Добавить материал и получить бесплатное свидетельство о публикации в СМИ
Эл. №ФС77-60625 от 20.01.2015
Инфоурок / Информатика / Другие методич. материалы / Курс лекций по дисциплине "ТСИ"

Курс лекций по дисциплине "ТСИ"


До 7 декабря продлён приём заявок на
Международный конкурс "Мириады открытий"
(конкурс сразу по 24 предметам за один оргвзнос)

  • Информатика

Название документа Курс лекций по ТСИ (моё).doc

Поделитесь материалом с коллегами:


Прямоугольник6

Федеральное агентство по образованию

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ СРЕДНЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

Россошанский колледж мясной и молочной промышленности

(ФГОУ СПО «РКММП»)







Конспект лекций





ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА

ИНФОРМАТИЗАЦИИ



по специальности:

230103Автоматизированные системы обработки информации и управления (по отраслям)









hello_html_m74012180.png



Россошь 2011


Занятие 1 ВВЕДЕНИЕ


ДОСТУП К ПАМЯТИ

В системах ввода-вывода ЭВМ используются два основных способа организации передачи данных между памятью и периферийными устройствами:

  1. Программно-управляемая передача данных осуществляется при непосредственном участии и под управлением ЦП, который при этом выполняет спец.подпрограмму процедуры ввода-вывода. Данные между памятью и ВУ пересылаются через процессор. Операция ввода - вывода инициируется текущей командой программы или запросом прерывания от ВУ. При этом ЦП на все время выполнения операции ввода-вывода отвлекается от выполнения основной программы. Это сильно снижает скорость передачи данных (не выше 100 Кб/сек).

Для быстрого ввода-вывода блоков данных используется прямой доступ к памяти.

2. Прямым доступом к памяти (ПДП) - способ обмена данными, обеспечивающий независимую от процессора передачу данных между памятью и периферийным устройством.

Прямым доступом к памяти управляет контроллер ПДП, который выполняет следующие функции:

1) управление процессором или ВУ передачей данных между ОП и ВУ;

2) задание размера блока данных, который подлежит передаче;

3) формирование адресов ячеек ОП, участвующих в передаче;

4) подсчет числа переданных единиц данных (байт или слов) и определение момента завершения операции ввода-вывода.

Указанные функции реализуются контроллером ПДП с помощью одного или нескольких буферных регистров, регистра – счетчика текущего адреса данных и регистра-счетчика подлежащих передаче данных. Контроллер ПДП обычно имеет более высокий приоритет в занятии цикла обращения к памяти по сравнению с процессором. Управление памятью переходит к контроллеру ПДП, как только завершается цикл обращения к памяти для текущей команды процессора.

Прямой доступ к памяти обеспечивает высокую скорость обмена данными за счет того, что управление обменом производится не программными, а аппаратными средствами.


Эллипс1

ПЕРИФЕРИЙНЫЕ УСТРОЙСТВА ВТ




АвтоФигура2

3 Внешние запоминающие устройства

Накопители

  • на гибких дисках - привод флоппи FDD - дискеты 1,44 Мб

  • на жестких дисках Винчестер HDD - 500 Мб до Гб

  • привод CD-ROM - 650 Мбайт.

  • с многократной записью - CD-R ,CD-RW, DVD, на магнитной ленте, на базе флэш-памяти

АвтоФигура1

Раздел 1 Интерфейсы

  • Разъемы для подключения

внутренних устройств (PC/XT, ISA, MCA, EISA, VESA, PCI, PCMCIA, AGP, CNR/AMR)


2 Порты ввода - вывода

  • Разъемы для подключения

внешних устройств (параллельный и последовательный порты, PS/2 ,USB, IEEE-1284,1394, IDE, SCSI)











АвтоФигура7

Раздел 4 Видеосистема

  • Мониторы с электронно-лучевой трубкой (ЭЛТ)

  • Жидкокристаллические мониторы

  • Видеоадаптеры

АвтоФигура4

5 Устройство ввода

  • Клавиатура

  • Мыши, Трекбол

  • Сканером

  • Джойстики

  • Дигитайзер


АвтоФигура5

6 Устройство вывода

  • Принтеры

  • Плоттеры

  • Копировальные аппараты








АвтоФигура6АвтоФигура3

7 Мультимедиа

  • Аудиотехника (звуковые карты, микрофон)

  • Видеотехника (плата оцифровки видео изображений, цифровые камеры)

8 Устройства

дистанционной передачи данных

  • Модем

  • Факс-модем

  • Сетевая карта




ОбъектTextArt7hello_html_4a121291.gif


Занятие 2 - Принципы организации систем ввода-вывода

Тема: Принципы организации систем ввода-вывода

Цель Занятиеа: дать студентам представление о принципах организации в ЭВМ

Вид занятия: лекция.



Тема 1.1 Принципы организации систем ввода-вывода.

Передача информации с периферийного устройства в ядро ЭВМ называется операцией ввода, а передача из ядра ЭВМ в периферийное устройство - операцией вывода. Связь устройств ЭВМ друг с другом осуществляется с помощью средств сопряжения - интерфейсов.

Интерфейс представляет собой совокупность линий и шин, сигналов, электронных схем и алгоритмов, предназначенную для осуществления обмена информацией между устройствами. От характеристик интерфейсов во многом зависят производительность и надежность вычислительной машины. Передача информации с периферийного устройства в ЭВМ называется операцией ввода, а передача из ЭВМ в периферийное устройство - операцией вывода.

Материнская плата - её характеристикой является ее форм-фактор, определяющий ее размеры, расположение разъемов расширения и процессора, точек крепления платы, а также тип разъема питания платы и питающие напряжения. Форм-фактор платы определяет и используемый тип корпуса и блока питания типа desktop или tower в которых используются форм-факторы плат - AT и ATX.

AT — форм-фактор плат на основе процессоров от 286 до 486, Pentium и Pentium Pro. Для не выпускаются. Распространенный baby AT имеет размеры 305x244 мм. Для питания AT-платы требуются напряжения ±12В и ±5В.

ATX (рисунок3) размер 305×244 - Конструкция ATX позволила усовершенствовать:

  • Все необходимые разъемы для подключения периферийных устройств расположены на задней панели платы.

  • Разъемы для подключения накопителей расположены вблизи, что позволяет применять короткие шлейфы, что повышает надежность передачи данных.

  • Процессор и модули памяти сдвинуты в сторону вентилятора блока питания, что улучшает охлаждение и имеется свободное пространства для установки дополнительного кулера.

  • Вентилятор блока питания направляет поток воздуха внутрь корпуса. Обратный поток приводит к повышению давления в корпусе, что препятствует проникновению грязи и пыли

  • Используется новый одноключевой (невозможно установить неправильно) 20-контактный разъем питания, через который подаются напряжения ±12В, ±5В и +3,3В, а также сигналы soft power, позволяющие программно производить включение и выключение питания компьютера.

Низкопрофильные( уменьшиные в размерах ) форм-факторы для недорогих ПК

NLX имеется выносная дополнительная плата с разъёмами, можно снять крышку корпуса ПК и извлечь плату, не отключив ни одного кабеля из разъем, что позволяет быстро заменить системную плату;

Мicro-ATX - уменьшенная плата 244 мм вместо 305 мм или 284 мм, предназначенный для небольших и недорогих систем, её конструкция привела к уменьшению размеров корпуса и блока питания со сниженным потреблением, может использовать в корпусе ATX.

Flex-ATX , еще меньшего размера, чем micro-ATX 229×191 мм , по сравнению с 305×244 мм;

ATX Riser (1999 г) в стандартный 22-контактный разъем PCI можно установить вертикальную плату на которой имеется два или три разъема. Дополнительная плата предназначена только для плат PCI (отсутствует поддержка AGP или ISA).

В современную системную плату встроены такие компоненты:

  1. Слот для процессора, бывают типа Socket "гнездовыми" или Slot плата. Каждый тип Socket или Slot имеет свой номер, по номеру можно точно определить, какие типы процессоров могут быть установлены в данный разъём. В этот слот помещается процессор.

- Процессор – реализующее все основные операции по обработке информации и выполненное в виде большой интегральной микросхемы (СБИС). Состоит из:

  • А Л У - обеспечивает выполнение основных операций по обработке информации.

  • У У - управляет процессом обработки и обеспечивает связь с внешнимиустройствами.

  • РЕГИСТРЫ -внутренние носители информации МП (внутренняя память) Регистров - три. Один хранит команды или инструкции, два других - данные

Тактовая частота - указывает, сколько операций (тактов) МП выполняет в 1-у секунду. Напр. МП 100 МГц ”тикает”100 миллионов раз в секунду! С каждым тактом МП выполняет 1 или 2 команды.

Основными параметрами являются: набор выполняемых команд, разрядность, тактовая частота. Тактовая частота служит относительным показателем производительности процессора.

- Кэш память англ. «сасhе» - убежище, тайник, это означает, что кэш является промежуточным буферным запоминающим устройством Ее использование позволяет избегать циклов ожидания в работе МП что, снижает производительность всей системы.

  1. Чипсет - набор микросхем, управляющий процессором, памятью, кэш-памятью, системными шинами и интерфейсами передачи данных, и рядом периферийных устройств. Состоит из северного моста, который отвечает за процессор и память и южного - за слоты расширения.

  2. BIOS (базовая система ввода - вывода ) энергонезависимое микросхема постоянное запоминающее устройство, в которой записаны программы, реализующие функции ввода   вывода, и программа начального тестирования устройств ПК после включения питания. В своей работе BIOS опирается на сведения об аппаратной конфигурации ПК, которая хранит микросхема CMOS RAM - энергозависимая память, постоянно подпутывающаяся от батарейки.

  3. Батарейка, она же питает схему кварцевых часов, непрерывно отсчитывающих число и текущую дату.

  4. Гнезда модулей памяти для оперативной памяти, бывают SIMM - однорядный модуль памяти, DIMM - двухрядный, это уже устарели и DDR с удвоенной, утроенноё и т.д. частотой. Оперативная память (ОЗУ, RAM)- совокупность электронных ячеек, каждая из которых хранит комбинацию из 0 и1. ОП, она предназначена для хранения переменной информации;

  5. Слоты расширения (интерфейсы для подключения внутренних устройств) ISA/PCI/AGP.


  1. Современные разъем AMR (Audio Modem Riser) – для звуковой карты;

и CNR (Communications and Networking Riser) - для модем и сетевой карты.

  1. Слоты (интерфейсы) для подключения накопителей, бывают IDE и SCSI.

  2. Преобразователь напряжения для ЦП состоит из: конденсатор (ёмкость), катушки индуктивности (дроссель) стабилизаторы напряжения (например процессор работает на 3,3 В, а ЦП на 2,4 В);

  3. Разъёмы лицевой панели

  4. Порты для подключения периферийных периферийных устройств: COМ, LPT, USB, PS/2.



hello_html_638ca4e7.jpg

А и В - клавиатура или мышь PS/2,

С и D - порт USB 0 и 1

Е и G - последовательный порт 9 контактный

F - параллельный порт 25 контактный

Н - порт MIDI или игровой (необязательный),

I и J — линейный выход, вход

К — микрофон (необязательный)

Рисунок 3 - Задняя панель форм-фактора АТХ



Рисунок 5 - Область разъемов системной платы NLX

hello_html_m311a8a88.jpg

Рисунок 6 - Компоненты системной платы


Занятие 3 Разъемы для подключения внутренних устройств

Разъемы (интерфейсы) для подключения внутренних устройств

PC/XT была предназначена для одновременной передачи 8 бит информации и 20 разрядов адреса (А0-А19). Для работы с внешними устройствами в этой шине были предусмотрены также 8 линий аппаратных прерываний и 4 линии для каналов DMA. Пропускная способность достигала 1,2 Мбайта/с.

Шина ISA - отличалась наличием дополнительного 36-контактного разъема для соответствующих плат расширения. Пропускной способности порядка 5 Мбайт/с .

MCA (Micro Channel Architecture), представленная в компьютерах серии PS/2, была разработана IBM в 1987 году. Шина поддерживала 8/16/32-разрядную передачу данных, имела 24 или 32 адресных линии, позволяющих адресовать до 4 Гбайт памяти, поддерживала автоматическое конфигурирование устройств Пропускная способность шины MCA составляла от 20 до 160 Мбайт/с.

EISA (Extended Industry Standard Architecture) 1988 года как 32-разрядное расширение шины ISA добавления новых линий между контактами шины ISA в глубине разъема. В впервые появилась автонастройка плат расширения — прообраз Plug-n-play.

Vhello_html_1493791a.jpgESA и VLB (Video Electronics Standards Association локальная шина было первым шагом к формированию архитектуры ПК с несколькими шинами, имеющими разную пропускную способность, ассоциация), представляющая более 100 компаний, предложила свою спецификацию локальной шины (VESA Local Bus).

Шина VL-bus позволяет таким периферийным устройствам, как видеоадаптеры и контроллеры накопителей, работать с тактовой частотой до 66 МГц. Она представляет собой двунаправленную 32-разрядную шину данных с теоретической пропускной способностью 160 Мбайт/с (при частоте шины 50 МГц) и 107 Мбайт/с при частоте 33 МГц. В качестве устройств, подключаемых к VL-bus, выступают контроллеры накопителей, видеоадаптеры и сетевые платы. Конструктивно VL-bus представляет собой короткий разъем типа MCA (112 контактов), установленный позади разъемов расширения ISA или EISA. При этом 32 линии используются для передачи данных и 30 — для передачи адреса. Эпоха VL-bus закончилась с уходом со сцены 486-х процессоров. Дело в том, что VL-bus жестко привязана к шине процессора 80486, которая отличается от шин Pentium и Pentium Pro (Pentium II), для которых, в принципе, можно построить шину VL-bus с использованием микросхемы моста (и такие платы для первых моделей Pentium реально существовали), однако эффективность работы таких плат была очень низкой.

Рhello_html_m3c9e2a42.jpgазъемы-«слоты» стандарта PCI – стандарт шины (устройства для передачи данных между устройствами компьютера). 1992 года как процессорно-независимая шина разработчики PCI отказались от использования шины процессора и ввели еще одну «мезанинную» шину. Благодаря этому шина может работать параллельно с шиной процессора (например, процессор работает оперативной памятью, а в это время по шине PCI идет обмен данными с видеоадаптером или жестким диском). Шина PCI является синхронной 32- или 64-разрядной шиной, работающей на частоте 33 или 66 МГц. В современных ПК пока используется 32-разрядная 33 МГц шина PC хотя есть и исключения: наборы микросхем для ПК Micron Samurai и Intel 450NX AGPSet поддерживают 64-разрядную шину. Сегодня является основным стандартом слотов для подключения дополнительных плат (звуковая карта, встроенный модем и т.д.). На материнской плате слотов PCI, как правило, четыре (изредка – меньше). Разъемы PCI – обычно самые короткие на плате, белого цвета, разделенные своеобразной «перемычкой» на две неравные части. Скорость передачи данных по шине PCI – около 500 Мб/с. Все интерфейсы передачи данных (EIDE, SCSI, USB, FireWire и др.) подключены к соответствующим контроллерам на шине PCI.

В будущем планируется повсеместное внедрение 64-бит/66 МГц реализации шины PCI, а также разработка 64-бит/133 МГц шины PCI.

PCMCIA - С появлением портативных компьютеров остро встал вопрос о создании универсального и компактного интерфейса для подключения периферийных устройств. В качестве такого интерфейса стандартом де-факто стал интерфейс PCMCIA В результате для PCMCIA сегодня принято использовать более благозвучный термин PC Card. Устройства PC Card размером с обычную кредитную карточку являются альтернативой обычным платам расширения, подключаемым к шине ISA. В этом стандарте выпускаются модули памяти, модемы и факс-модемы, SCSI-адаптеры, сетевые карты, звуковые карты, винчестеры, интерфейсы CD-ROM и т. д. Стандарт PC Card для связи между картой и соответствующим устройством (адаптером или портом) компьютера определяет 68-контактный механический соединитель. На нем выделены 16 разрядов под данные и 26 разрядов под адрес, что позволяет непосредственно адресовать 64 Мбайта памяти. На стороне модуля PC Card расположен соединитель-розетка, а на стороне компьютера — соединитель-вилка.

Рhello_html_mbdef2a.jpgазъемы Advanced Graphic Port (AGP) -ускоренный графический порт AGP. Освоив пропускную способность шины PCI, разработчики графических адаптеров столкнулись с проблемой ее недостаточного быстродействия для ряда задач, возникающих при обработке трехмерной графики. необходим прежде всего для ускорителя трехмерной графики (3D-ускорителя), для которого требуется видеопамять большого объема для Z-буфера и хранения текстур. Объем этой памяти напрямую определяет качество 3D-изображения и поддерживаемые разрешения. Эта память может быть размещена или на плате 3D-ускорителя, или в основной оперативной памяти компьютера. Специальный, более быстрый с точки зрения пропускной способности (до 500 Мб/с в режиме AGP2x и до 1 Гб/с в режиме AGP4x) слот, предназначенный для установки видеокарт формата AGP. Ускоренный графический порт AGP занимает отдельный разъем, отличающийся от PCI, который работает на частоте 66 МГц. Предусмотрены два режима передачи данных — 1x (66 МГц, 266 Мбайт/с) и 2х (133 МГц, 532 Мбайт/с за счет передачи данных по фронту и срезу тактовых импульсов). Прорабатывается спецификация AGP 4х. В настоящее время большинство 3D-ускорителей выполняется в конструктиве AGP, однако для полного задействования возможностей этой шины и плата ускорителя, и используемое программное обеспечение должны поддерживать режим доступа к памяти DIME (Direct Memory Execute)

Разъем-слот CNR/AMR (Audio Modem Riser Card) – одна из самых интересных разработок Intel за последние несколько лет, дебютировавшая в начале 1999 года. Слот AMR (самый короткий на плате, темного цвета) предназначен для установки в компьютер встроенного модема или звуковой карты. Принцип – преобразовывает компьютерный, цифровой сигнал в слышимый человеческим ухом акустический, а при необходимости – и обратно.

Слот АМR имеется на материнских платах, созданных на основе новых чипсетов Intel. На материнских же платах других производителей имеется другой разъем аналогичного назначения под названием CNR. Слоты для установки оперативной памяти – от слотов для установки плат эти разъемы (как правило, белого цвета) легко отличить хотя бы по наличию специальных замочков - «защелок». Слотов для установки оперативной памяти на любой плате может быть от двух до четырех, что позволяет установить от 512 Мб до 1,5 Гб оперативной памяти.


Занятие 4

Лабораторная работа № 1 Комплектование системного блока



Занятие 5

Лабораторная работа № 2 Аппаратное тестирование ПК

Тема 1.2 Разъемы для подключения периферийных устройств


Занятие 6 – Последовательная передача файлов


Есть два способа подключения периферийного устройств к компьютеру.

Один требует установки платы контроллера устройства в слот расширения на материнской плате, другой проще – используется коммуникационный порт.

Разъемы, с помощью которых к системному блоку подключаются периферийные устройства (принтер, «мышь» и т.д.), называют «портами». Порты общего назначения бывают двух видов:

  • один параллельный (обозначаемые LPT1 – LPT4) – обычно 25 контактов; (принтер)

  • два последовательный (обозначаемые COM1 – COM3) – обычно 9 контактов, но бывают 25 (мышь);

  • игровой порт - к его разъему подключается джойстик (имеющему 15 гнезд).

  • USB – универсальная последовательная шина

Последовательный порт

Пhello_html_m996bc12.pngоследовательный порт (асинхронный) - что при передаче данных не используют синхронизирующих сигналов и отдельные символы передаются с произвольными интервалами (как при вводе с клавиатуры). Был разработан в качестве устройства обеспечивающее обмен данными между компьютером и внешними устройствами с помощью минимального количества проводов. Название последовательный порт получил, потому что при передаче каждый байт информации преобразуется в последовательность битов.

(анимация )


Кhello_html_419d9a21.pngаждому символу предшествует стартовый бит (нулевой) - сообщает устройству что следующие 8-мь битов представляют байт данных, а завершает стоповый сигнализирующий об окончании передачи данных. Помимо этих преобразований, требуется большое количество операций (проверки состояния линий, готовности устройства). Для выполнения этих действий используется специальный контроллер, реализующий различные протоколы обмена данными.


Рисунок 1 – Разъём последовательного порта

Обмен данными через последовательный порт осуществляется с помощью стандартного интерфейса – RS-233C , для взаимодействия по интерфейсу используется 25-контактный разъем COM 1, для мыши 9-контакный COM 2. Последовательный порт передает данные медленнее, чем параллельный (около 112 Кб/с).

Поступление в последовательный порт каждого очередного байта должно обязательно «привлекать» внимание ПК. Осуществляется это подачей сигнала на линию запросов прерывания (IRQ). В 8-разрядной шине ISA предусмотрено таких линий 8, в 16-16. В стандартной конфигурации для порта COM 1 предназначена линия IRQ 4, дл


Вопросы для самоконтроля:

  1. Как работает последовательная передача данных?

  2. Нарисуйте и опишите работу схемы контроллера?


Занятие 7 – Принцип действия параллельного порта



hello_html_467f23bc.png

(анимация )

В параллельном порту для одновременной передачи данных используется 8-мь линий – этот интерфейс является высокоскоростным. Недостаток в том что провода не могут быть слишком длинные, а промежуточные дают помехи. Обмен данными производится в соответствии со стандартом 8-битным интерфейсом CENTRONICS , он использует сигнал ТП. Для подключения устройства к контроллеру используется стандартный разъем с 25 отверстиями.

Стандарт IEEE 1284

В 94 году был утверждён стандарт в котором определены характеристики II портов (режимы передачи данных и т.д.) и описан характер изменения периферийных сигналов поступающих в многорежимный II порт.

  • Стандартный (однонаправленный) - передача данных на принтер, обратно отсутствует.

  • Двунаправленный (расширенный)

  • Усовершенствованный EPP (быстродействующий) 91 г. – работает на всех скоростях до 2Мбайт/с и увеличивает пропускную способность в 10 раз (применяется для сетевых адаптеров, накопителей).

Порт с расширенными возможностями ECP 92г. – для подключения устройств к PC-совместимым компьютерам, поддержка «недорогого» подключения высокоскоростных принтеров


hello_html_2bfef992.png

Рисунок 3- Стандарт IEEE 1284

Занятие 8 – Современные интерфейсы


  • PS/2(Programming System 2) 87 г. – двухсторонний обмен (скорость 150 Кбайт/с). В свое время мышь и клавиатура (схожие как по своему назначению (устройства управления), так и по низким требованиям к скорости передачи данных) подключались к разным разъемам. Мышь – СОМ-разъем, а клавиатура имела свой собственный. Со временем было решено создать для них общее гнездо. Так и появился разъем PS/2, появившийся на массовых материнских платах 1998 году. Каждый из двух разъемов PS/2 на вашем компьютере предназначен только для своего устройства – мыши и клавиатуры. Поэтому под обоими разъемами на задней стенке компьютера имеются подписи – соответственно, Mouse и Keyboard.


Последовательный порт и интерфейс USB (Universal Serial Bus).

В 2000 г призван положить конец разнобою портов и устройств на ПК: подключаться только через USB!

Интерфейс USB - универсальная последовательная шина – возможность подключения 127 кол-ва устройств используя топологию звезды, при подключения уст-во к USB не нужно устанавливать платы в разъём, конфигурировать системы, а также экономно использовать ISQ (запросы прерываний), требуется только однопрерывание, при подключении устройства к ПК настройка происходит автоматически, без пререгрузки.

Эhello_html_m3906083.pngтот интерфейс работает со скоростью 1,5 Мбайт /с и основан на простом 4-проводном подключении. Для подключения одновременно к ПК несколько уст-в используется концентратор. Единственное правило, которое следует соблюдать при работе с USB – первыми в цепочке должны быть самыми производительные устройства: принтер, сканер, колонки, накопитель. А в самом конце – медленные клавиатура и мышь.

Рисунок 4 - Разъём USB


Еще одно важное качество USB – этот интерфейс позволяет подключать к компьютеру любые устройства без перезагрузки системы, «горячим» способом. Скорость первой модификации USB (а именно к этому стандарту, USB 1.0, относятся все устройства, выпущенные до конца 2000 года) составляет около 12 Мб/с (на деле ряд подключенных к USB устройств работает с куда меньшей скоростью – до 1,5 Мб/с). Новая специфика шины USB 2.0, принятая в апреле 2001 года, планирует увеличить скорость передачи данных до 60 Мб/с, однако новые устройства, поддерживающие такую скорость обмена, вышли на рынок только в середине 2002 года. USB 2.0 совместима с устройствами USB старого формата, хотя работать они будут с прежней скоростью.

