Физические и цифровые основы компьютера

Коммерческие названия SDR и DDR типов памяти SDRAM несколько различаются. Для обычной памяти используют для указания скоростных характеристик рабочую частоту системной шины: PC100, PC133, что соответствует времени такта синхроимпульсов 10 нс и 7,5 нс. Тогда как для DDR SDRAM указывают скорость передачи данных, что с учетом передачи за один раз 8 байтов данных дает скорости (при двух передачах за такт) при частоте шины 133 МГц - 2 Ч 133 Ч 8 = 2128 Мбайт/с, при частоте 166 МГц - 2 Ч 166 Ч 8 = 2656 и при частоте 200 МГц - 2 Ч 200 Ч 8 = 3200. Такую память маркируют PC2100, PC2700 и PC3200 соответственно, причем этот ряд постоянно растет.

Дальнейшим развитием SDRAM является стандарт DDR2. В нем обеспечивается учетверенная скорость передачи данных по отношению к частоте работы самих элементов памяти. Авторы этого стандарта отмечают его эволюционный характер. Микросхемы такого типа изготавливаются в других корпусах, а модули памяти имеют 240 контактов.

6.3 Накопители на жестких магнитных дисках (винчестеры)

Накопители на жестких магнитных дисках (НЖМД), или в англоязычном варианте hard disk drives (HDD), являются одним из самых распространенных в настоящее время типов запоминающих устройств. Запись информации на магнитных носителях (не только на жестких дисках) обычно осуществляется за счет изменения состояния намагниченности отдельных участков их поверхности. Чем меньше геометрические размеры таких участков, тем большее количество информации удается записать на единице площади носителя, т.е. тем выше плотность записи информации.

Жесткие диски включают в себя электромеханическую и электронную части. Электромеханическая часть размещается в жестком корпусе, внутри которого закреплен шпиндельный двигатель с вращающимся шпинделем и смонтированными на нем дисками накопителя, а также установленный в этом же корпусе подвижный блок головок чтения/записи с приводом, обеспечивающим позиционирование (перемещение) головок. Общий вид жесткого диска со снятой крышкой корпуса показан на рис. 39.



Рис. 39. Общий вид жесткого диска со снятой крышкой корпуса

Поверхность дисков имеет магнитное покрытие на основе оксидов железа или хрома, на котором, собственно, и записывается информация. Процесс записи состоит в локальных изменениях магнитного состояния этого покрытия. Информация на диске располагается по окружностям, называемым дорожками, совокупность равноудаленных от центра дорожек поверхностей всех пластин НЖМД называют цилиндром. Дорожки для хранения информации разбиты на секторы, емкость которых в большинстве случаев составляет 512 байт. Сектор обладает определенной структурой, включающей в себя заголовок, поле данных и контрольный код этого поля.

В электронную часть диска входят контроллер, усилители сигналов интерфейсных шин и буферная память (кэш диска). Контроллер обеспечивает управление процессами разгона и останова шпинделя, позиционирования головок, чтения и записи информации, а также внешний интерфейс диска.

Привод позиционирования головок чтения/записи чаще всего поворотный (для получения меньших его размеров) электромагнитный, с подвижной катушкой, перемещающейся в магнитном поле постоянного магнита под действием протекающего по ней тока. Направление и сила тока определяют направление и скорость перемещения катушки и механически связанных с ней головок чтения/записи.

Время перемещения блока головок, обычно называемое изготовителями дисков временем поиска (seek time), зависит от количества дорожек, на которое надо переместить блок головок. Минимальное время затрачивается на перемещение блока головок на соседнюю дорожку (цилиндр). Это время составляет порядка 1-2 мс. Максимальное время требуется на перемещение блока головок от крайней дорожки к центральной или наоборот. Это время может составлять порядка 15-20 мс. Среднее время поиска (перемещения головок) составляет порядка 8-10 мс. Время ожидания подвода файла (точнее, его первого сектора) под блок головок производители называют также временем задержки (latency time). Это время в среднем равно времени половины оборота диска, что, например, при скорости вращения (шпинделя) диска 7200 оборотов/мин, или 120 оборотов/с, составляет 4,2 мс. Поэтому в современных НЖМД средняя скорость обмена данными с диском находилась в пределах 30-50 Мбайт/с.

Магнитные свойства носителя и самих головок, используемый метод записи, расстояние от головок до поверхности диска, скорость вращения диска и ряд других параметров определяют максимальную плотность записи информации, при которой будет обеспечена требуемая надежность работы накопителя.

Обнаруженные при контроле после изготовления плохие секторы просто пропускаются при нумерации (и тем самым при доступе), но номера секторов, пришедших в негодность в процессе эксплуатации, переназначаются на имеющееся на диске запасное место. Такие секторы называют перемещенными (или remapped - переназначенными), а их количество на диске можно прочитать специальными утилитами. На хорошем новом диске таких секторов быть не должно.

6.4 Оптические диски

В отличие от жестких дисков, в которых привод и носитель входят в состав одного устройства, оптические диски съемные и являются самостоятельными компонентами, а привод представляет собой отдельное устройство. По типу носителя различают компакт-диски (Compact Disk - CD) и DVD диски (Digital Versatile Disks - цифровые универсальные диски). Собственно говоря, DVD можно рассматривать как следующее поколение оптических дисков, обеспечивающее более высокую плотность хранения информации и скорость передачи данных за счет иной организации носителя.

Оптические диски изготавливаются из пластмассы, на поверхность которой наносится отражающий слой. Для записи информации используется различие интенсивности (или фазы) отраженного света, соответствующего нулю и единице данных, возникающее за счет углублений (ямок, pits), формируемых в отражающем слое, либо за счет изменения коэффициента отражения света от этого слоя.

Информация считывается при освещении диска лазерным лучом с длиной волны порядка 0,6 - 0,8 мкм. Ровные поверхности (как ямки, так и их отсутствие) соответствуют нулевым битам, перепады высот (края ямок) - единичным битам (это соответствует методу записи "без возврата к нулю" на магнитных поверхностях). Протяженность ровной поверхности определяет количество подряд идущих нулей.

