Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
1. Виды памяти компьютера, ее адресация и способы доступа к ней.
Виды:
* внутренняя память - электронная (полупроводниковая) память, устанавливаемая на системной плате или на платах расширения;
* внешняя память - память, реализованная в виде устройств с различными принципами хранения информации и обычно с подвижными носителями. В настоящее время сюда входят устройства магнитной (дисковой и ленточной) памяти, оптической и магнитооптической памяти. Устройства внешней памяти могут размещаться как в системном блоке компьютера, так и в отдельных корпусах, достигающих иногда и размеров небольшого шкафа.
Для процессора доступной является внутренняя память, доступ к которой осуществляется по адресу, заданному программой. Для внутренней памяти характерен одномерный (линейный) адрес, который представляет собой одно двоичное число определенной разрядности. Внутренняя память подразделяется на оперативную, информация в которой может изменяться процессором в любой момент времени, и постоянную, информацию которой процессор может только считывать.
Обращение к ячейкам оперативной памяти может происходить в любом порядке, причем как по чтению, так и по записи, и оперативную память называют памятью с произвольным доступом - Random Aceess Memory (RAM) - в отличие от постоянной памяти (Read Only Memory, ROM).
Внешняя память адресуется более сложным образом - каждая ее ячейка имеет свой адрес внутри некоторого блока, который, в свою очередь, имеет многомерный адрес. Во время физических операций обмена данными блок может быть считан или записан только целиком. Процессор справляется с системой адресации с помощью программного драйвера, в задачу которого в общем случае входит копирование некоторого блока данных из оперативной памяти в дисковую и обратно.
Дисковая память является внешней памятью с прямым доступом, что подразумевает возможность обращения к блокам (но не ячейкам) в произвольном порядке. Память на ленточных носителях имеет последовательный метод доступа. Информация хранится также в виде блоков фиксированной или переменной длины, и в пределах одного носителя эти блоки имеют последовательные адреса.
2. Основные подсистемы памяти, их назначение и объемы.
В общем случае в подсистему памяти обязательно входит оперативная память и энергонезависимая память, хранящая по крайней мере программу первоначальной загрузки компьютера. Дисковая память может и отсутствовать. Однако часто в понятие "диск" или "дисковое устройство" вкладывают значение "устройство внешней памяти прямого доступа". Например, виртуальный диск в ОЗУ и электронный диск на флэш-памяти не имеют круглых, а тем более вращающихся деталей. Внешняя память с прямым доступом в том или ином виде - будь то действительно дисковые накопители, флэш-диск или сетевой диск, отображающий часть диска физически значительно удаленного компьютера-сервера, - является обязательным атрибутом персонального компьютера. Без внешней памяти компьютер вырождается в узкоспециализированное устройство с ограниченным набором функций, "зашитых" в его постоянную память. Ленточная память является необязательной и используется обычно для хранения архивов.
Для подсистемы памяти важными параметрами являются следующие:
объем хранимой информации. Максимальный объем хранят ленточные и дисковые устройства со сменными носителями, за ними идут дисковые накопители, и завершает этот ряд оперативная память;
время доступа - усредненная задержка начала обмена полезной информацией относительно появления запроса на данные. Минимальное время доступа имеет оперативная память, за ней идет дисковая и после нее - ленточная;
скорость обмена при передаче потока данных (после задержки на время доступа). Максимальную скорость обмена имеет оперативная память, за ней идет дисковал и после нее - ленточная;
удельная стоимость хранения единицы данных - цена накопителя (с носителями), отнесенная к единице хранения (байту или мегабайту). Минимальную стоимость хранения имеют ленточные устройства со сменными носителями, их догоняют дисковые накопители, а самая дорогая - оперативная память.
Кроме этих параметров имеется и ряд других характеристик - энергонеза-висимость (способность сохранения информации при отключении внешнего питания), устойчивость к внешним воздействиям, время хранения, конструктивные особенности (размер, вес) и т. п. У каждого типа памяти имеются различные реализации со своими достоинствами и недостатками.
3. Особенность использования виртуального диска как область оперативной памяти
Решить проблему увеличения объема оперативной памяти за счет дисковой позволяет виртуальная память, которую можно считать кэшированием оперативной памяти на диске. Суть ее заключается в том, что программам предоставляется виртуальное пространство оперативной памяти, по размерам превышающее объем физически установленной оперативной памяти. Это виртуальное пространство разбито на страницы фиксированного размера, а в физической оперативной памяти в каждый момент времени присутствует только часть из них. Остальные страницы хранятся на диске, откуда операционная система может их "подкачать" в физическую на место предварительно выгруженных на диск страниц. Для прикладной программы этот процесс прозрачен (если только она не критична ко времени обращения к памяти). Для пользователя этот процесс заметен по работе диска даже в тот момент, когда не требуется обращение к файлам. Расплатой за почти безмерное увеличение объема доступной оперативной памяти является снижение средней производительности памяти и некоторый расход дисковой памяти на так называемый файл подкачки (Swap File). Естественно, размер виртуальной памяти не может превышать размера диска (файл подкачки на нескольких дисках обычно не размещают). Виртуальная память реализуется операционными системами (и оболочками) защищенного режима (например, OS/2, MS Windows) на основе аппаратных средств процессоров класса не ниже 286, а наиболее эффективно - 32-разрядных процессоров 386 и старше.
На виртуальном диске хранятся файлы, и с точки зрения операционной системы (и, тем более, прикладной программы) она выглядит как обычный, но очень быстрый диск. Конечно же, его объем ограничен, и этот объем вычитается из объема физически установленной памяти, доступной процессору в качестве обычной оперативной. Кроме того, виртуальный диск в отличие от реального не является энергонезависимым. Более того, информация на нем не переживет даже перезагрузки операционной системы. Но, несмотря на эти ограничения, виртуальный диск во многих случаях может повысить эффективность работы компьютера при интенсивном дисковом обмене.
4. Особенность операционной системы компьютера при взаимодействии микропроцессора с периферийными устройствами.
Периферийные устройства подключаются к компьютеру через внешние интерфейсы или с помощью специализированных адаптеров или контроллеров, встраиваемых в системную плату или размещаемых на платах (картах) расширения. Адаптер является средством сопряжения какого-либо устройства с какой-либо шиной компьютера. Контроллер служит тем же целям сопряжения, но при этом подразумевается его некоторая активность - способность к самостоятельным действиям после получения команд от обслуживающей его программы. Сложный контроллер может иметь в своем составе и собственный процессор. Все внешние интерфейсы компьютера имеют свои адаптеры или контроллеры. Для взаимодействия с программой (с помощью процессора или сопроцессоров) адаптеры и контроллеры периферийных устройств обычно имеют регистры ввода и вывода, которые могут располагаться либо в адресном пространстве памяти, либо в специальном пространстве портов ввода/вывода. Кроме того, используются механизмы аппаратных прерываний для сигнализации программе о событиях, происходящих в периферийных устройствах. Для обмена информацией с периферийными устройствами применяется и механизм прямого доступа к памяти DMA (Direct Memory Acces). Контроллер DMA можно считать простейшим сопроцессором ввода/вывода, разгружающим центральный процессор от рутинных операций обмена.
Однако этот набор "железок" не имеет практической ценности без программного обеспечения, которое в компьютере имеет многоуровневую организацию. Часть программного обеспечения хранится в постоянной (энергонезависимой) памяти и обеспечивает тестирование и запуск при включении, загрузку операционной системы и связь операционной системы с аппаратными средствами компьютера. Эта часть называется базовой системой ввода/вывода BIOS (Basic Input-Output System). Следующий уровень - операционная система, основным назначением которой является загрузка прикладных программ и предоставление им некоторых сервисов. Верхний уровень - прикладное программное обеспечение. Именно возможность загрузки любой прикладной программы в совокупности с неограниченным ассортиментом периферийных устройств и позволяет считать персональный компьютер универсальным инструментом с неограниченными возможностями.
5. Особенности компьютерной памяти и методов доступа к ней.
К внешней памяти относятся устройства, позволяющие автономно сохранять информацию для последующего ее использования независимо от состояния компьютера. Эти устройства могут использовать различные физические принципы хранения информации - магнитный, оптический, электронный в любых их сочетаниях. По методу доступа к информации устройства внешней памяти разделяются на устройства с прямым (или непосредственным) и последовательным доступом. Характерной особенностью внешней памяти является то, что ее устройства оперируют блоками информации, но никак не байтами или словами, как это позволяет оперативная память. Эти блоки обычно имеют фиксированный размер, кратный степени числа 2, но в некоторых случаях у устройств с последовательным доступом размер блока может быть и переменным. Прямой доступ (Direct Access) подразумевает возможность обращения к блокам по их адресам в произвольном порядке.
Традиционными устройствами с прямым доступом являются дисковые накопители, и часто в понятие «диск» или «дисковое устройство» вкладывают значение «устройство внешней памяти прямого доступа». Например, виртуальный диск в ОЗУ и электронный диск на флэш-памяти отнюдь не имеют круглых, а тем более вращающихся деталей. В памяти с последовательным доступом (Sequential Access) каждый блок информации тоже может иметь свой адрес, но для обращения к нему устройство хранения должно сначала найти некоторый маркер начала ленты (тома), после чего последовательным холостым чтением блока за блоком дойти до требуемого места и только тогда производить сами операции обмена данными.
Внутренняя память подразделяется на оперативную, информация в которой может изменяться процессором в любой момент времени, и постоянную, информацию которой процессор может только считывать.Обращение к ячейкам оперативной памяти может происходить в любом порядке, причем как по чтению, так и по записи, и оперативную память называют памятью с произвольным доступом — Random Aceess Memory (один из видов памяти компьютера, позволяющий единовременно получить доступ к любой ячейке всегда за одно и то же время, вне зависимости от расположения по её адресу на чтение или запись.) — в отличие от постоянной памяти (Read Only Memory - масочное ПЗУ, изготавливается фабричным методом. В дальнейшем нет возможности изменить записанные данные.
6. Особенности внутренней, внешней и расширенной памяти, устанавливаемой на системной плате или на платах расширения;
Для процессора непосредственно доступной является внутренняя память, доступ к которой осуществляется по адресу, заданному программой. Для внутренней памяти характерен одномерный (линейный) адрес, который представляет собой одно двоичное число определенной разрядности. Внутренняя память подразделяется на оперативную, информация в которой может изменяться процессором в любой момент времени, и постоянную, информацию которой процессор может только считывать. Обращение к ячейкам оперативной памяти может происходить в любом порядке, причем как по чтению, так и по записи, и оперативную память называют памятью с произвольным доступом — Random Aceess Memory (RAM) — в отличие от постоянной памяти (Read Only Memory, ROM).
Внешняя память адресуется более сложным образом — каждая ее ячейка имеет свой адрес внутри некоторого блока, который, имеет многомерный адрес. Во время физических операций обмена данными блок может быть считан или записан только целиком. В случае одиночного дискового накопителя адрес блока будет трехмерным: номер поверхности (головки), номер цилиндра и номер сектора. В современных накопителях этот трехмерный адрес часто заменяют линейным номером — логическим адресом блока, а его преобразованием в физический адрес занимается внутренний контроллер накопителя.
Поскольку дисковых накопителей в компьютере может быть множество, в адресации дисковой памяти участвует и номер накопителя, а также номер канала интерфейса. Процессор справляется с системой адресации с помощью программного драйвера, в задачу которого в общем случае входит копирование некоторого блока данных из оперативной памяти в дисковую и обратно.
Расширенная память —аппаратно-программная система, предоставляющая доступ к дополнительной памяти MS-DOS приложениям, которым не достаточно основной памяти. Расширенная память адресуется странично, через окно, находящееся в верхней зарезервированной области памяти (UMA).
7. Особенности распределения памяти, организация ввода – вывода и прерываний.
Периферийные устройства связывают компьютер с внешним миром. Сюда входят устройства ввода — клавиатура, манипуляторы «мышь», устройства оцифровки звука и видеоизображений …; устройства вывода — алфавитно-цифровые и графические мониторы, принтеры; и прочие коммуникационные устройства — модемы, адаптеры локальных и глобальных сетей. Кроме того, к компьютеру можно подключать датчики и исполнительные устройства технологического оборудования, различные приборы.
Периферийные устройства подключаются к компьютеру через внешние интерфейсы или с помощью специализированных адаптеров или контроллеров, встраиваемых в системную плату или размещаемых на платах (картах) расширения. Адаптер является средством сопряжения какого-либо устройства с какой-либо шиной компьютера. Контроллер служит тем же целям сопряжения, но при этом подразумевается его некоторая активность — способность к самостоятельным действиям после получения команд от обслуживающей его программы. Сложный контроллер может иметь в своем составе и собственный процессор. Все внешние интерфейсы компьютера, естественно, тоже имеют свои адаптеры или контроллеры. Для взаимодействия с программой (с помощью процессора или сопроцессоров) адаптеры и контроллеры периферийных устройств обычно имеют регистры ввода и вывода, которые могут располагаться либо в адресном пространстве памяти, либо в специальном пространстве портов ввода/вывода. Кроме того, используются механизмы аппаратных прерываний для сигнализации программе о событиях, происходящих в периферийных устройствах. Для обмена информацией с периферийными устройствами применяется и механизм прямого доступа к памяти DMA (Direct Memory Acces). Контроллер DMA можно считать простейшим сопроцессором ввода/вывода, разгружающим центральный процессор от рутинных операций обмена.
Однако этот набор «железок» не имеет практической ценности без программного обеспечения, которое в компьютере имеет многоуровневую организацию. Часть программного обеспечения хранится в постоянной (энергонезависимой) памяти и обеспечивает тестирование и запуск при включении, загрузку операционной системы и связь операционной системы с аппаратными средствами компьютера. Эта часть называется базовой системой ввода/вывода BIOS (Basic Input-Output System). Следующий уровень — операционная система, основным назначением которой является загрузка прикладных программ и предоставление им некоторых сервисов. Верхний уровень — прикладное программное обеспечение. Именно возможность загрузки любой прикладной программы в совокупности с неограниченным ассортиментом периферийных устройств и позволяет считать персональный компьютер универсальным инструментом с неограниченными возможностями.
8. Особенности пространства ввода – вывода, отдельно от пространства памяти.
Пространство ввода-вывода в IBM PC, как и в процессорах х86, отделено от пространства памяти. У всех этих процессоров, в том числе и 32-разрядных, в пространстве ввода-вывода используется 16-разрядная адресация (диапазон адресов 0-FFFFh). Для дешифрации адресов портов в оригинальном PC из 16 бит использовались только младшие 10 (А0-А9), что обеспечивает обращение к портам в диапазоне адресов 0-3FFh. Старшие биты адреса, хотя и поступают на шину, устройствами игнорируются. В результате обращения по адресам, к примеру 378h, 778h, B78h и F78h, будут восприниматься устройствами одинаково. Это упрощение, нацеленное на снижение стоимости. Традиционные адаптеры для шины ISA, называемые Legacy Card, для старших бит адреса не имеют даже печатных ламелей на своем краевом разъеме.
Впоследствии перешли к 12-битной адресации устройств шины ISA, но ее приходится применять с оглядкой на возможное присутствие устройств с 10-битной адресацией. В адаптерах для шин МСА и PCI и во всех современных системных платах используются все 16 бит адреса.
Каждой шине назначается своя область адресов ввода, поэтому дешифратор адресов, расположенный на системной плате, при чтении открывает соответствующие буферы данных, так что реально считываться будут данные только с одной шины. При записи в порты данные (и сигнал записи) могут распространяться по всем шинам компьютера. В стандартном распределении адреса 0h-0FFh отведены для устройств системной платы. При наличии (и разрешении работы) периферийных устройств на системной плате чтение по этим адресам не распространяется на шины расширения. Для современных плат со встроенной периферией и несколькими шинами (ISA, PCI) распределением адресов управляет BIOS через регистры конфигурирования чипсета.
9. Особенности аппаратных прерываний, происходящих асинхронно по отношению к исполняемому программному коду.
Аппаратные прерывания обеспечивают реакцию процессора на события, происходящие асинхронно по отношению к исполняемому программному коду.
Может возникнуть одновременно сразу несколько прерываний! Для того чтобы система "не растерялась", решая какое прерывание обслуживать в первую очередь, существует специальная схема приоритетов. Каждому прерыванию назначается свой приоритет. Если происходит одновременно несколько прерываний, система отдает предпочтение самому высокоприоритетному, откладывая на время обработку остальных прерываний
Аппаратные прерывания делятся на маскируемые и немаскируемые. На немаскируемое прерывание (NMI) процессор реагирует всегда (если обслуживание предыдущего NMI завершено). Немаскируемые прерывания в PC используются для сигнализации о фатальных аппаратных ошибках.
Реакция процессора на маскируемые прерывания может быть задержана сбросом его внутреннего флага IF (инструкции CLI — запретить прерывания, STI — разрешить). По возникновении события, требующего реакции, адаптер (контроллер) устройства формирует запрос прерывания, который поступает на вход контроллера прерываний. Контроллер прерываний формирует общий запрос маскируемого прерывания для процессора, а когда процессор подтверждает этот запрос, контроллер сообщает процессору вектор прерывания, по которому выбирается программная процедура обработки прерываний. Процедура должна выполнить действия по обслуживанию данного устройства, включая сброс его запроса для обеспечения возможности реакции на следующие события и посылку команды завершения в контроллер прерываний. Вызывая процедуру обработки, процессор автоматически сохраняет в стеке значение всех флагов и сбрасывает флаг IF, что запрещает маскируемые прерывания. При возврате из процедуры (по инструкции I RET) процессор восстанавливает сохраненные флаги, в том числе и установленный IF, что снова разрешает прерывания.
