфейсом IDE, ATAPI, SCSI, USB&2PT.

7. Внутренний или внешний. Модули Atapi бывают только внутренними; с интерфейсами USB&2PT - только внешними. Приводы SCSI бывают как внешними так и внутренними.

8. Способы фиксации диска

· приводы с выезжающим лотком

· приводы которые требуют помещения в футляр

· приводы которые имеют щель

9. Форматы и типы поддерживаемых дисков

10. Цифровое копирование звука (DAE)

5.4.4 Накопители CD-RW

Накопители на CD-RW, CD-MRW это те же CD-ROM, но другие. Лазер у них несколько более мощный, что позволяет не только считывать, но и записывать данные на специальных болванках. Приводы записи компакт-дисков могут работать различными типами носителей, некоторые устройства поддерживают лишь этот тип, в то время как другие более универсальны.

Болванки CD-R

Предназначены для постоянного хранения данных, то есть для постоянного устройства если CD-R записали не полностью, то можно записать в новой сессии. В основном предназначены для архивации и переноса данных. Диски CD-R читаются на всех CD-ROM.

Диски CD-RW

Позволяют затирать записанные на них заранее данные. CD-RW выдерживают от 50 до 100 циклов стирания и записи из-за меньшей отражающей способности дисков CD-RW по сравнению с CD-R и CD-ROM могут читаться на всех приводах CD-ROM.

Приводы записи компакт-дисков выполняются а трех моделях:

1. накопители CD-R могут записывать данные на CD-R, но не на CD-RW и могут считывать стандарт CD-ROM. Запись может осуществляться программами пакетной записи или с помощью ОС. В основном активно использовались до 2005 года, потом на смену пришли CD-RW.

2. накопители CD-RW могут записывать CD-R и CD-RW и считывать их.

3. CD-MRW. Представляет собой CD-RW с поддержкой формата Mount Rainier. Этот формат позволяет обращаться к оптическому накопителю напрямую (как жесткий диск), однако для этого требуется поддержка ОС, БИОСа и самого накопителя. Имеет другую логическую структуру в отличие от CD-RW.

Технология CD-R

Описывается стандартами orange book. Верхняя сторона диска CD-R представляет собой покрытие, наложенное поверх ультрафиолетовой пленки обработанной лаком. Следующий слой отражающий с которым и взаимодействует луч лазера. В зависимости от производителя модели CD-R, этот слой может быть серебряным или выполненным из сплава серебра. На отражающем слое CD-R выдавливается бороздка, которая делает 22 188 оборотов вокруг центра диска, причем на каждый круг радиуса приходится 600 оборотов бороздки (полная длина 3,5 или 5,6 км). Между отражающим защитным слоем находится добавочный слой, состоящий из органического красителя, чувствительного к свету и теплу, причем максимум прозрачности приходится на длину волны лазера 780 мм.

В процессе записи CD-R мощность пишущего лазера модулируется, причем в те моменты, когда мощность лазера максимальна, он осуществляет прожиг в слое красителя. В процессе записи лазер нагревает диск до 350 градусов из-за чего в слое красителя начинается химическая реакция, в результате чего краситель становится непрозрачным на длине волны считывающего лазера, то есть образуются питы.

Технология CD- RW.

Это расширенная технология CD-R. Диски CD-RW основаны на изменении фазы цвета, так и магнито-оптические диски (CD-MO) с тем отличием, что в них нет магнитизма. По конструкции CD-RW аналогичен CD-R отличаясь только записывающим слоем, который находится между двумя диэлектрическими слоями поглощающими и расслаивающими избыточное тепло, выделяемое при записи диска. Записывающий слой состоит из твердого раствора серебра, индия, сурьмы и теллурия. Эта смесь обладает специальным свойством: после нагревания до определенной температуры и охлаждения она образует кристаллическую фазу, а после нагрева до более высокой температуры и охлаждения она образует амфорную фазу.

Лазер в накопителях CD-RW работает в трех режимах:

· режим записи - максимальная мощность лазера. Записывающий слой нагревается до 500-700 градусов (температура плавления). Под действием лазера, работающего в режиме записи образуется выемки в компакт-диске

· режим стирания - средняя мощность лазера. Записывающий слой нагревается до двухсот градусов. Режим стирания может быть не модулируемым и модулируемым.

· Режим чтения - низкий уровень мощности лазера. Не приводит к значительному нагреву записывающего слоя, но обеспечивает достаточную интенсивность света для считывания информации. В этом режиме мощность лазера не модулируется.

Выбирая накопитель CD-RW нужно учитывать следующие параметры:

1. степень передачи данных. У CD-RW их три: скорость записи на CD-R, на CD-RW и скорость чтения данных

2. среднее время доступа 120-300 мс

3. интерфейс IDE, ATAPI, SCSI

4. размер буфера 2 - 4,8 Мб

5. Поддерживаемые форматы и методы записи.

Накопители DVD

Данные записываются на DVD в виде микроскопических выемок на равных участках спиральной дорожки выдавливаемой в аллюминизированном покрытии.