Первые оптические диски получили название компакт-дисков (CD) не допускали записи (изменения хранимой) информации, то их, по аналогии с постоянными ЗУ (Read-Only Memory), стали называть CD-ROM, хотя это название точнее отнести к паре диск-привод, считывающий с диска информацию.

По возможности смены хранимой информации, будучи по своей природе функциональными "родственниками" постоянных ЗУ, оптические диски также разделяются на прессованные, с однократной записью (записываемые - Recordable или R) и перезаписываемые (Rewritable или RW, хотя есть и иные аббревиатуры). Прессованные компакт-диски изготавливаются на заводах, обычно большими тиражами, что обеспечивает низкую их себестоимость. Прессованные диски можно отличить по белому (алюминиевому) цвету рабочей поверхности. Записываемые диски имеют цвета зеленоватых или синих оттенков, что зависит от материала отражающего слоя и используемого в записывающем слое красителя.

Записывающий слой у RW дисков представляет собой композитный материал (например, смесь серебра, иридия, теллура и антимония), который может изменять свое фазовое состояние, переходя либо в кристаллическую фазу, либо в аморфное состояние. Причем переход в одно или другое состояние происходит при нагреве материала сфокусированным лазерным лучом и последующим охлаждением.

Нагрев до температуры порядка 200°C с последующим охлаждением переводит материал в аморфную фазу (стирание информации), а нагрев до температуры 500-700°C и последующее охлаждение переводят соответствующий участок записывающего слоя в кристаллическое состояние. Области кристаллизации при чтении обеспечивают лучшее отражение считывающего луча лазера, тогда как области, находящиеся в аморфном состоянии, в значительной степени поглощают этот луч.

Диэлектрические слои служат для отвода избытка тепла при записи, а сам лазер должен обеспечивать три режима:

- запись, в котором мощность луча лазера максимальна;

- стирание, с меньшей мощностью луча;

- чтение, с минимальной мощностью лазерного луча, не позволяющей изменить состояние записывающего слоя.

Компакт-диски в стандартном варианте допускают запись 650 - 700 Мбайт информации. DVD диски внешне похожи на CD диски и по размерам, и по материалу, из которого изготовлена их основа. Однако они имеют несколько иную организацию. Во-первых, размеры ямок и шаг витков спиральной дорожки DVD в два с лишним раза меньше, чем у CD (шаг витка 0,74 мкм вместо 1,6 мкм, а минимальная длина ямки 0,4 мкм вместо 0,84 мкм). Во-вторых, на DVD дисках информация может быть записана не в один, а в два слоя, да еще и на обе стороны диска, а не на одну, как у компакт-диска. Кроме того, в DVD дисках применяют иное кодирование. Все перечисленное позволяет записывать на стандартные DVD до 17 Гбайт данных.

DVD диски состоят из двух соединенных между собой половинок ("сторон") толщиной по 0,6 мм каждая. Если одна из половинок не используется для хранения информации, то такие диски называют односторонними, если же данные хранятся на обеих половинках, то это двусторонние диски. При этом если половинка имеет один слой для хранения (записи) информации, то такой диск называют однослойным, а если данные хранятся в двух слоях, то - двухслойным. В двухслойным диске один (верхний) из отражающих слоев полупрозрачный, поэтому оказывается возможным считывать данные как с этого слоя, так и с расположенного под ним обычного отражающего слоя посредством фокусировки считывающего луча лазера на нужном слое. Причем переключение между слоями оказывается даже быстрее по времени, чем позиционирование на другое место в одном и том же слое.

Записываемые и перезаписываемые DVD диски организованы аналогично CD дискам, используя в качестве записывающего слоя краситель и материал, изменяющий фазовое состояние соответственно. Эти диски могут быть односторонними и двусторонними, но в основном однослойными, хотя начинают появляться и двухслойные варианты.

Типовой привод оптических дисков состоит из платы электромеханической, оптической и электронной частей.

Электромеханическая часть, в общем аналогичная жестким дискам, имеет некоторые особенности. Она включает в себя двигатель, вращающий шпиндель, систему позиционирования оптической головки (головок при использовании двусторонних дисков) чтения (и записи в записывающих приводах) и систему загрузки дисков. В случае пропадания питания освободить оказавшийся в приводе диск можно, опустив раму с помощью шпильки или скрепки через маленькое отверстие, имеющееся на лицевой панели привода рядом с кнопкой загрузки/выгрузки диска.

Оптическая часть включает в себя лазерный светодиод, систему фокусировки, фотоприемник и усилитель.

Система фокусировки обеспечивает фокусирование лазерного луча на отражающем слое (в том числе, и в двухслойных DVD дисках) и состоит из пластмассовой линзы, подвижной в направлении, перпендикулярном плоскости диска. Для управления перемещением линзы используется катушка с током в поле постоянного магнита - прием, аналогичный используемому при радиальном позиционировании головок в жестких дисках. Эта система позволяет отслеживать поперечные биения оптического диска даже при относительно высоких скоростях его вращения.

Электронная часть представляет собой контроллер, обеспечивающий управление всеми процессами работы привода и интерфейс с шинами ЭВМ. Как правило, в ней также имеется цифро-аналоговый преобразователь, позволяющий воспроизводить звук, записанный на Audio CD.

7. Устройства вывода информации

7.1 Мониторы

Для непосредственного зрительного контроля за работай компьютера и получения результатов его работы предназначены мониторы.

Монитор (дисплей) - устройство визуализации текстовой или графической информации без ее долговременной фиксации. По типу отображаемой информации мониторы делят на алфавитно-цифровые (в настоящее время почти не используются) и графические. По принципу формирования изображения мониторы делятся на электронно-лучевые, жидкокристаллические, плазменные.