Предшественника USB 1.1 отличается значительно увеличенной полосой пропускания (480 Мбит/с против старых 12 Мбит/с).

Порт и интерфейс FireWire (IEEE 1394)

Кhello_html_m530cc6dc.pngак ни была бы быстра и удобна шина USB, а все же существовали устройства, которым обеспечиваемой этим стандартом скорости было маловато. Например, чтобы передать на компьютер видеоизображение с цифровой видеокамеры (три года назад эти устройства как раз начали входить в моду), требовалась пропускная способность в десятки раз выше. Именно под видеокамеры и был создан FireWire , обеспечивающий передачу данных со скоростью до 50 Мб/с. Массовым все же не стал. Для большинства периферийных устройств пропускная способность FireWire была явно чрезмерной, а цифровыми видеокамерами обзавелись не более нескольких процентов пользователей. Однако к 1999 потребность в высокоскоростном интерфейсе у целого класса устройств – мобильных накопителей, цифровых фотокамер, устройств для ввода в компьютер графики и звука. В итоге популярность FireWire резко .возросла. Сегодня контроллеры FireWire устанавливаются в системную плату дополнительно, в виде отдельной платы для разъема PCI.

Однако во многие новых моделей уже встроена микросхема и разъем порта IEEE 1394.


Рисунок 5 - Кабель разъема IEEE 1394

Интерфейс IEEE-1394 (FireWire) 95г. – высокоскоростная локальная последовательная шина, передает данные со скоростью 12,5, 25и 50 Мбайт/с (100,200,400 Мбит/с)при работе с некоторыми типами файлов до 1 Гбит/с, является частью нового стандарта SCSI, использует простой 6-ти проводный кабель, состоящий из двух различных пар линий предназначенных для передачи тактовых импульсов и информации., а также двух линий питания. Подключения разветвляющая топология и использования 63 узлов в цепочки и подключение к каждому узлу до 16 уст-в, если этого не достаточно то можно использовать перемычки (64 000 узлов)


Тема 2.4 Разъемы (интерфейсы) для подключения накопителей


Занятие 9 - Интерфейсы для подключения накопителей


Разъемы для подключения жестких дисков (контроллеры E-IDE). Контроллеры IDE предназначены для подключения к материнской плате внутренних устройств хранения и чтения информации – жестких дисков, дисководов, CD-ROM и т.д. на любой материнской плате, выпущенной после 1996 года, вы найдете два контроллераIDE, к каждому из которых можно подключить до двух устройств:

        Primary Master (Первое Ведущее)         Primary Slave (Первое Подчиненное)

        Secondary Master (Второе Ведущее)         Secondary Slave (Второе Подчиненное)

Довольно часто фирмы производители поставляют привод CD-ROM винчестеры и т.д. с обязательной картой контроллера, на которой реализован так называемый (собственный) proprietary-интерфейс. Обычно это интерфейс IDE или SCSI, SCSI-2.

Интерфейс IDE - реализация функции контроллера в самом накопителе, поэтому подключение этих приводов к ПК выполняется через простенькую плату адаптера. Данный интерфейс поддерживает, программный ввод-вывод.

hello_html_3933936c.png

IDE типы (в порядке появления):

  • обычный IDE или ATA (Advanced Technology Attachment- устройство со встроенным контроллером)

  • EIDE (Enhanced IDE - расширенный IDE) или ATA-2

  • ATAPI (ATA Packet Interface), применяется для устройств типа СDROM, стримеров и т.п.

  • Ultra ATA (ATA-33, ATA-66, ATA-100)

Рисунок 6 - Разъём АТА

Существует несколько способов подключения IDE жесткого диска к компьютеру.

1. Первый самый популярный - посредством 34-контактный для FDD, или 40 для HDD и 80 жильного кабеля (тип интерфейса AT-BUS). Длина кабеля не должна быть больше 43 см. В противном случае стабильная работа устройства не гарантируется, и часть данных может быть потеряна. Сейчас на полках компьютерных магазинах находятся диски Ultra DMA-66 и Ultra DMA-100, чуть реже можно встретить Ultra DMA-33. Две последние цифры показывают скорость передачи данных в мегабайтах в секунду (например, 33 Мбайт/с). Для реализации Ultra DMA-66 и Ultra DMA-100 нужен именно 80 жильный кабель. В случае если вы будете использовать с такими дисками 40-жильный кабель, то скорость работы по шине составит только 33 Мбайт/с. В чем различие между Ultra DMA-33,Ultra DMA-66 и Ultra DMA-100? Указанные в конце цифры говорят о максимальной скорости передачи данных по шине (Мб/с) от контроллера диска к материнской плате.

2. Второй тип подключения называется PC Card ATA. Реализуется с помощью с помощью PC Card (PCMCIA), имеет 16-битный интерфейс. Этот тип используется в основном в переносных компьютерах (ноутбуках).











Интерфейс SCSI не дисковый, а системный – шина взаимодействует не с самим устройством, а с встроенным в нё контроллером. Этот интерфейс предназначен не только для использования жестких дисков. Контроллер, который вставляется в отдельный слот материнской платы, может поддерживать до 15 различных устройств (сканеры, CD-ROM, жесткие диски и прочее). Длина кабеля может быть до 15 метров. Это придает системе определенную гибкость, однако, для домашнего пользователя это не является важным критерием при выборе. Типы:

  • SCSI-1: шина данных 8-pазpядная, максимальная скорость передачи - до 5 Мбайт/с, разъем 25 - или 50 контактный;

  • SCSI-2 или Fast SCSI (Быстрый SCSI): шина данных 8-pазpядная, максимальная скорость передачи - до 10 Мбайт/с, разъем 50 контактный; разъем выглядит так:

  • Wide SCSI (Широкий SCSI): 16-pазpядная шина данных, максимальная скорость передачи - до 20 Мбайт/с, разъем 68- или 80 контактный (Single Connector), объединяющий питание и сигнальные цепи

  • Ultra SCSI / Ultra Wide SCSI или SCSI-3: шина данных 8/16-pазpядная, максимальная скорость передачи - до 20/40 Мбайт/с, разъем 50-, 68- или 80 контактный (Single Connector), объединяющий питание и сигнальные цепи;

  • Ultra2 SCSI: шина данных 16-pазpядная, максимальная скорость передачи - до 80 Мбайт/с, разъем 68- или 80 контактный (Single Connector), объединяющий питание и сигнальные цепи;

hello_html_m1fed9d70.jpghello_html_4e6a2b7.jpg

Рисунок 8 - Интерфейсы SCSI первый 50 контактов, второй 80 контактный

Этот интерфейс предназначен не только для использования жестких дисков. Контроллер, который вставляется в отдельный слот материнской платы, может поддерживать до 15 различных устройств (сканеры, CD-ROM, жесткие диски и прочее). Длина кабеля может быть до 15 метров. Это придает системе определенную гибкость, однако, для домашнего пользователя это не является важным критерием при выборе.

Внутренние

hello_html_41ac0b96.png
Low-Density 50-pin

подключение внутренних narrow устройств - HDD, CD-ROM, CD-R, MO, ZIP. (как IDE, только на 50 контактов)

hello_html_7b1b113b.png
High-Density 68-pin

подключение внутренних wide устройств, в основном HDD

Внешние

hello_html_m28535c04.png
DB-25

подключение внешних медленных устройств, в основном сканеров, IOmega Zip Plus. наиболее распространен на Mac. (как у модема)

hello_html_b4734fb.png
Low-Density 50-pin

или Centronics 50-pin. внешнее подключение сканеров, стриммеров. обычно SCSI-1.

hello_html_m35f216bb.png
High-Density 50-pin

или Micro DB50, Mini DB50. стандартный внешний narrow разъем

hello_html_m7304dc49.png
High-Density 68-pin

или Micro DB68, Mini DB68. стандартный внешний wide разъем

hello_html_m49185cc8.png
High-Density 68-pin

или Micro Centronics. по некоторым источникам применяется для внешнего подключения SCSI устройств.

Производители SCSI винчестеров разработали устройства со скоростью вращения дисков 15 000 оборотов в минуту. Скоростные характеристики таких жестких дисков с легкостью бьют самые шустрые IDE приводы.

Основным преимуществом SCSI для домашнего использования, можно считать их малую нагрузку на процессор и более высокую скорость работы.

ОбъектTextArt6hello_html_4944e6b8.gif


Занятие 10 – Классификация накопителей


Любой компьютер (предназначенный для серьезной работы) оснащен так называемыми устройствами (ВЗУ) внешней памяти, позволяющие хранить информацию долговременно, при отключенном питании. Для эффективной обработки данных необходимо обеспечить при минимальных затратах хранение больших объемов информации и быстрый доступ к ней. Информация для ЦП доступна только из ЗУ.

Классификация и основные характеристики ВЗУ

ВЗУ (накопители) являются основными компонентами системы внешней памяти

Информация в них располагается в виде блоков, которые становятся доступными для обработки в ЦП в результате выполнения операций ввода, т.е. загрузки из внешней памяти в оперативную. Передача блоков из оперативной памяти во внешнюю осуществляется операцией вывода.

ВЗУ принято характеризовать следующими параметрами:

  • емкостью памяти - объем одного тома, который доступен ВС без замены носителя.

пропускной способностью (скоростью записи считывания) - отношением объема блока ко времени его прохождения под головкой;

  • временем доступа (интервалом времени от момента запроса до момента выдачи блока)

он зависит от – скорости перемещения носителя и головки, прямого или последовательного доступа, расстояния от текущего положения головки до запрашиваемого блока на носителе и т.п.

  • время поиска дорожки характеризуется минимальным (дорожка – след. дорожка),

максимальным (прот. дорожки), и средним значениями.

  • время ожидания (пока блок не появится под головкой), характеризуют средним

значением, которое соответствует половине длительности оборота носителя.

плотность записи з - это число бит информации, записанных на единице поверхности


Общая структура конструкций периферийных запоминающих устройств


ОбъектTextArt8


АвтоФигура9АвтоФигура8

МАГНИТНЫЕ

ОПТИЧЕСКИЕ


АвтоФигура13АвтоФигура12

HDD

Hard Disc Drive

(Жесткий диск)


CD- ROM

Compact Disc Read-Only Memory

(Память только для чтения на память только для чтения на компакт-диске компакт-диске)


FDD

Floppy Disc Drive

(Гибкий диск)



АвтоФигура11



АвтоФигура10


CD-R

Compact Disc Read

(Память только для чтения)

DVD-ROM

Digital Video Disc

(цифровой ви­деодиск),

но позднее переименовали в цифровой универсальный диск (Digital Versatile Disc).


CD-RW

Compact Disc Rewrite

(компакт диск для чтения/записи)






Занятие 11- Принцип функционирования накопителей


Вся информация, записываемая на магнитный носитель в компьютерах в двоичной системе - если при чтении с носителя головка “чувствует” нахождение под собой домена, то это означает, что значение данной частички данных равно “1”, если не “чувствует”, то - “0”.

Информационная структура всех типов дисков для РС АТ одинакова и определяется базовой ос DOS. С точки зрения ОС элементарной единицей размещения данных на диске является кластер - представляющий собой группу два и более секторов, с точностью до которой происходит размещение файлов на диске. В РС АТ: для гибкого диска один кластер - это два сектора (обычно 1К), для жесткого диска - четыре и более (>2K). Точное значение размера кластера указывается в самом первом секторе диска - загрузочном секторе - Boot sector.

ДЛегенда1искета (или раздел жесткого диска) структурирована следующим образом -

Область начальной загрузки

Boot sector

Системная

область

диска

Первая копия FAT


Вторая копия FAT

не используется в RAM-дисках

Корневое оглавление

Root directory

Область данных, включая подоглавления

data area

Область начальной загрузки помещается на дорожке 0, сектор 1, сторона 0 любой дискеты или головка 0 жесткого диска. Она содержит информацию о типе, структуре носителя и о том, как данные размещены на диске

Таблица размещения файлов (FAT) - это связный список, который используется для отслеживания физического расположения данных на диске и для поиска свободной памяти для новых файлов. Файл может занимать несмежные кластеры, тогда FAT связывает кластеры в цепочки. Размер элемента FAT от используемого диска. FAT включает 12-разрядный элемент (1,5 байта) (или 16-разрядный - для жестких дисков емкостью свыше 10 Мбайт) для каждого кластера.

В качестве носителя информации используется поверхность, которая "разбита"на

Дhello_html_5d00b8de.pngорожки (окружности). Они нумеруются начиная с 0-ой (максимальный радиус), хранятся разряды данных.

  • у жестких дисков отсчет начинается от центра

  • у гибких дисков - от внешней кромки диска.

Каждая дорожка "разбита" на секторы.

Секторы – нумеруются с 1-го.

Размер каждого сектора = 512 байт (для MS DOS).

Кол-во дорожек и кол-во секторов на дорожке "задается" и при форматировании дискеты.

  • Кластер называют ячейкой размещения данных, так как отдельный кластер представляет со­бой наименьшую область диска, которую DOS может использовать при записи файла. Кластер занимает два и более секторов. анимация (форматирования)

Тема 3.2 Накопитель на гибких дисках Floppy Disk

Занятие 12 – Принцип и работа дисководов

60-х годов изобрели накопитель на гибких дисках. В 1983 году фирма Sony впервые представила накопитель и дискету диаметром 3,5 дюйма. В 1984 фирма Apple стала использовать накопители 3,5 дюйма в компьютерах Macintosh, а в 1986 году этот накопитель появился в компьютерных системах фирмы IBM. Все дисководы для гибких дисков, неза­висимо от их типа, состоят из основных частей.

hello_html_75947c25.png

Рисунок 9 - Стандартный дисковод FDD

Основные внутренние элементы дисковода

  1. дискетная рама, 2. шпиндельный двигатель,

3. блок головок с приводом 4. плата электроники.

Шпиндельный двигатель - плоский многополюсный, с постоянной скоростью вращения 300 об/мин. Двигатель привода блока головок - шаговый, с червячной, зубчатой или ленточной передачей. Для опознания свойств дискеты на плате электроники возле переднего торца дисковода установлено три механических нажимных датчика: два - под отверстиями защиты и плотности записи, и третий - за датчиком плотности - для определения момента опускания дискеты. Вставляемая в щель дискета попадает внутрь дискетной рамы, где с нее сдвигается защитная шторка, а сама рама при этом снимается со стопора и опускается вниз - металлическое кольцо дискеты при этом ложится на вал шпиндельного двигателя, а нижняя поверхность дискеты - на нижнюю головку (сторона 0). Одновременно освобождается верхняя головка, которая под действием пружины прижимается к верхней стороне дискеты. На валу шпиндельного двигателя имеется кольцо с магнитным замком, который в начале вращения двигателя плотно захватывает кольцо дискеты, одновременно центрируя ее на валу.

Дисковод, как правило, имеет две головки для чтения и записи данных, т.е. является дву­сторонним. Для каждой стороны диска предназначено по одной головке; обе головки исполь­зуются для чтения и записи на соответствующих поверхностях диска. Головки приводятся в движение двигателем, который называется приводом головок. Они могут перемещаться по прямой линии и устанавливаться над различными дорожками. Голов­ки двигаются по касательной к дорожкам, которые они записывают на диск. Поскольку верх­няя и нижняя головки монтируются на одном держателе (или механизме), они двигаются од­новременно и не могут перемещаться независимо друг от друга. Головки представляют собой электромагнитные катушки с сердечниками из мягкого сплава железа. Каждая головка явля­ется сложным устройством, в котором головка чтения/записи расположена между двумя сти­рающими головками в одном физическом устройстве. Головки снабжены пружинами и прижимаются к диску под небольшим давлением. Это оз­начает, что они находятся в непосредственном контакте с поверхностью диска во время чтения и записи на диск. Поскольку дисководы для гибких дисков в компьютерах имеют скорость вращения всего 300 или 360 об/мин, это давление не вызывает особых проблем, свя­занных с трением.


Занятие 13 – Типы дисководов и их параметры


Дискеты Она имеет пластиковую основу и находится в спец. пластиковом кожухе и вращается внутри кожуха со скоростью 300 об/мин. На данный момент в IBM PC используются 2 типа дискет:

Накопители 5,2’’Имеют диаметр 5,25и емкостью 1,2 Мб, т.к не имеют жесткого корпуса ,то применяются меньше. Имеют специальную прорезь, которую заклеивают бумагой и запись будет блокирована.

Накопители 3.5" (89 мм) и ёмкостью 0,7 и 1,44 Мб. Эти дискеты заключены в жёсткий пластмассовый конверт, что значительно повышает их надёжность и долговечность.

Таблица демонстрируем наиболее распространен­ные форматы гибких дисков.

Тип дискеты

Емкость Мбайт

Число цилиндров

Число секторов на дорожке

Число головок

5 1/4 ”

1,2

80

15

2

3 1/2 ”

0,72 1,44

80

9 18

2

Защита дискет от записи. На дискетах 3,5 дюйма имеется специальный переключатель - защёлка, разрешающая или запрещающая запись на дискету. Запись разрешена, если отверстие закрыто, а запрещена, если оно открыто. См. анимация (архитектура ANM MF)

Разъем кабеля питания дисковода Почти все дисководы имеют хотя бы два разъема: один для подводимого к дисководу электрического питания, а другой для передачи сигналов управления и данных к дисководу и от него. Четырех контактный линейный разъем большого и малого размеров используется для подключения питания, а 34-контактные разъемы— для сигналов данных и управления.

+ 12 Общий Общий +5



hello_html_m66e8118b.png


Дисковод соединяется с контроллером при помощи 34-пpоводного кабеля, в котором четные провода являются сигнальными, а нечетные - общими. Общий вариант интерфейса предусматривает подключение к контроллеру до четырех дисководов, для IBM PC - до двух.
  • В общем варианте дисководы подключаются полностью параллельно друг другу, а номер дисковода (0..3) задается перемычками на плате электроники;

  • в варианте для IBM PC оба дисковода имеют номер 1, но подключаются при помощи кабеля, в котором сигналы выбора (провода 10-16) перевернуты между разъемами двух дисководов.

И большой и малый разъемы со стороны кабеля питания являются разъемами-мамами. Они насаживаются на штыревой разъем (папу), который прикреплен непосредственно к дис­ководу.

В этом кабеле линии 10—16 разрезаны и переставлены (перекручены) между разъемами дисководов. Это перекручивание переставляет первое и второе положения перемычки выбора дисковода и сигналы включения двигателя, а следовательно, меняет на противоположные ус­тановки DS для дисковода, находящегося за перекручиванием.

Установка дисковода. Подключая дисковод, убедитесь, что кабель питания установлен правильно. Обычно у не­го есть ключ, в этом случае он не может быть подключен неправильно. Подключите кабель данных и управления. Если у него нет ключа, который допускает только правильную ориен­тацию кабеля, определите контакт 1 по цвету проводов. Этот кабель ориентирован правиль­но, если окрашенный провод подключен в разъем дисковода со стороны выемки предохрани­теля в разъеме дисковода..



Занятие 14 – Установка дисковода

Таблица 2 - Назначение контактов разъема стандартного дисковода

Контакт

Сигнал

Контакт

Сигнал

Контакт

Сигнал

1

Общий

13

Общий

24

Запись разрешена

2

Не используется

14

Выбор дисковода А

25

Обшйй

3

Обшйй

15

Обшйй

26

Дорожка 0

4

Не используется

16

Активизация двигателя В

27

Общий

5

Общий

17

Общий

28

Запрещение записи

6

Не используется

18

Направление (шаговый двигатель)

29

Общий

7

Обшйй

19

Общий

30

Чтение данных

8

Индекс

20

Импульс шага

31

Обшйй

9

Обший

21

Обший

32

Выбор головки 1

10

Активизация двигателя А

22

Запись данных

33

Обший

11

Обший

23

Обший

34

Обший

12

Выбор

дисково­да В






Перекрученный кабель


Контакт 1 (маркирован)


Разъем дисковода 3,5 дюйма "А"



hello_html_m2985efd9.png






Рисунок 3 Стандартный кабель для подключения дисковода


Разрешение возможных проблем Наиболее общие проблемы и способы их решения :

    1. Дисковод "умер " — его двигатель не вращается и не загорается индикатор активности.

  • Дисковод или контроллер неправильно сконфигурированы в программе установки BIOS. Проверьте все параметры BIOS, связанные с дисководом и контроллером. Кроме этого, существует еще ряд причин неработоспособности дисковода.

  • Нет питания или кабеля питания. Измерьте напряжение, подаваемое на дисковод, с
    помощью вольтметра: должно быть 12 и 5 В.

  • Поврежденный кабель данных. Замените кабель и выполните повторное тестирование.

  • Поврежденный дисковод. Замените дисковод и выполните повторное тестирование.

  • Поврежденный контроллер. Замените контроллер. Если он интегрирован в системную
    плату, отключите его в BIOS, установите контроллер в виде платы расширения и вы­
    полните повторное тестирование.

    1. Постоянно горит индикатор активности дисковода. Причина/решение

  • Неправильно подключен кабель данных. Проверьте правильность подключения кабеля и выполните повторное тестирование.

  • Кроме этого, может быть поврежден один из контактов разъемов. Внимательно просмот­рите разъемы кабеля, проверьте правильность подключения и, если при повторном тестиро­вании проблема не исчезает, замените кабель.

    1. Появляются каталоги-призраки при смене дискеты.

  • Поврежденный кабель (контакт 34). Замените кабель и выполните тестирование.

  • Неправильная конфигурация дисковода. Чаще всего это относится к устаревшим мо­
    делям дисководов: проверьте правильность установки всех перемычек и переключате­
    лей на задней части дисковода.

  • Поврежденный дисковод. Замените его и выполните повторное тестирование.


Занятие 15 Тема 2.2 - Винчестер (HDD) Hard Disk


Винчестер (HDD) - накопитель на несъемном магнитном диске. Первый жесткий диск емкостью 16 килобайт, выпущенный IBM еще в1973 году, содержал 30 магнитных цилиндров по 30 дорожек на каждом. Разработчики тут же уловили сходство этих цифр с маркой "30/30" соответствующей знаменитой винтовке "винчестер".См. анимация принцип работы HDD (архитектура ANM HDD)

Накопитель на жёстких дисках содержит пакет из нескольких дисков, смонтированных на одной оси, вращающиеся со скоростью несколько тысяч оборотов в минуту. Диск представляет собой алюминиевую или керамическую пластину с магнитным покрытием. Операции чтения-записи информации производятся головками чтения записи, закреплёнными на специальных рычагах-позиционерах. Головки не касаются поверхности дисков, а как бы летят над ними на расстоянии доли микрона, которое при совершенствовании технологий всё время уменьшается.

hello_html_1b8d8460.png















Рисунок 10 - Жесткий диск (винчестер) НDD (Hard Disk)


Занятие 16 – Конструкция винчестера


Состоит из трех основных блоков

Первый блок - хранилище информации - несколько металлических дисков, покрытых с двух сторон магнитным материалом, на который и записываются данные: магнитная поверхность каждого диска разделена на концентрические "дорожки", которые делятся на сектора. Жесткий диск - устройство объемное, т.к. дисков в винчестера несколько, и они имеют по две рабочие поверхности! Поэтому, наряду с дорожками и секторами, имеются еще и - цилиндры. Цилиндр- это сумма всех совпадающих друг с другом дорожек по вертикали, по всем рабочим поверхностям.

Второй блок - механика жесткого диска, ответственная за вращение дисков и точное позиционирование системы читающих головок. Каждой рабочей поверхности жесткого диска соответствует одна читающая головка.

Третий блок включает электронную начинку - микросхемы, ответственные за отработку данных, коррекцию возможных ошибок и управление механической частью, а также микросхемы кеш-памяти.


Занятие 17 – Характеристики (параметры)

  • Число поверхностей - их число определяет количество физических дисков, находящихся на шпинделе. Считаются все рабочие поверхности. Теоретически количество поверхностей может быть очень велико, но производители редко выпускают устройства с более чем 20 рабочими поверхностями. Наиболее распространены устройства с числом поверхностей от 2 до 5.