10. Немаскируемые прерывания, их особенность и функции.
На немаскируемое прерывание (NMI) процессор реагирует всегда (если обслуживание предыдущего NMI завершено); этому прерыванию соответствует фиксированный вектор 2. . К примеру, такое прерывание может быть вызвано сбоем в микросхеме памяти. Немаскируемые прерывания в PC используются для сигнализации о фатальных аппаратных ошибках. Сигнал на линию NMI приходит от схем контроля паритета памяти, от линий контроля шины ISA (IOCHK) или шины PCI (SERR#).
Сигнал NMI блокируется до входа процессора установкой в 1 бита 7 порта 070h, отдельные источники разрешаются и идентифицируются битами порта 061h:
* бит 2 R/W — ERP — разрешение контроля ОЗУ и сигнала SERR* шины PCI;
* бит 3 R/W — EIC — разрешение контроля шины ISA;
* бит 6 R — ЮСНК — ошибка контроля на шине ISA (сигнал ЮСНК#); Ф бит 7 R — PC К — ошибка четности ОЗУ или сигнал SERR* на шине PCI.
11. Маскируемые прерывания, их особенности и функции.
Реакция процессора на маскируемые прерывания может быть задержана сбросом его внутреннего флага IF (инструкции CLI — запретить прерывания, STI — разрешить). По возникновении события, требующего реакции, адаптер (контроллер) устройства формирует запрос прерывания, который поступает на вход контроллера прерываний. Контроллер прерываний формирует общий запрос маскируемого прерывания для процессора, а когда процессор подтверждает этот запрос, контроллер сообщает процессору вектор прерывания, по которому выбирается программная процедура обработки прерываний. Процедура должна выполнить действия по обслуживанию данного устройства, включая сброс его запроса для обеспечения возможности реакции на следующие события и посылку команды завершения в контроллер прерываний. Вызывая процедуру обработки, процессор автоматически сохраняет в стеке значение всех флагов и сбрасывает флаг IF, что запрещает маскируемые прерывания. При возврате из процедуры (по инструкции I RET) процессор восстанавливает сохраненные флаги, в том числе и установленный IF, что снова разрешает прерывания. Если во время работы обработчика прерываний требуется реакция на иные прерывания (более приоритетные), то в обработчике должна присутствовать инструкция STI. Особенно это касается длинных обработчиков; здесь инструкция STI должна вводиться как можно раньше, сразу после критической (не допускающей прерываний) секции. Следующие прерывания того же или более низкого уровня приоритета контроллер прерываний будет обслуживать только после получения команды завершения прерывания ЕОI (End Of Interrupt).
Маскируемые прерывания используются для сигнализации о событиях в устройствах.
12. Особенности контроллера прерываний, организация запросов, адресное пространство контроллера.
Контроллер прерываний позволяет маскировать отдельные входы запросов и организовывать систему приоритетов запросов от различных входов. В машинах класса AT применяется каскадное соединение двух контроллеров. При этом поддерживается вложенность приоритетов.
Контроллеры расположены по адресам 20-21h (8259A#1) и A0-Alh (8259A#2), обращаться к ним следует как к однобайтным портам ввода-вывода.
По возникновении события, требующего реакции, адаптер (контроллер) устройства формирует запрос прерывания, который поступает на вход контроллера прерываний.
Контроллер прерываний формирует общий запрос маскируемого прерывания для процессора, а когда процессор подтверждает этот запрос, контроллер сообщает процессору вектор прерывания, по которому выбирается программная процедура обработки прерываний.
Для запросов прерывания с шины PCI используются 4 линии запросов прерывания, которые обозначают как INTR А, В, С, D. Эти линии работают по низкому уровню, что дает возможность их разделения (совместного использования).
13. Алгоритм контроллера прерываний.
После инициализации (процедурой POST и при загрузке ОС) все неиспользуемые входы контроллеров замаскированы (на запросы прерываний реагировать не будут), а их векторы прерываний указывают на «заглушку» — процедуру с единственной инструкцией IRET. Первым делом программа должна загрузить в память свой обработчик и подставить указатель на его начало в соответствующее место таблицы прерываний. Далее следует размаскировать вход, для чего выполняется чтение регистра маски, обнуление соответствующего бита и запись в регистр нового значения маски. При работе с контроллером прерываний от программы требуется лишь управление маской своего запроса (при инициализации программы нужно обнулить маску требуемого запроса) и корректное завершение обработки прерываний. Каждая процедура обработки аппаратного прерывания должна завершаться командой EOI (End Of Interruption).
По возникновении события, требующего реакции, адаптер (контроллер) устройства формирует запрос прерывания, который поступает на вход контроллера прерываний. Контроллер прерываний формирует общий запрос маскируемого прерывания для процессора, а когда процессор подтверждает этот запрос, контроллер сообщает процессору вектор прерывания, по которому выбирается программная процедура обработки прерываний. Процедура должна выполнить действия по обслуживанию данного устройства, включая сброс его запроса для обеспечения возможности реакции на следующие события и посылку команды завершения в контроллер прерываний. Вызывая процедуру обработки, процессор автоматически сохраняет в стеке значение всех флагов и сбрасывает флаг IF, что запрещает маскируемые прерывания. При возврате из процедуры (по инструкции I RET) процессор восстанавливает сохраненные флаги, в том числе и установленный IF, что снова разрешает прерывания. Если во время работы обработчика прерываний требуется реакция на иные прерывания (более приоритетные), то в обработчике должна присутствовать инструкция STI. Особенно это касается длинных обработчиков; здесь инструкция STI должна вводиться как можно раньше, сразу после критической (не допускающей прерываний) секции. Следующие прерывания того же или более низкого уровня приоритета контроллер прерываний будет обслуживать только после получения команды завершения прерывания ЕОI (End Of Interrupt).
14. Назначение номеров прерываний, адаптеров, их параметры – чувствительность по уровню, чувствительность по перепаду.
Каждому устройству, для поддержки работы которого требуются прерывания, должен быть назначен свой номер прерывания. Назначения номеров прерываний выполняются с двух сторон: во-первых, адаптер, нуждающийся в прерываниях должен быть сконфигурирован на использование конкретной линии шины (джамперами или программно). Во-вторых, программное обеспечение, поддерживающее данный адаптер, должно быть проинформировано о номере используемого вектора.
Контроллер прерываний позволяет программировать свои входы на чувствительность к уровню или перепаду сигнала.
* Чувствительность к уровню (level sensitive) означает, что контроллер прерываний вырабатывает запрос прерывания процессора по факту обнаружения определенного уровня (на ISA — высокого) на входе DRQx. Если к моменту завершения обработки этого запроса (после записи команды EOI в регистр контроллера прерываний) контроллер снова обнаруживает активный уровень на том же входе DRQx, то он снова сформирует запрос на прерывание процессора.
* Чувствительность к перепаду (edge sensitive) означает, что контроллер прерываний вырабатывает запрос прерывания процессора только по факту обнаружения перепада (на ISA — положительного) на входе DRQx. Повторно запрос по этому входу возможен только по следующему такому же перепаду, то есть сигнал предварительно должен вернуться в исходное состояние.
15. Совместное использование прерываний: линии запросов прерываний, обработчик прерываний (программный, аппаратный).
Линии запросов прерываний в компьютере, насыщенном дополнительными адаптерами, являются самым дефицитным ресурсом, поэтому возникает желание использовать эти линии совместно, то есть применять разделяемые прерывания между несколькими устройствами. Обработчики прерываний (программы) от разных устройств, разделяющих одну линию запроса (и следовательно, общий вектор прерывания), должны быть выстроены в цепочку. В процессе обработки прерывания очередной обработчик в цепочке чтением известного ему регистра своего устройства должен определить, не это ли устройство вызвало прерывание. Если это так, то обработчик должен выполнить необходимые действия и сбросить сигнал запроса прерывания от своего устройства, после чего передать управление следующему обработчику в цепочке; в противном случае он просто передает управление следующему обработчику.
Разделяемые прерывания для разнотипных устройств в общем случае работоспособными считать нельзя. Во-первых, у каждого устройства факт прерывания программно обнаруживается по-своему, и этот способ знает только драйвер этого устройства. Так что программно для совместного использования прерываний их обработчики должны уметь выстраиваться в цепочки, что на практике выполняется не всегда корректно. Во-вторых, возможны потери прерываний от устройств, требующих быстрой реакции. Это может происходить, если обработчик такого устройства окажется в конце цепочки, а предшествующие ему обработчики окажутся «нерасторопными» (не самым быстрым способом обнаружат, что прерывание - не их). Поведение системы в такой ситуации может меняться в зависимости от порядка загрузки драйверов. Для нескольких однотипных устройств (сетевых адаптеров на одном и том же кристалле), пользующихся одним драйвером, разделяемые прерывания работают вполне успешно.
16. Инструкции ввода – вывода: обращение программы к пространству ввода-вывода, обмен данными с портами.
Для обращения программы к пространству ввода-вывода предназначены всего четыре инструкции процессора: IN (ввод из порта в регистр процессора), OUT (вывод в порт из регистра процессора), INS (ввод из порта в элемент строки памяти) и OUTS (вывод элемента из строки памяти в порт). Последние две инструкции, появившиеся с процессором 80286, могут использоваться с префиксом повтора REP, что обеспечивает быструю пересылку блоков данных между портом и памятью. Обмен данными с портами, при котором применяют строковые инструкции ввода-вывода, получил название PIO (программированный ввод-вывод). Скорость такого обмена превышает скорость стандартного канала прямого доступа (DMA), правда, DMA в отличие от РIO почти не занимает процессорного времени. Разрядность слова, передаваемого за одну инструкцию ввода-вывода, может составлять 8, 16 или 32 бита. В зависимости от «выравненности» адреса по границе слова и разрядности данных используемой шины это слово может передаваться за один или несколько циклов шины с указанием соответствующего нарастающего адреса в каждом цикле обращения к памяти. Инструкции ввода-вывода порождают шинные циклы обмена, в которых вырабатываются сигналы чтения порта/записи в порт.
(((В реальном режиме процессора программе доступно все пространство адресов ввода-вывода. В защищенном режиме 32-разрядных процессоров (частным случаем которого является и виртуальный режим V86) имеется возможность программного ограничения доступного пространства ввода-вывода, определяя его максимальный размер (начиная с нулевого адреса и в пределах 64 К), а внутри разрешенной области доступ может быть разрешен или запрещен для каждого конкретного адреса. Размер области и карта разрешенных портов (IOPermission Bitmap) задается операционной системой в дескрипторе сегмента состояния задачи (TSS). При обращении по неразрешенному адресу вырабатывается исключение процессора, а поведение его обработчика определяется операционной системой. Возможно снятие задачи-нарушителя. Возможен и другой вариант, когда по обращению к порту монитор операционной системы выполняет некоторые действия, создавая для программы иллюзию реальной операции ввода-вывода. Таким образом виртуальная машина по операциям ввода-вывода может общаться с виртуальными устройствами. )))
17. Прерывание: аппаратное прерывание, программное прерывание и исключение.
Аппаратные прерывания обеспечивают реакцию процессора на события, происходящие асинхронно по отношению к исполняемому программному коду. Аппаратные прерывания делятся на маскируемые (Маскируемые прерывания используются для сигнализации о событиях в устройствах.) и немаскируемые (Немаскируемые прерывания в PC используются для сигнализации о фатальных аппаратных ошибках.). К аппаратным прерываниям относится и специфичное (и неиспользуемое прикладными программами) прерывание SMI для входа в режим системного управления (SMM).
Программные прерывания по сути прерываниями и не являются — это лишь короткая форма дальнего вызова ограниченного количества процедур, выполняемая инструкцией Int N (N=0-255). Программные прерывания, в частности, используются для вызовов сервисов BIOS и DOS.
Исключения генерируются процессором и сопроцессором, когда при исполнении инструкций возникают особые условия (например, деление на ноль или срабатывание защиты). Исключения занимают векторы прерываний 0-31, которые частично пересекаются с векторами аппаратных прерываний ведущего контроллера и NMI, а также с векторами сервисов BIOS. На исключениях строится защита и виртуальная память в многозадачных ОС защищенного режима.
18. Классификация устройства ввода-вывода.
Устройства ввода: 1)клавиатура; 2)мышь; 3)манипулятор; 4)устройства ввода графической и алфавитной информации
Устройства вывода: 1)монитор; 2)принтер; 3)диски – жесткие и гибкие
Устройства ввода/вывода: диски – жесткие и гибкие.
Классификация жестких дисков: магнитные, магнито-оптические, оптические(CD-R/RW, DVD-R/RW, 1-2 -слойные, 1-2 –сторонние, векторные, голографические), молекулярная память.
19. Клавишные устройства: классификация и параметры.
Классификация: тактильные, сенсорные, контактные, бесконтактные(магнитные,оптоэлектронные, магнитно-резистивные, датчики холода).
Конструктивные особенности: в виде отдельных блоков; встроенные; с подсветкой; с щелчком; без щелчка.
Основные технические параметры: max скорость набора (отклик нажатой клавиши), мощность коммутируемого сигнала, показатели надежности, количество переключений (за гарантийный срок, за срок до отказа и др.)
20-21. Принцип действия клавишных устройств. Конструктивные исполнения клавишных устройств.
1.Клавиатуры с пластмассовыми штырями. Под каждой клавишей находится пластмассовый штырь, направленный вертикально, нижний конец которого выполнен в виде штемпеля (клейма), изготовленного из смеси резины с металлом. Ниже этого резинового штемпеля находится пластина с направляющими и контактными площадками, которая стационарно привинчена к корпусу панели. При нажатии клавиши штемпель соприкасается с этими контактными площадками, благодаря чему замыкается цепь, что интерпретируется контроллером клавиатуры. Недостатки:– Нажатие клавиши мягкое. – вибрация, которая вызывает эффект многократного размыкания контакта клавиши, если она нажимается неправильно. Может получиться так, что при нажатии клавиши соответствующий символ отображается на экране несколько раз.
2.Клавиатура со щелчком. При нажатии клавиши на такой клавиатуре механическое сопротивление клавиши тем больше, чем глубже она нажимается. Для преодоления этого сопротивления нужно затратить определенную силу, после чего клавиша идет очень легко. Таким образом, обеспечивается однозначный контакт. Нажатие и отпускание клавиши сопровождается щелчком, отсюда и название. Клавиатуры со щелчком предпочтительнее клавиатур без щелчка, потому что в этом случае можно быть уверенным в обеспечении относительно “чистого” нажатия на клавишу.
3. Микропереключатели и герконы. Клавиатуры с микропереключателями имеют характеристики, аналогичные клавиатурам со щелчком. Но микропереключатели характеризуются большей прочностью и большим сроком службы. Еще лучше функционируют клавиатуры с герконами (герметическими контактами), которые представляют собой переключатели с пружинными контактами (в виде пластин) из ферромагнитного материала, помещенными в герметизированный стеклянный баллон. Контакты приходят в соприкосновение (или размыкаются) под действием магнитного поля электромагнита, установленного снаружи баллона. Герконы иногда называют RET-переключателями.
4.Сенсорная клавиатура
Принцип действия сенсорной клавиатуры основан на усилении разности потенциалов, приложенной к чувствительному элементу. Количество этих элементов соответствует количеству клавиш. В качестве чувствительных элементов используются токопроводящие контактные площадки в виде, например, одного или двух прямоугольников, разделенных небольшим зазором. В момент касания пальцем контактных площадок статический потенциал усиливается специальной схемой, на выходе которой формируется сигнал, аналогичный формируемому при нажатии клавиши обычной механической клавиатуры. Сенсорные клавиатуры самые долговечные, поскольку в них отсутствуют какие-либо механические элементы и информация о нажатии той или иной “клавиши” формируется только электроникой. Однако за счет этого электронная схема сенсорных клавиатур сложнее.
22. Драйверы клавиатуры, классификация:
Для того чтобы на экране отображался символ, набранный на клавиатуре, необходим драйвер клавиатуры, который обычно является составной частью любой операционной системы называемый KEYB.COM.
Клавиатура имеет двустороннюю поддержку со стороны BIOS: коды, принятые от клавиатуры, по аппаратному прерыванию IRQ1 (вектор 09h) обрабатываются, и результат обработки помещается в буфер, из которого по программному прерыванию этот результат для дальнейшей обработки может быть извлечен значительно позже.
BIOS INT 9h обрабатывает прерывания, вызванные приходом кодов нажатия и отпускания клавиш, анализируя принятый скан-код с учетом состояния флагов и комбинации клавиш альтерации SHIFT, CTRL, ALT, CAPSLOCK, NUMLOCK. Результат обработки (ASCII-символ и скан-код) помещается в клавиатурный буфер, расположенный в ОЗУ. В случае переполнения буфера очередное слово не записывается и подается звуковой сигнал. Кроме обычного способа (нажатия одной клавиши), любой символ можно ввести в буфер с помощью Alt-набора. Для этого его код в десятичной системе набирается на цифровой клавиатуре при нажатой клавише ALT, результат заносится в буфер по отпускании ALT. При таком способе в буфер будет занесен нулевой скан-код, что отличает Alt-набор от обычного ввода.
23. Интерфейсы клавиатуры – последовательный, расширенный, специальный (скан-код) , USB.