Электронно-лучевые мониторы

Исторически первыми являются мониторы на электронно-лучевых трубках (см. рис. 40). Электронно-лучевая трубка (ЭЛТ, в английском варианте CRT - Cathode Ray Tube) представляет собой электровакуумный прибор в виде стеклянной колбы, дно которой является экраном. В колбе, из которой удален воздух, расположены электроды: электронная пушка (катод с электронагревательным элементом), анод, вертикально и горизонтально отклоняющие пластины и сетка. Снаружи на ЭЛТ установлена фокусирующая система. Внутренняя поверхность экрана покрыта люминофором, который светится при попадании на него потока электронов. Катод, поверхность которого покрыта веществом, легко отдающим электроны при нагревании, является источником электронов. Возле него образуется “электронное облако”, которое под действием электрического поля анода (слой люминофора) движется в сторону экрана. По мере приближения к аноду электронный поток увеличивает скорость. Фокусирующая система магнитных линз сжимает поток электронов в тонкий пучок, который с помощью отклоняющих пластин направляется в нужную точку экрана. Сетка служит для регулирования плотности электронного потока. Она расположена гораздо ближе к катоду, чем анод. В зоне ее действия поток электронов имеет небольшую скорость, поэтому она оказывает на поток электронов влияние, сопоставимое с влиянием анода. Сетка может создать электрическое поле, которое тормозит электроны, уменьшает их скорость и плотность потока, движущегося в сторону экрана, и даже может полностью “запереть” трубку, не пропустить поток электронов в сторону экрана.

Рис 40. Схема электронно-лучевой трубки.

Мониторы в растровом дисплее луч может отклоняться только в строго определенные позиции на экране, образующие своеобразную мозаику. Эта мозаика составляет видеоизображение. Люминофорное покрытие на экране растровой ЭЛТ тоже не непрерывно, а представляет собой множество тесно расположенных мельчайших точек, куда может позиционироваться луч, образуя мозаику.

Цветность монитора на ЭЛТ зависит от люминофорного покрытия экрана. В монохромном мониторе на экране распыляется один люминофор, который и определяет цвет экрана. В цветном мониторе на экран последовательно напыляются три различных люминофора, каждый из которых светится под воздействием электронного пучка своим цветом. В цветных мониторах в качестве основных цветов применяются красный (Red), зеленый (Green) и синий (Blue), в связи с чем они получили название RGB-мониторы. Люминофоры наносятся в виде точек, образующих цветные триады на месте каждого пикселя. В цветных ЭЛТ используются три электронные пушки, каждая из которых может подсвечивать точку только одного цвета. Изменяя интенсивность каждого электронного пучка, можно регулировать яркость точек в цветных триадах. Но точки, из которых состоит пиксель, глазом по отдельности не воспринимаются, так как имеют очень малые размеры и расположены близко друг от друга. Глаз воспринимает их слитно как одну цветную точку, цвет которой зависит от яркости ее компонентов.

Недостатки ЭЛТ дисплеев:

большой размер трубки ЭЛТ дисплея

присутствие, вредного для организма, коротковолнового электромагнитного излучения

мерцания изображения (для уменьшения вредного воздействия частота развертки должна быть не меньше 85 Гц).

Достоинства:

дешевизна дисплея

изменение разрешение монитора не приводят к искажению изображения.

7.2 Жидкокристаллические мониторы

Жидкокристаллические мониторы (LCD - Liquid Crystal Display) используют вещество, которое находится в жидком состоянии, но при этом обладает некоторыми свойствами, присущими кристаллическим телам. Молекулы жидких кристаллов под воздействием электричества могут изменять свою ориентацию и вследствие этого изменять свойства светового луча проходящего сквозь них, в частности они могут поворачивать вектор электрического поля световой волны на некоторый угол в плоскости, перпендикулярной оси распространения пучка.

LCD мониторы бывают на пассивных и активных матрицах. В пассивных матрицах для адресации используются полоски полупрозрачных электродов, расположенные на обеих поверхностях стеклянных подложек и ориентированные перпендикулярно. Их пересечение формирует пиксель. Чтобы изменить его состояние, необходимо задействовать две адресные линии - вертикальную и горизонтальную. В активных матрицах, например TFT (Thin Film Transistors), на стеклянную подложку наносится слой аморфного кремния, на котором формируются транзисторы - по одному на каждый пиксель. Транзисторы создают электрическое поле, задающее пространственную ориентацию жидких кристаллов.

В основании располагается система подсветки - это мощные (ведь остальная часть "сандвича" поглощает до 50% проходящего света) флюоресцентные лампы в виде трубок и специальные материалы (plastic light guide), или световоды, способствующие более равномерному распределению освещения по плоскости экрана. Этого далеко не всегда удается достичь, и результатом могут стать темные полосы, неоднородность изображения.

Рис 41. Схема TFT LCD монитора.

Общий принцип действия всех TFT LCD показан на рисунке 41: свет от неоновой лампы проходит через систему отражателей, направляется через первый поляризационный фильтр и попадает в слой жидких кристаллов, контролируемый транзистором; затем свет проходит через цветовые фильтры (как и в ЭЛТ, каждый пиксель матрицы строится из трёх компонент цвета - красной, зелёной и синей). Свет, проходя через упорядоченную молекулярную структуру жидкого кристалла, меняет свою поляризацию, и в зависимости от неё будет либо полностью поглощён вторым поляризационным фильтром на выходе (образуя чёрный пиксель), либо не будет поглощаться или поглотится частично (образуя различные цветовые оттенки, вплоть до чистого белого).

Недостатки ЖК дисплеев:

искажение изображения при выводе с нестандартным для данного монитора разрешением (используется дублирование строк и столбцов матрицы изображения)

наличие «битых» пикселей

искажение передачи цвета, если смотреть на монитор под углом.

Достоинства:

малые размеры и энергопотребление.

отсутствие вредного коротковолнового излучения,

отсутствие мерцания экрана.

7.3 Плазменные мониторы

Работа плазменных мониторов очень похожа на работу неоновых ламп, которые сделаны в виде трубки, заполненной инертным газом низкого давления. Внутрь трубки помещена пара электродов, между которыми зажигается электрический разряд и возникает свечение.