  • Число цилиндров - это число определяет, сколько дорожек будет располагаться на одной поверхности. Для определенности я приведу расшифровку термина "цилиндр". Цилиндр это две равноудаленные от центра окружности на обоих сторонах диска. Так что стоит понимать в первом определении под "цилиндром" более точное понятие "трэк". В настоящее время все накопители емкостью более 1 Гигабайта имеют число цилиндров более 1024.

  • Число секторов - общее число секторов на всех дорожках всех поверхностей накопителя. Определяет физический неформатированный объем устройства.

  • Число секторов на дорожке - это общее число секторов на одной дорожке. Безусловно, число секторов на внешних и внутренних дорожках не равное, из-за разной их длины и соответственно разного объема запасенной информации (плотность записи на диск не зависит от радиуса и является постоянной по всему диску). Поэтому, реальное число секторов скрыто от пользователя.

Характеристики, которые сказываются на скоростных качествах жесткого диска.

  • Физический и логический объем накопителей - количество информации, которое он способен хранить в своем нутре. Купленный винчестер практически всегда оказывается меньшей емкости, чем заявлял производитель. Хитрость кроется в том, что под емкостью 5Гб обычно скрывается цифра в 5000Мб. Гигабайт - это не 1000, а 1024 мегабайта! Разница в объеме получается, таким образом, не маленькая- 50-159 Мб.

  • Скорость чтения данных, на этот параметр редко обращают внимание при покупке. Считается, что жесткий диск, соответствующий спецификации UDMA/66, обязан обеспечивать скорость чтения данных не менее 66 Мб/с ! Современные UDMA/100 и UDMA/133 гарантируют скорость чтения не менее 100 и 133 Мб/с.

  • Среднее время доступа - измеряется в миллисекундах и обозначает то время, которое необходимо диску для доступа к любому выбранному вами участку. Средний показатель- 7-9 мс.

  • Скорость вращения дискаастота вращения шпинделя) - число, которое показывает, с какой (постоянной) скоростью электромотор, который находится в вашем винчестере, вращает ось, на которой, в свою очередь, жестко закреплены диски. Частота вращения измеряется в оборотах в минуту (rpm). Она обычно равна 5400 оборотов в минуту или 7200 (в редких случаях 10000 rpm). Чем выше частота вращение шпинделя, тем больше рабочая температура устройства. Специалисты утверждают, что чрезмерные скорости вращения диска на самом деле не слишком убыстряют чтение данных. А вот на надежность хранения информации и срок службы винчестера влияют куда более ощутимо...

  • Скорость передачи данных(пропускной способностью), определяет скорость, с которой данные считываются или записываются на диск после того, как головки займут необходимое положение. Зависит от скорости вращения дисков, от дефрагментированности данных и других параметров. Измерять данный параметр необходимо на чистом диске. Измеряется в мегабайтах в секунду (MBps) или мегабитах в секунду (Mbps) и является характеристикой контроллера и интерфейса. Различают две разновидности скорости передачи - внешняя и внутренняя. Скорость передачи данных, также является одним из основных показателей производительности накопителя и используется для ее оценки и сравнения накопителей различных моделей и производителей.

  • Размер кеш-буфера контроллера. Встроенный в накопитель буфер выполняет функцию упреждающего кэширования и призван сгладить громадную разницу в быстродействии между дисковой и оперативной памятью компьютера. Ее размер от 512 кб до 8 Мб. Чем больше объем буфера, тем выше производительность при " чтении/записи особенно при одновременном обращении к диску множества приложений или пользователей в ОС. Существует опасность при сбое питания потерять данные в буфере (такие случаи не редки, хотя производители гарантируют их отсутствие).

  • Средняя потребляемая мощность от 5 до 15 Ватт, что является достаточно приемлемым, хотя, при всех остальных равных условиях, накопители с меньшей потребляемой мощностью выглядят более привлекательно. Это относится не только к экономии электроэнергии, но и надежности, т.к. более мощные накопители рассеивают избыток энергии в виде тепла и сильно нагреваются.

  • Уровень шума (эргономический показатель), шум в виде треска - есть не что иное, как звук ударов позиционера шагового или линейного механизма, а даже микроудары и вибрация не желательны для накопителей и приводят к более быстрому их износу. Существуют модели винчестеров с оригинальной системой подшипников, которая позволяет существенно снизить вибрацию и шум.

  • Среднее время наработки на отказ (MTBF) - определяет, сколько в среднем времени способен проработать накопитель без сбоев. К сожалению, точные оценки надежности производителями не афишируются. Они приводят обычно среднюю условную наработку на отказ в сотнях тысяч часов работы, что является расчетной статистической величиной. К тому же, производители используют для ее определения различные расчетные методики, поэтому сравнивать наработку на отказ, приводимую в спецификациях продукции разных компаний, нужно с особой осторожностью.

  • Диаметр дисков (форм – фактор) - этот параметр привязывает жесткий диск к гнезду в системном блоке вашего ПК Наиболее распространены накопители с диаметром дисков 2.2, 2.3, 3.14 и 5.25 дюймов. Трехдюймовые HDD, размер с сигаретную пачку. Диски Microdrive (IBM) - со спичечную коробку, не превышает 2 Гб для цифровых фотоаппаратов, видеокамер, плейер.

  • Фирма – производитель. Лидерами рынка HDD можно назвать IBM, Fujitsu, Western Digital (WD), Quantum, Seagate, Maxtor. Но каждая модель имеет свои присущее особенности.

Занятие 18 – Контроллер жёсткого диска


Использование контроллера DMA (Прямого доступа к памяти) в настоящее время не применяется для операций ввода-вывода с жестким диском. Контроллер жесткого диска в АТ использует 512-байтный секторный буфер, к которому МП (i80286) обращается как к 16-разрядному устройству. Когда этот буфер полон или пуст, контроллер прерывает МП (с помощью INT 14), после чего данные передаются при помощи строковых команд ввода-вывода в память или из памяти со скоростью 2 Мбайта в секунду (у IBM XT, использовавшего подсистему DMA, скорость передачи в два раза ниже). Такая скорость достигается за счет использования трех тактов (включая одно состояние ожидания) для переноса данных (16 бит) в процессор и еще трех тактов (включая еще одно состояние ожидания) для переноса данных в память. Таким образом, для передачи двух байтов данных используется шесть тактов шины.

  • Подключение. HDD подключаются к материнской плате с помощью специальных шлейфов - кабелей, каждый из которых рассчитан на два устройства. А на самом HDD имеются специальные переключатели - "джамперы", с помощью которых устанавливается "состояние" этого диска: "хозяин" или "раб". Это необходимо для того, чтобы компьютер знал, какой из подключенных к нему HDD является основным, а какой - дополнительным. Нести на себе операционную систему может только один HDD, переключатели на котором установлены в положении primary master. Маленькая хитрость: если в вашей системе всего один диск, не подключайте его на один шлейф с CD-ROM- это может заметно затормозить работу системы.

  • А вот если в компьютере установлено несколько HDD, время подумать об использовании преимуществ технологии "массивов независимых жестких дисков"(RAID). Установить несколько HDD можно в любой компьютер. Но диски эти будут существовать независимо друг от друга, словно и не замечая присутствия соседа. При использовании технологии RAID, HDD, ощущают рядом присутствие коллеги, и начинают сотрудничество по одной из доброго десятка схем. Впрочем, в домашних ПК чаще всего используются лишь две, самые простые из них.

  • Первая схема (RAID 0) позволяет объединить от двух до четырех HDD в единый массив, который компьютер воспринимает как единое дисковое пространство. Все данные, поступающие на HDD, RAID- система разбивает на отдельные кирпичики- блоки, каждый из которых может быть записан на любую часть массива. Естественно, что при такой технологии резко возрастает скорость чтения и записи данных, а заодно и снимаются ограничения на объем. Плохо одно: при выходе из строя любого из дисков массива вы можете потерять сразу весь объем данных.

  • Вторая схема (RAID 1) , напротив, ориентирована не на скорость, а на надежность. По этой модели в компьютер может быть установлена одна или две пары HDD - причем обязательно одинаковой модели и объема. Информация, сохраняемая на первом диске пары, тут же дублируются на втором, резервном в режиме "зеркалирования", при сбое информации ничто не угрожает.


За счет применения записи с высокой плотностью (400Mbit на квадратный дюйм) стандартное значение емкости, на один диск (носитель), достигло 540 Mб. Это позволяет уменьшить кол-во дисков, магнитных головок и других элементов, и снизить цену и повысить надежность.

--Производители переходят на выпуск моделей с плотностью записи, основанной на применении тонкопленочных магнитных головок.

  • Радикальное средство - переход магниторезистивные головки является для ряда фирм дорогостоящим, т.к. технологией их массового производства обладают только IBM.

  • Фирма Maxtor в новых моделях c Durarigo (540Mб, 1Gби 1.6Gб) применяет технологию с

Псевдо-контактирующей магнитной головкой Tripod (тонкопленочной) и алмазоподобным углеродным покрытием носителя. Голов­ка находится на очень близком расстоянии от диска, а в отдельных случаях даже касается, что не приводит к повреждению магнитного слоя, защищенного прочным покрытием. Она дешевая и с плотностью записи до 1000 Mbit на кв.дюйм.

Занятие 19 – Обслуживание винчестера

Надежность

Современные диски обладают высокой надежностью, время наработки на отказ у некоторых моделей достигает 1 000 000 часов. Виды повышения надежности хранения данных

  • (RAID-Redundant Array of Inexpensive Disks)-это резервное копирование и применение массивов из нескольких дисков повышающее не тольк­о надежность, но и производительность, оно не относилось к разряду дешевых и доступных. Однако с уменьшением стоимости SCSI жестких дисков, массивы предлагаются широко, что способствует появление дешевых RAID контроллеров (разрабатываются контроллеры, встроенные в системную плату).

  • SMART (Self-Monitoring, Analysis and Reporting Technology) - индивиду­альный диск, может использоваться для любой компьютерной периферии и предлагает наличие встроенных в устройство средств. Предусматривает использование встроенного в жесткий диск контроллера процедур, который проверяет состояние важных частей двигателя, магнитных голо­вок, рабочих поверхностей. Эта информация передается в компьютер, который ее анализирует. Можно определить "пробег" жесткого диска, число включений/включений.

Замена винчестера (архитектура ANM UP HDD )


Маркировка жесткого диска

Это фирменная маркировка жесткого диска (буквенно-цифровой код). К сожалению, единой системы (стандарта) нанесения и этой надписи нет. Каждый производитель делает это по-своему.

Seagate: <Обозначение фирмы><Форм-фактор><Форматированный объем><Тип интерфейса>

Обозначение фирмы: ST

Форм-фактор: 1 = 3.5" x 41 mm; 3 = 3.5" x 25 mm; 4 = 5.25" x 82 mm; 5 = 3.5" x 19 mm; 9 = 2.5"

Форматированный объем: объем винчестера в Мбайтах. Последняя цифра показывает номер разработки.

Тип интерфейса: A = ATA (IDE); DC = SCSI 16 bit Single Connector Differential; FC = Fibre Channel; LC = SCSI 16 bit Single Connector Low Voltage Differential ; LW = SCSI 16 bit Low Voltage Differential ; N = SCSI 8 bit ; ND = SCSI 8 bit Differential ; W = SCSI 16 bit ; WC = SCSI 16 bit Single Connector ; WD = SCSI 16 bit Differential

Western Digital <Обозначение фирмы><Тип интерфейса><Модель><Количество дисков><Форматированный объем><Светодиодный индикатор><Пеpедняя панель><Объем кэша>

Обозначение фирмы: WD

Тип интерфейса: A= IDE; S = SCSI; C =PCMCIA-IDE;

Модель: C = Caviar; P = Piranha; L = Lite; U = Ultralite;

Светодиодный индикатор: 0 = нет; 1 = кpасный; 2 = зеленый

Передняя панель: 0 = нет; 1 = чеpная; 2 = сеpая

Объем буфеpа: нет данных

IBM <Тип устройства><Модель><Тип интерфейса><Форм-фактор><Форматированный объем>

Тип устройства: D - винчестер

Тип интерфейса: A = ATA (IDE); S = SCSI; C = Serial Storage Architecture (SSA)

Форм-фактор: 2 = 2.5"; 3 = 3.5"

Maxtor <Обозначение фирмы><Модель><Форматированный объем><Тип интерфейса>

Тип интерфейса: A - ATA (IDE); S - SCSI; V - Value

Fujitsu <Модель><Тип интерфейса><Размер блока><Тип резьбы винтов>

Тип интеpфейса: T = ATA (EIDE); S = SCSI; SY = Fast SCSI-2 (Ultra); H = SCSI, диффеpенциальный; Q = Wide SCSI; R = Wide SCSI, диффеpенциальный; C = Wide SCSI, SCA-1; E = Wide SCSI, SCA-2;

Размеp блока: A = 512 байт; X = 256 байт; B = 1024 байта;

Тип pезьбы винтов: M = метpическая M3; U = #6-32 UNC.

Итак, перейдем к описанию конкретных моделей жестких дисков, которые Вы сможете приобрести в компьютерных магазинах.


Занятие 20 – Принцип работы привода CD-ROM

Тема 2.3 Привод CD-ROM

CD-ROM (Compact Dick Read-Only Memory) Оптические компакт-диски пришли на смену виниловым в 1982 г. Эти устройства явились результатом сотрудничества двух гигантов фирмы Sony и Philips

Компакт – диск. Поверх. пластика для отражения лазерного луча наносится слой алюминия, покрытый лаком. Емкости 650 Мбайт. Диаметр120мм, толщину 1,2мм и центральное отверстие d 15мм, область вокруг отверстия шириной 6 мм - зоной крепления, далее оглавление диска и область шириной 33 мм, для хранения данных и представляющая единый трек (от 1 до 99 спиралей). Завершающей является терминальная область шириной 1 мм. Внешний обод диска - 3 мм. См. анимация (архитектура ANM CDLaYers)

Принцип работы привод а CD-ROM

  • Полупроводниковый лазер (рисунок1) генерирует маломощный инфракрасный луч, ко­торый попадает на отражающее зеркало.

  • Серводвигатель по командам, поступающим от встроенного микропроцессора, смещает подвижную каретку с отражающим зеркалом к нужной дорожке на компакт-диске.

  • Отраженный от диска луч фокусируется линзой, расположенной под диском, отража­ется от зеркала и попадает на разделительную призму.

  • Разделительная призма направляет отраженный луч на другую фокусирующую линзу. Эта линза направляет отраженный луч на фотодатчик, который преобразует световую энергию в электрические импульсы.

  • Сигналы с фотодатчика декодируются встроенным микропроцессором и передаются в компьютер в виде данных

Сhello_html_m16dd4a3.pngм. анимация (архитектура ANM CDROM) - Лазерный луч направляется на поверхность компакт диска на которой цифры 0 и 1 закодированы с помощью микроскопических лунок и выпуклостей. Попадая на выпуклость-1, луч отражается и проходя через светоделительную призму улавливается фотоприёмником. Попадая в лунку-0, луч рассеивается и фотоприёмником не улавливается. Ямка воспринимается лучом лазера как логический 0, а гладкая поверхность как логическая 1.

Рисунок 11 - Структура накопителя CD-ROM

Состав привода CD-ROM

На передней панели каждого накопителя имеется доступ к механизму загрузки компакт-диска в привод. Также там расположены индикатор работы устройства, гнездо для подключения наушников или стереосистемы (для прослушивания аудиодисков), а также регулятор громкости (также для аудио-CD). Кроме того, при использовании контейнера на передней панели имеется отверстие, с помощью которого можно извлечь компакт-диск даже в аварийной ситуации.

На задней панели находятся три разъема: интерфейсный, питания и аудио (подключается к звуковой карте).

Занятие 21 – Основные параметры приводов


Скорость доступа, определяет среднее время (от 1 до 0,3 секунд), необходимое для обнаружения и загрузки первого блока данных во внутренний буфер.

Скорость привода: 1-6 ти, 8-ми 16, 20, 24 , 40 -., обеспечивающие считывание данных со скоростью 150- 1200 Кб/с т. д. 54 - 300 Кбайт/с

Скорость передачи данных, зависит от плотности данных и скорости вращения диска. Плотность количество бит (впадин) на дюйм (или миллиметр). 176,4 Кбайта/с - усредненное значение для скорости передачи данных. Современные модели приводов с удвоенной, утроенной, учетверенной и ушестеренной скоростью вращения, при этом скорость передачи достигает значения 300 Кбайт/с, а время поиска менее 400 мс.

Под размером блока данных - минимальное количество байт, которые передаются на компьютер через интерфейсную карту. Иначе говоря, это единица информации, с которой оперирует контроллер привода. Минимальный размер блока данных в соответствии со спецификацией МРС равен 16 Кбайт.

Размер буфера - размер внутреннего буфера (кэш-памяти), в который считываются файлы перед их передачей. Стандарт МРС устанавливает размер буфера в 64 Кбайт, а это в буфере будет находиться около 0.4 секунды 16-битного стереосигнала качества CD-Audio (частоты 44.1 кГц). Для скоростных устройств размер буфера может достигать 256 Кбайт - 1 Мбайта. (стандартные объемы : 64, 128, 256, 512, 1024 Кбайт).

Буфер - представляет собой память для кратковременного хранения данных, после считывания их с CD-ROM, но до пересылки в плату контролера, а затем в ЦП. Такая буферизация дает возможность дисковому устройству передавать данные в МП небольшими порциями, а не занимать его время медленной пересылкой постоянного потока данных.

Поддержка формата CD-ROM/XA- Данные (звук, текст, статические и динамические изображения) хранятся на дорожках, вмещающих 24-байтовые “кадры”, проигрываемые со скоростью 75 кадров в секунду. В обычном формате каждый тип располагается на отдельной дорожке, а в формате ХА данные различного типа хранятся на одной дорожке. Замена CD - ROM (архитектура ANM UP CD - ROM )

Форматы

Двоичные биты 0 и 1 на CD-ROM кодируются штрихами. Если данные не организовать, накопителю и компьютеру не удастся отыскать двоичные числа, в которых хранится информация. Поэтому данные записываются на диске в соответствии с оп­ределенным форматом. Когда в процессе считывания данных в их потоке встречается та или иная комбинация битов, накопитель (и компьютер) распознает формат и структуру располо­жения информации на диске.

CD-ROM должен поддерживать как можно больше из существующих форматов дисков. Многообразие форматов вызвано, что CD-ROM может хранить разнородные типы данных — коды программ, звук, видео, графику. Стандарты, определяю­щие форматы данных, чаще всего называют по цвету обложки издания, в которых они описывались.

1) "Красная Книга" (Red Book). Директор фирмы Sony решил, что компакт-диски должны отвечать запросам исключительно любителей классической музыки, выяснив, что 9-я симфония Бетховена (73 мин). Поэтому компакт-диск должен быть рассчитан именно на 74 мин. звучания (640 Мбайт). Специалисты же Philips определили минимальные требования к качеству записи звука характеристики аудио компакт-дисков: размер, метод кодирования данных и использование единой спиральной дорожки.

2) "Желтой Книги" (Yellow Book), Две вышеназванные фирмы сыграли также ведущую роль при разработке первой спецификации цифровых компакт-дисков или просто CD-ROM - способность хранить не только звуковые, но и текстовые и графические данные (CD-Digital Audio, CD-DA). Привод, читая заголовок диска, сам определял его тип - аудио- или цифровые данные.

Недостаток - но этот компакт-диск, мог работать только на конкретной модели накопителя.

Спецификация HSG (High Sierra Group), или просто High Sierra. Этот документ предлогал основными производителями цифровых компакт-дисков обеспечить совместимость.

Стандарт ISO-9660 (1988 год) - описывает файловую систему на CD-ROM и совпадал с основными положениями HSG. В этом документе определяет, каким образом найти на компакт-диске его содержимое Инициирующая дорожка данных на компакт-диске начинается со служебной области, необходимой для синхронизации между приводом и диском. Далее расположена системная область, которая содержит сведения о структурировании диска. В системной области находятся также директории данного тома с адресами других областей диска. Существенное различие между дискетой заключается в том, что на CD системная область содержит прямой адрес файлов в поддиректориях, что должно облегчить их поиск.

Стандарт CD-ROM XA 90 г. усилиями фирм Microsoft, Philips и Sony как "мост" между CD-ROM и CD-I. Таким образом, ХА-диск мог воспроизводиться на CD-I-плэйере или приводе ПК.

Блоки разнородной информации чередуються (за первым видеофреймом следует сегмент с его звуковым сопровождением, после которого расположен следующий видеофрейм). Это способствует повышению синхронности воспроизведения звука и видео, и уменьшению объема промежуточного буфера. ХА сжимает звуковые данные - хранит на одном диске до 74-х минут аудиоинформации.

3) "Зеленая Книга" (Green Book) - комбинация Red Book и Yellow Book для воспроизведения аудио-графической информации

Спецификация CD-I (Interactive) 88 г. этот стандарт определял использование дискового плейера без подключения его к ПК устройством отображения служит телевизор. CD-I предлагала несколько уровней качества воспроизведения аудио- и графической информации.

4) "Оранжевых Книгах" (Оrange Books) 91 г. относится к записываемым и стираемым дискам. В первой книге речь идет о магнитооптических дисках (CD-MO).Вторая книга посвящена накопителям с однократной записью типа WORM (Write Once Read Many). Информацию на их носители только дозаписать, а не переписать заново. К подобным накопителям относятся устройства, отвечающие, например, спецификации CD-ROM XA.

5) книга - White Book ("Белая") 93 г. в этом документе определялись основные параметры видео-CD - компакт-диска, на котором можно было хранить 72 минуты высококачественного видео вместе со стереозвуком. Хранение данных на видео-CD базируется на методе сжатия информации, называемом MPEG (Motion Picture Experts Group). Видео-CD могут воспроизводиться на специальных видео-CD-плэйерах, CD-I-плэйерах со специальным картриджем "Digital Video", а также на компьютере со специальной платой MPEG-декодера и приводом CD-ROM.. Спецификация White Book является в настоящее время идеальным средством для хранения цифрового видео - это единственный стандартный путь воспроизведения видео на мультимедиа-PC. Мир цифрового видео стал принадлежать "Белой Книге".

Video CD - видеоинформация в формате MPEG и звук - предназначен для воспроизведения фильмов.

CD Plus 94 г. - музыкальные мультимедиа-компакт-диски содержащие два сеанса (сессии), один из которых - аудио, а другой - CD-ROM. Записанную музыку можно прослушивать на аудиоплэйере, а доступ к мультимедиа-информации (и музыке) возможен на приводе, подключенном к ПК.

HFS - Формат данных, разработанный для Macintosh.

Photo CD - разработан фирмой Kodak для записи фотографий высокого качества. Для воспроизведения необходимо устройство CD–ROM / XA или CD–Interactive.

Таблица 1- Форматы оптических (цифровых) дисков


Книга

Сфера использования

Стандарты


Red Book

(красная)

Создала первые цифровые аудиокомпакт - диски

CDAudio - старейший формат звуковых компакт–дисков.


Yellow Book

(желтая)

Компьютерные компакт-диски


HSG обеспечить совместимость приводов

CD-Digital Audio, CD-DA) - хранит не только звуковые, но текстовые и графические данные.

ISO-9660 (1988 год) - описывает файловую систему на CD-ROM.

CD-ROM XA 90 г. (на использовании специального программного обеспечения для ПК). усилиями фирм Microsoft, Philips и Sony как "мост" между CD-ROM и CD-I. Таким образом, ХА-диск мог воспроизводиться на CD-I-плэйере или приводе ПК.



Green Book

(зеленая)

Комбинация Red Book и Yellow Book - для воспроизведения аудио - графической информации



CD-I (Interactive) 88 г. этот стандарт определял использование дискового плейера без подключения его к ПК



Оrange Books

(оранжевая)

относится к записываемым и стираемым дискам.

CD-ROM XA 90 г. (на использовании специального программного обеспечения для ПК)



White Book ("Белая")

определялись параметры видео-CD, для хранения 72 минуты высококачественного видео вместе со стереозвуком.

Мир цифрового видео стал принадлежать "Белой Книге".


MPEG (Motion Picture Experts Group) - хранение данных на видео-CD базируется на методе сжатия инфор мации, называемом MPEG (Motion Picture Experts Group).

Video CD - видеоинформация в формате MPEG и звук - предназначен для воспроизведения фильмов.

CD Plus 94 г. - музыкальные мультимедиа-компакт-диски содержащие два сеанса (сессии), один из которых - аудио, а другой - CD-ROM. Записанную музыку можно прослушивать на аудиоплэйере, а доступ к мультимедиа-информации (и музыке) возможен на приводе, подключенном к ПК.