Традиционная клавиатура PC представляет собой унифицированное устройство ввода со стандартным разъемом и последовательным интерфейсом связи с системной платой. В настоящее время используются так называемые расширенные (enhanced) клавиатуры AT пли PS/2, имеющие более 100 клавиш.
Клавиатуры имеют внутренний микроконтроллер, способный определить факты нажатия и отпускания клавиш, при этом можно нажимать очередную клавишу, даже удерживая несколько ранее нажатых. При нажатии клавиши клавиатура передает идентифицирующий ее скан-код. При удержании клавиши в нажатом положении через некоторое время клавиатура начинает автоповтор передачи скан-кода нажатия этой клавиши. Расширенная клавиатура позволяет выбирать 1 из 3 наборов скан-кодов.
С распространением шины USB появились клавиатуры и с этим интерфейсом; они имеют и встроенный хаб, например для подключения мыши USB. Клавиатура USB питается от шины. Для клавиатуры USB требуется специальная поддержка со стороны BIOS; она имеется в современных системных платах.
Для подключения клавиатуры предназначен последовательный интерфейс, состоящий из двух обязательных сигналов KB-Data и KB-Clock. Необязательный сигнал KB-Reset сбрасывает клавиатуру низким уровнем сигнала. Интерфейс на системной плате XT реализован аппаратной логикой — регистром сдвига, параллельный выход которого подключается ко входам порта А системного интерфейса 8255. По приему байта от клавиатуры логика вырабатывает запрос аппаратного прерывания IRQ2, обработчик которого может прочитать принятый байт из порта 60h. С помощью бит 7 и 6 порта 61h возможна программная блокировка и сброс клавиатуры соответственно. Сброс клавиатуры XT осуществляется принудительным обнулением линии KB-Clock.
24. Контроллер клавиатуры PC/AT 8042 – функциональное назначение, виды прерываний и обрабатывающих программ, порт ввода-вывода, пространство ввода-вывода.
Программируемый микроконтроллер 18042 применяется в машинах класса AT. Его встроенное программное обеспечение хранится обычно в масочном внутреннем ПЗУ и не допускает изменения. Эта программа обеспечивает вырабатывания запроса прерывания по приему скан-кода от клавиатуры и отработку управляющих команд от центрального процессора. Кроме управления клавиатурой, через программно-управляемые и программно-читаемые линии внешних портов контроллера формируются сигналы управления вентилем Gate A20, аппаратного системного сброса и считываются сигналы от конфигурационных джамперов системной платы. Контроллер 8242В, кроме интерфейса клавиатуры, поддерживает и аналогичный интерфейс дополнительного устройства, например PS/2-Mouse.
Порт ввода, доступный по команде COh, используется для чтения состояния джамперов и ключа:
• Бит 7 — СНклавиатура заблокирована ключом (KeyLock).
• Бит 6 — исходный видеорежим: CHCGA, 1=MDA.
• Бит 5 — системная перемычка: 0=замкнута.
• Бит 4 — системное ОЗУ: 0=512 Кбайт и более, 1=256 Кбайт.
• Бит 1 — вход данных дополнительного интерфейса.
• Бит 0 — вход данных интерфейса клавиатуры.
Порт вывода, доступный для записи и чтения по командам Dlh и DOh соответственно, имеет следующее назначение бит:
• Бит 7 — последовательные данные клавиатуры.
• Бит 6 — синхронизация клавиатуры.
• Бит 5 — запрос прерывания от дополнительного интерфейса (IRQ12).
• Бит 4 — запрос прерывания от клавиатуры (IRQ1).
• Бит 3 — синхронизация дополнительного интерфейса.
• Бит 2 — последовательные данные дополнительного интерфейса.
• Бит 1 — вентиль линии адреса А20 (Gate A20).
• Бит 0 — альтернативный сброс процессора (без формирования общего сигнала сброса).
Контроллер расположен в пространстве ввода/вывода по адресам 60h и 64h, причем по чтению скан-кода клавиатуры из порта 60h сохраняется совместимость с PC/XT. Регистр данных контроллера в режиме записи используется для передачи команд, относящихся к клавиатуре и собственно контроллеру. Признак готовности контроллера к восприятию команд является нулевое значение бита регистра состояния (порт 064Н).
25. Клавиатура – принцип преобразования, количество клавиш, малогабаритные клавиатуры портативных компьютеров.
Клавиатура PC представляет собой унифицированное устройство со стандартным разъемом и последовательным интерфейсом связи с системной платой. В качестве датчиков нажатия клавиш применяют механические контакты (открытые или герконовые), кнопки на основе токопроводящей резины, емкостные датчики и датчики на эффекте Холла. Типы клавишных датчиков влияют на надежность, долговечность и, конечно же, цену клавиатуры. Последние два типа являются самыми долговечными, поскольку в них исключены механические контактные системы. Независимо от типов применяемых датчиков нажатия клавиш, все они объединяются в матрицу. Клавиатура содержит внутренний контроллер, выполненный обычно на микросхеме из семейства MCS-48 фирмы Intel, осуществляющий сканирование матрицы клавиш, управление индикаторами, внутреннюю диагностику и связь с системной платой последовательным интерфейсом по линиям KB-Data и KB-Clock.
Среди обычных (стандартных) исполнений существуют 3 основных типа клавиатур:
Малогабаритные клавиатуры портативных компьютеров интегрированы в общий корпус, но часто эти компьютеры имеют разъем для подключения обычной внешней клавиатуры, работать с которой все-таки удобнее. Некоторые производители оригинальных PC-совместимых компьютеров применяют собственные конструкции клавиатур, разъемов и даже интерфейса, что затрудняет их замену.
Рис.1. Упрощенная схема клавиатуры
Все клавиши находятся в узлах матрицы. Все горизонтальные линии матрицы подключены через резисторы к источнику питания +5 В. Входной порт подключен к горизонтальным линиям матрицы (X0-X4), а выходной - к вертикальным (Y0-Y5). Устанавливая по очереди на каждой из вертикальных линий уровень напряжения, соответствующий логическому 0, клавиатурный компьютер опрашивает состояние горизонтальных линий. Если ни одна клавиша не нажата, уровень напряжения на всех горизонтальных линиях соответствует логической 1.
Если нажимаем на какую-либо клавишу, то соответствующая вертикальная и горизонтальная линии замкнуты. Когда на этой вертикальной линии процессор установит значение логического 0, то уровень напряжения на горизонтальной линии также будет соответствовать логическому 0.
Как только на одной из горизонтальных линий появится уровень логического 0, клавиатурный процессор фиксирует нажатие на клавишу. Он посылает в центральный компьютер запрос на прерывание и номер клавиши в матрице. Аналогичные действия выполняются и тогда, когда оператор отпускает нажатую ранее клавишу.
Номер клавиши, посылаемый клавиатурным процессором, однозначно связан с распайкой клавиатурной матрицы и не зависит напрямую от обозначений, нанесенных на поверхность клавиш. Этот номер называется скан-кодом (Scan Code).
Но программе нужен соответствующий обозначению на этой клавише ASCII-код. Этот код не зависит однозначно от скан-кода, т.к. одной и той же клавише могут соответствовать несколько значений ASCII-кода. Это зависит от состояния других клавиш.
Поэтому все преобразования скан-кода в ASCII-код выполняются программным обеспечением. Как правило, эти преобразования выполняют модули BIOS. Для использования символов кириллицы эти модули расширяются клавиатурными драйверами.
Если нажать на клавишу и не отпускать ее, клавиатура перейдет в режим автоповтора. В этом режиме в центральный компьютер автоматически через некоторый период времени, называемый периодом автоповтора, посылается код нажатой клавиши. Режим автоповтора облегчает ввод с клавиатуры большого количества одинаковых символов.
Следует отметить, что клавиатура содержит внутренний 16-байтовый буфер, через который она осуществляет обмен данными с компьютером.
Номер клавиши, связан с распайкой клавиатурной матрицы и не зависит напрямую от обозначений, нанесенных на поверхность клавиш - скан-код. Код соответствующий обозначению на клавише ASCII-код.
Для работы с клавиатурой типа PC/XT используются порты с адресами 60h и 61h. Порт 60h при чтении содержит скан-код последней нажатой клавиши. Порт 61h управляет клавиатурой и другими устройствами компьютера, например, работой встроенного динамика. Этот порт доступен как для чтения, так и для записи. Если в старший бит порта 61h записать значение 1, клавиатура будет заблокирована, если 0 - разблокирована.
Для расширенного управления клавиатурой используется порт 60h в режиме записи. При использовании порта 60h на запись программа дополнительно получает следующие возможности:
Если нажать на клавишу и не отпускать ее, клавиатура перейдет в режим автоповтора. Период автоповтора определяет количество посылок скан-кода, генерируемых процессором клавиатуры в одну секунду.
Первоначально при инициализации системы период задержки для включения режима автоповтора устанавливается модулями BIOS равным 500 мс при периоде автоповтора, равном 10 повторам в секунду. Если это слишком медленно для вас, вы можете установить другие значения. Некоторые прикладные программы, например, текстовый процессор Microsoft Word, содержат средства для управления временными характеристиками клавиатуры.
Параллельные (шинные) мыши. Шинные мыши прожили достаточно недолго. Недостатки: 1) цена- тк необходим комплект из мыши и специального адаптера. 2) слоты расширения всегда были достаточно дефицитным ресурсом.
Последовательные мыши. Не требуют дополнительных контроллеров для своей работы( необходим свободный COM-порт). +1) дешевизна, 2)универсальность, поскольку подходило даже для компьютеров, вообще не имеющих портов расширения (портативных, например).
PS/2-совместимые мыши. В компьютерах появился специальный мышиный порт, и даже поддержка мыши в BIOS. Компьютеры уже изначально ориентировались на работу под управлением графической операционной системы, так что мышь из опционального устройства начала превращаться в стандартное.
USB-мыши.
Bluetooth-мыши.
Устройство ввода мышь (mouse) передает в систему информацию о своем перемещении по плоскости и нажатии кнопок. Обычная конструкция имеет свободно вращающийся массивный прорезиненный шарик в днище корпуса, передающий вращение на два координатных диска с фотоэлектрическими датчиками. Датчики для каждой координаты представляют собой две открытые оптопары (светодиод - фотодиод), в оптический канал которых входит вращающийся диск с прорезями. Оптопары датчиков могут быть оформлены в виде монолитных конструкций, а могут и быть просто отдельными элементами, установленными на печатной плате.
Качество мыши в значительной степени зависит от ее конструкции, поскольку она, как и все механические устройства, подвергается изнашиванию. Но наряду с этим качество мыши зависит от ее разрешения. Разрешение мыши измеряется в dpi (dot per inch — количество точек на дюйм). Хотя более правильно было бы измерять его в cpi (count per inch — число отсчетов на дюйм), так как электронная схема мыши пересчитывает в импульсы расстояние, которое прошла мышь. Если мышь имеет разрешение 1500 DPI и вы передвигаете ее на 1 дюйм вправо, то привод мыши получает через микроконтроллер информацию о смещении на 1500 единиц вправо. Драйвер мыши рассчитывает эту информацию и усредняет ее в зависимости от графического разрешения монитора для позиционирования курсора на экране. При этом не имеет значения, двигалась мышь быстро или медленно.
Зависимость точности позиционирования мыши от скорости ее перемещения определяется так называемым баллистическим эффектом. Этот эффект можно варьировать. При коротких перемещениях мыши уменьшается баллистический эффект скорости, что ведет к увеличению точности позиционирования указателя мыши, если вы, например, работаете в графической программе с мелкими деталями. Во время движений, при которых мышь проходит относительно большое расстояние, например, при перемещении между окнами редактирования и линейкой инструментов, курсор соответственно будет двигаться быстрее.
Нормальное разрешение мыши лежит в диапазоне от 200 до 900 dpi. Мышь с разрешением более 1000 DPI позволяет очень точно вести и позиционировать курсор, при этом точность, естественно, зависит от выбранного разрешения экрана монитора.
Классификация: 1)по устройствам ввода: однокнопочные; 2-хкнопочные 3-хкнопочные; мрогокнопочные
2)по принцепу действия: -механические, -оптико-механические, -оптические
3)по программному обеспечению: -microsoft, PC, -без спец. Программного обеспечения
4)по принципу передачи информации: -кабельные, -инфракрасные, -радио
5)по конструкции: -мышь, -трекбол
Устройство ввода мышь (mouse) передает в систему информацию о своем перемещении по плоскости и нажатии кнопок. Обычная конструкция имеет свободно вращающийся массивный прорезиненный шарик в днище корпуса, передающий вращение на два координатных диска с фотоэлектрическими датчиками. Датчики для каждой координаты представляют собой две открытые оптопары (светодиод - фотодиод), в оптический канал которых входит вращающийся диск с прорезями. Оптопары датчиков могут быть оформлены в виде монолитных конструкций, а могут и быть просто отдельными элементами, установленными на печатной плате.
При перемещении мыши по коврику “тяжелый” шарик приходит в движение и вращает соприкасающиеся с ним валики. Ось вращения одного из валиков вертикальна, а другого горизонтальна. На этих осях установлены диски с растровыми отверстиями, которые вращаются между двумя пластмассовыми цоколями. На первом цоколе находится источник света, а на другом — фоточувствительный элемент (фотодиод, фоторезистор или фототранзистор). Этот фотосенсор безукоризненно определяет, где находится источник света: перед отверстием или за пластмассовой перегородкой диска. Поскольку таких растровых дисков два, то порядок освещения фоточувствительных элементов определяет направление перемещения мыши, а частота приходящих импульсов — скорость.
Импульсы при помощи микроконтроллера превращаются в совместимые с РС данные и передаются через интерфейс RS232 на материнскую плату.
32. Механические и оптико-механические принципы формирования электрических сигналов. Преимущества и недостатки.
Мех. Мышь. Первые мыши имели механическую конструкцию. В ней использовался маленький шар, который выступал через нижнюю поверхность устройства и вращался по мере его перемещения по поверхности. Переключатели внутри мыши определяли перемещение и направление движения пира. Хотя шар может вращаться в любом направлении, определяются только четыре направления. Это ассоциируется с двумя направлениями в двухкоординатной системе. Перемещение в каждом из четырех направлений измеряется в сотых долях дюйма. После того как шар пройдет это дискретное расстояние, формируется специальный сигнал для центрального блока.
+Механическая мышь может работать практически на любой поверхности.
- 1)для их работы требуется пространство.2) части часто ломаются. 3)устройство необходимо периодически чистить.
Дешевизна и простота механических мышей сделала их самыми распространенными устройствами.
Опт-мех.мышь. При перемещении мыши по коврику “тяжелый” шарик приходит в движение и вращает соприкасающиеся с ним валики. Ось вращения одного из валиков вертикальна, а другого горизонтальна. На этих осях установлены диски с растровыми отверстиями, которые вращаются между двумя пластмассовыми цоколями. На первом цоколе находится источник света, а на другом — фоточувствительный элемент (фотодиод, фоторезистор или фототранзистор). Этот фотосенсор безукоризненно определяет, где находится источник света: перед отверстием или за пластмассовой перегородкой диска. Поскольку таких растровых дисков два, то порядок освещения фоточувствительных элементов определяет направление перемещения мыши, а частота приходящих импульсов — скорость.Импульсы при помощи микроконтроллера превращаются в совместимые с РС данные и передаются через интерфейс RS232 на материнскую плату.
33. Программное обеспечение манипулятора типа «мышь».
Как и клавиатура, последовательная мышь должна быть связана с операционной системой РС. Без соответствующего драйвера РС не будет получать информацию.
Только мыши с шинным интерфейсом (Bus Mouse), которые подключают к собственной карте расширения, или мыши, подключаемые к порту в стиле” РS/2, обходятся без соответствующего программного обеспечения.
В качестве стандарта в мире РС выступает так называемая Мiсгоsоft-совместимая мышь (MS-Mouse). С помощью драйверов для этой мыши, можно, как правило, управлять всеми совместимыми мышами.
Существует несколько стандартов для мышей. Самым распространенным является стандарт MS-Mouse. другой используемый стандарт — это PC-Mouse или еще менее используемый РS/2.
Экзотические драйверы, которые обычно поставляются с мышью, часто не гарантируют 100% совместимости с аппаратным и программным обеспечением и занимают большой объем памяти. Драйвер мыши является резидентной программой, так как мышь должна быть доступна всегда. Поэтому такие драйверы лучше не использовать
Мышь должна быть согласована с программным обеспечением, а большинство приложений разрабатывается под стандарт MS-Mouse. Мышь, которая будет “хромать” в приложениях Windows, так как она не является100% совместимой, будет очень раздражать
Современные лазерные принтеры позволяют достичь более высокого качества печати. Качество приближено к фотографическому. Основным недостатком лазерных принтеров является высокая цена, но цены имеют тенденцию к снижению.
Принцип действия.У большинства лазерных принтеров используется механизм печати, как в копировальных аппаратах. Основным узлом является подвижный барабан, который наносит изображения на бумагу. Барабан представляет собой металлический цилиндр, покрытый слоем полупроводника. Поверхность барабана статически заряжается разрядом. Луч лазера, направленный на барабан, изменяет электростатический заряд в точке попадания и создает на поверхности барабана электростатическую копию изображения. После этого, на барабан наносится слой красящего порошка (тонера). Частицы тонера притягиваются лишь к электрически заряженным точкам. Лист втягивается с лотка и ему передается электрический заряд. При наложении на барабан, лист притягивает на себя частицы тонера с барабана. Для фиксации тонера, лист снова заряжается и проходит между валами, нагретыми до 180 градусов. По окончании, барабан разряжается, очищается от тонера и снова используется.