Плазменные экраны создаются путем заполнения пространства между двумя стеклянными поверхностями инертным газом, например аргоном или неоном. Затем на стеклянную поверхность помещают маленькие прозрачные электроды, на которые подается высокочастотное напряжение. Под действием этого напряжения в прилегающей к электроду газовой области возникает электрический разряд. Плазма газового разряда излучает свет в ультрафиолетовом диапазоне, который вызывает свечение частиц люминофора, в диапазоне видимом человеком. Фактически, каждый пиксель на экране работает как обычная флуоресцентная лампа (иначе говоря, лампа дневного света). Высокая яркость и контрастность наряду с отсутствие дрожания являются большими преимуществами таких мониторов. Кроме того, угол по отношению к нормали, под которым увидеть нормальное изображение на плазменных мониторах существенно больше, чем 45° в случае с LCD мониторами. Главными недостатками такого типа мониторов является довольно высокая потребляемая мощность, возрастающая при увеличении диагонали монитора и низкая разрешающая способность, обусловленная большим размером элемента изображения. Кроме этого, свойства люминофорных элементов быстро ухудшаются, и экран становится менее ярким, поэтому срок службы плазменных мониторов ограничен 10000 часами (это около 5 лет при офисном использовании). Из-за этих ограничений, такие мониторы используются пока только для конференций, презентаций, информационных щитов, т.е. там, где требуются большие размеры экранов для отображения информации.

Однако есть все основания предполагать, что в скором времени существующие технологические ограничения будут преодолены, а при снижении стоимости, такой тип устройств может с успехом применяться в качестве мониторов для компьютеров.

7.4 Технические характеристики мониторов

Основными характеристиками мониторов являются:

Цветность - цветной монитор или монохромный.

Размер экрана - это расстояния экрана в дюймах от левого нижнего угла до верхнего правого. Для ЭЛТ мониторов это физический размер кинескопов, он немного меньше видимого размера экрана.

Разрешение - количество пикселей выводимых по горизонтали и вертикали. Для 17 дюймовых экранах стандартом является разрешение 1024х768.

Глубина цветопередачи - максимальное количество цветов выводимых на экран. При 32 битном это млрд.

Частота кадровой разверстки - число кадров формируемых в секунду, измеряется в Гц. Чем выше частота кадровой разверстки, тем ниже уровень нежелательного мерцания изображения. Ассоциация по стандартам в области видеоэлектроники (VESA) рекомендует частоту кадровой разверстки для ЭЛТ мониторов не ниже 85 Гц.

Принтеры

Принтеры - внешнее устройство ЭВМ, предназначенное для вывода информации на твердый носитель в символьном или графическом виде. По принципу печати, в настоящее время, различаются матричные, струйные и лазерные принтеры.

Матричные принтеры

Старейший из ныне применяемых типов принтеров, его механизм был изобретён в 1964 году компанией Seiko Epson. Матричные принтеры стали первыми устройствами, обеспечившими графический вывод твердой копии.

Изображение формируется печатной головкой, которая состоит из набора иголок, приводимых в действие электромагнитами (игольчатая матрица). Иголки ударяют по бумаге через красящую ленту, головка передвигается построчно вдоль листа. Этот тип принтеров называется SIDM - Serial Impact Dot Matrix, последовательные ударно-матричные принтеры. Выпускались принтеры с 9, 12, 14, 18 и 24 иголками. Основное распространение получили 9-ти и 24-х игольчатые принтеры. В дешевых моделях принтеров используются печатающие головки с 9 иглами. Качество печати в этих принтерах улучшается при печати информации не в один, а в два или четыре прохода печатающей головки вдоль печатаемой строки. Качество печати также зависит и от числа иголок, поскольку таким образом получается больше точек на дюйм, принтеры с 24-мя иголками называют LQ (Letter Quality, качество печатной машинки). Для перемещения красящей ленты используется передаточный механизм, использующий движение каретки. За перемещение каретки отвечает шаговой двигатель. Еще один шаговой двигатель отвечает за перемещение бумагоопорного валика. Скорость печати матричных принтеров невысока. Существуют также цветные матричные принтеры, в которых используется 4-цветная CMYK лента. Смена цвета производится смещением ленты вверх-вниз относительно головки. В зависимости от выбранного качества печати и модели принтера скорость печати составляет от 10 секунд до нескольких минут на страницу.

Цена матричного принтера сравнима с ценой струйных принтеров. Тем не менее, матричные принтеры продолжают пользоваться успехом и имеют следующие достоинства:

Низкая стоимость одного печатного листа - в несколько раз ниже, чем при других способах печати.

Матричные принтеры неприхотливы, надежны, просты в эксплуатации и обладают большим ресурсом.

Простая замена картриджа с красящей лентой.

Документы, распечатанные на матричных принтерах, автоматически получают дополнительную степень защиты от несанкционированной модификации. У принтеров с ударным принципом действия есть одно уникальное достоинство - в документ невозможно незаметно внести исправления, потому что каждая иголка печатающей головки как бы «вбивает» свою порцию краски в бумагу, слегка ее продавливая и заставляя краску глубоко проникать между волокнами бумаги. У большинства документов, сделанных на струйном принтере, можно аккуратно смыть часть текста, а буквы, полученные на лазерном принтере, довольно легко и почти бесследно удаляются соскабливанием. Из-за этого многие финансово-экономические документы печатаются исключительно на ударно-матричных принтерах.

Возможность печати многослойных документов до 4... 5 стр. под копирку и на бумаге с покрытием для самокопирования. Это используется, например, при печати авиабилетов, сертификатов, некоторых финансовых документов, число которых строго учитывается.

Небольшие эксплуатационные расходы и крайняя непритязательность к качеству бумаги.

Отдельные модели матричных принтеров позволяют распечатать документы формата A3

Основные недостатки матричных принтеров:

Низкая скорость печати.

Шум при работе.

Не высокое качество печатных копий.

Струйные принтеры

Первый работающий принтер по этой технологии появился в 1976 году - это был принтер от компании IBM.

Принцип их действия похож на матричные принтеры тем, что изображение на носителе формируется из точек. Вместо головки с иголками в струйных принтерах используется картридж с чернилами, на дне которого есть небольшие отверстия - сопла. Существует три метода выталкивания жидкости из него:

Пьезоэлектрическая - самая первая технология, над соплом расположен пьезокристалл с диафрагмой. Когда на пьезоэлемент подаётся электрический ток он изгибается и тянет за собой диафрагму - формируется капля, которая впоследствии выталкивается на бумагу. Используется в принтерах компании Epson. Технология позволяет менять размер капли, например, чтобы рисовать тонкие линии более мелкими каплями.