Для чтения DVD используется лазер длиной волны 636-650 мм (меньшая длина волны позволяет различать выемки меньшего размера, благодаря чему можно увеличить скорость записи). В сочетании с усовершенствованным форматом секторов, жесткими допусками и большим размерам зоны записи это позволяет стандартному DVD хранить в семь раз больше информации - около 4,7 Гб, по сравнению с 650 Мб для CD-ROM.

Диски DVD - ROM

Существует два типа DVD - ROM:

· DVD - video (видео)

· DVD - ROM (данные)

Все диски DVD - video являются дисками DVD - ROM.

Диски могут быть одного из двух физических размеров: 80 и 120 мм и могут хранить данные на одной или двух сторонах, каждая из которых может быть либо однослойной либо двухслойной. Стандартные однослойные DVD - ROM (SS) имеет толщину 1,2 мм. Двухсторонние (DS) по сути представляют собой 2 тонких односторонних диска склеенных вместе. Данные на каждой стороне могут быть записаны в один слой (SL) или два слоя (DL). В последнем случае верхний слой делается полупрозрачным, что позволяет лазеру считывать данные со второго слоя, расположенного под первым. Ёмкость диска всегда указывается в миллиардах байт, а не в Гб.

Тип	Диаметр	Слои	Реальная ёмкость	Рекламная ёмкость	Видео, ч
DVD-1 DVD-2 DVD-3 DVD-4 DVD-5 DVD-9 DVD-10 DVD-14 DVD-18	80 80 80 80 120 120 120 120 120	SS/SL SS/DL DS/SL DS/DL SS/SL SS/DL DS/SL DS/SL+DL DS/DL	1,36 2,47 2,72 4,95 4,37 7,95 8,75 12,33 15,90	1,46 2,66 2,92 5,32 4,70 8,54 9,40 13,24 17,08	0,5 1,3 1,4 2,5 2 4 4,5 6,5 8

Для обозначения скоростей DVD - ROM используется та же запись, что и для приводов CD. В первых приводах DVD - ROM использовалась технология SLV: диск вращался медленнее при чтении с внешней части дорожек. В основном эта технология использовалась для чтения дисков DVD - video.

Современный DVD - ROM использует технологию CAV: диск вращается с постоянной скоростью, для чего используется буфер.

Записываемые и перезаписываемые DVD.

Существуют 3 формата DVD с поддержкой записи:

· DVD-R (A) - для авторских систем

· DVD-R (G) - для пользователей

· DVD+R

И 3 формата с поддержкой перезаписи:

· DVD-RW

· DVD-RAM

· DVD+RW

Все DVD устройства читают обычные диски DVD - ROM, но пишут все эти форматы на диски разных форматов. Причем ни один из них полностью не совместим с приводами DVD - ROM.

DVD-R

Это первый стандарт записываемых DVD. В дисках DVD-R используется органический краситель, а технология их производства аналогична технологии CD-R. Диски DVD-R читаются большинством приводов и проигрывателями DVD.

В начале 2000 накопители DVD - R разделяют на два подформата:

· DVD-R (A)

· Предназначен для профессионального использования. Лазер работает на длине волны 685 мм и может записывать только диски DVD-R (A), а не DVD-R (G). Эти накопители могут читать DVD-R любого типа.

· DVD-RW

Предназначены для общего использования и в частности для записи видео. Лазер работает на длине волны 650 нм, что позволяет записывать также и диски DVD-RAM.

Накопители DVD-R (G) могут работать с двухсторонними дисками и поддерживают защиту от копирования CPRM.

Технология DVD-RW.

Данная технология была предложена фирмой Pioneer основана на технологии DVD-R, однако в качестве носителя используются диски с фазовыми переходами, аналогичный CD-RW. Изначально диски DVD-RW назывались DVD-ER, либо DVD-R/W. Стандартная ёмкость DVD-RW составляет 4,7 Гб. Диски DVD-RW читаются многими приводами. DVD-ROM и проигрыватель DVD.

Существует 3 разных типа DVD-RW одинаковой ёмкости (4,7 Гб) с одинаковым ограничением циклов перезаписи.

6. Печатающие устройства

Принтеры - устройства вывода данных из ЭВМ. Преобразуются информационные коды ASCI в соответствующие им графические символы и фиксируются на бумаге.

Классификацию принтеров выполняют по ряду характеристик:

1. по способу формирования символов (знакопечатающие и знакосинтезирующие)

2. цветности (черно-белые и цветные)

3. способу печати (посимвольные, построчные и постраничные)

4. скорости печати

5. разрешающей способности

6. способу нанесения изображения (ударного действия, струйные, фотоэлектронные и термические)

Принтеры обычно работают в двух режимах: текстовом и графическом. Для печати текстовой информации используют следующие режимы печати:

· черновая печать (Draft)

· типовое качество (NLQ)

· близкое к типографскому (LQ)

· высококачественный режим (SLQ(SQL))

В графическом режиме на принтер направляются коды символов определенной последовательности и местоположение точек изображения.