При цветной печати изображение формируется смешиванием тонеров разного цвета за 4 прохода листа через механизм. При каждом проходе на бумагу наносится определенное количество тонера одного цвета. Цветной лазерный принтер является сложным электронным устройством с 4 резервуарами для тонера, оперативной памятью, процессором и жестким диском, что соответственно увеличивает его габариты и цену.
Основные характеристики лазерных принтеров:
Срок и качество работы лазерного принтера зависит от барабана. Ресурс барабана дешевых моделей - 40-60 тысяч страниц.
Рис. 1. Принцип работы лазерного печатающего устройства
Функциональная схема лазерного принтера, назначение основных блоков.
Центральным элементом системы лазерного печатающего устройства является вращающийся барабан, покрытый чувствительным полупроводниковым слоем, заряженным в темноте, подобно конденсатору. При освещении конкретной точки на поверхности барабана, полупроводниковый слой становится проводящим в этой точке и в ней происходит разряд. Данные, от ПЭВМ преобразуются с помощью лазерно-оптической сканирующей системы в сигналы, моделирующие лазерный луч. При облучении точки поверхности барабана лазерным лучом переменной интенсивности остаточный разряд оказывается пропорциональным изменению интенсивности лазерного луча, и на поверхности барабана создаётся невидимое электростатическое изображение строки или страницы информации. Затем это изображение проявляется с помощью электростатически заряженной пылеобразной краски из пластмассовых частиц. Краска прилипает к поверхности барабана только там, где есть статический заряд (необлучённое пространство). Далее изображение при воздействии электростатического поля переносится на бумагу путём расплавления краски специальными лампами.
При печати на цветном лазерном принтере используются две технологии.
В соответствии с первой, на фотобарабане последовательно для каждого отдельного цвета (Cyan, Magenta, Yellow, Black) формировалось соответствующее изображение, и лист печатался за четыре прохода, что, естественно, сказывалось на скорости и качестве печати.
В современных моделях в результате 4х последовательных прогонов на фотобарабан наносится тонер каждого из 4х цветов. Затем при соприкосновении бумаги с барабаном на нее наносятся все 4 краски одновременно, образуя нужные цветовые сочетания на отпечатке. В результате достигается более ровная передача цветовых оттенков почти такая же как при печати на цветных принтерах с термопрессом красителя.
Рис. 1. Схема реализации метода получения изображений "прямо на барабан"
Параметры: максимальный формат носителя, разрешение, номинальная скорость печати в монохромном и цветном (для цветного принтера) режиме, время выхода первой страницы, время выхода из энергосберегающего режима (прогрева), объем памяти, интерфейсы, количество и емкость подающих и приемных лотков для бумаги, разнообразие допустимых видов носителей, рекомендуемая максимальная месячная нагрузка, ресурс расходных материалов, наличие дополнительных аксессуаров (дуплекса, лотков, финишеров, интерфейсных плат, жестких дисков и др.) в комплекте поставки или за дополнительную плату, энергопотребление в различных режимах работы.
37. Классификация и особенности функционирования копировальной техники (типа ксерокс, ксерография и резограф).
По принципу: светокопировальные, электрографические, термографические; использующие методы трафаретной и офсетной печати с мокрым, полусухим и сухим способами формирования изображения копий.
Репрографическая техника относится к неполиграфическим средствам копирования и размножения документов (дубликаторов).
Принципиальным отличием репрографических устройств от полиграфического оборудования является “факсимильность” изображения материала, короткий технологический цикл по схеме “оригинал-копия”, малогабаритность и высокая производительность.
В качестве современных устройств репрографии используются копиры.
Копировальный аппарат - устройство, предназначенное для получения копий с различных оригиналов.
Работа копировального аппарата основана на принципе сухой ксерографии (xeros-сухой, graphein-писать).
Ксерография - фотографический процесс, основанный на физических явлениях, использующих фотопроводимость полупроводников.
38. Одно функциональные ксерографические копиры – структурная схема, принцип работы, характеристики.
Основные этапы работы копировального аппарата
1.Зарядка. На поверхности фотопроводника барабана формируются равномерно расположенные заряды определенной величины при помощи главного коротрона. На коротрон подается напряжение с высоковольтного блока. Разность потенциалов в несколько киловольт между фоторецептором и коротроном приводит к ударной ионизации воздуха. На поверхности фоторецептора скапливаются заряженные ионы. При вращении фоторецептора его поверхность покрывается равномерным слоем заряда, в результате чего, он подготавливается к экспозиции.
2.Экспонирование. Формируется скрытое электростатическое изображение на барабане. Свет от лампы копирования направляется на документ, отражается от документа и через систему зеркал, объектив, оптическое изображение проецируется на барабан. Свет, отраженный от светлых участков документа имеет высокую интенсивность, а отраженный от темных участков имеет низкую интенсивность. Высокая интенсивность света отраженного от светлого участка документа, приводит к нейтрализации большого числа отрицательных зарядов на поверхности фотопроводника, что приводит к уменьшению потенциала поверхности фотопроводника. Потенциал поверхности барабана, соответствующий более светлому участку документа, меньше потенциала, соответствующего более темному участку документа. Таким образом, формируется скрытое электростатическое изображение.
3.Проявление. На данном этапе частички тонера, попадая на барабан, проявляют скрытое электростатическое изображение, делая его видимым. В качестве тонера используются многокомпонентные смеси окрашенных частиц синтетических и натуральных смол.
4.Перенос изображения. Процесс переноса изображения заключается в переносе частичек тонера, формирующих видимое изображение, расположенных на поверхности фоторецептора на бумагу. Бумага, на которую переносится изображение, заряжается коротроном переноса до уровня более высокого, чем потенциал поверхности фоторецептора.
5.Отделение бумаги. Лист бумаги с нанесенным на него изображением оригинала, отделяется от барабана. После этапа отделения бумаги, копия почти готова, но еще требуется закрепление, иначе ее возможно испортить любым механическим воздействием. Для закрепления копии используется специальное приспособление - фьюзер (печка). Печка состоит из тефлонового вала и резинового вала. Внутри тефлонового вала располагается нагревательная лампа, которая разогревает этот вал, до температуры порядка 200 °С. Лист подается между тефлоновым и резиновым валом и как бы прокатывается между ними. Таким образом, тонер, расположенный на листе бумаги, спекается, и образуется устойчивая к внешним воздействиям копия оригинала.
6.Очистка барабана. Оставшийся тонер на поверхности фоторецептора, после процесса переноса изображения, удаляется на данном этапе при помощи лезвия очистки (ракеля). Отработанный тонер скапливается в специальном бункере. По мере накопления отработанного тонера, этот бункер требует очистки.
7.Разрядка. На данном этапе происходит удаление остаточного потенциала с поверхности барабана. При освещении барабана светом от лампы разрядки, происходит генерирование положительных и отрицательных зарядов в слое генерирования носителей, что приводит к нейтрализации и исчезновению остаточных зарядов на поверхности алюминиевого слоя и поверхности барабана. В итоге потенциал поверхности барабана после этого этапа приближается к нулю.
39. Многофункциональные ксерографические копиры, назначение, структурная схема, назначение блоков.
Структурная схема
1
2
3
4
5
6
ОЗУ
ПЗУ
микроконтроллер
ЖК монитор
Системная шина
БУ
Сканер
Принтер
Документ
Копия
1. Графический редактор
2. Фильм-проектор
3. Маркер-редактор
4. Устройство автоввода оригинала
5. Устройство двухсторонней печати
6. Сортировка скрепление скрепками
40. Технические средства ввода изображений – классификация, структурная схема цифровых фотокамер, основные характеристики и параметры.
Светочувствительный сенсор — это своего рода сердце любой цифровой камеры. Он позволяет преобразовывать свет в электрические сигналы, доступные для дальнейшей электронной обработки. Другим важным элементом камеры является схема, отвечающая за компрессию данных и подготовкук передаче в нужном формате. В Web-камерах видеоданные передаются в компьютер по USB-интерфейсу, то есть заключительной схемой камеры должен быть контроллер USB-интерфейса.
АЦП занимается дискретизацией непрерывного аналогового сигнала. Такие преобразователи характеризуются как частотой отсчетов, определяющих промежутки времени, через которые производится замер аналогового сигнала, так и своей разрядностью.
Данные необходимо сжимать перед непосредственной передачей в компьютер. При разрешении кадра 320×240 пикселов и глубине цвета 24 бита размер кадра в несжатом виде будет составлять 1,76 Мбит. При ширине полосы пропускания USB-канала 8 Мбит/с в несжатом виде можно передавать кадры со скоростью не более 4,5 кадров/с. Обеспечивая необходимую компрессию в реальном времени, контроллер, как правило, позволяет передавать видеопоток со скоростью 10-15 кадров/с при разрешении 640×480 и со скоростью 30 кадров/с при разрешении 320×240 и меньшем.
41. Сканеры – классификация, структурная схема, основные параметры, характеристики.
Сканер - это устройство, позволяющее вводить в компьютер черно-белое или цветное изображения, считывать графическую и текстовую информацию. Обязательными компонентами сканеров являются рабочий элемент считывания, система закрепления или перемещения вводимого документа, контроллер и программные средства.
Классификация сканеров
По способу организации перемещения считывающего узла относительно оригинала сканеры делятся на планшетные, барабанные и ручные. В планшетных сканерах оригинал кладут на стекло, под которым двигается оптико-электронное считывающее устройство. В барабанных сканерах оригинал через входную щель втягивается барабаном в транспортный тракт и пропускается мимо неподвижного считывающего устройства. Ручной сканер необходимо плавно перемещать вручную по поверхности оригинала, что не очень удобно.
Основные технические характеристики сканеров:
Разрешающая способность. Обычная разрешающая способность сканера составляет 200-720 dpi. Большее значение (свыше 1000) отображает интерполяционную разрешающую способность, достигаемую программным путем с использованием математической обработки параметров расположенных возле точек изображения.
Глубина представления цветов. Простые сканеры определяют наличие или отсутствие цвета, результирующее изображение будет черно-белым. Сканер разрешает распознавать около 16 млн. цветов и можно качественно сканировать фотографии.
Динамический диапазон. Большинство планшетных сканеров имеют стандартный диапазон 2,4 D, неважно различают близкие оттенки одного цвета.
Метод сканирования. Различают два основных метода, которые отличаются количеством проходов CCD-матрицы над оригиналом. Первые сканеры использовали 3-проходное сканирование. Современные сканеры используют однопроходную методику, которая разделяет световой луч на составляющие с помощью призмы.
Область сканирования. Максимальный размер сканируемого изображения. Ручные сканеры - до 105 мм, барабанные, планшетные - от формата А4 до Full Legar (8.5'x14').
Скорость сканирования. Производители указывают количество миллисекунд сканирования одной строки.
42. Видеосистемы – основные подсистемы, особенности графического адаптера, функции BIOSа.
Видеосистема современного компьютера состоит из обязательной графической (формирующей изображение программно) и дополнительной подсистемы обработки видеоизображений. Обе эти составляющие части обычно используют общий монитор, а соответствующие аппаратные средства системного блока могут располагаться на раздельных картах различно функционального назначения или объединяться на одном комбинированно адаптере, который можно назвать адаптером дисплея (Display Adapter).
Графический адаптер служит для программного формирования графических и текстовых изображений и является промежуточным элементом между монитором и шиной компьютера. Изображение строится по программе, исполняемой центральным процессором, в чем ему могут помогать графические акселераторы и сопроцессоры. В BIOS имеется поддержка функций формирования текстовых и графических изображений, называемая видeocepвиcoм (BIOS Int 10h). В монитор адаптер посылает сигналы управления яркостью лучей RGB (Red, Green, Blue — красный, зелени и синий — базисные цвета) и синхросигналы строчной и кадровой разверток.
43. Принципы вывода изображений – растровый метод, векторный метод, метод сканирования.
Видеосистема PC ориентирована на растровый метод вывода изображения.
Растровый метод подразумевает, что некий рисующий инструмент, способный оставлять видимый след, сканирует всю поверхность, на которую выводится изображение. Траектория движения инструмента постоянна и не зависит от выводимого изображения, но инструмент может рисовать, а может и не рисовать отдельные точки траектории. Видимым изображением являются оставленные им точки. В случае видеомонитора инструментом является модулированный луч (или три луча базисных цветов), построчно сканирующий экран и вызывающий свечение люминофора, нанесенного на внутреннюю поверхность экрана. Каждая строка растра разбивается на некоторое количество точек — пикселов, засветкой каждой из которых по отдельности может управлять устройство, формирующее изображение (графическая карта). Видеомонитор является растровым устройством вывода динамически изменяемых изображений. Его луч сканирует экран с частотой, которая не должна позволять глазу видеть мерцание изображения. Растровыми устройствами являются принтеры.
Векторные устройства вывода изображений. В этих устройствах инструмент прорисовывает только изображаемые фигуры, и его траектория движения определяется выводимым изображением. Изображение состоит из графических примитивов, которыми могут быть отрезки прямых — векторы, дуги, окружности. К векторным устройствам относятся перьевые плоттеры, векторные мониторы.
Сканирование экрана модулированным лучом обеспечивается генераторами горизонтальной и вертикальной разверток монитора. Луч может оставлять след только во время прямого хода по строке (слева направо). Строка разбивается на некоторое количество точек разложения, каждая из которых может иметь состояние (яркость и цвет), не зависимое от других (для монитора это разбиение условно). На обратном ходе по строке луч принудительно гасится. Следующая строка прорисовывается параллельно предыдущей, но с некоторым вертикальным смещением (вниз), и так происходит сканирование до окончания кадра — достижения правого нижнего угла экрана. Во время обратного хода луча по вертикали, за время которого генератор горизонтальной развертки успеет сделать несколько строчных циклов, луч также принудительно гасится.
44.Параметры видеосистем – критическая частота, частота кадров, популярный режим строчной и кадровой развертки, частота ввода-вывода точек.
Существует понятие критической частоты световых мельканий (КЧСМ), которую измеряют так: человек смотрит неподвижно на некоторый безынерционный источник света (например, светодиод), который вспыхивает и гаснет с плавно повышаемой частотой. Сначала человек воспринимает вспышки по отдельности, с повышением частоты он видит уже только мерцание, а начиная с некоторой частоты мерцания для него сливаются в ровный свет. Эта частота и называется критической, и у разных людей она может находиться в пределах примерно 40-60 Гц.
Неподвижность взгляда и источника в нашем опыте оговаривалась, поскольку при движении мелькающего объекта человек будет его воспринимать как трассу прерывистых светящихся точек. Наблюдение мерцающих объектов раздражает и утомляет зрительную систему, поэтому частота кадров (прорисовки экрана) должна быть по крайней мере не ниже значения КЧСМ. Таким образом, мы получили ориентировочное значение минимальной частоты кадров, равное 50 Гц.
(((Чем выше частота развертки тем ниже производительность графической системы при построении изображений. С точки зрения пользователя, + чересстрочного режима развертки заключается в цене устройств - поскольку для прогрессивной развертки требуется более высокое качество компонентов всего видеотракта, построчная развертка с высокой частотой кадров при режимах высокого разрешения — дорогое удовольствие. Чересстрочная развертка широко применяется в телевидении, где видеосигнал приходится «пропихивать» через радиоканал, с шириной полосы которого всегда имеются проблемы. Современные мониторы и графические адаптеры, применяемые в PC, используют оба режима развертки с различными значениями частоты кадров. Естественно, что работать они должны в согласованных режимах. )))
45.Основные виды режимов вывода информации на монитор.
Существуют два основных режима вывода информации - графический и символьный (текстовый).
В текстовом режиме 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 определенных 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, построения рамок вокруг участков экрана и так далее. В число символов, изображаемых на экране в текстовом режиме, могут входить и символы кириллицы. На цветных мониторах каждому знакоместу может соответствовать свой цвет символа и фона, что позволяет выводить красивые цветные надписи на экран. На монохромных мониторах для выделения отдельных частей текста и участков экрана используется повышенная яркость символов, подчёркивание и т. д.
Графический режим предназначен для вывода на экран графиков, рисунков и так далее. Разумеется, в этом режиме можно выводить и текстовую информацию в виде различных надписей, причём эти надписи могут иметь произвольный шрифт, размер и др. В графическом режиме экран состоит из точек, каждая из которых может быть тёмной или светлой на монохромных мониторах и одного или нескольких цветов - на цветном. Количество точек на экране называется разрешающей способностью монитора в данном режиме. Следует заметить что разрешающая способность не зависит от размеров экрана монитора.
46.Дисплейные адаптеры – задачи, функц схема графического адаптера, его назначение.
Дисплейным адаптером условимся называть блок компьютера, к которому подключается дисплей — чаще всего, монитор на электронно-лучевой трубке. В обязательный круг задач этого адаптера входит формирование изображения на экране под управлением программы компьютера, выполняемое в графическом и (или) алфавитно-цифровом режиме отображения. Расширенный круг задач может включать и воспроизведение на экране того же монитора «живого» видео из потока данных, полученного от компьютера или от какого-либо источника телевизионного сигнала.