BubbleJet -- Разработчик - компания Canon. Принцип технологии был разработан в конце 70-х годов. В 1985-ом появилась первая коммерческая модель монохромного принтера - Canon BJ-80, а первый цветной принтер - появился в 1988 году. К каждому соплу идёт тонкий канал - дюза, в ней расположен микроскопический нагревательный элемент, который при прохождении электрического тока мгновенно нагревается до температуры около 500 °C, при нагревании в чернилах образуются газовые пузырьки (англ. bubbles - отсюда и название технологии), которые выталкивают капли жидкости из сопла на носитель.

Drop-on-demand - Разработана компанией Hewlett-Packard в конце 70-х. От разработки технологии, до её реализации также прошло немало времени и в 1985 году увидел свет первый принтер, созданный по этой технологии HP ThinkJet. Метод схож с пузырьковой технологией, однако используется более низкая температура нагрева и из сопла выходит не капля, а пар. Эта технология работает немного быстрее, чем BubbleJet и позволяет получить более чёткую печать.

Для цветной печати в струйных принтерах используется трехцветный картридж. Такой картридж содержит три краски - желтую, голубую и пурпурную, с помощью которых воспроизводятся все цвета печатного изображения, включая черный. При смешении этих трех цветных красок черный цвет получается не таким темным, как при использовании непосредственно черной краски. В большинстве устройств для цветной печати применяются два картриджа: черный и цветной. Это не только повышает качество оттисков, но и избавляет от необходимости менять картриджи при переходе к черно-белой печати.

Для дома и небольшого офиса лучше всего подходит струйная технология печати - она самая универсальная. Недорогие струйные принтеры качественно выводят текст и графику для рабочих документов, и могут печатать цветные фотографии. Печать у них по сравнению с матричными принтерами имеет ряд преимуществ: более быстрая, почти бесшумная, по качеству почти не уступает лазерному принтеру. По скорости работы струйные принтеры, разумеется, не в состоянии конкурировать с более быстродействующими лазерными, однако в последнее время были созданы модели с высокими скоростными характеристиками.

Струйные принтеры имеют ряд недостатков:

Чернила большинства "струйников" неводостойкие, и одна случайная капля или влажные руки могут испортить распечатанную страницу.

Струйный принтер не терпит значительных перерывов в работе: после длительных пауз (от двух недель до нескольких месяцев в зависимости от модели) сопла печатающей головки забиваются засохшей краской, и их приходится прочищать. Поэтому на "простаивающем" принтере рекомендуется раз в две недели распечатать одну, две страницы текста.

Высокие эксплутационные расходы, цена одной страницы текста стоит от 10 центов и выше.

Высокая требовательность к качеству бумаги. Для качественной печати необходимо использовать бумагу со специальным покрытием, препятствующим растеканию чернил.

Лазерные принтеры

В лазерных принтерах используется электрографический принцип создания изображений. Сердцем лазерного принтера является фотопроводящий цилиндр (organic photoconduction cartridge), который часто называют печатающим барабаном. С помощью барабана производится перенос изображения на бумагу. Он представляет собой металлический цилиндр, покрытый тонкой пленкой фотопроводящего полупроводника. Поверхности этого покрытия можно придать положительный или отрицательный заряд. Если какую либо часть барабана проэкспонировать, то покрытие приобретает проводимость и заряд стечет с освещенного участка, образовав незаряженную зону. Малогабаритный лазер генерирует тонкий световой луч, отражающийся от вращающегося зеркала (как правило, шестигранного) разряжает положительно заряженную поверхность барабана. Он создает на поверхности барабана скрытое изображения, в котором те участки, которые должны быть черными, имеют один заряд, а белые противоположный.

Дальше барабан проходит мимо валика, подающего из специального контейнера черный красящий порошок - тонер. Частички тонера, заряженные положительно, прилипают только к нейтральным участкам, отталкиваясь от положительно заряженных. Следующим этапом является перенос тонера (а, значит, и изображения) на бумагу. Бумага вытягивается из подающего лотка и с помощью системы валиков перемещается к печатающему барабану. Перед самым барабаном бумаге сообщается статистический заряд, а затем она прижимается к поверхности барабана. Заряды разной полярности, накопленные на поверхности бумаги и на поверхности барабана, вызывают перенос частиц тонера на бумагу и их надежное прилипание к последней. После переноса тонера бумага покидает поверхность барабана. Следующим звеном принтера является узел фиксации изображения. Тонер содержит вещество, способное легко плавится. Обычно это какой-нибудь полимер или смола. При нагревании до 200-220 градусов и повышении давления порошок расплавляется и соединяется с поверхностью бумаги (в некоторых принтерах для закрепления изображения используется давление). Для очистки барабана на него подается электрический заряд, барабан очищается и готов к печати следующего листа. В цветных лазерных принтерах барабан или лента делает до четырех оборотов - по одному для нанесения тонера каждого цвета (бирюзового, малинового, желтого и черного).

Некоторые принтеры, называемые лазерными, на самом деле таковыми не являются, а принадлежат к классу светодиодных (LED). Отличие заключается в способе освещения барабана. Изображение формируется не лучом лазера, а светодиодной матрицей, ширина которой определяется шириной листа, а число светодиодов соответствует разрешению принтера. Такие принтеры широко выпускает компания Oki.

Достоинства лазерных принтеров:

Возможна печать на этикетках, конвертах, прозрачных пленках.

Нетребовательность к качеству бумаги.

Большая скорость печати, до 60 стр. в минуту.

Низкая стоимость печати одного листа.

Недостатки:

Слабая механическая стойкость слоя краски.

Быстрый износ сменного картриджа при постоянном печатании на высокообразивной (шершавой) бумаге.

Высокая цена лазерных принтеров для цветной печати.

Технические характеристики принтеров

Цветность принтеров, предназначен он для черно-белой или цветной печати.

Скорость печати, определяется числом страниц в минуту. Нормальным считается скорость 8 стр/мин.