Допонительные

Редко используется в России

HFS - Формат данных, разработанный для Macintosh.

Photo CD - разработан фирмой Kodak для записи фотографий высокого качества. Для воспроизведения необходимо устройство CD–ROM / XA или CD–Interactive.



Занятие 22

Лабораторная работа № 3 Установка и подключение накопителей


Занятие 23

Лабораторная работа № 4 Изменение параметров ПК используя BIOS


Занятие 24 Тема 2.4 Современные накопители


Накопители многократного действия 

Накопители CD-R   - записываемые

Компакт-диски CD-R (CD-Recordable)- однократная запись. В отличие от промышленного изготовления CD-ROM, который заключается в штамповке алюминиевой заготовки матрицы из прямоугольной формы выступов и впадин, запись на CD-R производится лазером большой мощности. При этом происходит фото-экспонирование специального слоя, который после воздействия сильного когерентного излучения темнеет. Чистый диск CD-R покрыт слоем красящего вещества с такими же отражающи­ми свойствами, как у алюминиевого покрытия обычного компакт-диска, и считывающее уст­ройство не сможет найти на нем ни одного штриха. Светочувствительная краска на диске CD-R изменяет отражающие свойства при попада­нии луча лазера. Это изменение свойств необратимо. Когда на диск начинают записывать дан­ные, луч лазера разогревает слой красящего вещества. При нагревании некото­рые участки поверхности начинают рассеивать свет точно так же, как углубления на стеклянном мастер-диске обычного компакт-диска. Считывающее устройство тоже воспри­нимает эти участки как углубления, хотя это просто "пятнышки" с меньшим отражением, об­разовавшиеся в результате химической реакции при нагревании золота и красящего вещества.


Накопители CD-RW  - перезаписывающии (стирающими).

Материал дисков CD-RW - имеет слой, кото­рый изменяет отражающую способность при попадании луча лазера, но в отличие от диска CD-R это обратимо. Слой диска CD-RW представляет собой сплав (серебро-индий-сурьма-теллур), который при обычном состоянии обладает отражающими свойствами. Он расположен поверх поликарбонатной основы, на которой создан спираль­ный образец для точного позиционирования диска и правильного расположения канавок.

Стиранее – запись: два этапа, производится лазером большой мощности. При записи - лазер нагревает рабочий слой до точки Кюри -700 °С, при которой угол поляризации частиц легко изменяется магнитным полем. При стирании нагревается вся область которая однородно поляризуется магнитным полем головки накопителя расплавляя его - теряются отражающие свойства и тем устанавливается в нулевой бит. Для возврата диска в первоначальное состояние лазер на низкой мощности разогревает материал до 200 °С (ниже температуры плавле­ния), и отражающие свойства восстанавливаются. Затем направление магнитного поля головки меняется на противоположное, а лазерный луч нагревает только те участки, значение которых необходимо изменить в единичный бит. Изменение мощности лазе­ра приводит к записи на диск информации.

Чтение дисков CD-RW Рабочий слой магнитооптического носителя отражает лазерный луч, поляризуя его в зависимости от угла поляризации сканируемой области. В результате чего детектор определяет состояние битовой ячейки по углу поляризации отражённого ею луча.

Занятие 25 Особенности цифрового универсального диска DVD


Цифровой универсальный диск, так называемый DVD (Digital Versatile Disc). Диск имеет диаметр, как ком­пакт-диски, однако он в два раза тоньше (0,6 мм).

История DVD - В 1995 г. два конкурирующих стандарта CD-ROM большой емкости начали борьбу за рынок будущего. Стандарт Multimedia CD был представлен компаниями Sony, а конкурирующий стандарт Su­per Density (SD) — компаниями Toshiba. Эти организации объединились и потребовали создать единый стандарт CD-ROM большой емкости. Новый стандарт был назван DVD и совмещал в себе элементы.

Современные модели накопителей DVD поддерживают

  • односторонним, однослойным и со­держит 4,7 Гбайт

  • двухслойные DVD-диски емко­стью 8,5 Гбайт;

  • двухсторонние диски емкостью 9,4 Гбайт на одной стороне;

  • двух­слойные диски емкостью 17 Гбайт.

Для увеличения емкости DVD-диска можно изменять такие параметры:

•      уменьшать длину штриха (~2,08х, от 0,972 до 0,4 мкм);

•      уменьшать расстояние между дорожками (-2,16х, от 1,6 до 0,74 мкм);

•      увеличивать область данных (~1,02х, от 86 до 87,6 см );

•      обеспечивать более эффективную модуляцию (~1,06х);

•      повышать эффективность кода коррекции ошибок (~1,32х);

•       уменьшать секторы (~1,06х, от 2 048/2 352 до 2 048/2 060 байт).

В накопителе DVD используется лазер с меньшей длиной волны, что позволяет считывать более короткие штрихи. Для удвоения размера в накопителе DVD можно использовать две сто­роны диска и, кроме того, можно записывать данные на два отдельных слоя каждой из сторон. Устройства DVD отличаются скоростью считывания данных. Стандартная скорость — 1,3 Мбайт/с, что приблизительно эквивалентно накопителю 9х CD-ROM. Время доступа составляет около 150—200 мс. Накопители DVD выпускаются с интер­фейсом SCSI и IDE/ATA, а кроме того, оснащаются кабелем для подключения устройства к звуковому адаптеру. Накопители DVD полностью совместимы с предыдущими стандартами, могут считывать данные с обычных CD-ROM и проигрывать аудиодиски. Информация записывается при помощи CD декодера. Луч лазера выжигает на “тарелке” отверстие колоколообразной формы, что дает преимущество перед обычным CD-ROM, так как в такой ямке луч лазера рассеивается сильнее и меньшая часть излучения попадает в приемник. После записи информации на  CD-R, он становится обычным компакт диском.

Накопители на магнитной ленте (стримеры).

Накопители на магнитной ленте по принципу действия напоминают кассетные магнитофоны. Самые хорошие стримеры позволяют записать на одну кассету с магнитной лентой до 2 Гбайт информации, но из за высокой стоимости, больше распространены стримеры с кассетами, рассчитанными на запись 150 или 250 Мбайт данных. См. анимация (архитектура ANM Striemer)



Занятие 26 - Характеристики накопители CD-RW 

Карты памяти типа «флэш-память»

Flash по-английски – это «вспышка, молния, мгновение, проблеск». Это разновидность твердотельной полупроводниковой энергонезависимой перезаписываемой памяти, не требует постоянного питания для хранения информации, данные в ней хранятся в виде блоков, а не байтов, как в обычных модулях памяти.

Сhello_html_4445dc9e.jpgлово «флэш» в названии памяти возникло благодаря тому, что операция записи требует подачи на сток и управляющий затвор высокого напряжения (flash, «молния»). Электроны с энергией, достаточной для преодоления потенциального барьера, создаваемого пленкой диэлектрика, переносятся на плавающий затвор, тем самым изменяя вольт-амперные характеристики транзистора. Диалогично, при стирании высокое напряжение подается на исток.

Интерфейс USB 1.1 со скоростью передачи данных 12 Мбит/с и USB 2.0 (480 Мбит/с) или IEEE-1394а (FireWire/i.Link) (400 Мбит/с), если таковые имеются. Они различаются способом и интерфейсом подключения к ПК, и скоростью

  • Внешние считыватели - подключаться через USB, LPT, и FireWire(IEEE1394) интерфейсы. Они отличаются друг от друга только скоростными показателями. Скорость медленного из них LPT порт - 0,34 и 0,62 Мбайт/с . У моделей с USB - 0,46 и 0,77 Мбайт/с, у FireWire - 2,1 Мбайт/с.

  • Внутренние считыватели - вставляются в 3,5-дюймовый отсек системного блока, и подключаются к ATA интерфейсу скорость (0,52 Мбайт/с и 1 Мбайт/с) и отсутствие посторонних устройств на столе, а к недостаткам – то он занимает отсек системного блока, и IDE канал.

  • Считыватели – переходники - используется переходник внешне похожий на 3,5-дюймовую дискету (или PC-карту для ноутбуков). Карта памяти вставляется в адаптер, который впоследствии размещается в дисководе. Использование PCMCIA-адаптеров даёт неплохие результаты, скорость передачи достигает 1 Мбайт/с. А при использовании флоппи-дисковода она недотягивает и до отметки 36 Кбайт/с.

Принцип работы карты памяти. В качестве элементарных ячеек хранения информации используются полевые двухзатворные транзисторы с плавающим затвором, для хранения данных используется один или два транзистора (в других типах это обычно конструкция из нескольких транзисторов и конденсатора). Идея хранения данных основана на том, что транзистор способен сохранять заряд, позволяя определить его наличие. При записи заряд помещается на плавающий затвор (или посредством переноса электронов или с использованием квантово-механических эффектов туннелирования – это зависит от типа памяти). При наличии заряда на плавающем затворе характеристики транзистора изменяются таким образом, что при обычном для операции чтения напряжении токопроводящего канала не возникает. Соответственно по изменению вольтамперных характеристик транзистора можно сделать вывод о наличии или отсутствии заряда. Иными словами, использовать его для кодирования битов информации.

Выпускается два основных типа флэш-памяти:

  • NOR (логика ячеек NOT OR); NAND (логика ячеек NOT AND). не получила распространения типа AND (И)

Различная организация логических схем работы памяти дала названия основным ее типам, кроме того, если NOR требует контакта на каждом транзисторе, то в NAND имеется контактная матрица. Благодаря тому что эта схема позволяет определить не только наличие или отсутствие заряда в ячейке, а также допускает измерение его величины, появляется возможность хранения двух битов информации в одном транзисторе (многоуровневые ячейки, multilevel cell, MLC), именно на этом принципе построена, например, память Intel StrataFlash. Теоретически возможно хранение и трех и более битов (известно, что в лабораторных условиях реализованы образцы, хранящие до 8 бит), но на практике изготовление таких микросхем сопряжено с рядом технологических сложностей. Кроме того, хотя такой подход дает возможность снизить удельную стоимость хранения данных, он требует усложнения контроллеров и памяти. Несложно догадаться, что процедуры записи-стирания вызывают износ ячейки флэш-памяти, именно поэтому у таких микросхем ограничен ресурс циклов перезаписи. Он довольно значительный (порядка миллионов циклов), к тому же благодаря некоторому «интеллекту» контроллеров флэш-памяти удается минимизировать его вредное действие.

Память типа NOR обеспечивает возможность произвольного чтения-записи данных (вплоть до отдельных байтов) и быстрое считывание, но при этом относительно медленные схемы записи и стирания. Кроме того, такая память имеет довольно крупные ячейки (к каждой необходимо подвести контакт), что вызывает закономерные сложности в изготовлении и повышении емкости. Этот тип памяти обеспечивает возможность «исполнения-по-месту» (Execute-ln-Place, XIP). Этот тип памяти в основном применяется для хранения программного кода.

Память типа NAND обеспечивает блочный доступ, быстрые процедуры стирания и записи, дешевизну и простоту наращивания емкости модулей. Данные на флэш-памяти NAND считываются поблочно. Размер единичного блока варьируется от 256 байт до 256 Кбайт, практически все современные микросхемы позволяют работать с блоками разного размера. Эта схема накладывает как ограничения, так и предоставляет некоторые преимущества. Эта схема значительно снижает скорость записи небольших объемов данных в произвольные области памяти, но в то же время и увеличивает быстродействие при последовательной записи больших массивов данных. Благодаря блочной организации флэш-памяти NAND она дешевле сопоставимой по емкости памяти других типов.

Необходимо отметить также, что существуют гибридные решения, в одном корпусе объединяющие ряд разных типов памяти. Таким образом, например, удается обеспечить старт программных модулей, запускаемых из блока памяти NOR и затем загружающих основную ОС из микросхем NAND.

hello_html_674aa9e.png

Рисунок 4. Ячейка флэш-памяти в микросхеме матрицы

Рассмотрим основные типы современных устройств флэш-памяти:

CompactFlash (CF) 94 г. представляют собой модификацию PC-карт, они меньше по объему и имеют всего 50 контактов вместо 68, но их можно подключать в разъемы PCMCIA через пассивный переходник без дополнительного ПО. Устройства CF делятся на два типа, внешне различающихся толщиной. Размеры CF типа I - 36,4x42,8x3,3 мм, a CF типа II имеют ту же площадь, но их толщина больше - 5 мм. Карты типа II несовместимы с разъемами типа I, тогда как для карт типа I подходят порты обоих видов. Для работы модули CF используют напряжение 3,3 или 5 В и ток до 100 мА. В итоге, по утверждению производителей, они потребляют в 20 раз меньше энергии, нежели стандартные жесткие диски, так что не нужно часто заменять батарейки. Максимальная емкость карт типа I составляет 256 Мбайт (у компаний PQI и Delkin), а карт типа II - 512 Мбайт (у фирмы SiliconTech). Причём цена экспоненциально зависит от размера модуля. При покупке камеры, работающей с картами CF, можно не сомневаться, что удастся найти совместимый по памяти МРЗ-плеер и не придется иметь дело с картами разных видов. Для совмещения карты данного типа с ноутбуком достаточно переходника для разъема PCMCIA.

SmartMedia SSFDC 95 г. компанией Toshiba (Solid State Floppy Disk Card) можно перевести как "твердотельная дискета". Следует отметить, что многие производители делают флэш-карты сразу трех основных типов: Compact Flash, SmartMedia и MultiMediaCard. В отличие от Compact Flash, карты SmartMedia (SM) не снабжены встроенным контроллером, что, по замыслу создателей, должно снижать их стоимость. Кроме того, SM имеют меньшие размеры (37x45x1,76 мм) и массу (до 2 г). По популярности SM спорят с CF, а вместе с ним оба этих стандарта охватывают более половины рынка флэш-карт. Рабочие напряжения у SM такие же, как и у CF, но обычно используется 3,3 В. Максимальная емкость карт, объявленная производителями, в частности компаниями ЕМТЕС и Delkin, составляет 128 Мбайт, и стоит около 250 долл.. Из-за отсутствия внутреннего контроллера для работы с этими картами невозможно применить пассивный переходник. SM используются в цифровых камерах и МРЗ-плеерах.

MultiMediaCard ММС 97 г. компании Infineon Technologies. Карты меньше, чем рассмотренные выше, - 32x24x1,4 мм, да и весят они всего 1,5 г. Поэтому и предназначены в основном для ультрапортативных устройств, особенно актуальны они в КПК, сотовых телефонах и электронных записных книжках. Эти модули памяти работают при напряжениях 3,3 или 2,7 В и токе до 35 мА- низкое энергопотребление.

SecureDigital Panasonic учли последние веяния времени, чтобы предотвратить несанкционированное копирование, носители Secure Digital (SD) снабжены средствами защиты от незаконного копирования. Размеры карт - 32x24x2,1 мм. Разъемы для них совместимы с модулями ММС.

Memory Stick (Sony Memory Stick и Memory Stick Pro) Sony заставила компьютерную индустрию выбрать в качестве сменных носителей свои 3,5-дюймовые флоппи-дисководы, а теперь она решила позаботиться о своих позициях и на аудиорынке, для чего разработала новый стандарт флэш-карт Memory Stick (MS). Эти 10-контактные устройства размерами 21,5x50x2,8 мм и массой 4 г стали опорой цифровой империи Sony, которая устанавливает их в свои цифровые плееры, фотоаппараты и видеокамеры, также игрушки и другие устройства. В этом устройстве имеется уникальный переключатель защиты от стирания, который убережёт неаккуратного фотографа от удаления сделанных снимков. В 2003 году Lexar Media разработала расширенную версию Memory Stick Pro, обеспечивает регулирование прав на копирование цифровой информации, а также высокоскоростной контроллер памяти, разработанный в компании Lexar.

ATA-совместимая PC (PCMCIA) Хотя формфактор PC Card (PCMCIA) используется сегодня для широкого спектра устройств – от игровых приставок до модемов, от адаптеров SCSI до сетевых адаптеров, изначально он задумывался для компьютерной памяти, что видно из прежней аббревиатуры PCMCIA (Personal Computer Memory Card International Association – Международная ассоциация карт памяти для персональных компьютеров). В отличие от обычных модулей памяти, PC Card работает как дисковый накопитель используя стандарт PCMCIA ATA. Модуль PC Card бывает трех типов (тип I толщиной 3,3 мм, тип II толщиной 5 мм и тип III толщиной 10,5 мм), при этом все три типа имеют длину 3,3 дюйма и ширину 2,13 дюйма. Карты типа I и II используются для АТА-совместимой флэш-памяти, а карты типа III – для небольших АТА-совместимых жестких дисков.

xD-Picture Card 2002 года компании Fujifilm, сторонники использования флэш-памяти SmartMedia в цифровых фотоаппаратах, представили более компактную и надёжную замену SmartMedia, получившую название xD-Picture Card. Носитель xD-Picture Card, размеры которого составляют примерно одну треть от размеров SmartMedia, является наименьшим форматом существующей сегодня флэш-памяти. Кроме того, xD-Picture Card содержит более быстрый контроллер, позволяющий сократить время записи изображения. Скорость записи данных в 16- и 32-мегабайтовых картах (которыми обычно комплектуются цифровые фотоаппараты) составляет 1,3 Мбайт/с; скорость записи данных в картах емкостью 64 Мбайт и выше достигает 3 Мбит/с. Скорость чтения в платах любой ёмкости равна 5 Мбит/с. Носители поддерживает режим панорамной съёмки, реализованный в непокорых фотоаппаратах Olympus xD-Picture), использовать фотоаппараты и носители одних торговых марок.

Флэш-память USB (USB-брелки) созданные на основе интерфейса USB, являются альтернативой накопителям на гибких дисках и сменным носителям Zip/SuperDisk и представляют собой более предпочтительный способ обмена данными между системами. В 2000 году был пред­ставлен первый удачный накопитель этого типа (компании Trek), положивший начало появлению различных имитаций, многие из которых были снабжены зажимом или цепочкой для ключей, подчеркивавшими их миниатюрные размеры. Накопителям USB, также выполняющим функцию брелка для ключей, в отличие от других типов флэш-памяти, не требуется специальное устройство считывания данных, поскольку они могут подключаться к любому порту или концентратору USB, для их использования требуется специальный драйвер. Флэш-памяти USB, как и другим устройствам флэш-памяти, при подключении к компьютеру присваивается определенное имя дисковода. В некоторых USB-брелках имеется механический переключатель защиты от записи, который обеспечивает дополнительную защиту данных; другие модели включают или поддерживают функцию шифрования защищенных паролем данных. Некоторые накопители могут использоваться также в качестве загрузочного устройства (если BIOS обеспечивает соответствующую поддержку). Платы флэш-памяти SD- или ММС-типа, подключаемые к накопителю Kanguru MicroDrive+, позволяют увеличить его емкость.

Обслуживание устройства карты памяти

Флэш-памят содержимое можно многократно перезаписывать, не вынимая ее из ПК, запись происходит медленнее, чем считывание, и осуществляется импульсами повышенного напряжения. Вследствие этого, а также из-за ее стоимости, флэш-память не заменит микросхемы ОЗУ.

Потеря данных в flash-памяти нет возможности вернуться к первоначальным установкам! В 1998 году автор узнал о новом чрезвычайно опасном вирусе – «Чернобыль». Опасность заключалась в его действии – ровно в годовщину аварии на Чернобыльской АЭС этот вирус портил содержимое флэш-памяти и наиболее важной ее части – BIOS. В результате компьютер не мог вообще осуществлять операции ввода-вывода, в том числе и загрузку операционных систем. CMOS-память же оставалась в полном порядке! Поскольку микросхема с BIOS обычно была припаяна к материнской плате, приходилось выкидывать всю материнскую плату. Известен только один способ 100% гарантии избежать действия этого вируса – аппаратно запретить перезапись флэш-памяти. Дело в том, что новые версии этого вируса размножаются лавинообразно, и нет гарантии, что он сработает именно в эту дату.

  • Любой носитель информации требует особое обслуживание (например: HDD или FDD – требует дефрагментации практически всегда после установки каких-либо программ или их удаления или хотя бы раз в неделю проделывать эту процедуру), флэш-память требует такого же обслуживания. Дефрагментацию следует делать тогда, когда вы удаляете часть информации с неё и стараетесь записать новую. Дефрагментацией можно обойтись если записывать информацию последовательно (файл за файлом), при полном заполнении выполнять форматирование (предварительно сохранив данные в компьютере или отпечатав фотографии).

  • Устройство флэш-памяти также следует аккуратно извлекать. Всегда при завершении работы с картой памяти её следует безопасно извлечь из ПК во избежание повреждений и т. п., (например: флэш-память считывается или на неё записывается информация, а также самопроизвольный контроль связи ПК и карты памяти). Во избежание недоразумений устройство флэш-памяти следует извлечь после того, как выполнено «безопасное извлечение устройства».

  • Старайтесь следить за тем, чтобы батарея цифрового фотоаппарата или мобильного телефона была неразряжена (т.к. флэш-память боится резкого перепада напряжения), иначе в карте памяти могут возникнуть ошибки, или хуже того станет неработоспособной. Но в большинстве случаев флэш-память обладает высокой стабильностью. А также старайтесь следить за тем, чтобы контакты карты памяти не загрязнялись.

hello_html_5cb0e1b4.png











27, 28, 29

Экскурсия на выставку.

Обзор новой техники (накопителей) по материалам журналов и выставок в Ростовской области, в городе Новочеркасске и в нашем колледже. у

ОбъектTextArt5hello_html_m47aed2ed.gif

Тема 3.1 Мониторы с электронно-лучевой трубкой (ЭЛТ)

Занятие 30 Принцип работы ЭЛТ



Без возможности видеть результаты своей работы, ПК стал бы бесполезным инструментом, этой функций занимается видеосистема (отображения текста выполняет дисплеи, работающие с картами символов. Экран, представляется матрицей 80 на 25 символов. Образ каждого символа, который появляется на экране, хранится в специальной микросхеме ПЗУ. Эта память относится к видеоцепям ПК. Каждый символ на экране формируется множеством точек.

Монитор (дисплей) - предназначен для вывода на экран. Изображения на экране монитора (как, и теле­визора) состоят из множества дис­кретных точек люминофора, име­нуемых пикселями (pixel - picture element). Поэтому такие дисплеи называют еще растровыми.

Текстовый режим - экран монитора условно разбивается на отдельные участки - знакоместа, чаще всего на 25 строк по 80 символов (знакомест). В каждое знакоместо может быть введён один из 256 заранее символов. В число этих символов входят большие и малые латинские буквы, цифры, определённые символы, а также псевдографические символы, используемые для вывода на экран таблиц и диаграмм и

  • На цветных мониторах каждому знакоместу может соответствовать свой цвет символа

  • На монохромных используется повышенная яркость символов.

Графический режим экран состоит из точек, каждая из которых может быть тёмной или светлой на монохромных и одного или нескольких цветов - на цветном. Количество точек на экране называется разрешающей способностью монитора и не зависит от размеров экрана монитора.

С помощью 1 байта можно закодировать 256 символов - число перекрывает алфавит и все цифры

Псевдографика - дополнительные символы (кирпичики), формирующие изображение в виде двойных линий, уголков и пробелов, позволяющие легко формировать обрамление текста. Качество псевдографики - самое низкое, по сравнению с любой другой графической системой

Растровая графика - информация по каждому пикселю хранится в одном или более битах памяти, она имеет больше возможностей для формирования более точного изображения, но использует больше объем памяти (не меньше128 К памяти).

Мониторы с электронно-лучевой трубкой (ЭЛТ)

Информация на мониторе может отображаться несколькими способами. Самый распростра­ненный — отображение на экране электронно-лучевой трубки (ЭЛТ), такой же, как в телевизо­ре: испускаемый электродом (электронной пушкой) пучок электронов, попадая на эк­ран, покрытый люминофором, вы­зывает его свечение.

hello_html_m33d4fec9.jpg

Рисунок 12 - Принцип работы ЭЛТ

Занятие 31

Созданием растра изображения

Созданием растра изображения путем его горизонтальной (строчной) и вертикальной (кадровой) развертки. Электронный луч сканирует фронтальную поверхность ЭЛТ, покрытую люминофорами, смещаясь по горизонтали слева направо и создавая тем самым строку изображения. Затем быстро возвращается в левый край, но чуть ниже, чтобы приступить к прорисовке следующей строки. Спустившись до нижней кромки экрана, электронный луч быстро возвращается в левый верхний угол, чтобы начать прорисовку нового кадра изображения. В исправных мониторах обратный ход луча незаметен. Рисунок 13 - Сведением лучей

Сhello_html_m73c76848.pngм. анимация (архитектура ANM Monitor)


представления монитора ЭЛТ.