Поскольку адаптер предназначен для подключения монитора, его обязательным элементом будет контроллер ЭЛТ (CRT Controller). В задачу этого контроллера входит согласованное формирование сигналов сканирования видеопамяти (адрес и стробы чтения) и сигналов вертикальной и горизонтальной синхронизации монитора. Контроллер ЭЛТ должен обеспечивать требуемые частоты развертки и режимы сканирования видеопамяти, которые зависят от режима отображения (графический или текстовый) и организации видеопамяти.
Видеопамять является специальной областью памяти, из которой контроллер ЭЛТ организует циклическое чтение содержимого для регенерации изображения.
Контроллер атрибутов управляет трактовкой цветовой информации, хранящейся в видеопамяти. В текстовом режиме он обрабатывает информацию из байт атрибутов знакомест (откуда и пошло его название), в графическом - из бит текущего выводимого пиксела. Контроллер атрибутов позволяет увязать объем хранимой цветовой информации с возможностями монитора. Знакогенератор предназначен для формирования растрового изображения символов в текстовом режиме экрана.
Графический контроллер является средством повышения производительности программного построения изображений, точнее их образов, в видеопамяти.
Синхронизатор, появившийся с адаптером EGA, позволяет синхронизировать циклы обращения процессора к видеопамяти с процессом регенерации изображения.
Внутренняя шина адаптера предназначена для высокопроизводительного об мена данными между видеопамятью, графическим акселератором и внешнил интерфейсом.
Блок внешнего интерфейса связывает адаптер с одной из шин компьютера.
Блок интерфейса монитора формирует выходные сигналы соответствующего типа
Модуль расширения BIOS (Video BIOS) хранит код драйверов видеосервиса (INTl0h) и таблицы знакогенераторов.
Видеокомпоненты не стали обязательными принадлежностями дисплейного адаптера. могут включать аппаратную поддержку различных кодеков, средства поддержки видеооверлеев, фрейм-граббер, TV-тюнер.
47.Контроллер электронно-лучевой трубки – назначение, опорная частота, видеопамять.
Контроллер ЭЛТ (CRT Controller). В задачу этого контроллера входит согласованное формирование сигналов сканирования видеопамяти (адрес и стробы чтения) и сигналов вертикальной и горизонтальной синхронизации монитора. Контроллер ЭЛТ должен обеспечивать требуемые частоты развертки и режимы сканирования видеопамяти, которые зависят от режима отображения (графический или текстовый) и организации видеопамяти, о чем говорилось в начале главы. Опорной частотой для работы контроллера является DotCLK -частота вывода пикселов в графических режимах или точек разложения символов в текстовом режиме.
Видеопамять является специальной областью памяти, из которой контроллер ЭЛТ организует циклическое чтение содержимого для регенерации изображения. Традиционно для видеопамяти в карте распределения памяти PC была выделена область адресов A0000-BFFFFh, непосредственно доступная любому процессору х86. Современные графические адаптеры имеют возможность переадресации видеопамяти в область старших адресов (выше границы 16 Мбайт), что позволяет в защищенном режиме процессоров 386+ работать с цельными образами экранов. Кроме аппаратно-выделенной видеопамяти, устанавливаемой на графических адаптерах, существует и архитектура унифицированной памяти UMA (Unified Memory Architecture). При таком подходе под видеобуфер выделяется область системного ОЗУ, что позволяет несколько удешевить компьютер. Диаметрально противоположным подходом, нацеленным на повышение производительности, является не просто выделение видеопамяти, а еще и применение в ней микросхем со специальной архитектурой - VRAM, WRAM, MDRAM, RDRAM, SGRAM.
48.Контроллер атрибутов – назначение, режимы работы, регистры палитр, знакогенератор, таблица символов.
Контроллер атрибутов управляет трактовкой цветовой информации, хранящейся в видеопамяти. В текстовом режиме он обрабатывает информацию из байт атрибутов знакомест (откуда и пошло его название), в графическом - из бит текущего выводимого пиксела. Контроллер атрибутов позволяет увязать объем хранимой цветовой информации с возможностями монитора. В состав контроллера атрибутов входят регистры палитр, которые служат для преобразования цветов, закодированных битами видеопамяти, в реальные цвета на экране.
Знакогенератор предназначен для формирования растрового изображения символов в текстовом режиме экрана. Адаптер EGA позволяет одновременно хранить до четырех таблиц по 256 символов, a VGA - до восьми. Активной (используемой для отображения) может быть либо одна из них, либо сразу две. В последнем случае набор одновременно отображаемых символов расширяется до 512, а одна из двух таблиц, используемых для конкретного символа, определяется битом 3 его байта атрибутов.
49.Графический контроллер видеосистемы – назначение, параметры, основные субблоки, особенность внутренней шины и внешнего интерфейса.
Графический контроллер является средством повышения производительности программного построения изображений, точнее их образов, в видеопамяти. Всеми функциями графического контроллера управляют через его регистры. В современных адаптерах функции графического контроллера, существенно расширенные по сравнению с EGA и VGA, выполняются встроенным микропроцессором -графическим акселератором
Синхронизатор, появившийся с адаптером EGA, позволяет синхронизировать циклы обращения процессора к видеопамяти с процессом регенерации изображения. Адаптеры имеют собственные кварцованные генераторы синхронизации (иногда и по нескольку). От внутреннего генератора вырабатывается частота вывода пикселов DotClock (DotCLK), относительно которой строятся все временные последовательности сканирования видеопамяти, формирования видеосигналов и синхронизации монитора.
Внутренняя шина адаптера предназначена для высокопроизводительного об мена данными между видеопамятью, графическим акселератором и внешним интерфейсом. Типовая разрядность канала данных у этой шины сейчас составляет 32 бит, не редкость адаптеры и с 64-битной шиной. Однако реально используемая разрядность может оказаться меньшей, если установлены не все предусмотренные микросхемы видеопамяти.
Блок внешнего интерфейса связывает адаптер с одной из шин компьютера.
Блок интерфейса монитора формирует выходные сигналы соответствующего типа (RGB-TTL, RGB-Analog, композитный видео или S-Video).
Модуль расширения BIOS (Video BIOS) хранит код драйверов видеосервиса (INTl0h) и таблицы знакогенераторов.
Видеокомпоненты пока еще не стали обязательными принадлежностями дисплейного адаптера. Они могут включать аппаратную поддержку различных кодеков (чаще всего — MPEG-плейер), средства поддержки видеооверлеев, фрейм-граббер, TV-тюнер.
50. Мониторы – классификация, преимущество и недостатки, стандарты безопасности, режимы энергосбережения.
ЭЛТ-Монтор: значительно дешевле своих ТFТ-коллег, поэтому они пользуются большим спросом среди потребителей. Кроме цены, преимуществами ЭЛТ-мониторов являются высокое качество изображения и высокая скорость смены одного изображения на другое – у некоторых ТFТ-мониторов с низким “временем отзыва” (около 25 мс) при смене одного изображения на другое образуется своеобразный шлейф от предыдущего изображения.
Недостатками ЭЛТ-мониторов являются большие размеры и вес, излучение от экрана, высокое тепловыделение и значительное потребление электроэнергии.
ЖК-монитор: +1)Малые размер и масса. 2)Нет видимого мерцания, дефектов фокусировки лучей, помех от магнитных полей, проблем с геометрией изображения и четкостью.
-1) Могут отображать чёткое изображение лишь в одном («штатном») разрешении. Остальные достигаются интерполяцией с потерей чёткости. 2) Зависимость контраста от угла обзора.3) Чувствительна матрица, незащищённая стеклом. При сильном нажатии возможна необратимая деградация. Также существует проблема дефектных пикселей.4) Пиксели ЖК-мониторов деградируют.
Плазменные мониторы: +1)эталонное качество изображения.2)Малое время отклика.3) отсутствуют проблемы геометрических искажений изображения и сведения лучей.4) Большая площадь экрана при этом тонкий. 5)Надейжный.6) Не подвержены воздействию внешних магнитных и электрических полей.
-1)Высокая стоимость. 2)Низкая разрешающая способность изображения. 3)Высокая потребляемая мощность.
FED-дисплеи: имеют много преимуществ в сравнении с жидкокристаллическими - матричная адресация, малые вес и толщина. Более того, у них лучшие яркость, цветопередача, и все условия быстрее догнать мониторы на ЭЛТ. Благодаря особой матрице у них есть основания встать в ряд плоских дисплеев нового поколения.
51. Электронно-лучевые мониторы – принцип работы, параметры и характеристики, типы масок для электронно-лучевых пушек.
Электронно-лучевая трубка, или кинескоп, — самый важный элемент монитора. Кинескоп состоит из герметичной стеклянной колбы, внутри которой находится вакуум. Один из концов колбы узкий и длинный — это горловина. Другой — широкий и достаточно плоский — экран. Внутренняя стеклянная поверхность экрана покрыта люминофором (luminophor). В качестве люминофоров для цветных ЭЛТ используются довольно сложные составы на основе редкоземельных металлов — иттрия, эрбия и т. п. Люминофор — это вещество, которое при бомбардировке заряженными частицами испускает свет. Заметим, что иногда люминофор называют фосфором, но это не верно, так как люминофор, используемый в покрытии ЭЛТ, не имеет ничего общего с фосфором. Более того, фосфор светится только в результате взаимодействия с кислородом воздуха при окислении до P2O5, и свечение длится очень недолго (кстати, белый фосфор — сильный яд).
Для создания изображения в ЭЛТ-мониторе используется электронная пушка, откуда под действием сильного электростатического поля исходит поток электронов. Сквозь металлическую маску или решетку они попадают на внутреннюю поверхность стеклянного экрана монитора, которая покрыта разноцветными люминофорными точками. Поток электронов (луч) может отклоняться в вертикальной и горизонтальной плоскости, что обеспечивает последовательное попадание его на все поле экрана. Отклонение луча происходит посредством отклоняющей системы. Отклоняющие системы подразделяются на седловидно-тороидальные и седловидные. Последние предпочтительнее, поскольку имеют пониженный уровень излучения. Электроны попадают на люминофорный слой, после чего энергия электронов преобразуется в свет, то есть поток электронов заставляет точки люминофора светиться. Эти светящиеся точки люминофора формируют изображение, которое вы видите на вашем мониторе.
Каждая пушка излучает электронный луч (или поток, или пучок), который влияет на люминофорные элементы разного цвета (зеленого, красного или синего). Понятно, что электронный луч, предназначенный для красных люминофорных элементов, не должен влиять на люминофор зеленого или синего цвета. Чтобы добиться такого действия используется специальная маска, чья структура зависит от типа кинескопов от разных производителей, обеспечивающая дискретность (растровость) изображения. ЭЛТ можно разбить на два класса - трехлучевые с дельтаобразным расположением электронных пушек и с планарным расположением электронных пушек. В этих трубках применяются щелевые и теневые маски, хотя правильнее сказать, что они все теневые.
52. Принцип работы теневых масок.
Теневая маска (shadow mask) — самый распространенный тип масок. Она применяется со времени изобретения первых цветных кинескопов. Поверхность у кинескопов с теневой маской обычно сферической формы (выпуклая). Это сделано для того, чтобы электронный луч в центре экрана и по краям имел одинаковую толщину.
Конструкция теневой маски. Теневая маска состоит из металлической пластины с круглыми отверстиями, которые занимают примерно 25% площади). Находится маска перед стеклянной трубкой с люминофорным слоем. Как правило, большинство современных теневых масок изготавливают из инвара. Инвар (InVar) — магнитный сплав железа (64%) с никелем (36%). Этот материал имеет предельно низкий коэффициент теплового расширения, поэтому, несмотря на то, что электронные лучи нагревают маску, она не оказывает отрицательного влияния на чистоту цвета изображения. Отверстия в металлической сетке работают как прицел (хотя и не точный), именно этим обеспечивается то, что электронный луч попадает только на требуемые люминофорные элементы и только в определенных областях. Теневая маска создает решетку с однородными точками (еще называемыми триады), где каждая такая точка состоит из трех люминофорных элементов основных цветов — зеленного, красного и синего, которые светятся с различной интенсивностью под воздействием лучей из электронных пушек. Изменением тока каждого из трех электронных лучей можно добиться произвольного цвета элемента изобр, образуемого триадой точек.
Одним из слабых мест мониторов с теневой маской является ее термическая деформация. Происходящее смещение отверстий теневой маски приводит к возникновению эффекта пестроты экрана (смещения цветов RGB). Существенное влияние на качество монитора оказывает материал теневой маски. Предпочтительным материалом маски является инвар.
Теневая маска применяется в большинстве современных мониторов — Hitachi, Panasonic, Samsung, Daewoo, LG, Nokia, ViewSonic.
53. Принцип работы щелевых масок.
Щелевая маска (slot mask) широко применяется компанией NEC под именем “CromaClear”. Это решение на практике представляет собой комбинацию теневой маски и апертурной решетки. В данном случае люминофорные элементы расположены в вертикальных эллиптических ячейках, а маска сделана из вертикальных линий. Фактически вертикальные полосы разделены на эллиптические ячейки, которые содержат группы из трех люминофорных элементов трех основных цветов.
Щелевая маска используется, помимо мониторов от NEC (где ячейки эллиптические), в мониторах Panasonic с трубкой PureFlat (ранее называвшейся PanaFlat).
54. Принцип работы апертурных решеток (масок).
Есть еще один вид трубок, в которых используется Aperture Grille (апертурная решетка). Эти трубки стали известны под именем Trinitron и впервые были представлены на рынке компанией Sony в 1982 году. В трубках с апертурной решеткой применяется оригинальная технология, где имеется три лучевые пушки, три катода и три модулятора, но при этом имеется одна общая фокусировка .
Конструкция апертурной решетки. Апертурная решетка — это тип маски, используемый разными производителями в своих технологиях для производства кинескопов, носящих разные названия, но одинаковые по сути, например, технология Trinitron от Sony, DiamondTron от Mitsubishi и SonicTron от ViewSonic. Это решение не включает в себя металлическую решетку с отверстиями, как в случае с теневой маской, а имеет решетку из вертикальных линий. Вместо точек с люминофорными элементами трех основных цветов, апертурная решетка содержит серию нитей, состоящих из люминофорных элементов выстроенных в виде вертикальных полос трех основных цветов. Такая система обеспечивает высокую контрастность изображения и хорошую насыщенность цветов, что вместе обеспечивает высокое качество мониторов с трубками на основе этой технологии. Маска, применяемая в трубках фирмы Sony (Mitsubishi, ViewSonic), представляет собой тонкую фольгу, на которой процарапаны тонкие вертикальные линии. Она держится на горизонтальной (одной в 15", двух в 17", трех и более в 21") проволочке, тень от которой видна на экране. Эта проволочка применяется для гашения колебаний и называется damper wire. Ее хорошо видно, особенно при светлом фоне изображения на мониторе. Некоторым пользователям эти линии принципиально не нравятся, другие же наоборот довольны и используют их в качестве горизонтальной линейки.
Минимальное расстояние между полосами люминофора одинакового цвета называется шагом полос (strip pitch) и измеряется в мм. Чем меньше значение шага полос, тем выше качество изображения на мониторе. При апертурной решетке имеет смысл только горизонтальный размер точки. Так как вертикальный
55. Основные параметры масок.
Минимальное расстояние между люминофорными элементами одинакового цвета в соседних строках называется шагом точек (dot pitch) и является индексом качества изображения. Шаг точек обычно измеряется в миллиметрах (мм). Чем меньше значение шага точек, тем выше качество воспроизводимого на мониторе изображения. Расстояние между двумя соседними точками по горизонтали равно шагу точек, умноженному на 0,866.
Приведем пример шага теневой маски:
56.Жидкокристаллические мониторы – принцип работы, конструкция панелей, структурная схема.
Экраны LCD (Liquid Crystal Display, жидкокристаллические мониторы) сделаны из вещества (цианофенил), которое находится в жидком состоянии, но при этом обладает некоторыми свойствами, присущими кристаллическим телам. Фактически это жидкости, обладающие анизотропией свойств (в частности, оптических), связанных с упорядоченностью в ориентации молекул.
Работа ЖКД основана на явлении поляризации светового потока. Известно, что так называемые кристаллы-поляроиды способны пропускать только ту составляющую света, вектор электромагнитной индукции которой лежит в плоскости, параллельной оптической плоскости поляроида. Для оставшейся части светового потока поляроид будет непрозрачным. Таким образом поляроид как бы “просеивает” свет. Этот эффект называется поляризацией света. Когда были изучены жидкие вещества, длинные молекулы которых чувствительны к электростатическому и электромагнитному полю и способны поляризовать свет, появилась возможность управлять поляризацией. Эти аморфные вещества за их схожесть с кристаллическими веществами по электрооптическим свойствам, а также за способность принимать форму сосуда, назвали жидкими кристаллами.
Экран LCD представляет собой массив маленьких сегментов, называемых пикселями, которыми можно манипулировать для отображения информации. LCD имеет несколько слоев, где ключевую роль играют две панели, сделанные из свободного от натрия и очень чистого стеклянного материала, называемого субстрат или подложка. Слои собственно и содержат тонкий слой жидких кристаллов между собой. На панелях имеются бороздки, которые направляют кристаллы, сообщая им специальную ориентацию. Бороздки расположены таким образом, что они параллельны на каждой панели, но перпендикулярны между двумя панелями. Жидкокристаллическая панель освещается источником света (в зависимости от того, где он расположен, жидкокристаллические панели работают на отражение или на прохождение света).