Разрешение - число точек выводимых по горизонтали и вертикали на дюйм. Приемлемым является 300х300 dpi.

Мультимедийные проекторы

Мультимедийные проекторы (МП) - автономный прибор обеспечивающий проецирование на большой экран информации поступающей от внешнего источника - компьютера, видеомагнитофона, видеокамеры и т. д.. С помощью МП можно провести презентацию с демонстрацией роликов, текстов, таблиц, графиков. Они широко используются на научных семинарах и в процессе обучения. Мультимедиа-проекторы универсальны: к ним можно подключить как компьютерные источники (персональный или портативный компьютер), так и источники видеосигнала (видеомагнитофоны, DVD-проигрыватели, видеокамеры).

Среди широко применяемых на сегодняшний день технологий проецирования цветного изображения на внешний экран можно выделить три основные, различающиеся в первую очередь типом элемента, используемого для формирования изображения:

МП на базе электронно-лучевых трубок (ЭЛТ),

МП на базе ЖК панелей,

микрозеркальные (DLP-Digital Light Processing) МП.

ЭЛТ-проекторы

Цветные ЭЛТ - проекторы строятся на базе трех электронно-лучевых трубках с размером экрана от 7 до 9 дюймов по диагонали. Каждая трубка воспроизводит один из базовых цветов RGB - красный, зеленый или синий. Выделенные из входного сигнала цветовые составляющие управляют работой модуляторов соответствующих трубок, меняя интенсивность электронного луча, который под воздействием магнитного поля отклоняющей системы сканирует внутреннюю поверхность экрана трубки с фосфорным покрытием. Таким образом на экране трубки формируется изображение одного цвета. С помощью линзы оно проецируется на внешний экран, где смешивается с проекциями от двух других трубок для получения полноцветной картинки.

Рис 42. Внешний вид ЭЛТ-проектора.

По качеству воспроизведения изображения (разрешение, четкость, точность цветопередачи), уровню акустического шума (менее 20 дБ) и длительности непрерывной работы (10 000 часов и более) ЭЛТ-проекторы не имеют себе равных. Ни одна другая технология пока не обеспечивает столь же глубокий уровень черного и столь же широкий динамический диапазон яркости изображения, благодаря которым CRT-проекторы позволяют различать детали даже при демонстрации затемненных сцен.

Обладая несомненными достоинствами, особенно при демонстрации видео, CRT-проекторы имеют и ряд существенных недостатков, ограничивающих сферу их применения. При значительных габаритах и массе в несколько десятков килограмм они проигрывают современным портативным мультимедиа-проекторам в яркости. При характерном для них световом потоке в пределах от 100 до 300 лм просмотр программ возможен лишь в отсутствие внешнего освещения. Для достижения наилучшего качества изображения при инсталляции ЭЛТ-проектора нужно выполнить множество тонких настроек (сведение лучей, баланс белого и т. д.), что требует привлечения квалифицированного персонала. http://www.polymedia.ru/view_s321_mid_r321_1069068539.htm - top

ЖК-проекторы

В мультимедийных проекторах, выполненных по технологии ЖК, функции формирователя изображения выполняет ЖК-матрица просветного типа. По принципу действия такие аппараты напоминают обычные диапроекторы с той разницей, что проецируемое на внешний экран изображение формируется при прохождении излучаемого лампой светового потока не через слайд, а через жидкокристаллическую панель, состоящую из множества электрически управляемых элементов - пикселей. В зависимости от величины приложенного к каждому такому элементу переменного напряжения меняется его прозрачность, а, следовательно, и уровень освещенности участка экрана, на который проецируется данный пиксель.

ЖК-технология позволила существенно удешевить проекционные аппараты, уменьшить их габариты и одновременно увеличить излучаемый ими световой поток (в наиболее мощных моделях он достигает 10000 лм). Она естественным образом адаптирована к воспроизведению видеосигналов от компьютерных источников, а также сохраненных в цифровом формате видеофайлов. ЖК-проекторы просты в обращении и настройке и сохраняют свои параметры после транспортировки. Именно поэтому они широко применяются в бизнес-сфере для проведения презентаций и демонстрации шоу-программ.

Вместе с тем, из-за ограниченности собственного оптического разрешения, определяемого числом пикселей в жидкокристаллической матрице формирователя изображения, ЖК-проекторы воспроизводят без искажения сигналы только одного, как правило, компьютерного стандарта. Для воспроизведения сигналов иных стандартов, в том числе телевизионных, применяются специальные алгоритмы преобразования графической информации к естественному, для данного проектора, цифровому формату. Наличие непрозрачных промежутков между отдельными пикселями в жидкокристаллических матрицах приводит к появлению на экране сетки, различимой с близкого расстояния.

DLP-проекторы

Лежащая в основе любого DLP-проектора технология цифровой обработки света базируется на разработках корпорации Texas Instruments, создавшей новый тип формирователя изображения - цифровое микрозеркальное устройство DMD (Digital Micromirror Device). DMD-формирователь представляет собой кремниевую пластину, на поверхности которой размещены сотни тысяч управляемых микрозеркал.

DMD-кристалл, по сути, представляет собой полупроводниковую микросхему статической оперативной памяти, каждая ячейка которой, а точнее ее содержимое, определяет положение одного из множества (от нескольких сотен тысяч до миллиона и более) размещенных на поверхности подложки микрозеркал с размерами 16х16 мк. Как и управляющая ячейка памяти, микрозеркало имеет два состояния, отличающиеся направлением поворота зеркальной плоскости вокруг оси, проходящей по диагонали зеркала. (В каждом состоянии угол между плоскостью зеркала и поверхностью микросхемы составляет 10°.) Таким образом, принципиальной особенностью любого DMD-кристалла является наличие в его структуре подвижных механических элементов. В DLP-проекторах DMD-кристалл выполняет функции формирователя изображения. В зависимости от положения микрозеркала отраженный им световой поток направляется либо в объектив (на экране формируется светлое пятно), либо в светопоглотитель (соответствующий участок экрана остается затемненным).



Рис. 43. Схема DLP-проектора.