ЭЛТ представляет собой электронный вакуумный прибор в стеклянной колбе, в горловине которого находится электронная пушка, а на дне — экран, покрытый люминофором. Испускаемые красные, зелёные и синие электронными пушками пучки электронов, попадая на экран покрытый специальным составом – люминофором, вызывают его свечение. На пути пучков электронов находятся: дополнительные электроды, отклоняющая система, позволяющая изменять направление пучка, модулятор, регулирующий яркость получаемого изображения. Поток электронов (электронный луч) проходит через фокусирующую и от­клоняющую катушки, которые направляют его в определенную точку покрытого люминофором экрана. Луч каждого цвета попадает на соответствующую точку люминофора, что обеспечивается теневой маской системой отверстий. Под воздействием ударов электронов люминофор излучает свет, который видит пользо­ватель, сидящий перед экраном компьютера.

Уhello_html_m74e9d37.png цветного монитора имеются уже три электронных пуш­ки с отдельными схемами управ­ления, и на поверхность экрана нанесен люминофор трех основ­ных цветов: К. (Red, красный), G (Green, зеленый), В (Blue, си­ний) - называемые первичными (сложением этих цветов можно получить любой другой цвет). Такая модель цветообразования называется аддитивной (сложение), или RGB.

В модели RGB каждый базовый цвет характеризуется яркостью (интенсивностью), которая может принимать 256 дискретных значений от 0 до 255. Поэтому можно смешивать цвета в различных пропорциях, варьируя яркость каждой составляющей. Можно получить 256x256x256 = 16 777 216 цветов.

Рисунок 14 - Комбинации базовых цветов модели RGB

Таблица 2 - Три основных цвета, комбинируясь на ЭЛТ, дают 8 цветов:

 

Красный

Зеленый

Синий

Черный

0

0

0

Красный

1

0

0

Зеленый

0

1

0

Синий

0

0

1

Желтый

1

1

0

Голубой

0

1

1

Пурпурный

1

0

1

Белый

1

1

1

hello_html_m5f1ec684.pngРисунок 15 - Монитор на основе ЭЛТ


Занятие 32

Описания сведением лучей вЭЛТ

Лучи ЭЛТ надо направить на люминофоры соответствующих цветов. Луч, предназначенный для красных люминофоров, не должен влиять на люминофор зеленого или синего цвета. Чтобы добиться её, используется специальная маска теневая.

Пhello_html_m5c323be.pngервый тип - Теневая маска - представляет собой металлический экран с отверстиями, через которые должны проходить электронные лучи. Она форматирует люминофорный слой на триады разноцветных точек, называемых также экранными пикселами.

Теневые маски применяют с момента изобретения цветных мониторов. Их обычно изготавливают из магнитного сплава железа с никелем (инвара). Он имеет низкий коэффициент теплового расширения. А это очень важно. Рисунок 16 - Теневая маска

Шhello_html_m23e7a6df.pngаг люминофорного покрытия (мм) - минимальное расстояние между люминофорными элементами (зернами) одинакового цвета, расположенными в соседних строках экрана. Шаг является важной характеристикой ЭЛТ, существенно влияющей на качество отображаемого изображения. Чем меньше шаг, тем выше качество отображения. По существу, шаг определяет размер экранного пиксела (трехцветной точки). Шаг люминофорного покрытия в ЭЛТ с обычной теневой маской

  • Другой тип теневой маски - апертурной решеткой, применяется в ЭЛТ с пленарным (в одной плоскости) расположением электронных пушек. Такое расположение облегчает задачу поворота электронных лучей на большой угол, а также делает их фокусировку независимой от магнитного поля земли - лучше решается задача сведения лучей.

hello_html_me13221f.pngЛюминофоры трех базовых цветов в такой трубке наносятся на экран в виде сплошных вертикальных полос. Апертурная решетка, представляет собой тонкую металлическую фольгу с вертикальными щелями. Для стабилизации решетки (гашения колебаний) к ней прикрепляются тонкие проволочные струны. В мониторах с размером по диагонали 15 дюймов применяется одна такая струна, в 17-дюймовых — две, а в 21-дюймовых — три и более. Они заметны на светящемся экране, но это не дефект, а конструктивная особенность.

Рисунок 17 - Апертурная решетка


  • Тhello_html_m1dadb870.pngретий тип теневой маски - щелевая маска, представляет собой комбинацию идей, теневой маски и апертурной решетки. Люминофорные элементы имеют форму вытянутых по вертикали овалов и расположены вдоль воображаемых вертикальных линий.

В трубках с обычной теневой маской люминофоры расположены в вершинах равносторонних треугольников., а щелевая маска представляет собой множество вертикальных прямоугольных прорезей в металлическом экране. Таким образом, экранный пиксел (трехцветная точка) приобретает прямоугольную форму. В данный момент эта технология обеспечивает ширину пиксела 0,21 мм против 0,25 в случае апертурной решетки.


Рисунок 18 - Шаг люминофорного покрытия в ЭЛТ с апертурной решеткой


Занятие 33

Характеристики видеоадаптеров

Система монитора состоит: адаптера и самого монитора.

Адаптеры - это устройство преобразует сигналы, распространяющиеся по шине, к форме, воспринимаемой видеосистемой,

Принцип работы адаптера - непрерывно сканирует, видеопамять формирует ТВ-сигнал, который подается в монитор. ТВ-сигнал, в котором закодировано содержимое видеопамяти, выводится по кабелю в монитор. Монитор обрабатывает ТВ - сигнал с данными из видеопамяти и показывает их на экране.

См. анимация (архитектура ANM VS) Видео-плата. Если видео-плата имеет двухмерный акселератор, то функции связанные с выводом двухмерной графики выполняются специальным чипом, установленным на видео-плате. При этом ЦП посылает в акселератор набор инструкций, после выполнения которых полученные данные заносятся в видеопамять. В случае отсутствия акселератора, его работу симулирует ЦП. Запись, полученная таким образом, битовой карты, производится по системной шине. При наличии трёхмерного акселератора, набор соответствующих инструкций поступает на чип ускорителя видеокарты. Эти инструкции содержат информацию о полигонах, текстуре и т.д. После их обработки, в видеопамять пересылается уже готовая двухмерная проекция. Если трёхмерный акселератор в видео-плате отсутствует, то его функции выполняет центральный процессор. Получая данные в видеопамять, видеоконтроллер преобразует их в специальные сигналы, которые управляют работой монитора. При этом на экране монитора формируется соответствующее изображение.

адаптеры разделяют: по поддерживаемому стандарту (EGA, VGA, SVGA),

  • ширине шины (8-битная, 16-ти или более),

  • частоте кадров, и строк могут.

  • объему используемых микросхем памяти (от 1 Мбайт и более).

Классификация адаптеров

  • Сначала существовал только один тип IBM, который комплектовался тоже только

однотипными видеодисплеями. Его экран был однотонно-зеленым. Текст изображался грубым шрифтом, а из графических средств реализовывалась только псевдографика.

  • Адаптер монохромного дисплея (MDA от Monochrome Display Adapter)

Создан для работы с одноцветным дисплеем, работал с экранами зеленого цвета, позволяет подключять принтер без использования еще одного разъема расширения. MDA является символьной системой, не обеспечивающей никакой другой графики.

  • Цветной графический адаптер (CGA) - цветной графический адаптер - (Color Graphic Adapter), осодержит 16 Кб памяти, прямой доступных процессору, обеспечивал 16 цветов и работал в нескольких графических режимах с различной разрешающей способностью.

  • Улучшенный графический адаптер (EGA) - К 1984 году недостатки CGA стали очевидными, тяжело читаемый текст и грубая графика портили зрение. Появился улучшенный, возросла разрешающая способность обеспечивает в текстовом режиме разрешение 80х25 или 80х50 символов при 16-ти цветах, а в графическом режиме – 640х350 или 640х480 точек при 16-ти цветах и 320х200 точек при 256 цветах. Частоты EGA приблизительно равна 60 Гц. В настоящее время режим VGA устарел и используется только для обеспечении совместимости.

  • Video Graphics ArrayVGA - создаёт изображение более точное с использованием большей гаммы цветов. Обеспечивает в текстовом режиме разрешение 80х25 или 80х50 символов при 16-ти цветах, а в графическом режиме – 640х350 или 640х480 точек при 16-ти цветах и 320х200 точек при 256 цветах. В настоящее время режим VGA устарел и используется только для обеспечении совместимости.

  • XGA Display Adapter/A - 1990 года IBM для системы PS/2, а в 1992 г. - XGA-2. Оба устройства - высококачест­венные 32-разрядные адаптеры с режимом Bus Master предназначены для ПК с шиной МСА. Добавьте к быстродействующему VGA графический сопроцессор, увеличьте количество воспроизводимых оттенков, повысьте разрешающую способность — и вы получите адаптер XGA. В режиме Bus Master адаптер XGA может управлять ПК так, будто сам явля­ется системной платой. Режим Bus Master обеспечивает независимую работу адаптера от системной платы. В XGA-2 в режиме 1 024x768 увеличено количество цветов до 65 536, и схема в XGA-2 вдвое увеличивает скорость обработки ин­формации, и мерцание изображения сведено к минимуму.

Появлением видеоадаптеров XGA и 8514/А конкуренты IBM решили не копировать эти расширения VGA, а начать выпуск более дешевых адаптеров с разрешением, которое выше разрешения продуктов IBM. Эти видеоадаптеры образовали категорию Super VGA, или SVGA.

        • SVGA общее название для всех видеоадаптеров, обеспечивающих более высокие режимы, чем VGA. Возможности SVGA шире возможностей плат VGA. Внешне платы SVGA мало чем отличаются от своих собратьев VG.

        • VESA BIOS Extension 1989 г. ассоциация VESA, учитывая сложности программирования множест­ва выпускаемых модификаций плат SVGA, предложила стандарт для единого программного интерфейса с этими платами. Достоинство VESA BIOS том, что для работы с любым адаптером SVGA программист может использовать единый драйвер. С адаптерами SVGA различных моделей от разных производителей можно общаться через единый программный интерфейс VESA. Сейчас адап­теры SVGA стали выпускать VESA BIOS Extension в виде отдельной резидентной програм­мы, которую можно было загрузить при запуске компьютера. Однако через какое-то время отдельные фирмы начали включать VESA BIOS Extension в свои SVGA BIOS: отпадает необходимость в загрузке дополнительной программы, если планируется работать с приложением, использующим этот интерфейс. В настоящее время большинство адаптеров SVGA поддерживает специфи­кацию VESA BIOS. Существующий стандарт VESA на платы Super VGA предусматривает использование практически всех распространенных вариантов форматов изображения и кодирования цвето­вых оттенков, вплоть до разрешения 1 280x1 024 пикселей при 16 777 216 оттенках (24-битовое кодирование цвета). Некоторые видеоадаптеры поддерживают разрешение 1 880x1440.


Занятие 34

Компоненты видеоадаптера


Для работы видеоадаптера необходимы следующие основные компоненты:

          • BIOS (Basic Input/Output System — базовая система ввода-вывода); BIOS, которая подобна системной BIOS, но полностью незави­сима от нее. опознавательный знак BIOS видеоадаптера в самом начале запуска системы. BIOS видеоадаптера, подобно системной BIOS, хранится в микросхеме ROM; она содер­жит основные команды, которые предоставляют интерфейс между оборудованием видео­адаптера и программным обеспечением. Программа, которая обращается к функциям BIOS видеоадаптера, может быть автономным приложением, операционной системой или систем­ной BIOS. Обращения к функциям BIOS позволяет вывести информацию о мониторе во вре­мя выполнения процедуры POST и начать загрузку системы до начала загрузки с диска лю­бых других программных драйверов.

          • Графический процессор - называемый набором микросхем видеоадаптера, собственного процессора, который выполнял бы все вычисления, необходимые для построения изображения. При этом центральный процессор почти полностью освобождается для выполне­ния других задач (не связанных непосредственно с формированием картинки). Таким образом, отобрав практически все графические функции у центрального процессора компьютера и воз­ложив их на специализированный (максимально для этого приспособленный) процессор видео­адаптера, эта архитектура обеспечивает минимальное время реакции системы.

          • Видеопамять - при формировании изображения видеоадаптер обращается к памяти, которая находиться в адресном пространстве процессора и программы могут непосредственно производить с ней обмен данными. Она разделена на четыре банка, или цветовых слоя, использующих совместное адресное пространство. Емкость видеопамяти - 1, 2, 4, 8, 16 или 32 Мбайт. Она не увеличивает быстродействия видеоадаптера, но позволяет повысить разрешение изображения и/или количество воспроизводимых цветов. В качестве видеопамяти могут использоваться микросхемы памяти различных типов FPM DRAM (Fast ; widows: 2; orphans: 2"> Цифроаналоговый преобразователь (RAMDAC) - пре­образует генерируемые компьютером цифровые изображения в аналоговые сигналы, которые может отображать монитор. Быстродействие цифроаналогового преобразователя измеряется в МГц; чем быстрее процесс преобразования, тем выше вертикальная частота регенерации. В современных высокоэффективных видеоадаптерах быстродействие может достигать 200 МГц и выше.

          • Разъем - самое современное системное новшество в области разработки шин — ускоренный гра­фический порт (AGP). Это специально выделенная видеошина, разработанная Intel. Шина имеет максимальную пропускную способность, в четыре раза большую, чем у сопоставимой шины PCI. По существу, AGP является расширением существующей шины PCI, причем пред­назначена она для использования только с видеоадаптерами. Указанная шина предоставляет им высокоскоростной доступ к оперативной памяти компьютера. Это позволяет адаптеру об­рабатывать некоторые элементы трехмерных изображений, например текстурные карты, не­посредственно в системной памяти, а не копировать их в память адаптера до начала обработ­ки. При этом экономится время и не требуется увеличивать объем памяти видеоадаптера для улучшения поддержки функций обработки трехмерных изображений.

          • Видеодрайвер (программный драйвер) - существенный элемент видеосистемы, с помощью которого осуществляется связь программного обеспечения с видеоадаптером.

Многие популярные адаптеры сегодня имеют дополнительные модули, предназначенные для специальных целей, например для ускорения отображения трехмерных объектов.


Занятие 35 Лабораторная работа № 5 Проверка характеристик монитора

Тема 3.2 Плоско панельные мониторы


Занятие 36 Современные жидкокристаллические ЖК - мониторы LCD



Жидкие кристаллы - это вещества, способные под электрическим напряжением изменять величину пропускаемого света.

Современные ЖК-мониторы называют - LCD-монитор, плоскими панелями, активными матрицами двойного сканирования, тонкопленочными транзисторами, они изящны на вид, компактны, экономичны, обеспечивают высококачественное контрастное, яркое, отчетливое изображение, но цена более высокой, чем у мониторов с ЭЛТ.

Первые матричные технологии, так называемые пассивные матрицы, вполне неплохо отображают текстовую информацию, но при резкой смене картинки на экране оставались так называемые «призраки». Поэтому такого рода устройства не подходили для просмотра видеофильмов и игр. Сегодня на пассивных матрицах работает большинство черно-белых портативных компьютеров, пейджеры и мобильные телефоны. Так как при ЖК-технологии каждый пиксел управляется отдельным транзистором, четкость получаемого текста выше в сравнении с ЭЛТ-монитором.


Существует два вида ЖК-мониторов:

  • DSTN (кристаллические экраны с двойным сканированием) - пассивными матрицами.

  • TFT (на тонкопленочных транзисторах) - активными матрицами.

В первых компьютерах использовались 8 дюймовые (по диагонали) пассивные черно-белые матрицы. С переходом на технологию активных матриц размер экрана стал больше. Практически все современные ЖК - мониторы используют панели на тонкопленочных транзисторах, обеспечивают яркое, четкое изображение, а его размер больше 8 дюймов. Поперечное сечение панели на тонкопленочных транзисторах представляет собой многослойную структуру. Крайний слой любой из сторон выполнен из стекла. Между этими слоями расположен тонкопленочный транзистор, панель цветного фильтра, обеспечивающая нужный цвет - красный, синий или зеленый, и слой ЖК. Изнутри экран освещается флуоресцентным источником.

Сhello_html_m6aaa7689.pngм. анимация (архитектура ANM Monl).


Занятие 37 - Принцип работы основан ЖК - мониторы


Принцип работы основан на электрооптических свойствах. ЖК-монитор имеет две стеклянные (пластиковые) пластины с суспензией (ЖК) между ними. Кристаллы в ней расположены параллельно друг к другу и позволяют свету проникать через панель. На одной пластине находятся цветные светофильтры, а на другой миниатюрные транзисторы, каждый транзистор управляет только одной ячейкой. Напряжение, подаваемое на ячейку, упорядочивает молекулы ЖК. При этом меняется угол поляризации проходящего через кристалл света. Чем выше напряжение подаваемое на ячейку, тем меньше света она пропускает. Под воздействием электрического тока расположение кристаллов изменяется, и они начинают препятствовать прохождению света. В ЖК экране поляризационный светофильтр создает две раздельные световые волны и пропускает только ту волну, у которой плоскость поляризации параллельна его оси. Второй светофильтр расположен перпендикулярна оси первого, для того чтобы предотвратить прохождение света (экран будет темным). Вращая ось поляризации второго фильтра, изменяется угол между осями светофильтров, и изменяется количество пропускаемой световой энергии, а значит, и яркость экрана. В цветном ЖК есть еще один дополнительный светофильтр, который имеет три ячейки на каждый пиксель изображения — по одной для отображения красной, зеленой и синей точек.

Рисунок - Устройство жидкокристаллического дисплея

При нормальных условиях, когда нет напряжения, ЖК находятся в аморфном состоянии. В этом состоянии они пропускают свет. С помощью электрического напряжения можно изменять ориентацию кристаллов и тем самым управлять количеством света, проходящего через них. Как и в ЭЛТ, пиксел в ЖК-мониторе формируется из трех участков: красного, зеленого и синего. А различные цвета получаются в результате изменения величины соответствующего электрического заряда (что приводит к повороту кристалла и изменению яркости проходящего светового потока). Для нормального обеспечения разрешения, например, дисплей 1024x768 должен физически располагать именно таким количеством пикселов.


Занятие 38 Параметры ЖК - мониторов

  • Разрешении, совпадающее с физическим разрешением матрицы, имеет идеальную четкость изображения. Картинка 17-дюймового TFT-монитора в разрешении 1280x1024 по четкости превосходит изображение 19-дюймовых ЭЛТ-мониторов, с оптимальным режимом 1280x1024

  • При работе нагрузка на глаза меньше из-за отсутствия мерцания. Коэффициент отражения света от поверхности в три и более раз меньше, чем в ЭЛТ с самым совершенным на сегодня антибликовым покрытием, поэтому и бликов на экране ЖК- в несколько раз меньше.

  • Для них характерен безбликовый плоский эк­ран и низкая потребляемая мощность (некоторые модели таких дисплеев потребляют 5 Вт, в то время как мониторы с электронно-лучевой трубкой — порядка 100 Вт).

  • Если ЭЛТ - работают при нескольких разрешениях в полноэкранном режиме, то ЖК- только с одним разрешением. Меньшие разрешения возможны лишь при использовании части экрана. Так, например, на мониторе с разрешением 1024x768 при работе в разрешении 640x480 будет задействовано лишь 66% экрана. Функций «растягивания» изображения на весь экран (полноэкранный режим работы) приводит к падению четкости и даже искажению изображения.

  • От стандартной видеокарты компьютера идет аналоговый видеосигнал, понятный ЭЛТ-мониторам, которые являются аналоговыми. ЖК-мониторы являются цифровыми устройствами (дискретный набор пикселов, дискретное управление цветом и яркостью пиксела). Поэтому, чтобы аналоговый сигнал стал понятен ЖК-монитору, необходимо преобразовать аналоговый сигнал в цифровой. Сначала видеокарта преобразовывает цифровой сигнал от компьютера в аналоговый, затем передает его монитору, который осуществляет обратное преобразование. При этом могут возникать различные нежелательные эффекты. Чтобы избежать этого, производители (сначала мониторов, а затем и видеокарт) стали выпускать устройства с двумя выходами — аналоговым и цифровым.

  • На ЖК-мониторе может не работать несколько пикселов. Распознать их нетрудно — они всегда одного цвета. Возникают они в процессе производства и восстановлению не подлежат. Приемлемым считается, когда в мониторе не более 3—5 таких пикселов (считается браком, если у него число «мертвых» пикселов выше).

  • Углы обзора по вертикали и горизонтали ЖК-мониторов меньшие, чему ЭЛТ. Чем больше угол обзора, тем удобнее работать. Производители стараются их увеличить.

Требование к мониторам

Монитор - это, как правило, единственное устройство, "лицом к лицу" с которым пользователь проводит не один год. Основная нагрузка при этом приходится на зрение, поскольку при работе с монитором глаза устают значительно быстрее, чем при любых других видах работы. Основными параметрами изображения на экране монитора являются яркость, контраст, размеры и форма знаков, отражательная способность экрана, наличие или отсутствие мерцаний.

  • Яркость изображения - яркость светлых элементов, нормируется для того, чтобы облегчить приспособление глаз к самосветящимся объектам, в пределах (25%) и колебания яркости. При более высоких уровнях освещенности экрана зрительная система утомляется быстрее и в большей степени.

  • Контраст - между фоном и символами на экране. Малая контрастность затрудняет различение символов, однако и слишком большая тоже вредит.

  • Размеры знаков на экране - человеческий глаз не может долго работать с мелкими объектами. Вот почему нормируются размеры знаков на экране.

  • Отражательная способность экрана не должна превышать 1%. Для снижения количества бликов и облегчения концентрации внимания корпус монитора должен иметь матовую одноцветную поверхность (светло-серый, светло-бежевый тона). Антибликовое покрытие уменьшает отражение внешнего света от стеклянной поверхности экрана. Типы покрытия: например, специальная, рассеивающая световой поток, гравировка экрана.

  • Мерцание - изменение яркости во время одного цикла регенерации может восприниматься как мерцание. Вызывает симптомы зрительного утомления. Основные нормируемые визуальные характеристики этих характеристик представлены в таблице 5.

Таблица 5- Нормируемые впараметры в мониторов и допустимые значения

Параметры

Допустимые значения

Яркость знака или фона (измеряется в темноте)

35-120 кд/м2

Контраст

От 3:1 до 1,5:1

Размеры знаков на экране

16-60 угловых минут, что составляет от 0,46 до 1,75 см, если пользователь смотрит на экран с расстояния 50 см

Отражательная способность экрана

(блики)

не более 1% с коэффициентом отражения 0,4-0,6, без блестящих деталей.

Мерцания (временная нестабильность изображения)

Не должна быть более 90% наблюдателей

Отношение ширины знака к высоте

0,5-1,0

Неравномерность яркости элементов знаков и поля экрана

не более 25%

Размер минимального элемента отображения (пикселя), мм

0,3

Стандарт ТСО. Распространение мониторов заставляет пользователей проявлять все большее беспокойство по поводу их влияния на организм человека. Страны Европы стали проверять изделия, не удовлетворяющими требованиям стандартов ТСО '95 и Blue Angel. Новые стандарты ТСО'99, ECO-Circle '99 и Nordic Swan предъявляют более жесткие требования, нежели ТСО '95 и Blue Angel. Все требования, предъявляемые к ЭЛТ мониторам, делятся на 5 категорий:

  • Влияние периферийных магнитных полей – в ЭЛТ луч контролируется при помощи магнитных полей. Наличие рядом с работающим монитором источника радиомагнитного излучения может привести к интерференции и в конечном итоге - к разбалансировке изображения.

  • Радиационное излучение – самый опасный для пользователя эффект работы за ЭЛТ. Допустимый уровень излучения согласно ТСО-99 не должен превосходить 5000 наногреей в час.

  • Электростатический потенциал – возникает в результате разницы потенциалов между катодом ЭЛТ и окружающей средой на поверхности экрана. Допускается наличие потенциала в пределах 0,5 В.

  • Переменные электрические и магнитные поля - возникают между объектами, обладающими разными электрическими потенциалами. В нашем случае это монитор- пользователь.

  • Режим энергосбережения – стандарт предусматривает два уровня энергосберегающей работы, с потреблением не более 15 и 5 Вт.