Плоскость поляризации светового луча поворачивается на 90° при прохождении одной панели. При появлении электрического поля, молекулы жидких кристаллов частично выстраиваются вертикально вдоль поля, угол поворота плоскости поляризации света становится отличным от 90 градусов и свет беспрепятственно проходит через жидкие кристаллы. Поворот плоскости поляризации светового луча незаметен для глаза, поэтому возникла необходимость добавить к стеклянным панелям еще два других слоя, представляющих собой поляризационные фильтры. Эти фильтры пропускают только ту компоненту светового пучка, у которой ось поляризации соответствует заданному. Поэтому при прохождении поляризатора пучок света будет ослаблен в зависимости от угла между его плоскостью поляризации и осью поляризатора.
57.Технология получения цветового изображения жидкокристаллических мониторов, параметры и характеристики.
Поперечное сечение панели на тонкопленочных транзисторах представляет собой многослойный бутерброд. 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 жидких кристаллов. Вдобавок ко всему существует флуоресцентная подсветка, освещающая экран изнутри.
При нормальных условиях, когда нет электрического заряда, жидкие кристаллы находятся в аморфном состоянии. В этом состоянии жидкие кристаллы пропускают свет. Количеством света, проходящего через жидкие кристаллы, можно управлять с помощью электрических зарядов - при этом изменяется ориентация кристаллов.
Как и в традиционных электроннолучевых трубках, пиксель 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).
TFT экран состоит из целой сетки таких пикселей, где работой каждого цветового участка каждого пикселя управляет отдельный транзистор. Именно здесь стоит поговорить о разрешении. Для нормального обеспечения экранного разрешения 1024х768 (режим SVGA) монитор должен располагать именно таким количеством пикселей.
58.Плазменные мониторы – принцип работы, характеристики, параметры, достоинства и недостатки.
Плазменные экраны создаются путем заполнения пространства между двумя стеклянными поверхностями инертным газом, например, аргоном или неоном. Затем на стеклянную поверхность помещают маленькие прозрачные электроды, на которые подается высокочастотное напряжение. Под действием этого напряжения в прилегающей к электроду газовой области возникает электрический разряд. Плазма газового разряда излучает свет в ультрафиолетовом диапазоне, который вызывает свечение частиц люминофора в диапазоне, видимом человеком. Фактически, каждый пиксель на экране работает, как обычная флуоресцентная лампа (иначе говоря, лампа дневного света). Высокая яркость и контрастность наряду с отсутствием дрожания являются большими преимуществами таких мониторов. Кроме того, угол по отношению к нормали, под которым можно увидеть нормальное изображение на плазменных мониторах, существенно больше, чем 45° в случае с LCD-мониторами. Главными недостатками такого типа мониторов является довольно высокая потребляемая мощность, возрастающая при увеличении диагонали монитора, и низкая разрешающая способность, обусловленная большим размером элемента изображения. Кроме этого, свойства люминофорных элементов быстро ухудшаются, и экран становится менее ярким, поэтому срок службы плазменных мониторов ограничен 10000 часами (это около 5 лет при офисном использовании). Из-за этих ограничений такие мониторы используются пока только для конференций, презентаций, информационных щитов, т.е. там, где требуются большие размеры экранов для отображения информации.
59.Эмиссионные мониторы – принцип работы, характеристики и параметры, отличительные особенности, достоинства и недостатки.
Мониторы FED основаны на процессе, который немного похож на тот, что применяется в CRT-мониторах, так как в обоих методах применяется люминофор, светящийся под воздействием электронного луча. Главное отличие между CRT и FED мониторами состоит в том, что CRT-мониторы имеют три пушки, которые испускают три электронных луча, последовательно сканирующих панель, покрытую люминофорным слоем, а в FED-мониторе используется множество маленьких источников электронов, расположенных за каждым элементом экрана, и все они размещаются в пространстве, по глубине меньшем, чем требуется для CRT. Каждый источник электронов управляется отдельным электронным элементом, так же, как это происходит в LCD-мониторах, и каждый пиксель затем излучает свет, благодаря воздействию электронов на люминофорные элементы, как и в традиционных CRT-мониторах. При этом FED-мониторы очень тонкие.
60.Международные сертификаты на мониторы – основные требования и характеристики мониторов.
TCO '92. Стандарт TCO’92 был разработан исключительно для мониторов и определяет величину максимально допустимых электромагнитных излучений при работе монитора, а также устанавливает стандарт на функции энергосбережения мониторов. Кроме того, монитор, сертифицированный по TCO’92, должен соответствовать стандарту на энергопотребление NUTEK и соответствовать Европейским стандартам на пожарную и электрическую безопасность.
Стандарт TCO’92 рассчитан только на мониторы и их характеристики относительно электрических и магнитных полей, режимов энергосбережения и пожарной и электрической безопасности. Стандарт TCO’95 распространяется на весь персональный компьютер, т.е. на монитор, системный блок и клавиатуру, и касается эргономических свойств, излучений (электрических и магнитных полей, шума и тепла), режимов энергосбережения и экологии.
TCO '99. TCO’99 предъявляет более жесткие требования, чем TCO’95, в следующих областях: эргономика, энергия, излучение, окружающая среда и экология, а также пожарная и электрическая безопасность. Стандарт TCO’99 распространяется на традиционные CRT-мониторы, плоскопанельные мониторы (Flat Panel Displays), портативные компы (Laptop и Notebook), сист блоки и клавиатуры.
MPR II. MPRII был разработан SWEDAC (The Swedish Board for Technical Accreditation) и определяет максимально допустимые величины излучения магнитного и электрического полей, а также методы их измерения. MPRII базируется на концепции о том, что люди живут и работают в местах, где уже есть магнитные и электрические поля, поэтому устройства, которые мы используем, такие, как монитор для компьютера, не должны создавать электрические и магнитные поля, большие чем те, которые уже существуют.
61.Внешняя память – назначение, принципы хранения, методы доступа, характеристики.
К внешней памяти относятся устройства, позволяющие автономно сохранять информацию для последующего ее использования независимо от состояния (включен или выключен) компьютера. Эти устройства могут использовать различные физические принципы хранения информации - магнитный, оптический, электронный в любых их сочетаниях. По методу доступа к информации устройства внешней памяти разделяются на устройства с прямым (или непосредственным) и последовательным доступом. Характерной особенностью внешней памяти является то, что ее устройства оперируют блоками информации, но никак не байтами или словами, как это позволяет оперативная память.
Главная характеристика устройств - емкость хранения (Capacity), измеряемая в килобайтах, мегабайтах, гигабайтах и терабайтах (Кбайт, Мбайт, Гбайт, Тбайт или KB, MB, GB, ТВ, или еще короче - К, М, G, Т).
Время доступа (Access Time) определяется как усредненный интервал от выдачи запроса на передачу блока данных до фактического начала передачи.
Скорость передачи данных (Transfer Speed, Transfer Rate или XFER) определяется как производительность обмена данными, измеряемая после выполнения поиска данных.
Прямой доступ (Direct Access) подразумевает возможность обращения к блокам по их адресам в произвольном порядке.
В памяти с последовательным доступом (Sequential Access) каждый блок информации тоже может иметь свой адрес, но для обращения к нему устройство хранения должно сначала найти некоторый маркер начала ленты (тома), после чего последовательным холостым чтением блока за блоком дойти до требуемого места и только тогда производить сами операции обмена данными.
62.Виды доступа к внешней памяти, их параметры, характеристики и формат.
Прямой доступ (Direct Access) подразумевает возможность обращения к блокам по их адресам в произвольном порядке. Традиционными устройствами с прямым доступом являются дисковые накопители (про магнитные барабаны мало кто уже помнит), и часто в понятие «диск» или «дисковое устройство» (Disk Device) вкладывают значение «устройство внешней памяти прямого доступа». Так, например, виртуальный диск в ОЗУ и электронный диск на флэш-памяти отнюдь не имеют круглых, а тем более вращающихся деталей. В памяти с последовательным доступом (Sequential Access) каждый блок информации тоже может иметь свой адрес, но для обращения к нему устройство хранения должно сначала найти некоторый маркер начала ленты (тома), после чего последовательным холостым чтением блока за блоком дойти до требуемого места и только тогда производить сами операции обмена данными. Конечно, для обращения к следующему блоку каждый раз возвращаться на начало необязательно - текущую позицию, пока устройство хранения и компьютер включены, может хранить управляющая программа. Однако необходимость последовательного сканирования блоков (вперед или назад) — неотъемлемое свойство этих устройств. Традиционными устройствами внешней памяти с последовательным доступом (Таре Device) являются накопители на магнитной ленте — (фотопленка и перфолента остались в «древней истории», хотя перфолента еще используется как носитель информации для станков с ЧПУ).
63.Дать понятие параметрам и характеристикам времени доступа, скорости передачи, удельной стоимости и хранения информации дисковых накопителей.
Время доступа (Access Time) определяется как усредненный интервал от выдачи запроса на передачу блока данных до фактического начала передачи. Для устройств с подвижными носителями основной расход времени происходит в процессе позиционирования головок (Seek Time - время поиска) и ожидания подхода к ним требуемого участка носителей (Latency - скрытый период). Для дисковых и ленточных устройств принципы позиционирования различны. Дисковые устройства имеют время доступа от единиц до сотен миллисекунд. Для электронных устройств внешней памяти время доступа определяется быстродействием используемых микросхем памяти и при чтении составляет доли микросекунд, причем запись может ожидаться значительно дольше, что объясняется природой энергонезависимой электронной памяти.
Скорость передачи данных (Transfer Speed, Transfer Rate или XFER) определяется как производительность обмена данными, измеряемая после выполнения поиска данных. Однако в способе измерения этого параметра возможны разночтения, поскольку современные устройства имеют в своем составе буферную память существенных размеров. Скорости обмена буферной памяти с собственно носителем (внутренняя скорость) и с внешним интерфейсом могут существенно различаться. Если скорость работы внешнего интерфейса ограничивается быстродействием электронных схем и достижимой частотой передаваемых сигналов, то внутренняя скорость более жестко ограничивается возможностями электромеханических устройств (скоростью движения носителя и плотностью записи). При измерениях скорости передачи на небольших объемах пересылок проявится ограничение внешнего интерфейса буферной памяти, при средних объемах - ограничение внутренней скорости, а при больших объемах проявится еще и время поиска последующих блоков информации.
Определение удельной стоимости хранения информации для накопителей с фиксированными носителями пояснения не требует. В случае сменных носителей этот показатель интересен для собственно носителей, но не следует забывать и о цене самих накопителей, которую тоже можно приводить к их емкости.
64.Анатомия дисковых накопителей – магнитных, оптических и магнитооптических.
Слой носителя информации — магнитный, оптический или какой-либо иной - нанесен на рабочие поверхности дисков. Диски вращаются с помощью двигателя шпинделя (Spindel Motor), обеспечивающего требуемую частоту вращения в рабочем режиме. На диске имеется индексный маркер, который, проходя мимо специального датчика, отмечает начало каждого оборота диска. Информация на диске располагается на концентрических треках (дорожках), нумерация которых начинается с внешнего трека (Track 00). Каждый трек разбит на секторы (Sector) фиксированного размера. Сектор и является минимальным блоком информации, который может быть записан на диск или считан с него. Нумерация секторов начинается с единицы и привязывается к индексному маркеру. Каждый сектор имеет служебную область, содержащую адресную информацию, контрольные коды и некоторую другую информацию, и область данных, размер которой традиционно составляет 512 байт. Если накопитель имеет несколько рабочих поверхностей (на шпинделе может быть размещен пакет дисков, а у каждого диска могут использоваться обе поверхности), то совокупность всех треков с одинаковыми номерами составляет цилиндр (Cylinder). Для каждой рабочей поверхности в накопителе имеется своя головка (Head), обеспечивающая запись (если это позволяет накопитель) и считывание информации. Головки нумеруются начиная с нуля. Для того чтобы произвести элементарную операцию обмена - запись или чтение сектора, - шпиндель должен вращаться с заданной скоростью, блок головок должен быть подведен к требуемому цилиндру, и только когда требуемый сектор подойдет к выбранной головке, начнется физическая операция обмена данными между головкой и блоком электроники накопителя. Для записи информации на носитель и ее считывания используются различные методы частотной или фазовой модуляции, позволяющие кодировать и декодировать двоичную информацию в соответствии с природой носителя информации. Контроллер накопителя выполняет сборку и разборку блоков информации (секторов или целых треков), включая формирование и проверку контрольных кодов, осуществляет модуляцию и демодуляцию сигналов головок и управляет всеми механизмами накопителя.
65.Компоненты накопителей магнитных дисков.
Пластины (Platter). Могут быть гибкими или жесткими. Их материал не должен сильно изменять свой размер со временем и под действием перепадов температур. На поверхность пластины наносят рабочий магнитный слой, который чаще всего основан на окиси железа. Хранимую информацию представляет состояние намагниченности отдельных участков рабочей поверхности. От качества материала рабочего слоя зависит допустимая плотность записи информации.
Для записи и считывания информации используются магнитные головки, представляющие собой миниатюрные катушки индуктивности намотанные на магнитном сердечнике с зазором.
В качестве привода для позиционирования головок на нужный цилиндр в накопителях на гибких дисках и старых винчестерах применяют шаговые двигатели. Эти двигатели под действием серии импульсов, подаваемых на их обмотки, способны поворачивать свой вал на определенный угол.
Привод, обеспечивающий точное позиционирование по сигналу обратной связи, называется сервоприводом.
Выход на нулевую дорожку определяется по датчику нулевого цилиндра, в качестве которого обычно применяется оптоэлектронная пара с флажком, связанным с блоком головок.
Вся электромеханическая часть накопителя — пакет дисков со шпиндельным двигателем и блок головок с приводом, сокращенно называемая HDA (Head Disk Assembly), заключается в защитный кожух.
Кроме механики, дисковый накопитель должен иметь и блок электроники, управляющий приводами шпинделя и головок, а также обслуживающий сигналы рабочих головок записи-считывания. Контроллером накопителя называют электронное устройство, на одной (интерфейсной) стороне которого обмен идет байтами команд, состояния и, конечно же, записываемой и считываемой информации, а другая его сторона связывается с блоком HDA.
66.Параметры накопителей на магнитных дисках.
Интерфейс — совокупность линий связи, сигналов, посылаемых по этим линиям, технических средств, поддерживающих эти линии, и правил обмена. Серийно выпускаемые жесткие диски могут использовать интерфейсы ATA, SATA, SCSI, SAS, FireWire, USB, SDIO и Fibre Channel.
Ёмкость — колво данных, кот могут храниться накопителем.
Физ размер (форм-фактор). Почти все соврем накопит для ПК и серверов имеют ширину либо 3,5, либо 2,5 дюйма. Также получили распространение форматы 1,8 дюйма, 1,3 дюйма, 1 дюйм и 0,85 дюйма.
Время произвольного доступа — время, за которое винчестер гарантированно выполнит операцию чтения или записи на любом участке магнитного диска. Диапазон этого параметра невелик — от 2,5 до 16 мс.
Скорость вращения шпинделя — колво оборотов шпинделя в мин. От этого параметра в значительной степени зависят время доступа и средняя скорость передачи данных.
Надёжность — определяется как среднее время наработки на отказ (MTBF). Также подавляющее большинство современных дисков поддерживают технологию S.M.A.R.T.
Количество операций ввода-вывода в секунду — у современных дисков это около 50 оп./с при произвольном доступе к накопителю и около 100 оп./сек при последовательном доступе.
Потребление энергии — важный фактор для мобильных устройств.
Уровень шума — шум, который производит механика накопителя при его работе. Указывается в децибелах. Тихими накопителями считаются устройства с уровнем шума около 26 дБ и ниже. Шум состоит из шума вращения шпинделя (в том числе аэродинамического) и шума позиционирования.
Сопротивляемость ударам — сопротивляемость накопителя резким скачкам давления или ударам, измеряется в единицах допустимой перегрузки во включённом и выключенном состоянии.
Скорость передачи данных при последовательном доступе: *внутренняя зона диска: от 44,2 до 74,5 Мб/с; *внешняя зона диска: от 60,0 до 111,4 Мб/с.
Объём буфера — буфером наз промежуточная память, предназначенная для сглаживания различий скорости чт/зп и передачи по интерфейсу. В дисках 2009г он обычно варьируется от 8 до 64Мб.
67.Основные компоненты механики дисковых накопителей.
Структура накопителя на жестких магнитных дисках
С конструктивной точки зрения НЖМД схожи с НГМД. Однако НЖМД содержат большее число электромеханических узлов и механ деталей, изолированных в герметизированном корпусе, и пакет магнитных дисков. Несколько дисков, объед в пакеты, жестко закрепляются на общей оси (рис1). Магн головки, объединенные в блок, приводятся в движение двигателем.
Зп-счит в НЖМД осущ бесконтактным способом, хотя в состоянии покоя МГ находятся на поверхности магн покрытия.
Жесткий магнитный диск - это круглая металлическая пластина толщиной 1,5..2мм, покрытая ферромагнитным слоем и специальным защитным слоем. Для записи и чтения используются обе поверхности диска. Поверхность диска, как и для НГМД, разбита на дорожки. Дорожки с одним и тем же радиусом на всех дисках пакета образуют цилиндр. Цилиндр определяет положение всех МГ блока при записи или считывании на той или иной дорожке. Цилиндрам присваиваются номера соответствующих дорожек. Обычно один сектор на дорожке вмещает несколько сотен байт. Полный адрес сектора в дисковом пакете состоит из трех частей: номера цилиндра, номера МГ и номера сектора на дорожке. Обычно используют пакеты с 4, 5, 8 и более дисками, где на каждую поверхность диска приходится по одной МГ.