Принтеры ударного действия. Создают изображение механическим давлением на бумагу через ленту с красителем. В качестве ударного механизма применяются либо шаблоны символов, либо иголки конструктивно объединенные в матрицы. Иголки располагаются в головке принтера и активизируются электромагнитным методом. Головка двигается по горизонтали и управляется шаговым двигателем, бумага втягивается валом, а между валом и головкой принтера находится красящая лента. Многие принтеры выполняют печать как при прямом, так и при обратном ходе. Качество печати матричных принтеров определяется количеством иголок в печатающей головке, их может быть 9,18 и 24. Преимущества матричных принтеров:

· возможность печати одновременно нескольких копий документа с использованием копировальной бумаги

· печать разноформатных документов

Недостатки: шум.

Струйные принтеры. По принципу действия струйные принтеры производят печать не с помощью набора игл, а посредством тонких сопел, диаметр которых составляет десятые доли мм. В головке принтера устанавливается резервуар с жидкими чернилами, которые через сопла переносятся на материал носителя. В струйных принтерах используется 3 метода нанесения чернил:

1. пьезоэлектрический

основан на управлении сопел с использованием обратного пьезоэффекта, который заключается в деформации пьезокристалла под действием электрического поля. Для реализации этого метода в каждое сопло устанавливается плоский пьезокристалл связанный с диафрагмой. В основном этот метод используют Canon, Epson и Brother

2. метод газовых пузырей

Является термическим. Каждое сопло печатающей головки оборудования нагревается элементом в виде тонкопленочного резистора, который при пропуске через него тока за 7-10мкс нагревается до высокой температуры (330 градусов). Возникающий при резком нагревании чернильный пузырь выталкивает через отверстие сопла необходимую каплю чернил диаметром менее 0,16 мм, которая переностися на бумагу. В основном эту технологию использует Canon. Поскольку в механизмах принтеров, использующих данную технологию меньше конструктивных элементов, то эти принтеры обладают большей надежностью и ресурсом. Кроме того, можно добиться более высокой разрешающей способности печати.

3. метод Drop-on-Demond разработан фирмой HP. Также как метод газовых пузырей, использует нагревательный элемент для подачи чернил из резервуара на бумагу. Однако, для подачи чернил применен дополнительный специальный механизм, который позволяет добиться получения туманообразных частиц чернил. Данная технология обеспечивает более быстрое нанесение чернил, что позволяет повысить качество и скорость печати, а также добиться лучшей контрастности.

В цветной печати в настоящее время преобладает струйная технология. Для создания полноцветного изображения используется стандартная для полиграфии цветовая схема CMYK. Уровень шума таких принтеров около 40 Дб, скорость печати 15 стр/мин, разрешение струйных принтеров при печати графики составляет 2400/1200 ДПИ. Подключение принтера происходит через USB, LPT. Основным недостатком является засыхание чернил в сопле.

Фотоэлектронные принтеры

Фотоэлектронные способы печати основаны на освещении заряженной светочувствительной поверхности промежуточного носителя и формировании ней изображения в виде электростатического рельефа, который затем переносится на бумагу. Для освещения поверхности промежуточного носителя в лазерных принтерах используют полупроводниковый лазер, в светодиодных - светодиодную матрицу, в принтерах с ЖК-затвором - люминисцентную лампу.

Принцип действия лазерного принтера основан на методе сухого электростатического переноса изображения, который так же реализуется в копировальных аппаратах.



Функциональная схема лазерного принтера

Основным элементом конструкции является вращающийся барабан, служащий промежуточным носителем с помощью которого производится перенос изображения на бумагу. Барабан представляет собой цилиндр, покрытый тонкой пленкой светопроводящего полупроводника. На поверхности барабана равномерно распределяется статический заряд. Это обеспечивается тонкой проволокой (сеткой) называемой коронирующим проводом (коротроном). На этот провод подается напряжение. Лазер управляется микроконтроллером, генерирует тонкий световой луч, отражающийся от вращающегося зеркала (разверстка изображения происходит так же, как в мониторе). С помощью вращающегося зеркала луч скользит вдоль цилиндра, причем его яркость меняется скачкообразно - от полного света, до полной темноты и так же скачкообразно (поточечно) заряжается цилиндр. Луч, достигнув барабана меняет электрический заряд в точке прикосновения. Размер заряженной площади зависит от фокусировки луча лазера. Луч фокусируется с помощью объектива. Таким образом, на барабане, промежуточном носителе, возникает скрытая копия изображения в виде электростатического рельефа. На следующем этапе на фотонаборный барабан под действием статического заряда частицы тонера притягиваются к поверхности барабана в точках, подвергшихся экспозиции и формируется изображение в виде рельефа красителя. Бумага втягивается из подающего лотка и с помощью системы валиков перемещается к барабану. Перед самым барабаном каратрон сообщает бумаге статический заряд. Бумага соприкасается с барабаном и формируется изображение в виде оттиска на бумаге. Для фиксации тонера бумага пропускается между двумя роликами с температурой около 180 градусов. После окончания процесса печати барабан разряжается и освобождается от лишних частиц тонера.

...