ОбъектTextArt4hello_html_41a55f.gif


Занятие 39 Классификация принтеров по качеству печати

Для вывода результатов работы используют принтеры.

Используется 4 - принципиальных схемы нанесения изображения на бумагу

  • при матричной печати печатающая головка ударяет иглами по бумаге через красящую ленту, изображение формируется в виде точек

  • при струйной печати печатающая головка выбрасывает через тонкие сопла краску на бумагу

  • при лазерной печати лазер поляризует поверхность печатающего барабана, к которой прилипают мелкие частицы красящего порошка. Краска наносится на бумагу и при нагреве впаивается в ее поверхность

  • при термопереносе нагревается поверхность специальной бумаги, и в точках нагрева изменяется цвет с белого на черный.

Рассмотренная модель RGB хорошо описывает цвета, получаемые в результате смешения лучей света различной окраски. Таким образом, она годится для предсказания цветов, видимых на мониторе, а также получающихся при сканировании изображений, но не подходит для печатающих устройств. Смешение красок, которое делают печатающие устройства, описывает модель CMYK. В этой модели используются три базовых цвета: голубой (Cyan), пурпурный (Magenta) и желтый (Yellow), и применяется черный цвет (black),

Кhello_html_m4cd213f0.pngаждый из трех базовых цветов модели CMYK получается в результате вычитания из белого цвета одного из базовых цветов модели RGB (голубой (cyan) получается вычитанием красного из белого, а желтый (yellow) — вычитанием синего. Напомним, что в модели RGB белый цвет представляется как смесь красного, зеленого и синего максимальной яркости. В связи с тем, что базовые цвета CMYK получаются путем вычитания из белого базовых цветов RGB, их называют субтрактивными. Понятно, что вычитание из белого цвета белого любое количество раз дает в результате черный, а сложение белых цветов — белый: сложение базовых цветов CMYK дает в результате черный

Комбинации базовых цветов модели CMYK



Занятие 40 - Принцип действия матричных принтеров


Матричные устройства ударного действия, и в которых точка формируется посредством удара о бумагу через красящую ленту. (архитектура ANM UP MRN ) Головка матричного принтера состоит из некоторого количества металлических игл, обычно 9 или 24. Иглы располагаются вертикально, друг над другом, и приводятся в движение при помощи электромагнитов. При движении головки матричного принтера иглы поочерёдно ударяют через красящую ленту по бумаге. При этом образуются точечные очерки, из которых образуется печатаемое изображение.

Состав матричного принтера

  • Печатающая головка - механизм, который непосредственно наносит изображение на бумагу называют печатающей головкой.- состоит из блока иголок (9 или 24 иглы). Каждая игла вставляется в специальные направляющие и подпружинивается, игла совершает "укол" - прижимая ленту к бумаге и возвращается в исходное положение. Головка крепится на каретке, и к ней подводится шлейф, через который передаются сигналы на отдельные иголки. Каретка в сборе движется вдоль листа бумаги по специальным направляющим.

  • Датчики устанавливаются слева и справа в крайнем положении каретки, и не дают каретке заклиниваться в крайнем левом или правом положении.

  • Картридж с лентой либо просто лента может крепиться как на каретке, так и вне ее в зависимости от модели. Как правило в малых принтерах картридж устанавливается на каретке.

  • Механизм подмотки ленты, позволяет равномерно использовать всю длину красящей ленты. Он состоит из нескольких шестеренок. Ведущая шестеренка зубчато-ременной передачей связана с кареткой (если узел подмотки выполнен не на самой каретке). Механизм сделан таким образом, что вне зависимости от направления движения каретки лента движется всегда в одну сторону.

Существует два основных метода задания движения: в обоих случаях для движения используется электромагнит, катушка которого охватывает иглу.

  • Традиционный - игла втягивается в электромагнит, как сердечник в катушку по которой проходит ток (как, например, в электрических звонках). При этом пружина, нанизанная на иглу, сжимается и, после выключения тока, возвращает иглу на место, причем "отскок" за счет упругости бумаги и опорного ролика очень помогает быстрому возвращению на место.

  • С «запасенной энергией» - пружина в состоянии покоя напряжена за счет действия постоянного магнита. При печати магнитное поле катушки, через которую пропускают ток, компенсирует поле постоянного магнита и запасенная в пружине энергия толкает иглу к красящей ленте. Затем направление тока меняют и суммарное поле катушки и постоянного магнита возвращает иглу в исходное положение. Для управления током в катушках на плате управления принтером установлены специальные ключевые транзисторы Во всех случаях в результате на бумаге мы получаем отдельную точку. Из таких точек и формируется изображение.

Параметры матричного принтера

  • Встроенных шрифты и коды таблиц. Выбор шрифта осуществляется с помощью кодов, посылаемых на принтер перед печатью, или с помощью клавиш панели управления принтером.

  • Поддерживают режимы: печать узким шрифтом, быструю печать в один проход, и печать в два прохода (каждая точка пробивается два раза это дает качественное изображение но меньшую скорость печати).

  • Скорость печати для высокопроизводительных моделей может составлять до 380 знаков в секунду.

  • Для этих принтеров обычно возможно использование как форматной, так и рулонной бумаги. Головка принтера может быть оснащена 9, 18 или 24 иголками.

  • Существуют модели с широкой (А3) и с узкой (А4) кареткой.

  • Производители Epson, NEC, Panasonic и Citizen, Tally.

Скоростные матричные принтеры

  • Печатающие иглы вместе с пружинками, собирают во фреты по 4, 7 или 13 игл. От числа игл зависит скорость печати. Для перемещения игл фреты монтируются на блоке молоточков, и приводятся в возвратно-поступательное движение в направлении, параллельном линии печати. Принтер о обеспечивает высокую скорость печати, но качество ограничено максимальной разрешающей способностью при печати графики - 240 x 288 точек на дюйм.

  • У Printronix - не игла, а шарик из сверхтвердого материала. Шарику-то все равно, под каким углом он ударится в бумагу. Правда, это чревато снижением качества при износе "шарика": тогда величина точки будет возрастать и получается 500 строк за минуту …

Достоинства:

  • низкая стоимость расходных материалов

  • достаточно высокая скорость печати (особенно у строчных принтеров)

  • нетребовательность к бумаге

  • достаточно высокая надежность из-за простоты конструкции

  • невысокая стоимость устройства, особенно формата А3

  • Недостатки:

  • практически неспособны печатать в цвете

  • высокие шумы при работе

  • низкая скорость печати у младших моделей, кроме того скорость резко падает при печати графики или в высоком качестве

  • практически не предназначен для печати графики из-за большой площади иголки.

Занятие 41 - Принцип действия струйных принтеров


Струйные принтеры - последовательное безударное печатающее устройства (носитель печатаемой инфор­мации не касается бумаги), работают бесшумно. Подразделяются на устройства непрерывного и дискретного действия.

(архитектура ANM SPRN). Принцип работы. Головка принтера состоит из тонких трубочек заполняемых красящим веществом. В основании трубочек располагаются пьезаэлементы. При перемещении головки вдоль бумаги, на пьезаэлементы подаётся напряжение. Они деформируются и выдавливают порцию краски на продвигающуюся вдоль головки бумагу.


Н

hello_html_1700dc37.png

епрерывного действия - печатающая головка движется только в горизонтальной плоскости, а бумага подается вертикально. Сопла (канальные отверстия) на печа­тающей головке, через которые разбрызгиваются чер­нила, соответствуют "ударным" иглам.

Количество со­пел у разных моделей принтеров, может варьироваться от 12 до 64. Размер каждого сопла существенно меньше диаметра иглы (тоньше че­ловеческого волоса). Принцип действия основан на том, что струя чернил, постоянно испускаемая из сопла печатающей головки, направляется либо на бумагу (для нанесения изображе­ния), либо в специальный приемник, откуда чернила снова попадают в общий резервуар. В рабочую камеру чернила подаются микронасосом, а элемент, задаю­щий их движение, является - пьезодатчик. Для направления струи чернил в определен­ные на бумаге, необходимы отклоняющие электроды.

Рисунок 21- Принцип работа струйного принтера

Дискретного действия, основана на дискретном выпрыскивании капель чернил на бумагу из сопел печатающей головки. Используется два дискретных метода.



Занятие 42 - Методы струйной печати.

hello_html_5f98ad41.gif

1) тонкопленочный резистор в каждом соп­ле находится нагревательный элемент. При пропускании тока через резистор канал за нагревается до t =500 градусов и отдает выделяемое тепло окружающим его чернилам, образуя чернильный паро­вой пузырь, который старается вытолкнуть через вы­ходное отверстие сопла необходимую порцию (каплю) жидких чернил. При отключении тока резистор быстро остывает, уменьшаясь в размерах, "подсасывает" через входное отверстие сопла новую порцию чернил, кото­рые занимают место "выстреленной" капли.


hello_html_m4bb2821a.gif









Рисунок 22 - Тонкопленочный резистор



2) пьезоэффект - заключается в деформации пьезокристалла под воздействием электрическо­го поля.. Изменение размеров пьезрэлемента, располо­женного сбоку входного отверстия сопла, приводит к выбрасыванию капли и приливу через входное отверс­тие новой порции чернил

Рисунок 23 - Пьезоэффект

Занятие 43 - Характеристики лазерных принтеров


Лазерные принтеры - используется электрографический способ создания изображения - примерно такой же, как и в ксероксах.

hello_html_3a68122e.jpg

Рисунок 20 - Принцип работы лазерного принтера

(архитектура ANM Lptn ) для печати используется порошок - тонер. При облучении лазером специально заряженный барабан в облучённых местах разрежается. На разряженные участки налипают положительнозаряженные частицы тонера. При контакте барабана с бумагой частицы тонера остаются на ней. Затем с помощью нагретого пресса тонер закрепляется на бумаге.

Принцип работы - на фоточувствительном барабане с помощью полупроводникового лазер и прецизионной оптико-ме­ханической системы, перемещаясь луч лазера создается электростатическое изображение страни­цы. Помещенный на барабан специально окрашенный порошок (тонер) "прилипает" к той области, которая представляет собой буквы или изображение на странице. Барабан поворачивается и прижимается к листу бумаги, перенося на нее тонер. Подаваемый лист заряжается таким образом, чтобы тонер с барабана притягивался к бумаге. После этого изображение закрепляется на ней за счет нагрева частиц тонера до температуры плавления. Окончательную фиксацию изображения осуществляют специальные валики, прижимающие расплавленный тонер к бумаге. После закрепления тонера на бумаге получается готовое изображение. По­добная технология используется в копировальных аппаратах.

Кроме лазерных существуют LED - принтеры, которые получили своё название из-за того, что полупроводниковый лазер в них был заменён «гребёнкой» мельчайших светодиодов.

Занятие 44 - Цветные принтеры


Первичными цветами для цветных принтеров являются зеле­но-голубой (Cyan), светло-красный (Magenta) и желтый (Yellow). На­ложение двух из этих первичных цветов в данном случае дает красный, зеленый или голубой цвет. Смешение всех трех первичных цветов - дает черный цвет. В некоторых принте­рах для получения истинно черного цвета используется отдельный чер­ный краситель (blacK), поэтому модель цветообразования называется также CMY или CMYK.

Почему, различаются модели цветообразования для мониторов и принтеров. Наши глаза являются сложной оптической системой, ко­торая воспринимает излучаемый или уже отраженный от освещае­мых предметов свет, разумеется, если они сами его не излучают. Цвет, как известно, определяется длиной волны электромагнитного излучения, определенный частот­ный спектр которого и представляет для нас видимый свет. Поэтому нанесенные на экран точки люминофора воспри­нимаются именно того цвета, ка­кой они и излучают. Краситель же, нанесенный на бумагу, напротив, действует как фильтр, поглощая (вычитая!) одни и отражая другие длины электромагнитных волн. Напомним, что насыщенность цвета (розовый, красный, пурпур­ный) зависит от количества бело­го цвета. Таким образом, промежу­точные цвета при выводе изобра­жения (розового, полу­чаются, как правило, путем пропус­ка (непечати) нескольких точек).

  • цвет­ные матричные - принцип работы заключается в том, что вертикаль­ный ряд

(два ряда) игл «вко­лачивает» краситель с многоцвет­ной ленты пря­мо в бумагу. Система управления этих принтеров заботится не только о конкретной иголке, но и цвете лен­ты.

  • цвет­ные струйные, поскольку размер сопла тоньше человечес­кого волоса, то чер­нила

растекаться и сме­шиваться до высыхания что то при­водит к снижению яркости, а так­же к изменению цветности изобра­жения. Для преодоления эти неприятности, используются самые различные подходы:

- Hewlett-Packard используют специальные пиг­ментные чернила, а для высыхания чернил использует подогрев бумаги

  • В Color JetPrinter предус­мотрены паузы между проходами для нанесения первичных цветов.

  • цвет­ные лазерные - лазер формирует электронное изображение на светочувствительной фотопримной ленте последовательно для каждого цвета тонера (CMYK).

  • цвет­ные с термопереносом - термопластичное красящее вещес­тво, нанесенное на

тонкой подложке, попадает на бумагу в том месте, где нагревательными элемен­тами (аналогами сопел и игл) пе­чатающей головки обеспечивается t = 70-80 градусов. Для нанесе­ния цветного изображения требу­ется, разумеется, три или четыре прохода: по одному для первичных цветов

  • цвет­ные с термосублимацией- эта технология близка к термопереносу, только эле­менты

печатающей головки нагре­ваются уже до t = 400 градусов. Cублимацией - пере­ход вещества из твердого состояния в газообразное минуя стадию жид­кости (например, кристаллы йода сублимируют при нагревании). Та­ким образом, порция красителя сублимирует с подложки и осажда­ется на бумаге. Комбинацией цветов красителей можно подобрать практически любую цветовую па­литру. Данная технология использует­ся только для цветной печати

  • принтерами с твердым красителем, восковые стерженьки для каждого первичного цвета

красителя постепенно рас­плавляются специальным нагрева­тельным элементом при t = 90 градусов и попадают в отдельные резервуары. Расплавлен­ные красители подаются оттуда спе­циальным насосом в печатающую головку, работающую обычно на основе пьезоэффекта. Капли воскообразного красителя на бумаге застывают практически мгновенно. Достоинство – красители ни просачива­ются, ни растекаются, ни смешиваются.


Занятие 45 - Лабораторная работа № 7 Настройка различных принтеров


Тема 4.2 Оргтехника офиса


Занятие 46 - Плоттеры (графопостроитель)

Устройство, позволяющее вычертить чертеж детали, географическую карту или другое изображение. Плоттер рисует специальными цветными фломастерами.

перьевые и карандашные (грифельные) плоттеры - это электромеханические устройства создают изображение при помощи (перьев) или цангового механизма для карандашных грифелей. Перо (грифель) крепится в держателе, который перемещается. Существует два типа:

  • планшетные, бумага неподвижна, а перо перемещается по всей плоскости изображения

  • барабанные (рулонные ) перо перемещается вдоль одной оси координат, а бумага – вдоль другой за счет захвата транспортным валом.

Преимущества карандашных: не высыхает, можно корректировать ластиком, грифели просто купить.

    • струйные плоттеры - создания реактивного пузырька направленного распыления чернил на бумагу при помощи сотен мельчайших форсунок. Каждой форсунке соответствует свой микроскопический нагревательный элемент (терморезистор), который мгновенно (за 7-10 мкс) нагревается под воздействием электрического импульса. Чернила закипают, и пары создают пузырек, который выталкивает из форсунки каплю чернил. Когда импульс кончается, терморезистор остывает, а пузырек исчезает. Достоинства - простота реализации, высокое разрешение, низкую потребляемую мощность и относительно высокую скорость печати. Недостатки невысокая скорость вывода информации и выцветание со временем.

Электростатические - основаны на создании скрытого электрического изображения на поверхности носителя - специальной электростатической бумаги, рабочая поверхность которой покрыта тонким слоем диэлектрика, а основа пропитана гидрофильными солями для обеспечения требуемых влажности и электропроводности. Рельеф формируется на поверхность диэлектрика свободных зарядов, образующихся при возбуждении тончайших электродов записывающей головки высоковольтными импульсами напряжения. Когда бумага проходит через проявляющий узел с жидким намагниченным тонером, частицы тонера оседают на заряженных участках бумаги. Полная цветовая гамма получается за четыре цикла. Их можно было бы считать идеальными если бы не поддержания стабильных температуры и влажности в помещении, необходимость тщательного обслуживания и их высокая стоимость,

Прямого вывода изображения, изображение создается на специальной термобумаге (пропитанной теплочувствительным веществом), которая подается с рулона, движется вдоль "гребенки" и меняет цвет в местах нагрева. Изображение получается высококачественным (разрешение до 800 (точка/дюйм)), но монохромным.

На основе термопередачи, отличие состоит в том, что в них между термонагревателями и бумагой размещается "цветоноситель" - тонкая, толщиной 5-10 мкм, лента, обращенная к бумаге красящим слоем. В процессе вывода информации бумажный лист с наложенной на него лентой проходит под печатающей головкой, которая состоит из тысяч мельчайших нагревательных элементов. Воск в местах нагрева расплавляется, и пигмент остается на листе. За один проход наносится один цвет. Изображение получается за четыре прохода. На каждый лист цветного изображения затрачивается в четыре раза больше красящей ленты, чем на лист монохромного. Используются для САПР объектов трехмерного моделирования, в картографии, рекламными агентствами для плакатов, где требуется высокое качество воспроизведения цветов

  • Лазерные (светодиодные) - промежуточный носитель изображения (вращающийся

селеновый барабан) в темноте заряжен до потенциала в сотни вольт. Луч света снимает этот заряд, создавая скрытое электростатическое изображение, которое притягивает намагниченный мелкодисперсный тонер, переносимый затем механическим путем на бумагу. После этого бумага с нанесенным тонером проходит через нагреватель, в результате чего частицы тонера запекаются, создавая изображение. Для управления перемещением лазерного луча служила сложная система вращающихся зеркальных многогранников или призм или линз. Вследствие этого плоттеры, боятся тряски и ударов, которые могут сбить настройку.

Лазерные и LED-плоттеры ввиду высокого быстродействия (лист формата А1 выводится менее чем за полминуты) удобно использовать как сетевые устройства, и они имеют в стандартной комплектации адаптер сетевого интерфейса. Не менее важно и то, что эти плоттеры могут работать на обычной бумаги, что сокращает эксплуатационные затраты.

Основные параметры плоттеров

  • носитель и изображение - тип носителя, максимальный размер листа, формат листа

  • точность - разрешение печати, измеряется числом точек на дюйм , повторяемость, погрешность остановки пера

  • скорость печати, или перемещения носителя

  • память, в которую загружается графическая информация, обрабатываемая процессором плоттера в процессе создания изображения, стандартный буфер емкостью от 1 до 64 Мб.

  • форматы данных, существует два принципа создания изображения векторный (перьевые) и растровый (для всех остальных).

  • цветовая палитра - максимально возможное количество цветов.


Занятие 47 - Основные характеристики ксероксов


а) Скорость копирования, измеряется числом копий формата А4 в минуту и показывает "скорострельность" аппарата. Производительность зависит не только от скорости копирования, но и от степени автоматизации функциональных систем.

б) Рекомендуемый объём копирования - это количество копий. Различные модели при одинаковой скорости могут иметь разный объём копирования, чем он больше, тем более надёжна машина, так как она способна произвести большее число копий без существенных поломок.

в) Формат оригинала и копии - это размер листа бумаги, с которого и на который переносится изображение. Основные форматы - это А4 (210х297 мм) и А3 (297х420 мм).

_Классификация копировальной техники

1) Портативные копировальные, для изготовление небольшого числа копий в любых условиях - дома, в офисе, в командировке ( Canon PCили FC -330, 310, Xerox 5220, Sharp Z-20, Mita CC-10)

- формат оригинала и копии - А4;

- скорость копирования до 5-6 копий в минуту;

- рекомендуемый объём копирования - до 500 копий в месяц;

2) Низкоскоростные копировальные аппараты, обслуживание потребностей небольшого офиса (Canon NP-1550, 1215, 1010, Xerox 5310, 5317, 5316, Sharp SF-7800, 7370, Ricoh FT-3313)

- формат оригинала - А4 (А3);

- формат копии - А4 (А3);

- скорость копирования 10-15 копий в минуту;

- рекомендуемый объём копирования - до 1500-2500 копий в месяц;

3) Офисные копиры среднего класса, обслуживание потребностей офиса средних размеров с большим документооборотом, требующим хорошего оформления документов - выделение цветом, масштабирование (Xerox 5331, 5332, Ricoh FT-4222, 4220)

- формат оригинала до А3;

- формат копии до А3;

- скорость копирования - 15-30 копий формата А4, 10-20 копий формата А3 в минуту;

- рекомендуемый объём копирования - до 10000 копий в месяц;

4) копиры для рабочих групп, обслуживание больших офисов и бизнес-центров, большие объёмы копирования, необходимость брошюрования и сортировки документов, разделение ресурсов и программирование больших объёмов сложных копировальных работ (Xerox 5343, 5352, 5340, 5380, Ricoh FT-6655, Canon NP-6650)

- формат оригинала до А2;

- формат копии до А2;

- скорость копирования - 40-80 копий формата А4 в минуту;

- ч/б копирование с возможностью выделения цветом;

- рекомендуемый объём копирования - более 15000 копий в месяц;

5) специальные копировальные аппараты (полноцветные широкоформатные), предназначены для копирование инженерных чертежей, цветных фотографий, вывода на твёрдый носитель изображения с компьютера и слайдов ( Milta DC-A0, Xerox 2515, 2520, 3050, 5760, Ricoh FW-810, Canon CLC-10, 350, 550, 800, Xerox Majestic).


ОбъектTextArt3hello_html_272d9f67.gif

Занятие 48 - Конструктивные исполнения клавиатур


Клавиатура  - представляет собой сетку контактов, каждый из которых соответствует определённой клавише. При нажатии клавиши соответствующий контакт замыкается и поступает сигнал в контроллер клавиатуры. Контроллер посылает в буфер клавиатуры соответствующую цепочку битов, называемую сканкодом нажатой клавиши. С помощью подпрограммы BIOS этот код потом преобразуется в расширенный аскикод, который записывается в буфер расположенный в основной памяти.

См. анимация (архитектура ANM kbb) Клавиатура состоит из четырех основных компонентов:

•      кабеля;                                        •      корпуса;

•      панели с клавишами;               •      клавишных колпачков.


hello_html_1b3ea69e.jpg

Рисунок 24 - Принцип формирование сигнала клавиатуры

Занятие 49 - Конструкции клавиш

   

В современных клавиатурах используется несколько типов клавиш. В большинстве кла­виатур установлены механические переключатели, в которых происходит замыкание элек­трических контактов при нажатии клавиш. В некоторых клавиатурах высокого класса ис­пользуются бесконтактные емкостные датчики. Наиболее широко распространены контактные клавиатуры. Существуют следующие их разновидности:

•       с чисто механическими переключателями -датчик представляет собой механизм с контактами из специального сплава; Они  надежны, их контакты обычно самоочищающиеся и они выдерживают до 20 млн срабатываний и стоят вторыми по долговечности после емкостных датчиков. Обратная связь у них просто превосходная

•       с замыкающими накладками   - прокладка из пористого материала с приклеенной снизу фольгой соединяется с кнопкой клавиши; недостаток такой конструкции состоит в том, что она весьма чувствительна к коррозии фольги и загрязнению контактов на печатной плате и отсутствии щелчка при нажатии (нет обратной связи).

•       с резиновыми колпачками  - вместо пружины в ней используется резиновый колпачок с замыкающей вставкой из той же резины, но с угольным наполнителем. При нажатии клавиши шток надавливает на резиновый колпачок, деформируя его. Деформация колпачка сначала происходит упруго, а затем он "проваливается". Количество деталей минимально., что обеспечивает высокую надежность клавиатуры и объясняет ее широкое распространение.;

•       мембранные  - в ней нет отдельных клавиш: вместо них используется лист с разметкой, который укладывается на пластину с ре­зиновыми колпачками. При этом ход каждой клавиши ограничен, и такая клавиатура не го­дится для обычной печати.  