68.Физика магнитной записи.
Рис. 2. Воздействие тока на различные участки носителя при его движении
Запись и считывание информации происходят в процессе взаимодействия магнитного носителя и магнитной головки (МГ), которая представляет собой электромагнит. Материал магнитного покрытия можно представить множеством хаотически расположенных магнитных доменов, ориентация которых изменяется под действием внешнего магнитного поля (рис.1), создаваемого МГ при подаче в ее обмотку тока записи. Если МГ приводит к ориентации доменов в плоскости носителя (рис. 1, б, в), то магнитную запись называют горизонтальной, а если - к ориентации доменов перпендикулярно плоскости носителя (рис.1, г, д), то магнитную запись называют вертикальной. Хотя вертикальная запись потенциально позволяет добиться более высокой плотности записи, наиболее распространена горизонтальная запись. Для регистрации информации используется переход от одного состояния намагниченности в противоположное. Этот переход является «отпечатком», который может быть обнаружен с помощью МГ чтения.
Для горизонтальной магнитной записи МГ записи имеет небольшой зазор, через который замыкается магнитный поток. Под действием тока в обмотке домены носителя ориентируются в одном направлении. Если изменить направление тока записи Iw , то ориентация доменов будет противоположной (рис. 2). Количество переходов, размещаемых на единице площади носителя, называют физической плотностью записи. Этот параметр зависит от метода магнитной записи, величины зазора в МГ и ее конструкции, и др.
W1
W2
а)
б)
Рис. 3 Схемы записи (а) и воспроизведения (б)
69.Цифровой канал записи и воспроизведения, обеспечивающий запись на магнитном носителе и ее воспроизведение. Структурная схема.
Чтобы создать магнитный поток МГ, в ее обмотке должен протекать ток Iw или -Iw в процессе записи, а чтобы предотвратить разрушение записанной информации при хранении и считывании, ток записи должен отсутствовать. Этого можно добиться с помощью следующей схемы (рис.3,а). МГ записи имеет две обмотки W1 и W2 , включенные встречно. При наличии разрешающего сигнала записи WR ток от источника через резистор R протекает по обмотке W1 , переводя носитель в одно из состояний намагниченности. Противоположное состояние намагниченности создается при протекании тока 2Iw по обмотке W2. Этот ток формируется усилителем записи при наличии сигнала разрешения записи и сигнала от схем кодирования.
Использование элементов с тремя состояниями (Кл – ключ, переключатель) позволяет уменьшить энергетические затраты и несколько повысить быстродействие, так как требует коммутации меньших токов (рис.3, б). При считывании необходимо выделять слабые полезные сигналы на фоне помех и амплитудно-частотных искажений.
70.Аналоговый канал записи воспроизведения. Структурная схема аналогового канала.
Рис. 4. Временная диаграмма процесса записи и воспроизведения цифровой информации на магнитном носителе способом БВН
Способы записи устанавливают соответствие отпечатков на поверхности носителя значениям «0» и «1». Наиболее распространенными являются способы записи без возврата к нулю (БВН), частотной (ЧМ) и фазовой (ФМ) модуляции, группового кодирования (ГК). Трактом или каналом записи-воспроизведения называют совокупность аппаратных средств, позволяющих при операциях записи получать отпечатки и восстанавливать записанную кодовую последовательность при операциях чтения. При магнитной записи основными компонентами тракта являются головка записи и воспроизведения, усилители записи и воспроизведения, детекторы информационных и синхронизирующих сигналов, схемы управления.
Рассмотрим наиболее распространенный способ записи – «без возврата к нулю». Суть этого способа состоит в том, что при записи «1» направление тока изменяется, а при записи «0» - не изменяется и отпечатков на поверхности носителя не остается. Запись и чтение осуществляются при постоянной скорости перемещения носителя. Для воспроизведения «0» и отделения их от «1» используются синхроимпульсы (рис. 12.4), которые при считывании могут воспроизводиться автономным тактовым генератором или считываться как служебная информация со служебной дорожки носителя.
71.Магниторезистивная головка – принцип работы, параметры, характеристики, схема.
Конструкция:
1-сердечник; 2-рабочий зазор, примыкающий к магн слою; 3- измерительный зазор; 4- магниторезистивный сплав. Меняет величину сопротивления в зависимости от направления магнитного поля;
ОС -омметр считывания.
Достоинства: 1.Плотность записи и емкость накопителя в 2-4 раза больше, чем для электромагнитной головки. 2.Время хранения данных увеличивается до 7-10 лет.
Недостатки: 1.Легче повреждается нагревом. Опасен нагрев 70-80С. 2.Магнитное поле, создаваемое мощным трансформатором, электродвигателем, особенно если они окажутся неисправными, может безвозвратно повредить головку. При транспортировки дисков во избежание повреждений желательно помещать их в металлический контейнер.
72.Перпендикулярная (вертикальная) магнитная запись, принцип работы, конструкция, достоинство.
1 -основа пластины; 2 -магнитный слой; 3 -сердечник магнитной головки (тяжелая головка большого размера); 4 -магнитная катушка для пишущих головок. В читающих головках вместо катушки разрез и в нем слой магниторезистента; 5 -направление создаваемого магнитного поля. В отличие от головки горизонтальной записи магнитное поле и соответственно направление намагничивания магнитных доменов в запоминающем слое - не вдоль поверхности пластины, а поперек.
По сравнению с дисками горизонтальной записи:
Достоинства: *Большая (в 10-20 раз) плотность записи. Позволяет создавать диски с объемом терабайт и более. *Большее время хранения данных (до 25 лет).
Недостатки: *Высокая стоимость. *Большая масса головки не позволяет перемещать ее быстро, поэтому время доступа в 10-20 раз больше.
Применение: На ПЭВМ практически не применяются. Применяются в крупных информационных системах типа крупных web-сайтов при необходимости хранения и оперативной обработки огромных массивов данных.
73.Классификация оптических дисков (дисков памяти – CDROM).
По стандару и формату: Audio CD (CD-DA); CD-ROM (ISO 9660, mode 1 & mode 2); Mixed-mode CD; CD-ROM XA (CD-ROM eXtended Architecture, mode 2, form 1 & form 2); Video CD, CD-I (CD-Interactive); СD-I-Ready, CD-Bridge; Photo CD (single & multi-session); Karaoke CD; Multi-session CD; CD-Text
По количеству возможных операций записи: CD-ROM (read only memory); CD-R (recordable), они же CD-WORM (write once read many); CD-RW (rewritable).
Соответственно, СD-ROM изгот на заводе, и дальнейшая запись на него невозможна; CD-R предназначен для однокр записи в домашних условиях; CD-RW допускает множество операций записи.
По стандарту: CD; DVD; Blu-Ray
74.Магнитооптические диски, принцип записи и воспроизведения, параметры и характеристики.
Магнитооптические диски разработаны в начале 90-х годов. Весьма универсальный тип дискового накопителя с дисками, пригодными для многократной перезаписи (100000000 и более циклов перезаписи) без угрозы разрушения диска. Позволяют форматировать диск в разнообразные форматы (как с постоянной угловой, так и с постоянной линейной скоростью; как в формате с прямым методом доступа, так и в формате с приближенным методом доступа). Достаточно высокая емкость диска (до 9 Гбайт) и длительный срок хранения (50 лет и более). Самая низкая среди всех ВЗУ вероятность ошибок при считывании данных.
Технология записи
МГ -магнитная головка; Л -лазер; 1 -основа диска – прозрачный пластик; 2 -запоминающий слой; 3 -защитный слой (лак или краска).
Для запоминающего слоя используется специальный металлический сплав, обладающими следующими свойствами:
*при нормальных температурах не перемагничивается даже сильными магнитными полями;
*при нагреве до температуры выше некоторой точки (точки Кюри – около 120С) приобретает магнитные свойства и перемагничивается;
*при перемагничивании меняется характер отражения света от слоя, а именно меняется направление вектора поляризации отраженной световой волны.
Процесс записи: *лазер подсвечивает точку, в которую производится запись, и нагревает ее до температуры выше 120С;
*в зависимости от записи нуля или единицы магнитная головка меняет направление магнитного поля и в нагретой точке меняются характеристики отражения света.
Технология чтения
Процесс считывания в общем виде напоминает считывание оптико-тепловых дисков.
Л - лазер; 1 - основа диска – прозрачный пластик; 2 - запоминающий слой; 3 - защитный слой (лак или краска); ФД - фотодиод;
ПФ -поляризационный светофильтр, пропускает или не пропускает свет в зависимости от направления поляризации отраженной световой волны.
75.Оптические диски – CD-ROM - параметры, принципы записи и считывания, анатомия, характеристики, стандарты.
Методы оптической записи на поверхности подвижного носителя основаны на способности некоторых материалов изменять отражательные свойства на участках, которые подвергались тепловому, магнитному или комбинированному воздействию.
Основой оптического диска служит круглая подложка из полимеров, обладающая механической прочностью. В качестве информационного носителя используются многослойные пленочные структуры. На исходную подложку наносится отражающий слой, затем слой диэлектрика, информационный слой и защитное покрытие.
Первоначально для оптической записи использовалось свойство лазерного луча прожигать отверстия в тонком слое металла. Прожженное отверстие (пит) является оптическим отпечатком, который может быть распознан с помощью лазерного луча считывания меньшей мощности и фотодетектора. В зависимости от интенсивности отраженного луча формируется электрический сигнал, соответствующий наличию или отсутствию отпечатка. Такой способ записи используется для НОД с однократной записью.
Возможность многократной записи обеспечивается при использовании магнитооптических носителей. Под воздействием магнитного поля нагретые участки изменяют состояние намагниченности.Для считывания на поверхность носителя направляется пучок поляризованного света. Намагниченные участки изменяют угол поляризации, по которому и воспринимаются. Стирание информации происходит аналогично записи, однако направление магнитного поля при этом должно быть противоположным.
Базовый формат для цифровых компакт-дисков во многом схож с форматом НГМД. В НОД также имеется нулевая логическая дорожка, которая начинается со служебной информации, необходимой для синхронизации между приводом и диском. Затем расположена системная область, которая содержит сведения и структуре диска. Существенное различие в структуре CD-ROM и НГМД заключается в том, что на CD-ROM системная область содержит прямой адрес файлов в поддиректориях, а не смещение.
Каждый блок содержит синхро-коды для контроля скорости вращения диска, заголовок, поле данных и коды, исправляющие ошибки. Данные в заголовке определяют расположение блока на спиральной дорожке и представляют его физический адрес. Формат данных для CD-ROM совместим с форматом компакт-диска, поэтому единицы измерения взяты как для проигрывания звука: это минута и секунда звучания и номер блока в секунде. За секунду должно быть считано 75 блоков данных.
Характеристики: скорость записи-чтения, объем записываемых данных, количество операций записи-чтения, срок хранения диска без потери информации.
76.Записываемые оптические диски CD-R, CD-RW, параметры, характеристики.
По своему строению CD-R диск напоминает слоеный пирог, "начинка" которого состоит из активного, отражающего и защитного слоев, которые последовательно наносятся на основу из поликарбоната - пластиковый кружок с отверстием для фиксации на шпинделе читающего привода. При этом основа CD-R диска ничем не отличается от той, что применяется в технологии изготовления компакт-дисков литьем: характеристики пластмассы должны быть таковы, чтобы луч лазера, проходящий сквозь нее, должным образом фокусировался и не вызывал разрушения диска.
Активный (или регистрирующий) слой - слой, на котором, собственно, и происходит запись информации, т.е. именно он подвергается воздействию лазерным лучом, который "прожигает" (burn) питы (pits), кодирующие информацию (логические нули и единицы). Иными словами, во время записи активный слой под воздействием лазерного луча меняет свою структуру, а последующая необратимость изменения активного слоя - суть есть надежность хранения информации. Одним из типов активных слоев, широко использующимся на сегодняшний день, является цианин (cyanine).
Над активным слоем CD-R диска находится светоотражающий слой, который во многом определяет совместимость диска с читающими устройствами. Светоотражающий слой - тончайшая пластинка из золота или серебра.
Защитный слой - слой, наносимый поверх светоотражающего, - служит для механической защиты CD-R диска и нанесения на него этикетки (label). Однако последнее время некоторые производители CD-R дисков используют специальные устойчивые лаки для покрытия дисков, что сообщает им дополнительную надежность.
CD-RW во многом похож на своего предшественника CD-R, но его записывающий слой изготавливается из специального сплава халькогенидов, который при нагреве выше температуры плавления переходит из кристаллического агрегатного состояния в аморфное. Фазовые переходы между различными состояниями вещества всегда сопровождаются изменением физических параметров среды.
Подогревая лазером, рабочий слой оптического диска, находящийся в кристаллическом состоянии, переводят в расплав. За счет быстрой диффузии тепла в подложку расплав быстро охлаждается и переходит в фазу стекла. Кристаллическому и стеклообразному состояниям присущи разные диэлектрическая проницаемость, коэффициент отражения, а следовательно, и интенсивность отраженного света, которая и несет информацию о записи на диске. Считывание производится при пониженной интенсивности излучения лазера, не влияющей на фазовые переходы. Для новой записи необходимо вернуть рабочий слой в исходное кристаллическое состояние. Для этого используется двухступенчатая модуляция (короткий мощный импульс для расплава активного слоя и длинный импульс для постепенного охлаждения вещества) мощности лазера. Перегрев замедлит процесс диффузии тепла и создаст условия для возврата в кристаллическую фазу. Активный слой обычно изготовляют из халькогенидного стекла — сплава серебра (Ag), индия (In), сурьмы (Sb) и теллура (Te).
Характеристики: скорость записи-чтения, объем записываемых данных, количество операций записи-чтения, срок хранения диска без потери информации.
77.Организация данных и основные характеристики CD-ROM.
Базовый формат для цифровых компакт-дисков во многом схож с форматом НГМД. В НОД также имеется нулевая логическая дорожка, которая начинается со служебной информации, необходимой для синхронизации между приводом и диском. Затем расположена системная область, которая содержит сведения и структуре диска. Существенное различие в структуре CD-ROM и НГМД заключается в том, что на CD-ROM системная область содержит прямой адрес файлов в поддиректориях, а не смещение.
Каждый блок содержит синхро-коды для контроля скорости вращения диска, заголовок, поле данных и коды, исправляющие ошибки. Данные в заголовке определяют расположение блока на спиральной дорожке и представляют его физический адрес. Формат данных для CD-ROM совместим с форматом компакт-диска, поэтому единицы измерения взяты как для проигрывания звука: это минута и секунда звучания и номер блока в секунде. За секунду должно быть считано 75 блоков данных.
Характеристики: скорость записи-чтения, объем записываемых данных, количество операций записи-чтения, срок хранения диска без потери информации.
78.Процесс изготовления CD, параметры записи и геометрические характеристики компакт-дисков.
1.Первым этапом производства компакт-дисков является мастеринг — процесс подготовки данных, для запуска в серию.
2.Второй этап — фотолитография процесс изготовления штампа диска. На стеклянный диск наносится слой фоторезиста, на который производится запись информации. Фоторезист — полимерный светочувствительный материал, который под действием света изменяет свои физико-химические свойства.
3.Третий этап — запись информации. Запись производится лазерным лучом, мощность которого модулируется записываемой информацией. Для создания пита мощность лазера повышается, что приводит к разрушению химических связей молекул фоторезиста, в результате чего он «задубевает».
4.Четвёртый этап — проявка фоторезиста. Поверхность фоторезиста подвергается кислотному (щелочному) травлению, при котором удаляются (вымываются проявителем) те области фоторезиста, которые не были экспонированы лазерным лучом.
5.Пятый этап — гальванопластика. Проявленный стеклянный мастер-диск помещается в гальваническую ванну, где на его поверхность производится электролитическое осаждение тонкого слоя никеля.
6.Шестой этап — штамповка дисков методом литья под давлением с использованием полученного штампа.
7.Седьмой этап — напыление зеркального металлического (алюминий, золото, серебро и др.) слоя на информационный слой.
8.Восьмой этап — нанесение защитного лака.
9.Девятый этап — нанесение графического изображения — лейбла.
Геометрические характеристики: диаметр диска 120мм, отверстия в диске 15мм, толщина 1.2 мм.
79.Перечень стандартов записи данных на CD.
Красная книга была первым стандартом для компакт-дисков. Специалисты компаний Sony и Philips разработали спецификации для способов записи CD и, таким образом, музыкальная индустрия получила второе рождение в цифровой форме. Красной книге соответствуют практически все прежние накопители CD-ROM, хотя некот расширения для добавления графики на диск стандарта Красной книги (компакт-диск плюс графика или CD+G) не так легко было исп или поддерживать.
Желтая книга, называемая также стандартом на CD-ROM, для хранения компьютерных данных. Формат физического сектора был модифицирован и включал дополнительные поля для коррекции ошибок. Желтая книга также определяет методы хранения и поиска данных.
Благодаря Зеленой книге CD-ROM попадают в интерактивный мир наиболее совершенного воспроизводящего оборудования, такого, как устройства CD-Interactive (CD-I) компании Philips. Накопители CD-ROM, удовлетворяющие соглашениям CD-ROM XA, могут воспроизводить произведения, созданные на базе этого стандарта. Зеленая книга не только описывает характеристики хранения для CD-ROM, но и определяет аппаратуру, которую следует использовать для воспроизведения, а также операционную систему.