Для воспроизведения полутонов применяется метод широтно-импульсной модуляции сигналов, управляющих переключением зеркал. Чем больше времени в течение усредняемого глазом интервала в 1/60 секунды микрозеркало проводит в состоянии «включено», тем ярче пиксель на экране.

В DLP-проекторе световой поток лампы пропускается через вращающийся фильтр с тремя секторами, окрашенными в цвета составляющих пространства RGB. В зависимости от угла поворота фильтра (а, следовательно, и цвета падающего светового потока) DMD-кристалл формирует на экране синюю, красную или зеленую картинки, которые последовательно сменяют одна другую за короткий интервал времени. Усредняя отражаемый экраном световой поток, человеческий глаз воспринимает изображение как полноцветное

Главное преимущество DLP-проектора по сравнению с формирователями иного типа заключается в высокой световой эффективности, обусловленной двумя факторами: более эффективным использованием рабочей поверхности формирователя (коэффициент использования - до 90%) и меньшим поглощением световой энергии работающими "на отражение" микрозеркалами, которые к тому же не требуют применения поляризаторов. В силу этих причин, а также относительно простого решения проблемы отвода тепла, DLP-технология позволяет создавать как мощные проекционные аппараты с большим световым потоком (в настоящее время достигнут уровень 18000 ANSI-лм), так и сверхминиатюрные проекторы (ультрапортативные, микропортативные) для мобильных пользователей. Именно в этих классах продуктов DLP-технология сегодня доминирует.

Технические характеристики мультимедийных проекторов

Световой поток - мощность световой энергии, измеряемая в люменах (лм). Одна из главных характеристик мультимедиа-проектора, чем он выше, тем больший размер изображения можно получить при данном качестве экрана и освещенности в помещении. Большинство современных массовых проекторов имеют СП от 1000 до 4000 ANSI лм, что вполне достаточно для офисных применений. Абсолютный рекорд СП на лето 2003 года - 20 000 ANSI лм.

Освещенность - плотность светового потока, измеряемая в люксах (лк). Освещенность в 1 лк имеет поверхность, на 1 кв. м которой падает и равномерно по ней распределяется световой поток в 1 лм.

Контрастность - это отношение освещенностей или яркостей самой светлой части и самой темной части изображения. Значение контрастности указывается как соотношение, например, 200:1. Это означает, что проектор с реальным световым потоком в 3000 лм на экране размером 2х1,5 м (площадь изображения 3 кв.м) создаст освещенность 3000/3 = 1000 лк на белом участке изображения и в К раз меньше на черном участке изображения 1000/К = 1000/200 = 5 лк. Все современные модели обладают хорошим уровнем контрастности, но следует избегать бликов на экране от посторонних источников.

Разрешение - количество элементов изображения по горизонтали и вертикали формируемого мультимедиа-проектором. Все современные мультимедиа-проекторы могут работать с сигналами различных разрешений, но лучше всего, если разрешение проектора будет в точности соответствовать разрешению компьютера, с которым Вы собираетесь его использовать.

8. Устройства ввода информации

Устройствами ввода являются те устройства, посредством которых можно ввести информацию в компьютер. В данном разделе мы рассмотрим следующие устройства: клавиатуру компьютера, манипулятор "мышь", сканер.

8.1 Клавиатура

Основным устройством ввода информации в компьютер является клавиатура, которая представляет собой совокупность механических датчиков, воспринимающих давление на клавиши и замыкающих тем или иным образом определенную электрическую цепь. В настоящее время распространены два типа клавиатур: с механическими или с мембранными переключателями. В первом случае датчик представляет собой традиционный механизм с контактами из специального сплава. Во втором случае переключатель состоит из двух мембран: верхней - активной, нижней - пассивной, разделенных третьей мембраной-прокладкой.



Рис. 44. Образцы различного конструктивного исполнения клавиатур
современных компьютеров

Как правило, внутри корпуса любой клавиатуры, кроме датчиков клавиш, расположены электронные схемы дешифрации и микроконтроллер. Обмен информации между клавиатурой и системной платой осуществляется по специальному последовательному интерфейсу 11-битовыми блоками. Основной принцип работы клавиатуры заключается в сканировании переключателей клавиш. Замыканию и размыканию любого из этих переключателей соответствует уникальный цифровой код - скан-код. Когда контроллер клавиатуры фиксирует нажатие или отпускание клавиши, он инициирует аппаратное прерывание IRQ1, которое заставляет процессор приостановить свою работу и переключиться на программу обработки прерывания клавиатуры. При этом клавиатура в своей собственной специальной памяти запоминает, какая клавиша была нажата (обычно в памяти клавиатуры может храниться до 20 кодов нажатых клавиш, если процессор не успевает ответить на прерывание). После передачи кода нажатой клавиши процессору эта информация из памяти клавиатуры исчезает.

Кроме нажатия клавиатура отмечает также и отпускание каждой клавиши, При отпускании клавиши клавиатура IBM PC AT предваряет скан-код кодом F016. Таким образом, компьютер "знает", держат клавишу или она уже отпущена. Это свойство используется при переходах на другой регистр, например при написании заглавных букв. Кроме того, если клавиша нажата дольше определенного времени, т.н. "порог повтора" - обычно около половины секунды, то клавиатура генерирует повторные коды нажатия этой клавиши.

Если в клавиатурах компьютеров типа IBM PC XT передача данных может осуществляться только в одном направлении, то в клавиатурах типа IBM PC AT подобная связь возможна уже в двух направлениях, т. е. клавиатура может принимать специальные команды (установки параметров задержки автоповтора и частоты автоповтора). Подключение клавиатуры к системной плате выполняется посредством порта PS/2.

В компьютерах типа IBM PC XT, использовалась раскладка состоящая из 83 клавиш. Первая широко используемая в персональных компьютерах раскладка клавиш состояла из 83 клавиш. Этот стандарт использовался в компьютерах расклад IBM PC XT. В последствии стала использоваться раскладка содержащая 101 или 102 клавиши, которая получила название усовершенствованной. В ней отдельно выделены клавиши для работы с текстом и отдельно для управления курсором. Добавлены две функциональные клавиши F11 и F12, некоторые клавиши для удобства продублированы.