 на емкостных датчиках -  являются единственными бесконтактными переключателями,  дороже резиновых, но более устойчивы к загрязнению и коррозии. В емкостных датчиках нет замыкающихся контактов. Их роль выполняют две смещаю­щиеся относительно друг друга пластинки и специальная схема, реагирующая на изменение емкости между ними.

 hello_html_2eb72232.png

контакты на

печатной плате

                       Кнопка

hello_html_m6e12732.png   

Возвратная

        пружина

Пористая прокладка


        

       

Фольга


Рисунок 25 - Клавиша с замыкающими накладками           Клавиша на емкостных датчиках

Сигналы разъёма клавиатуры приведены в таблице.

№  контакта

Наименование  цепи

Назначение

        1     

       Clock

     Тактовая  частота

        2

        Data

       Линия  данных

        3

         

              Резерв

        4

       Ground

              Земля

        5  

       +5VDC

      Напряжение  +5 В.

Ремонт клавиатуры сводится к замене кабеля или чистке контактов разъема кабеля и контакти­рующих поверхностей клавиш. Если с кабелем клавиатуры обращаться неаккуратно (дергать его или изгибать) он выйдет из строя. Конечно, при его сборке эти обстоятельства учитываются, но все же могут нарушиться контакты в разъемах или даже возникнуть обрывы проводов внутри кабеля. Поэтому для каждого типа клавиатуры лучше иметь запасной кабель.

Кабели всех клавиатур подключаются к клавиатурам и к компьютерам с помощью разъе­мов, и любой кабель можно заменить, не прикручивая и не припаивая провода. В 83- и 84-клавишных клавиатурах для доступа к разъему кабеля придется открыть корпус. В 101-клавишных клавиатурах фирм IBM кабель подключается через внеш­ний разъем, похожий на малогабаритный телефонный разъем. Указанные кла­виатуры можно установить практически во все компьютеры (кроме первых PC), используя соответствующий кабель. Например, различие между клавиатурами IBM AT и IBM PS/2 заключается в соединительном кабеле. В компьютерах PS/2 кабель окрашен в коричневый цвет, а вилка для подключения к системному блоку имеет небольшой размер. Кабель в системах AT — черный, со стандартной вилкой типа DIN. Используя подходящие кабели, можно подключать одну и ту же клавиатуру к разным компьютерам.


Занятие 50 - Основными компонентами мыши


Мышь - это координирующее устройство

Конструктивно мышь представляет собой пластмассовую коробочку обтекаемой формы, в которой размещены:

  • обрезиненный шарик, вращающийся при перемещении мыши по гладкой поверхности;

  • две или три кнопки;

  • механизм преобразования вращения шарика в электрические сигналы;

  • электронная схема приема и обработки данных о состоянии мыши (координаты мыши и положение кнопок).

  • Гибким кабелем мышь соединяется с системным блоком компьютера.

Уhello_html_14769952.pngстройство мыши

1 – Фотоизлучатель 2 – Фотоприемник

6 – Кнопка 3 - Шарик
4 - Вращающийся валик 7 - Кабель
5 - Прижимное колесико
8 - Контроллер (специальная микросхема)
Рисунок 26 - Внутренние компоненты манипулятора


hello_html_3760298b.jpg

Рисунок 27 - Устройство мыши


Принцип работы мыши заключается в следующем.
        При нажатии кнопки мыши контроллер обрабатывает это событие и посылает в компьютер информацию о совершенном действии. При перемещении мыши по поверхности шарик крутится, и его вращение передается двум взаимно перпендикулярным вращающимся валикам, которые генерируют сигналы перемещения "влево-вправо", "вверх-вниз". Каждый из двух вращающихся валиков имеет диск с прорезями. При вращении валика вращающийся диск с прорезями, пропускает (смотри рисунок 2) или задерживает (смотри рисунок 3) луч, который излучает фотоизлучатель и принимает фотоприемник. Сигнал от фотоприемника обрабатывается контроллером и отсылается в компьютер. Таким образом, механическое вращение шарика мыши преобразуется в электрический сигнал ее перемещения, а вращение валиков воспринимается и передается в компьютер.

Оптико-механической мыши - работа основано на преобразовании вращательного движения по двум осям через оптический или электрический конвертор в серию цифровых импульсов, пропорциональных скорости передвижения.           

Оптическая мышь не имеет движущихся частей и потому отличается высокой надежностью. Принцип действия заключается в посылке световых импульсов на подстилающую поверхность (коврик не обязателен!) и регистрации отраженных сигналов. Разрешение (точность пози­ционирования) оптических мышей достигает 800 dpi. Подключение мыши. Сегодня популярны мыши с интерфейсами СОМ, PS/2, USB, IrDA (инфракрасного порта) и различные варианты радиоинтерфейса. В первом случае мышь подключают к одному из разъемов последователь­ного порта компьютера (обычно СОМ1). Разъем PS/2 применяют на современных материнских платах, мышь с таким интерфейсом избавлена от конфликтов с модемами и другими устройствами за прерывания и адреса. Самый современный интерфейс — USB, и в перепекшие следует ориентироваться на него. Наконец, инфракрасный или радиоинтерфейс позволяют оставить мышь «без хвоста», чтобы ей было удобней бегать.

Драйвер мыши выполняет следующие функции:

отслеживает перемещения курсора и нажатия на клавиши мыши;

  • рисует на экране курсор, повторяющий движения мыши в графическом или текстовом режимах;

  • предоставляет программам интерфейс для работы с мышью, основанный на вызове прерывания INT 33h.


ЗЛиния1анятие 51- Лабораторная работа № 7. Конфигурирование устройств ввода информации

Тема 5.3 Сканеры

ЗЛиния2анятие 52 - Функциональные узлы сканера

Сканером называется устройство, позволяющее вводить компьютер образы изображений, представленных в виде текста, рисунков, слайдов, фотографий и другой графической информации.

hello_html_m632e4804.png


ФЛиния3ункциональные узлы сканера

hello_html_m71f07f8e.jpg

Рисунок 28 - Механизм настольных сканеров


См рис 28 . Луч света падает на оригинал, отражается от него и через систему зеркал попадает на све­точувствительные диоды, где преобразуется в электрический сигнал. Этот сигнал поступает на аналого-цифровой преобразователь, где конвертируется в сигнал, представляющий собой пиксели оригинала (черные, белые, оттенки серого или цветные). Эта цифровая информация передается в компьютер для дальнейшей обработки.

(архитектура ANM SCANER) Принцип работы сканера основан на свойствах оптических преобразователей – CCD-сенсоров. Отдельная ячейка CCD-сенсора состоит из светочувствительного заряженного конденсатора, который при освещении теряет часть заряда. По остаточной величине заряда можно определить силу воздействия света. В однопроходном сканере используется один источник света. Отражённый от оригинала луч света попадает на систему полупрозрачных зеркал, пройдя через которые образует 3 пучка одинаковой интенсивности. Эти пучки освещают расположенные за цветными фильтрами CCD-сенсоры. Величина остаточного заряда ячеек позволяет определить яркость и цвет сканируемой области.


Занятие 53 - Классификация сканеров


1) по кинематическому механизму:

  • Ручной сканер - напоминает увеличен­ию в размерах электробритву. Для того чтобы ввести ПК документ, надо без резких движений провести сканирующей головкой по соответствующему изображению. Ширина области сканирования — не более 15см Современные обеспечивают автоматическую "склейку" вводимого изображения, то есть формируют целое изображение из отдельно водимых его частей. Недостаток невозможно ввести изображения даже формата А4 за один проход. Достоинствам небольшие габаритные размеры и низкая цена.

Настольные сканеры - позволяют вводить изображения размерами 8,5 на 11 или 8,5 на 14 дюймов. Существуют три разновидности настольных сканеров: планшетные (flatbed), сканирующая головка перемещается относительно бумаги с помощью шагового двигателя.

  • рулонные (листопротяжный или роликовый) - сканер, в котором оригинал протягивается мимо неподвижной линейной CCD- или CIS-матрицы, разновидность такого сканера — факс-аппарат. Отдельные листы документов протягиваются через такое устройство, при этом и осуществляется их сканирование. Сканирующая головка остается на месте, а уже относительно нее перемещается бумага. Копирование страниц книг и журналов просто невозможно. Для удобства оснащаются устройствами для автоматической подачи страниц.

  • Барабанный сканер (Drum Scanner) — сканер, в котором оригинал закрепляется на вращающемся барабане, а для сканирования используются фотоэлектронные умножители. При этом сканируется точечная область изображения, а сканирующая головка движется вдоль барабана очень близко от оригинала.

  • Слайдовый сканер (Film-scanner) — разновидность планшетного сканера, предназначенная для сканирования прозрачных материалов (слайдов, негативных фотопленок, рентгеновских снимков и т. п.). Обычно размер таких оригиналов фиксирован. Заметим, что для некоторых планшетных сканеров предусмотрена специальная приставка (слайд-адаптер), предназначенная для сканирования прозрачных материалов .

  • Сканер штрих-кодов (Bar-code Scanner) — сканер, предназначенный для сканирования товарных штрих-кодов. По принципу действия он сходен с ручным сканером и подключается к компьютеру, либо к специализированной торговой системе. При наличии соответствующего программного обеспечения распознавать штрих-коды может любой сканер.

  • Скоростной сканер для работы с документами (Document Scanner) — разновидность листопротяжного сканера, предназначенная для высокопроизводительного многостраничного ввода. Сканеры могут быть оборудованы приемными и выходными лотками объемом свыше 1000 листов и вводить информацию со скоростью свыше 100 листов в минуту. Некоторые модели этого класса обеспечивают двустороннее (дуплексное) сканирование, подсветку оригинала разными цветами для отсечки цветного фона, компенсацию неоднородности фона, имеют модули динамической обработки разнотипных оригиналов.

  • Проекционные (overhead), напоминают своеобразный проекционный аппарат

(или фотоувеличитель). Вводимый документ кладется на поверхность сканирования изображением вверх, блок сканирования находится при этом также сверху. Перемещается сканирующее устройство. Основной особенностью данных сканеров является возможность сканирования проекций трехмерных проекций.

  • Комбинированный сканер Niscan Page обеспечивает работу в двух режимах:

протягивания листов (сканирование оригиналов форматом от визитной карточки до21,6 см) и самодвижущегося сканера. Валики, которые протягивают бумагу, служат своеобразными ко­дами, на которых сканер и движется по сканируемой поверхности.


Занятие 54 – Функциональные узлы сканеров


2) Сканеры по типу вводимого изображения:

  • черно-белого сканера, сканируемое изображение освещается белым светом, получаемым, от флуоресцентной лампы Отраженный свет через уменьшающую линзу попадает на фоточувствительный полупроводниковый элемент, называемый прибором с зарядовой связью.

hello_html_m192261cb.png


ПЗС. Каждая строка сканирования изображения соответствует определенным значениям напряжения на ПЗС. Эти значения преобразуются в цифровую форму через АЦП (для полутоновых сканеров), либо через компаратор (для двухуровневых сканеров). Компаратор сравнивает два значения напряжение или ток от ПЗС (рис. 1), в зависимости от результата на его выходе формируется сигнал 0 (черный) или 1 (белый).













Рисунок 29 - Блок-схема черно-белого сканера

  • Цветные сканеры, сканируемое изображение освещается уже не белым цветом, а через вращающийся RGB-светофильтр (рисунок30). Для каждого из основных цветов (красного, зеленого и синего) последовательность операций практически не отличается от последовательности действий при сканировании черно-белого изображения.

hello_html_m74b42c55.png

Исключение, только этап предварительной обработки и гамма - коррекции цветов. В результате трех проходов сканирования получается файл, содержащий образ изображения в трех основных цветах — RGB (образ композитного сигнала). Если используется восьмиразрядный АЦП, который поддерживает 256 оттенков для одного цвета, то каждой точке изображения ставится в соответствие один из 16,7 миллиона возможных цветов (24 разряда)













Рисунок 30 - Блок-схема цветного сканера за три прохода.

  • В сканерах японских фирм Epson и Sharp, вместо одного источника света

используется три, для каждого цвета отдельно. Это позволяет сканировать изображение всего за один проход и исключает неверное «выравнивание» пикселов..

  • Цветной планшетный сканер SpectraPoint, в котором элементы ПЗС были заменены

фототранзисторами. Три цветных фильтра (RGB) устроены так, что каждая колонка фототранзисторов воспринимает только один основной цвет. Разрешающая способности — 400 dpi (3400/8,5).

  • ScanJet Iic, источник белого света освещает сканируемоеизображение, а отраженный свет

через редуцирующую линзу попадает на трех полосную ПЗС через систему специальных фильтров, которые и разделяют белый свет на три компонента: красный, зеленый и синий (рисунок3). Первый слой первого фильтра отражает синий свет, но пропускает зеленый и красный. Второй слой отражает зеленый свет и пропускает красный, который отражается только от третьего слоя. Во втором фильтре, наоборот, от первого слоя отражается красный свет, от второго — зеленый, а от третьего — синий. После системы фильтров разделенный красный, зеленый и синий свет попадает на собственную полосу ПЗС, каждый элемент которого имеет размер около 8 мкм. Дальнейшая обработка сигналов цветности практически не отличается от обычной.

hello_html_520578db.png










Рисунок 31 - Блок-схема сканера за один проход.


Интерфейсы настольных сканеров

Для связи с компьютером сканеры могут использовать специальную 8- или 16-разрядную интерфейсную плату, вставляемую в соответствующий слот расширения.

Все современные модели настольных сканеров используют для подключения к компьюте­ру следующие интерфейсы: параллельный порт, SCSI и USB.

Параллельный порт - этот интерфейс применим в сканерах низкого уровня. При использовании портов, соот­ветствующих стандарту ШЕЕ 1284 (порты ЕСР и ЕРР), скорость передачи данных увеличива­ется. Сканеры с параллельным подключением обладают рядом существенных недостатков. Во-первых, не всегда удается обеспечить нормальную работу сканера, подключенных одновременно к параллельному порту. Во-вторых, скорость передачи данных ограничена скоростью параллельного порта. Даже если в вашем компьютере установлены новые порты ЕСР или ЕРР, они не достигают такой скорости передачи данных, как при использовании интерфейса SCSI или USB. Этот тип подключения сканера можно рекомендовать только в том случае, если по каким-то причинам другие интерфейсы использовать невозможно.

Интерфейс SCSI - практически все сканеры подключаются к компьютеру с помощью интерфейса SCSI. Этот тип подключения обеспечи­вает приемлемую скорость передачи данных. Необходимые платы SCSI-адаптеров чаще всего поставляются со сканером.

Интерфейс USB. В последнее время довольно большой популярностью стала пользоваться шина USB, осо­бенно после включения ее поддержки в операционную систему Windows 9x. Этот тип под­ключения наиболее подходит неподготовленному пользователю — нужно лишь подключить кабель, а система установит самостоятельно все необходимое программное обеспечение.

Джойстики - аналоговое координаторное устройство ввода информации, предназначеное для использования в целях развлечения, он управляет играми (авиационными симуляторами), что просто невозможно осуществить с помощью клавиатуры или мыши. Для истинных фанатов предназначены совсем уж специализированные устройства: штурвалы, педали, рули и даже целые кабины.

  • Rudder - устройство управления рулем направле­ния в авиационных имитаторах.

  • Throttle имитирует рукоятку управления тягой (оборо­тами) двигателя в авиации или педаль подачи топлива (педаль «газа») в наземной технике.

  • Переключатель HAT - обеспечивает имитацию поворота головы (смену направления обзора) без изменения параметров движения управляе­мого объекта. Применяется в авиационных имитаторах для кругового обзора. Направления фиксированные, с углом поворота 90* (четырехпозиционные HAT) или 45* (восьмипозиционные HAT).

Джойстик состоит из двух потенциометров (регулируемых резисторов обычно на 100 кОм), расположенных перпендикулярно друг к другу. Один потенциометр представляет ось X, другой — ось Y. Они соединены с рукоятью джойстика. Когда рукоять перемещается влево или вправо, то перемещается один потенциометр. Конечно, рукоять Может перемещаться по обеим осям одновременно, что вызывает пропорциональное изменение положений в обоих сопротивлениях. Сама рукоять усилена несколькими пружинами поэтому при ее освобождении она возвращается в исходное (центральное) положение одному игровому порту можно подключить до двух джойстиков.

Джойстик взаимодействует с ПК через интерфейс - просто игровым портом).

Дигитайзер- это устройство состоит из планшета и специальной коробочки с кнопками, предназначен для полуавтоматического ввода в компьютер чертежей, схем, географических карт. Чертеж или рисунок кладется на планшет, сверху располагается коробочка, соединенная с планшетом. Через специальную линзу с перекрещивающимися линиями вы видите поверхность чертежа или рисунка, на которой лежит коробочка. Перемещая перекрестие линий от одной точки чертежа к другой и нажимая кнопки на коробочке, вы можете ввести в компьютер карандашный эскиз детали или географическую карту.


ОбъектTextArt2hello_html_m5727f7c1.gif

Тема 6.1 Аудиотехника (звуковые карты)


Занятие 55 - Принцип действия звуковой платы


Мультимедиа переводится как “много сред” (много носителей)- это спец. технология, позволяющая объединить с помощью программного обеспечения и технических средств (звуковая карта, колонки, CD-ROM) объединить в ПК обычную информацию (текст, графику) со звуком и движущими изображениями (даже видеофильм).

Принцип действия звуковой платы.

Оцифровка. Звуковой сигнал в аналоговой форме поступает с внешнего источника, например магнитофона. При помощи аналого-цифрового преобразователя превращается в цифровую форму и помещается в память компьютера.

Воспроизведение звука. Звуковой сигнал в цифровой форме из памяти компьютера поступает в цифро-аналоговый преобразователь. И затем уже в аналоговом виде на выход звуковой платы.

Воспроизведение MIDI. В зависимости от установок драйвера платы, мелодии в формате MIDI могут воспроизводиться во внешнее MIDI-устройство. Через MIDI-порт или через звуковой выход платы, через частотно-модуляционный синтезатор или синтезатор по таблице волн.

Принцип действия акустической системы.

Основным элементом акустической системы является динамическая головка. Состоящего из:

  • металлического корпуса

  • воронкообразного диффузора

  • постоянного магнита цилиндрической формы, вставленного в горловину диффузора.

На горловине снаружи намотана катушка из тонкого провода, на которую подаётся сигнал. И он создавая в катушке магнитное поле, заставляет диффузор двигаться вдоль магнита, создавая таким образом звуковые колебанья.

Процесс воспроизведения и записи звука через звуковую карту

Программное приложение открывает звуко­вой файл, расположенный на HDD (или CD -ROM) и пересылает звуко­вые данные на звуковую плату, которая преобразует их обратно в аналоговые эквивален­ты. Аналоговый сигнал усиливается и выводится на динамик. Если звук был записан в режиме стерео, то данные разделяются на два канала и независимо преобразуются обратно в аналоговую форму, усиливаются и посылаются на соответствующие динамики.

Процесс записи звука в звуковой плате состоит из нескольких этапов, показан­ных на рисунок. Сначала звук преобразуется из колебаний плотности воздуха в аналого­вые электрические сигналы. Эту работу выполняет микрофон. Аналоговые сигналы усиливаются звуковой платой и оцифровываются - переводятся в цифровую форму . Получившийся поток данных обрабатывается и упорядочи­вается при помощи программного обеспечения, которое помещает эти данные (вместе со служебными данными) в файле стандартного формата (например, WAV).



hello_html_6f9b8347.jpghello_html_m17d8d2a6.jpg

Рисунок 32 - Процесс воспроизведения звука Процесс записи звука


Занятие 56 - Конструкция звуковой платы


В 85 г. появилась новая звуковая карта SoundBlaster которая могла записывать и воспроизводить звук. На рисунке приведена упрощенная блок-схема звуковой платы. Конкретная модель может иметь свои особенности, но все современные звуковые платы содержат показанные на рисунке подсистемы. См. анимация (архитектура ANM SB звуковая карта) Установка звуковой карты (архитектура ANM UP SB)

Центральным элементом звуковой платы является цифровой сигнальный процессор - DSP предназначен для обработки большого объема цифровых данных. В ПЗУ содержатся все необходимые для работы процессора DSP команды. Небольшое ОЗУ выполняет две функции: является рабочей областью для проведения вычислений и служит буфером для обмена данными с шиной персонального компьютера.

hello_html_m17680b4b.jpg

Рисунок 33 - Упрощенная схема звуковой платы

  Поступающие в звуковую плату сигналы проходят стадию усиления, а затем передаются в АЦП. При записи звука процессор DSP запускает АЦП и получает от него преобразованные данные для последующей обработки и хранения. От микрофона на плату поступают очень слабые сигналы, поэтому они подвергаются значительному усилению. В меньшей степени подвергаются усилению сигналы, поступающие на линейный вход (это могут быть сигналы с выхода CD-ROM).

Сигналы, выходящие из звуковой платы, прежде всего (и это самое важное) проходят через микшер, который объединяет сигналы, поступающие с дисковода CD-ROM, со звукового выхода процессора DSP и с выхода синтезатора в один аналоговый сигнал. Если звук предназначен для воспроизведения через стереосистему, то второй канал звука выводится со звуковой платы через линейный выход. Выход с усилителя может регулироваться одним регулятором уровня громкости, расположенным на задней части платы, хотя в большинстве звуковых плат вместо аппаратного регулятора используются программные методы управления микшером и уровнем громкости.

Наконец, MIDI-контроллер выполняет функцию интерфейса между MIDI-инструментом и звуковой платой. Во многих случаях этот интерфейс может быть переключен (с помощью перемычки или программно) в режим его использования в качестве порта джойстика. В этом случае вместо MIDI-инструмента звуковая плата будет обслуживать один или два джойстика. MIDI-информация после обработки процессором DSP поступает на синтезатор звуковой платы.


Занятие 57 - Разъемы звуковых плат

Микрофон

Существуют три типа при работе со звуковыми платами:   

  • Динамический микрофон - он располагается на столе или держится в руке, имеет расширенный частотный диапа­зон и дает лучший звук. Для работы не требуется внешнего питания, поскольку диафрагменный элемент микрофона может генерировать ток достаточной силы для его использо­вания в звуковой плате.

  • Конденсаторный микрофон - небольшой мультимедийный микрофон, который обычно входит в комплектацию звуковой платы компьютера. Он имеет меньший диа­пазон чувствительности, чем динамический микрофон, а также меньшую диаграмму направленности. Необходимо внешнее питание (от звуковой платы компьютера).

Электретный конденсаторный микрофон - с встроенной батарейкой. Он имеет такую же чувствительность, что и конденсаторный микрофон, но не требует внешнего питания для своей работы. В некоторых электретных микро­фонах можно удалить встроенную батарейку и использовать внешнее питание от зву­ковой платы компьютера.

Разъемы звуковых плат

Большинство звуковых плат имеют одинаковые разъемы. Через эти миниатюрные (1/8 дюйма) разъемы сигналы подаются с платы на акустические системы, наушники и входы стереосистемы; к аналогичным разъемам подключается микрофон, проигрыватель компакт-дисков и магнитофон.

  • Линейный выход платы - сигнал с этого разъема можно подать на внешние устройст­ва - акустические системы, наушники или на вход стереоусилителя, с помощью ко­торого сигнал можно усилить до определенного уровня. В звуковых платах, имеются два выходных гнезда: одно — для сигнала левого канала, а другое — для правого.

  • Линейный вход платы - этот входной разъем используется при микшировании или за­писи звукового сигнала, поступающего от внешней аудиосистемы на жесткий диск

  • Разъем для акустической системы и наушников - этот разъем присутствует не во всех платах. Сигналы на акустические системы подаются с того же разъема (линейного вы­хода), что и на вход стереоусилителя. Если на плате есть два отдельных выходных разъема, то на том из них, который предназначен для акустических систем и наушни­ков, сигнал мощнее — он должен обеспечить нормальный уровень громкости для на­ушников и небольших акустических систем. Выходная мощность большинства звуко­вых плат составляет примерно 4 Вт.

  • Микрофонный вход - к этому разъему подключается микрофон для записи на диск голоса или других звуков. Запись с микрофона является монофонической. Для повышения качества сигнала во многих звуковых платах исполь­зуется автоматическая регулировка усиления (Automatic Gain Control — AGC). Уровень входного сигнала при этом поддерживается постоянным и оптимальным для преобразо­вания. Для записи лучше всего использовать электродинамический или конденсаторный микрофон, рассчитанный на сопротивление нагрузки от 600 Ом до 10 кОм.

  • Разъем для джойстика/MIDI - для подключения джойстика используется 15-контактный D-образный разъем. Два его контакта можно использовать для управления MIDI-устройством, например клавишным синтезатором. (В этом случае необходимо приобрести Y-образный кабель.) Некоторые звуковые платы для MIDI-устройств име­ют отдельный разъем.