Оранжевая книга определяет записываемую среду как для устройств CD-R, так и для магнитооптических накопителей. Цель состоит в том, чтобы обеспечить совместимость записываемых оптических носителей для разных плееров. В сущности, Оранжевая книга определяет, как каждый из других стандартов (Красная, Желтая, Зеленая и Белая книги) следует записывать на CD-ROM.
Голубая книга обеспечивает средства для комбинирования возможностей интерактивного мультимедиа CD-ROM с универсальными возможностями звукового воспроизведения компакт-дисков. Диски, созданные по Голубой книге, можно воспроизводить на любом плеере компакт-дисков. Но если такой диск вставить в накопитель CD-ROM на компьютере, то он может предложить дополнительный материал в виде клипов, интервью…
Белая книга, иногда называемая CD-I Bridge, определяет среду, в которой может происходить свободный обмен дисками в форматах CD-ROM ХА, CD-I и Photo CD. Природа записи дисков Photo CD считается важной частью этого стандарта, подобно стандарту Video CD, который описывает использование MPEG-сжатия для компактного хранения фильмов и видеоданных.
Так как MPEG-сжатие обеспечивает только 74 мин видео на одном диске, а полнометражный фильм обычно идет 90 мин и более, то промышленные монополисты, такие как компания Time-Warner и группа Sony/Philips, еще ведут борьбу за разрешение вопросов защиты от копирования дисков DVD (digital versatile disk - цифровой универсальный диск).
80.Типы интерфейсов используемых CD-ROM.
Для подключения к компьютеру в приводах CD-ROM могут использоваться следующие интерфейсы: стандартные, типов IDE, E-IDE(ATAPI) и SCSI; нестандартные (proprietary), применяемые производителями CD-ROM в одной или серии моделей своих приводов.
Интерфейс IDE (Integrated Drive Electronics) хорошо известен и широко используется как интерфейс для приводов накопителей жестких магнитных дисков (НЖМД). Его более позднии разновидности ATAPI (AT Attachment Packet Interface) или ЕIDE (Enhanced IDE) поддерживают работу до четырех устройств, в том числе приводов CD-ROM, обеспечивая скорость передачи данных до 13 Мбайт/с.
Подключение привода с интерфейсом IDE и E-IDE к системе осуществляется с помощью драйверов привода и/или операционной системы без изменения установок программы Setup BIOS компьютера, то есть не требуется указание BIOS наличия нового периферийного устройства, подключенного к контроллеру IDE или E-IDE.
Интерфейс SCSI (Small Computer System Interface) предусматривает подключение к одному адаптеру до семи устройств, в том числе приводов CD-ROM, и обеспечивает скорость передачи данных до 20 Мбайт/с. Интерфейс SCSI является наиболее универсальным и перспективным. Однако, его аппаратная реализация заметно дороже, чем для интерфейсов IDE и нестандартных.
К нестандартному интерфейсу может быть подключено только одно устройство, для которого интерфейс и разработан. В рассматриваемом случае - привод CD-ROM. Из нестандартных интерфейсов наиболее широкое распространение получили интерфейсы фирм Panasonic, Sony и Mit-sumi. В настоящее время нестандартные интерфейсы приводов практически вытеснены интерфейсами E-IDE и SCSI и встречаются только у устаревших моделей накопителей CD-ROM.
Таким образом, с точки зрения стоимости, производительности и универсальности в настоящее время для решения большинства задач вполне достаточно использование привода CD-ROM с интерфейсом E-IDE (ATAPI).
81.Состав и алгоритм функционирования привода CD-ROM. Типовая функциональная схема привода.
Рассмотрим устройство CD-дисковода. Типичный пpивод состоит из платы электpоники, шпиндельного двигателя, системы оптической считывающей головки и системы загpузки диска. Hа плате электpоники pазмещены все упpавляющие схемы пpивода, интеpфейс с контpоллеpом компьютеpа, pазъемы интеpфейса и выхода звукового сигнала. Большинство пpиводов использует одну плату электpоники, однако в некотоpых моделях отдельные схемы выносятся на вспомогательные небольшие платы. Двигатель служит для пpиведения диска во вpащение с постоянной или пеpеменной линейной скоpостью, сохpанение постоянной линейной скоpости тpебует изменения угловой скоpости диска в зависимости от положения оптической головки. Пpи поиске фpагментов диск может вpащаться с большей скоpостью, нежели пpи считывании, поэтому от шпиндельного двигателя тpебуется хоpошая динамическая хаpактеpистика. Двигатель используется как для pазгона, так и для тоpможения диска. Hа оси двигателя закpеплена подставка, к котоpой после загpузки пpижимается диск. Повеpхность подставки обычно покpыта pезиной или мягким пластиком для устpанения пpоскальзывания диска. Пpижим диска к подставке осуществляется пpи помощи шайбы, pасположенной с дpугой стоpоны диска, подставка и шайба содеpжат постоянные магниты, сила пpитяжения котоpых пpижимает шайбу чеpез диск к подставке.
82.Назначение элементов конструкции оптико-механического привода CD-ROM.
Hа пеpедней панели дисковода pасполлагаются кнопка Eject для загpузки/выгpузки диска, индикатоp обpащения к пpиводу и гнездо для подключения наушников с электpонным или механическим pегулятоpом гpомкости. В pяде моделей добавлена кнопка Play/Next для запуска пpоигpывания звуковых дисков и пеpехода между звуковыми доpожками, а кнопка Eject пpи этом обычно используется для остановки пpоигpывания без выбpасывания диска.
Большинство пpиводов также имеет на пеpедней панели небольшое отвеpстие, пpедназначенное для аваpийного извлечения диска в тех случаях, когда обычным способом это сделать невозможно.
Система загрузки служит для загрузки диска в привод.
Система оптической головки служит для записи и чтения с диска.
Шпиндельный двигатель вращает диск.
83.Накопители DVD. Параметры, характеристики, способы записи и считывания.
DVD это - носители инфы, кот имеют такие же размеры, как и используемые в наст время компакт-диски, но обладают поистине гигантской емкостью от 4,7 до 17 GB, в зависимости от формата.
Как и обычные DVD-ROM диски, DVD-R склеены из частей, 0.6 мм прозрачный защитный слой, потом слой с светоотражающим материалом, на которой и производиться запись, склеивающий слой, и такой же (0.6 мм) защитный слой, где может быть нанесён рисунок. Двухсторонние диски имеют два светоотражающих слоя, разделённые склеивающим слоем. Принцип по которому производится запись DVD-R точно такой же, как у CD-R. Отражающий слой меняет свои характеристики, под воздействием луча лазера повышенной мощности. Как CD-R, DVD-R одноразовый формат.
Диски DVD могут хранить в 26 раз больше данных по сравнению CD-ROM. DVD могут изготавливаться по двухслойному стандарту, который позволяет увеличить количество хранимых на одной стороне данных до 8.5 Gb. DVD могут быть двухсторонними, что увеличивает емкость диска до 17 Gb. Конечно, чтобы считать DVD-диск, потребуется новое устройство (DVD-ROM), но технология DVD совместима с CD, и привод DVD-ROM будет также читать и старые диски CD-ROM, причем разных форматов.
Как и CD, диски DVD хранят данные за счет расположенных насечек вдоль спиральных треков на отражающей металлической поверхности, покрытой пластиком. Используемый в устройствах чтения DVD-дисков лазер скользит вдоль треков по насечкам, а отраженный луч интерпретируется приемным устройством в виде единиц или нулей.
устройства DVD-ROM используют лазер с длиной волны 650 nm или 635 nm, что позволяет покрывать лучом в два раза больше насечек на одном треке и в два раза больше треков, расположенных на одной записанной поверхности. новый формат секторов, более надежный код коррекции ошибок, и улучшенная модуляция каналов.
84.Векторный способ записи оптических дисков, достоинство параметров и характеристик.
85.Голографическая внешняя память, принципы записи считывания, схема создания голограммы, параметры и характеристики.
Голография позволяет обеспечить очень высокую плотность записи при сохранении максимальной скорости доступа к данным. Это достигается за счет того, что голографический образ (голограмма) кодируется в один большой блок данных, который записывается всего за одно обращение. А когда происходит чтение, этот блок целиком извлекается из памяти. Для чтения или записи блоков голографически хранимых на светочувствительном материале (за основной материал принят ниобат лития, LiNbO3) данных ("страниц") используются лазеры.
На начальном этапе в этом устройстве происходит разделение луча сине-зеленого аргонового лазера на две составляющие - опорный и предметный лучи (последний является носителем самих данных). Предметный луч подвергается расфокусировке, чтобы он мог полностью освещать пространственный световой модулятор (SLM - Spatial Light Modulator), который представляет собой просто жидкокристаллическую (LCD) панель, на которой страница данных отображается в виде матрицы, состоящей из светлых и темных пикселей (двоичные данные).
Оба луча направляются внутрь светочувствительного кристалла, где и происходит их взаимодействие. В результате этого взаимодействия образуется интерференционная картина, которая и является основой голограммы и запоминается в виде набора вариаций показателя преломления или коэффициента отражения внутри этого кристалла. При чтении данных кристалл освещается опорным лучом, который, взаимодействуя с хранимой в кристалле интерференционной картиной, воспроизводит записанную страницу в виде образа "шахматной доски" из светлых и темных пикселей. Затем этот образ направляется в матричный детектор, основой для которого служит прибор с зарядовой связью, захватывающее всю страницу данных. При чтении данных опорный луч должен падать на кристалл под тем же самым углом, при котором производилась запись этих данных, и допускается изменение этого угла не более чем на градус. Это позволяет получить высокую плотность данных: изменяя угол опорного луча или его частоту, можно записать дополнительные страницы данных в том же самом кристалле.
Используемая в трехмерной голографии процедура заключения нескольких страниц с данными в один и тот же объем называется мультиплексированием. Традиционно используются следующие методы мультиплексирования: по углу падения опорного пучка, по длине волны и по фазе, но, к сожалению, они требуют сложных оптических систем и толстых (толщиной в несколько миллиметров) носителей, что делает их непригодными для коммерческого применения, по крайней мере, в сфере обработки информации.
Преимуществ у новой технологии более чем достаточно: кроме того, что информация сохраняется и считывается параллельно, можно достичь очень высокой скорости передачи данных и, в отдельных случаях, высокой скорости произвольного доступа. А самое главное - практически отсутствуют механические компоненты, свойственные нынешним хранителям информации (например, шпиндели с гигантским числом оборотов). Это гарантирует не только быстрый доступ (для данной технологии правильней сказать мгновенный) к данным, меньшую вероятность сбоев, но и более низкое потребление электроэнергии, поскольку сегодня жесткий диск - один из наиболее энергоемких компонентов компьютера
86.Молекулярная память, схема принципов записи и считывания, параметры и характеристики.
Молекулярная память [molecular storage] – вид памяти, использующей технологию "атомной тунельной микроскопии", в соответствии с которой запись и считывание данных производится на молекулярном уровне. Носителями информации являются специальные виды пленок. Головки, считывающие данные, сканируют поверхность пленки. Их чувствительность позволяет определять наличие или отсутствие в молекулах отдельных атомов, на чем и основан принцип записи-считывания данных.
Группа исследователей центра под руководством профессора Роберта Р. Бирга уже относительно давно получила прототип подсистемы памяти, использующей для запоминания цифровые биты молекулы. Это - молекулы протеина, который называется бактериородопсин. Он имеет пурпурный цвет, поглощает свет и присутствует в мембране микроорганизма, называемого halobacterium halobium. По оценкам Бирга, данные, записанные на бактериородопсинном запоминающем устройстве, должны сохраняться приблизительно пять лет. Другой важной особенностью бактериородопсина является то, что эти два состояния имеют заметно отличающиеся спектры поглощения. Это позволяет легко определить текущее состояние молекулы с помощью лазера, настроенного на соответствующую частоту.
Был построен прототип системы памяти, в котором бактсриородопсин запоминает данные в трехмерной матрице. Такая матрица представляет собой кювету (прозрачный сосуд), заполненную полиакридным гелем, в который помещен протеин. Кювета имеет продолговатую форму размером 1x1x2 дюйма. Протеин, который находится в bR-состоянии, фиксируется в пространстве при полимеризации геля. Кювету окружают батарея лазеров и детекторная матрица, построенная на базе прибора, использующего принцип зарядовой инжекции (CID - Charge Injection Device), которые служат для записи и чтения данных.
При записи данных сначала надо зажечь желтый "страничный" лазер - для перевода молекул в Q-состояние. Пространственный световой модулятор (SLM), который, как говорилось ранее, представляет собой LCD-матрицу, создающую маску на пути луча, вызывает возникновение активной (возбужденной) плоскости в материале внутри кюветы.
Перед возвратом протеина в состояние покоя (в нем он может находиться довольно длительное время, сохраняя информацию) зажигается красный, записывающий лазер, располагаемый под прямым углом по отношению к желтому. Другой SLM отображает двоичные данные и, таким образом, создает на пути луча соответствующую маску, поэтому облучению подвергнутся только определенные пятна (точки) страницы. Молекулы в этих местах перейдут в Q-состояние и будут представлять двоичную единицу. Оставшаяся часть страницы возвратится в первоначальное bR-состояние и будет представлять двоичные нули.
Для стирания данных достаточно короткого импульса синего лазера, чтобы вернуть молекулы из Q-состояния в исходное bR-состояние. Синий свет не обязательно должен идти от лазера: так можно стереть всю кювету с помощью обыкновенной ультрафиолетовой лампы.
87.Технология BluRay
Blu-ray Disc, BD (англ. blue ray — синий луч и disc — диск) — формат оптического носителя, используемый для записи и хранения цифровых данных, включая видео высокой чёткости с повышенной плотностью. Стандарт Blu-ray был совместно разработан консорциумом BDA.
Blu-ray (букв. «синий-луч») получил своё название от использования для записи и чтения коротковолнового (405 нм) «синего» (технически сине-фиолетового) лазера. Представлен на международной выставке потребительской электроники Consumer Electronics Show (CES), которая прошла в январе 2006 года. Коммерческий запуск формата Blu-ray прошел весной 2006 года.
С момента появления формата в 2006 году и до начала 2008 года у Blu-ray существовал серьезный конкурент — альтернативный формат HD DVD. В течение двух лет многие крупнейшие киностудии, которые изначально поддерживали HD DVD, постепенно перешли на Blu-ray. Warner Brothers, последняя компания, выпускавшая свою продукцию в обоих форматах, отказалась от использования HD DVD в январе 2008 года. 19 февраля того же года Toshiba, создатель формата, прекратила разработки в области HD DVD. Это событие положило конец так называемой «войне форматов».
Однослойный диск Blu-ray (BD) может хранить 23,3/25/27 или 33 Гб, двухслойный диск может вместить 46,6/50/54 или 66 Гб. Также в разработке находятся диски вместимостью 100 Гб и 200 Гб с использованием соответственно четырёх и восьми слоёв. Корпорация TDK уже анонсировала прототип четырёхслойного диска объёмом 100 Гб.
В технологии Blu-ray для чтения и записи используется сине-фиолетовый лазер с длиной волны 405 нм. Обычные DVD и CD используют красный и инфракрасный лазеры с длиной волны 650 нм (635 нм для DVD for Authoring) и 780 нм соответственно.
Такое уменьшение позволило сузить дорожку вдвое по сравнению с обычным DVD-диском (до 0,32 мкм) и увеличить плотность записи данных.
Более короткая длина волны сине-фиолетового лазера позволяет хранить больше информации на 12 см дисках того же размера, что и у CD/DVD. Эффективный «размер пятна», на котором лазер может сфокусироваться, ограничен дифракцией и зависит от длины волны света и числовой апертуры линзы, используемой для его фокусировки. Уменьшение длины волны, использование большей числовой апертуры (0,85, в сравнении с 0,6 для DVD), высококачественной двухлинзовой системы, а также уменьшение толщины защитного слоя в шесть раз (0,1 мм вместо 0,6 мм) предоставило возможность проведения более качественного и корректного течения операций чтения/записи. Это позволило записывать информацию в меньшие точки на диске, а значит, хранить больше информации в физической области диска, а также увеличить скорость считывания до 432 Мбит/с.
Технология твёрдого покрытия
Из-за того, что на дисках Blu-Ray данные расположены слишком близко к поверхности, первые версии дисков были крайне чувствительны к царапинам и прочим внешним механическим воздействиям, из-за чего они были заключены в пластиковые картриджи. Этот недостаток вызывал большие сомнения относительно того, сможет ли формат Blu-ray противостоять HD DVD — стандарту, который в то время рассматривался как основной конкурент Blu-ray. HD DVD, помимо своей более низкой стоимости, мог нормально работать без картриджей, так же как и форматы CD и DVD, что делало его более удобным для покупателей, а также более интересным для производителей и дистрибьюторов, которым было невыгодно нести дополнительные траты на изготовление картриджей.
Решение этой проблемы появилось в январе 2004 года с появлением нового полимерного покрытия, которое дало дискам более качественную защиту от царапин и пыли. Это покрытие, разработанное корпорацией TDK, получило название «Durabis». Оно позволяет очищать BD при помощи бумажных салфеток, которые могут нанести повреждения CD и DVD. Формат HD DVD имеет те же недостатки, так как эти диски производятся на основе старых оптических носителей. По сообщению в прессе, «голые» BD с этим покрытием сохраняют работоспособность, даже будучи поцарапанными отвёрткой