В настоящее время, из-за широкого распространения OS Windows добавлены новые клавиши для работы в ней. Это такие клавиши как нажатие кнопки «Пуск» («Start»), вызов контекстного меню, клавиши управления питанием персонального компьютера (включение /выключение и перевод компьютера в "спящий" режим) и др.

8.2 Манипулятор «мышь»

Первую компьютерную мышь создал Дуглас Энджельбарт в 1963 году в Стэндфордском исследовательском центре. Распространение мыши получили благодаря росту популярности программных систем с графическим интерфейсом пользователя. Мышь делает удобным манипулирование такими широко распространенными в графических пакетах объектами, как окна, меню, кнопки, пиктограммы и т.д.

Перемещения мыши по поверхности преобразуются в перемещение курсора на дисплее (в простейшем случае) либо выполняет какое-либо запрограммированное действие. Функции клавиш, колёс и прочих дополнительных элементов управления задаются операционной системой или программой.

Первые широко применявшихся манипуляторов «мышь» имели оптико-механическую конструкцию (рис. 45). С поверхностью, по которой перемещают мышь, соприкасается тяжелый обрезиненный шарик сравнительно большого диаметра. При перемещении мыши этот шарик может вращать прижатые к нему два перпендикулярных ролика. Ось вращения одного из роликов вертикальна, а другого - горизонтальна. На оси роликов установлены датчики, представляющие собой диски с прорезями, по разные стороны которых располагаются оптопары "светодиод-фотодиод". Порядок, в котором освещаются фоточувствительные элементы одной оси, определяет направление перемещения мыши, а частота приходящих от них импульсов - скорость.

Рис. 45. Устройство оптико-механической мыши

Другой популярной конструкцией мыши является полностью оптическая конструкция. С помощью светодиода и системы линз, фокусирующих его свет, под мышью подсвечивается участок поверхности. Отраженный от этой поверхности свет, в свою очередь, собирается другой линзой и попадает на приемный сенсор микросхемы процессора обработки изображений. Этот чип делает снимки поверхности под мышью с высокой частотой и обрабатывает их. На основании анализа череды последовательных снимков, представляющих собой квадратную матрицу из пикселей разной яркости, интегрированный DSP-процессор высчитывает результирующие показатели, свидетельствующие о направлении перемещения мыши вдоль осей Х и Y, и передает результаты своей работы на периферийный интерфейс.

Первые мыши подключались к ПК через специальную плату-адаптер (т. н. мыши с шинным интерфейсом - bus mouse). Затем большое распространение получил способ подключения мыши через последовательный интерфейс RS-232C (COM-мыши). Мыши с последовательным интерфейсом для передачи данных чаще всего работают с разработанным Microsoft протоколом, в котором данные передаются со скоростью 1200 бит/с. В 1987 появились мыши подключаемые к порту PS/2. Одним из преимуществ новых портов по сравнению с com-портом было низкое напряжение питания - 5 В вместо 12 В, а также более частый опрос порта. Необходимо отметить также недостатки этого интерфейса. Наиболее существенным является более высокий риск вывода из строя порта при подключении или отключении мыши при работающем компьютере. Хотя последовательные порты мыши и клавиатуры в PS/2 имеют сходный электрический интерфейс и даже одинаковые разъемы, материнская плата не опознает мышь и клавиатуру, если их подключить не в "свой" порт, т.к. протоколы передачи данных отличаются, а, кроме того, линия данных в порту клавиатуры - двунаправленная. В спецификации Microsoft PC 97 предлагается единая цветовая маркировка этих портов: для клавиатуры - фиолетовая, для мыши - зеленая. Широкое распространение портов PS/2 произошло с внедрением в 1997 г. фирмой Intel стандарта ATX. А уже в 2002 году в спецификации Microsoft PC 2002 было предложено отказаться от этих портов в пользу универсального интерфейса USB.

По типу подключения к компьютеру мыши можно разделить на три категории.

Проводная - используется провод для подключения к одному из портов компьютера.

Оптическая - используется инфракрасная связь между мышкой и специальным приемным устройством, которое подключается к порту компьютера. Недостатком такой мыши является необходимость автономного питания и отсутствия препятствий между ней и приемным устройством.

Радио - используется вместо инфракрасного света радиосвязь.

Основной характеристикой мыши является разрешающая способность, которая измеряется в точках на дюйм (dpi). Эта характеристика показывает, какое минимальное перемещение мыши по плоскости фиксируется следящей системой. Некоторые модели имеют динамическое разрешение более 100 dpi. Это означает, что механика фиксирует перемещение мыши менее чем 1/40 миллиметра. На самом деле, динамическое разрешение - величина не постоянная для данной модели. Ее можно регулировать при перемещении указателя по экрану. Если разрешение порядка 400 dpi, то очень трудно установить курсор в нужное место. Он будет прыгать из стороны в сторону как бы по невидимым квадратикам.

8.3 Сканер

Сканеры - устройства для оцифровки и ввода в компьютер изображений с бумажных носителей. Это старейших вид компьютерной периферии. Еще в 1902 году, немецким физиком Артуром Корном была запатентована технология фотоэлектрического сканирования. Современные сканеры позволяют оцифровывать изображения даже объемных предметов и диапозитивов (слайдов).

Считывающее устройство сканера состоит из многоэлементной фотоприемной линейки, протяженного осветителя и объектива. Графическое изображение равномерно освещается и отраженный световой поток попадает на фотоприемную линейку, представляющую собой рецепторное поле. Каждый фотоприемник формирует на выходе электрический сигнал, пропорциональный принятому световому потоку от соответствующего элемента изображения. Выходы элементов линейки последовательно опрашиваются. Электрический сигнал с его выхода с помощью аналого-цифрового преобразователя преобразуется в двоичный код; который этот код совместно с номером передается в ЭВМ. Число фотоприемников в линейке составляет от 2000 и выше. Кроме стандартных решений с линейкой в последнее время стали применяться комбинированные датчики протяженного типа. Каждый элемент такого датчика представляет собой сочетание фотоприемника, осветителя и элементарного оптического преобразователя.

...