  • Разъем MIDI. Аудиоадаптеры обычно используют тот же порт джойстика, что и разъем MIDI. Два контакта в разъеме предназначены для передачи сигналов к МШ1-устройству (например, клавишному синтезатору) и от него. Лучше приобре­сти отдельный разъем МГО1, который включается в порт джойстика. Такой разъем имеет два круглых 5-контактных разъема DIN, используемых для подключения MIDI-устройств, а также разъем для джойстика. Поскольку сигналы для MIDI-устройств и джойстика передаются по разным контактам, можно подключать джойстик и МШ1-устройство одновременно.

  • Внутренний контактный разъем - специальный разъ­ем для подключения ко внутреннему накопителю CD-ROM. Это позволяет воспроиз­водить звук с компакт-дисков через акустические системы, подключенные к звуковой плате. Обратите внимание, что этот разъем отличается от разъема для подключения контроллера CD-ROM к звуковой плате, так как данные по этому внутреннему разъему не передаются на шину компьютера. Но даже если этого разъема нет, вы все равно можете прослушивать аудиокомпакт-диски через акустическую систему, подсоединив с помощью внешнего кабеля линейный вход звуковой карты к выходному разъему для наушников на приводе CD-ROM.


Занятие 58 - 59

Тема 7.1 Видеотехника

Возможность записывать звук и видеоизображение с помощью компьютера стала мощным толчком развития мультимедийных ПК. Оцифрованные (преобразованные из аналогового представления в цифровое) данные могут редактироваться, улучшаться и использоваться в любой компьютерной презентации.

Плата оцифровки видео изображений

Плата оцифровки видеоизображений - является частью аппаратно-программной подписи компьютера, предназначенной для записи видеоизображения в файл (и воспроизведения видео­изображения из файла). В состав её входит видеоадаптер VGA и система формирования видеосигнала, предназначенного для вывода на телевизор или видеомаг­нитофон и устанавливается в разъем шины PCI (старые платы оцифровки видеоизображения использовали шину ISA). Некоторые многофункциональные  платы  (содержащие  видеоадаптер,  графический ускоритель РС-TV, MPEG-декодер и т.п.) используют шину AGP, а не PCI.   Процесс записи видеоизображения в файл состоит из двух главных процедур: оцифровки видеоизображения и сжатия видеоданных.


Как работает плата оцифровки видеоизображения

Микрокон­троллер управляет декодером и контроллером изображений. Видеосигналы посту­пают на декодер и преобразуются в аналоговые данные RGB. Контроллер изображений направляет данные оцифрованного изображения в память изображений. Из памяти изо­бражений данные считываются в мультиплексор. Мультиплексор выбирает данные либо из памяти изображе­ний, либо из VGA-контроллера и передает их на VGA ЦАП, где данные преобразуются в аналоговую форму и выдаются на монитор. На плате оцифровки расположена стандартная подсистема VGA(видеоадаптер) ПК. Микросхема контроллера VGA управляет операциями видеоадаптера и записывает графическую информацию в па­мять VGA. На плате имеется и дополни­тельное устройство — подсистема видеонакопителя. На рисунке ниже показан разъем многофункциональной платы. Не на всех платах оцифровки видеоизображения имеется встро­енный VGA-адаптер или независимый видеовыход.

  • Видеовход и Видеовыход

  • Дистанционное управление


Процесс оцифровки видеоизображения

hello_html_ma189b09.pngНа рисунокпредставлена схема прохождения звуковых и видеоданных в компьютере. Процесс начинается с источника видеосигнала (видеокамера, видеомагнитофон или DVD-плеер). Видеосигналы посылаются на плату оцифровки, а звук направляется на звуковую плату. Плата оцифровки видеоизображения преобразует видеосигнал в цифровую форму (оцифровывает сигнал). Затем информация записывается в системную память. Звуковые сигналы оцифровываются в звуковой плате, и записываются в системную память. Звуковые и видеоданные синхронизируются с помощью программных кодеков (кодер-декодеров), таких как Indeo (Intel Video), затем записываются на жесткий диск в стандартном формате, например AVI или MPEG.

  Рисунок 34 - Последовательность оцифровки и воспроизведения звуковых и видеоданных





Сжатие данных

При передаче данных на HDD может использоваться дополнительное сжатие дан­ных (программное сжатие) с целью уменьшения размера результирующего файла. В процессе воспроизведения файлы считываются с HDD , восстанавливают­ся из сжатой формы и записываются в системную память. При этом звуковые и видеоданные разделя­ются. Видеоданные посылаются на адаптер дисплея и на монитор в окно программы вос­произведения видеоизображения операционной системы Windows. Звуковые данные пе­редаются на звуковую плату, где они обрабатываются и посылаются на динамики.

Занятие 60 – Цифровые камеры и фотоаппараты


Кодек (уплотнитель/восстановитель данных) предна­значен для уменьшения объема хранимых в памяти компьютера данных. Хорошо разрабо­танный кодек может существенно уменьшить непроизводительные расходы процесса обработки видеоданных без заметного ухудшения качества видеоизображения. Функции ко­дека могут быть реализованы как на аппаратном уровне с использованием сигнального процессора (DSP), так и на программном уровне в виде драйвера. Типы кодека (методов сжатия/восстановления данных): Cinepack, Indeo, Video 1, RLE и МРЕG Cinepack.. Самым мощным методом сжа­тия/восстановления видео данных является МРЕG, обеспечивающий высокую степень сжатия на программном уровне.

Программа Indeo компании Intel

Программа Intel Video предназначена для оцифровки видео­изображений, сжатия и восстановления данных. Она основана на программном кодеке (драйвере), который сжимает цифровые данные перед их записью в память компьютера, и восстанавливает их перед воспроизведением. Для того чтобы компьютер мог воспроиз­водить файлы, сжатые с помощью алгоритма Intel, необходимо установить кодек Indeo с помощью программы установки от компании Intel. Проверить наличие в компьютере кодека Indeo можно следующим образом:

Щелкните по кнопке Пуск/Настройка/Панель управления/Мультимедиа/Устройства

Дважды  щелкните  по  пункту Программы  видеосжатия/Видео/Настройка

В поле About появится номер исполь­зуемой версии кодека Indeo.

Если в списке нет драйверов Indeo, то это значит, что они не установлены. Таким же способом можно получить информацию о других кодеках, напри­мер Cinepeck, МРЕG, и т.д.

Цифровые камеры

Обычно цифровые камеры различают в зависимости от поддерживаемого формата записи изображения. Требования предъявляемые к цифровым видеокамерам:

1.         качественно изготовленная оптическая система,

2.          светочувствительная матрица; наличие АЦП и кодека,

4.         собственное устройство записи на носитель,

5.         компоненты управления;  наличие сервиса энергообеспечения,

7.         предоставление внешнего интерфейса.

Основными компонентами цифровой фотокамеры

  1. оптиче­ская система ,

  2. светочувствительный датчик ,

  3. аналого-цифровой преобразователь,

  4. цифровой сигнальный процессор ,

  5. носитель информации ,

  6. контроллер интерфейсов,

  7. устройства индикации и управления .

Изображение через оптическую систему поступает на светочувствительный приемник, выполненный на основе прибора с зарядовой связью (ПЗС) или комплементарной металл-оксид-полу­проводниковой структуры (КМОП). Каждый элемент датчика преоб­разует световой поток в напряжение, пропорциональное яркости. Далее электрический сигнал попадает в АЦП, который транслирует получившийся дискретный код на цифровой сигнальный процессор. В нем происходит коррекция изоб­ражения и сжатие данных. Затем происходит запись данных на носи­тель информации. Оптическая система цифровой камеры практически ничем не отли­чается от таковой для обычных фотоаппаратов. Многие модели про­фессионального класса базируются на известных пленочных аппара­тах. В связи с тем, что реальный размер матрицы, как правило, меньше размера кадра 35-мм фотопленки, для цифровых камер приходится пересчитывать фокусное расстояние обычной оптики в соответствии с параметрами матрицы. В цифровых камерах, базирующихся на «зер­кальных» пленочных аппаратах, полностью сохраняется сложный оптический тракт, хотя объективной необходимости в нем нет — изоб­ражение с матрицы можно вывести на ЖК-дисплей и тем самым отка­заться от избыточных дорогих оптических элементов. Тем не менее, «зеркалки» продолжают выпускать многие фирмы, и эти аппараты пользуются спросом у профессиональных фотографов.


Занятие 61 - Лабораторная работа № 8 Съемка цифровой камерой

Занятие 62 -Лабораторная работа № 9 Обработка и корректировка аудиовизуальной информации


ОбъектTextArt1hello_html_m696a2882.gif


Занятие 63 – Классификация модемов

Тема 7.1 Модемы и факс-модемы

Модем - функциональное устройство, обеспечивающее МОДуляцию и ДЕМодуляцию сигналов; устройство, преобразующее цифровые сигналы в аналоговую форму и обратно для передачи их по линиям связи аналогового типа.

Большинство телефонных линий разработано для передачи аналоговых сигналов (голоса), но ПК работают с цифровой формой (импульсами), для использования аналоговых телефонных линий требуется преобразовать цифровой сигнал. Таким конвертером служит модем, который МОДулирует и ДЕМодулирует цифровые данные. Модем принимает последовательность импульсов, модулирует какой-либо из параметров (амплитуду, частоту или фазу) аналогового сигнала для передачи данных через аналоговую среду. Принимающий данные модем выполняет обратное преобразование, восстанавливая цифровые данные на основе полученного из линии аналогового сигнала.

Факс-модем - модем, позволяющий также принимать и посылать факсимильные сообщения.

Модемы позволяют достаточно быстро передавать с одного компьютера на другой пакеты документов и связываться по электронной почте, а также обеспечивают доступ в глобальные мировые сети (Internet и др.) для установления контактов с зарубежными партнерами. См. анимация (архитектура ANM Modem)

Классификация

1. Модемы подразделяются на:

  • Внутренние модемы представляют собой электронную плату, устанавливаемую непосредственно в компьютер,

  • Внешние - автономное устройство, подсоединяемое к одному из портов. Он стоит, дороже внутреннего того же типа из-за внешней привлекательности

( индикаторы, регулятор громкости) и более легкой установки.

4. Модемы, предназначенные для работы только на выделенных или только на коммутируемых линиях, а так же на тех и других.

5. Различают модемы для цифровых и аналоговых линий.

В зависимости от поддерживаемого режима передачи данных, модемы делятся на:

  • поддерживающие только асинхронный режим работы;

  • поддерживающие асинхронный и синхронный режимы работы;

  • поддерживающие только синхронный режим работы.

По исполнению эта характеристика определяет внешний вид, размеры и размещение

мо­дема по отношению к компьютеру:

  • модем – вставляется в ПК как плата расширения. Они, делятся на контроллерные (для ISA интерфейса) и безконтроллерные (для PCI интерфейсов). первым принадлежит большенство существующих внутренних модемов предназначенных. Дальнейшим развитием PCI-модемов являются SOFT-модемы (иначе Win-модемы). (рис а).

hello_html_64b0b891.png

hello_html_7dc26b3b.pnghello_html_m72fdf3ca.png







а) внутренний б) настольный в) в виде карточки

  • настольный модем – имеет отдельный корпус и размещается рядом с ПК, соединяясь кабелем с портом компьютера (рис б).

  • модем в виде карточки – миниатюрен и подсоединяется к портативно­му компьютеру через специальный разъем (тот, кто видел сетевую карту для ноутбука поймет о чём идет речь) (рис в).

  • портативный модем – схож с настольным модемом, но имеет умень­шенные размеры и автономное питание (рис г).

  • стоечный модемы – вставляются в специальную модемную стойку, повышающую удобство эксплуатации, когда число модемов пере­валивает за десяток (рис д).

hello_html_md26b4db.pnghello_html_m12d29948.png

hello_html_3bc7289b.png

г) портативный д) стоечный е) "последней мили" (LD)

Рисунок 35 - Разновидности модемов

  • Модемы "последней мили" или LD модемы – Limited Distance Modems – это устройства, используемые для связи между ПК, терминалами, контроллерами и другой аппаратурой передачи данных на сравнительно коротких расстояниях, например, внутри зданий, в пределах территории кампуса или в границах города. Эти устройства проектируются с целью преодоления ограничений в дальности действия интерфейсов канала передачи данных (рис е).



По характеру применения модемы можно разделить на обычные и профессиональные.

Под обычными модемами будем понимать устройства, обычно применяемые конечным пользователем дома или в офисе. Эти модемы используют только телефонные каналы.

Профессиональные модемы – наиболее совершенные и скоростные устройства, преимущественно стоечного исполнения. Используются для интеграции локальных сетей, в модемных пулах, а также для удалённого доступа к ресурсам ЛВС.

Среди обычных модемов можно выделить 3 вида:

  • устройства для обмена данными (просто модемы);

  • устройства для обмена данными и документами (факс-модемы);

  • устройства для обмена данными, документами и приёма голосовых сообщений (голосовые факс-модемы).

Следует заметить, что обычно передача данных и телефонный разговор не могут вестись одновременно. Исключение составляют SVD модем и технология RadishVoiceView, предназначенные для одновременной передачи голоса и данных.

Поддержка факсимильного режима не исключена и в профессиональных модемах, однако звуковой поддержки они обычно не предусматривают.

В качестве очередного классификационного признака выберем передающую среду. По типу передающей среды можно выделить:

  • модемы для 2-х проводных медных линий (обычные, профессиональные, ADSL, SR, ER-модемы);

  • модемы для 4-х проводных медных линий (обычные, профессиональные, HDSL, ISDN, SR, ER, MR-модемы);

  • модемы для оптоволоконных линий (FOM, FOM-T1/E1, FOM-T2/E2, FOM-T3/E3);

  • модемы для радиоканалов (радио-модем, сотовый модем);

  • кабельные модемы (используют коаксиальный кабель).


Занятие 64 – Принцип работы модемов


Современный модем — довольно сложное устройство состоящее из нескольких основных блоков, обеспечива­ющих его функциональность. Рассмотрим эти блоки (рисунок 36).

Самым первым устройством, стоящим со стороны теле­фонной линии, является блок интерфейса с телефонной линией. Основными функциями этого блока являются:

обеспечение физического соединения с телефонной линией;

защита от перенапряжения и радиопомех;

набор номера и фиксация звонков;

гальваническая развязка внутренних цепей модема и телефонной линии.

Далее сигналы попадают в дифференциальную систе­му, цель которой — разделение выходных и входных сиг­налов и компенсация влияния собственного сигнала на входные цепи. В наиболее простых моделях модемов этот узел исполняется в виде пассивной схемы, что зачастую приводит к сильной зависимости качества работы бло­ка от сопротивления конкретной телефонной линии. Избавиться от такой зависимости могут только модели с активной дифференциальной системой, где необходи­мый для компенсации сигнал постоянно вычисляется сиг­нальным процессором и, "вычитаемый" из входного сиг­нала, обеспечивает необходимый уровень компенсации. Подготовленные таким образом сигналы попадают на ряд фильтров, усиливаются и оцифровываются с помо­щью АЦП в блоке формирования аналоговых фронтов. так что дальнейшая обработка производится в цифровом виде. Одно из преимуществ такого подхода - улучшение качества обработки сигнала и удешевление схемы.

hello_html_6f558add.gif
























Рисунок 36 – Функциональная схема модема


  • Обработанная информация поступает в цифровой сиг­нальный процессор ЦСП, который и выделяет из нее на основе математических методов "нули" и "единицы". Именно возможностями цифровой обработки сигнала этого блока определяется качество и скоростные возмож­ности современных модемов. Контроллер - реализует протоколы сжа­тия данных и коррекции ошибок. Кроме того, является связующим звеном между модемом и программным обеспечением компьютера (реализует программный ин­терфейс).

  • Кодек - осу­ществляет двустороннее преобразование аналогового сигнала, поступающего из ли­нии, в поток цифровых данных.

  • ПЗУ (постоянное запоминающее устройство) - микросхема памяти, хранящая в себе программу работы модема, также называемую "прошивкой". Последние модели моде­мов допускают обновление и перезапись прошивки модема с помощью специально­го программного обеспечения (за исключе­нием тех случаев, когда это не предусмот­рено производителем).

  • ОЗУ (оперативное запоминающее устройство) - микросхема оперативной памяти, хра­нящая данные до первого выключения питания. Предназначена для хранения и пос­ледующей обработки потока данных. Иног­да в ней же хранятся текущие настройки для работы модем.


Занятие 65 - Классная контрольная работа

Занятие 66 - Характеристики и показатели (параметры) в работе модем

  1. Скорость модема - количество информации, которую он способен перекачать за единицу времени, - измеряется в битах в секунду.

Технология доступа

Скорость

Коммутируемая телефонная линия

56 Кбит/с

ISDN

128 Кбит/с

CATV

36 Мбит/c

ADSL

1 Мбит/c (запрос) 8 Мбит/c (ответ)

T1

1,5 Мбит/c

T3

45 Мбит/c

Радиоканал

До 8 Мбит/c

Спутниковый доступ

Несколько Мбит/c в зависимости от системы


  • Основной - скорость передачи данных (измеряется bps -бит в секунду) = 2400, 9600, 14400, 16800, 19200 или 28800 bps. , устаревшие модели (300 и 1200 bps), Сегодня хорошим считается модем со скоростью 14400 bps (около 1 Mb в 10 минут).

  1. режима коррекции ошибок - обеспечивает дополнительные сигналы, посредством которых модемы осуществляют проверку данных на двух концах линии и отбрасывают немаркированную информацию.

  2. режима сжатия данных - сжимает информацию для более быстрой и четкой ее передачи, а затем восстанавливает ее на получающем модеме.

Оба эти режима заметно увеличивают скорость и чистоту передачи информации, особенно в российских телефонных линиях.

  1. Фирма-производитель; Boca, Zoltrix, Zoom, GVC, Supra, Acorp, Zyxel, Rockwell и т.д.

Одна из передовых фирм - производителей модемов “Hayes Microcomputer Products” приняла основные стандарты для команд модемов, включая набор AT- команд, с помощью которых пользователь может непосредственно управлять работой модема. Сегодня Hayes-стандартами пользуется подавляющее большинство фирм во всем мире, и лучшие модемы являются Hayes- совместимыми.


Мировые стандарты скорости модема, сжатия данных и коррекции ошибок.

Для того, чтобы модемы обмениваться разработаны специальные стандарты. Сегодня модемы используются для решения широкого класса задач: голосовая почта, факсимильная связь, обмен информацией через системы сотовой связи для переносных компьютеров. Однако рост скорости для обычных телефонных линий ограничен и для ее дальнейшего повышения придется использовать другие технологии - ISDN или связь через оптические кабели.

Эти стандарты устанавливаются комитетом ITU-T (стандарт CCITT) и фирмой Microcom (стандарт MNP). Самые лучшие модемы соответствуют обоим этим стандартам.

Самые распространенные стандарты CCITT сегодня:

стандарт скорости 9600 bps - V.32 и скорости 14400 bps - V.32bis;

стандарт коррекции ошибок - V.42;

стандарт сжатия данных с коэффициентом 4:1 - V.42bis.

Основные стандарты пересылки факсимильных сообщений - Class 1 и Groop IV, поддерживающие скорость до 19200 bps и сжатие данных.

На мировом рынке модемов правят 2 фирмы: ZyXEL и US Robotics.

  • Суперсовременные модемы ZyXEL имеют возможность воспроизведения голоса, записанного в цифровом режиме и сжатия речевых сигналов (используется как автоответчиков).

  • Есть модели ZyXEL U-1496 и US Robotics , которые снабжены переключателем речь/данные, встроенным тестированием и другими полезными функциями.

  • Новинки последних лет - специальные модемы для Notebook’ов, поставляемые на платах типа PCMCIA. Эти платы очень удобны своей компактностью, и позволяют компьютеру не отдавать свободный COM-порт под внешний модем.

ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line )- Асимметричная цифровая абонентская линия) входит в число технологий высокоскоростной передачи данных.известных как технологии DSL (Digital Subscriber Line - Цифровая абонентская линия) и имеющих общее обозначение xDSL.

К другим технологиям DSL относятся

  • HDSL - Высокоскоростная цифровая абонентская линия),

  • VDSL - Сверхвысокоскоростная цифровая абонентская линия)

Общее название технологий DSL возникло в 1989 году, когда впервые появилась идея использовать аналого-цифровое преобразование на абонентском конце линии, что позволило бы усовершенствовать технологию передачи данных по витой паре медных телефонных проводов. Технология ADSL была разработана для обеспечения высокоскоростного (можно даже сказать мегабитного) доступа к интерактивным видеослужбам (видео по запросу, видеоигры и т.п.) и не менее быстрой передачи данных (доступ в Интернет, удаленный доступ к ЛВС и другим сетям).

ADSL является технологией, позволяющей превратить витую пару телефонных проводов в тракт высокоскоростной передачи данных. Линия ADSL соединяет два модема ADSL, которые подключены к каждому концу витой пары телефонного кабеля (смотрите рисунок 1). При этом организуются три информационных канала - "нисходящий" поток передачи данных, "восходящий" поток передачи данных и канал обычной телефонной связи (POTS) (смотрите рисунок 2). Канал телефонной связи выделяется с помощью фильтров, что гарантирует работу вашего телефона даже при аварии соединения ADSL.

hello_html_m2c94ad10.png

Рисунок 1

Преимуществ ADSL над другими технологиями высокоскоростной передачи данных является использование самых обычных витых пар медных проводов телефонных кабелей.

  • Аналоговые модемы позволяют передавать данные со скоростью от 14,4 до 56 Кбит/с.

  • ISDN (цифровая абонентская линия) обеспечивает скорость передачи данных 64 Кбит/с на канал (обычно пользователь имеет доступ к двум каналам, что в сумме составляет 128 Кбит/с).

Различные технологии DSL дают пользователю возможность передавать данные со скоростью:

  • IDSL - 128 Кбит/с

  • HDSL - 768 Кбит/с,

  • ADSL "нисходящий" поток 1,5 - 8 Мбит/с и "восходящий" поток 640 - 1000 Кбит/с.

  • VDSL "нисходящий" поток 13 - 52 Мбит/с и "восходящий" поток 1,5 - 2,3 Мбит/с.

  • Кабельные модемы имеют скорость передачи данных от 500 Кбит/с до 10 Мбит/с.

При этом следует учитывать, что полоса пропускания кабельных модемов делится между всеми пользователями, одновременно имеющими доступ к данной линии. Поэтому число одновременно работающих пользователей оказывает значительное влияние на реальную скорость передачи данных каждого из них.) Цифровые линии Е1 и Е3 имеют скорость передачи данных, соответственно, 2,048 Мбит/с и 34 Мбит/с. При использовании технологии ADSL полоса пропускания той линии, с помощью которой конечный пользователь связан с магистральной сетью, принадлежит этому пользователю всегда и целиком. В последующие годы можно ожидать увеличения скорости "нисходящего" потока до 52 Мбит/с, а "восходящего" потока до 2 Мбит/с.

Больше не нужно набирать телефонный номер для того, чтобы подключиться к сети Интернет или к ЛВС. ADSL создает широкополосный канал передачи данных, используя уже существующую телефонную линию. После установки модемов ADSL вы получаете постоянно установленное соединение. Высокоскоростной канал передачи данных всегда готов к работе - в любой момент, когда вам это потребуется.

Для того, чтобы линия ADSL работала, на обоих концах линии устанавливаются модемы ADSL: один на стороне пользователя (дома или в офисе), а другой на стороне сети (у провайдера Интернет или на телефонной станции). Кроме того, пользователю для того, чтобы модем ADSL работал, необходимо иметь компьютер и интерфейсную плату, например, Ethernet 10baseT.


Занятие 67 -Лабораторная работа № 10 Установка и инсталляция внешнего модема




57 вебинаров для учителей на разные темы
ПЕРЕЙТИ к бесплатному просмотру
(заказ свидетельства о просмотре - только до 11 декабря)

Автор
Дата добавления 25.12.2015
Раздел Информатика
Подраздел Другие методич. материалы
Просмотров1132
Номер материала ДВ-285738
Получить свидетельство о публикации
Похожие материалы

Включите уведомления прямо сейчас и мы сразу сообщим Вам о важных новостях. Не волнуйтесь, мы будем отправлять только самое главное.
Специальное предложение
Вверх