Оптические диски (оптическая запись). Что такое оптический диск? Устройство компакт-дисков, лазерных и других оптических дисков

Оптические носители представляют собой компакт-диски диаметром 12 см (4,72 дюйма) или мини-диски диаметром 8 см (3,15 дюйма). Оптические носители состоят из трех слоев:

1) поликарбонатная основа (внешняя сторона диска);

2) активный (регистрирующий) слой пластика с изменяемой фазой состояния;

3) тончайший отражающий слой (внутренняя сторона диска).

В центре компакт-диска находится круглое отверстие, надеваемое на шпиндель привода компакт-дисков.

Запись и считывание информации на компакт-диск осуществляется головкой, которая может испускать лазерный луч. Физический контакт между головкой и поверхностью диска отсутствует, что увеличивает срок службы компакт-диска. Фаза второго пластикового слоя, кристаллическая или аморфная, изменяется в зависимости от скорости остывания после разогрева поверхности лазерным лучом в процессе записи, выполняемой в приводе. При медленном остывании пластик переходит в кристаллическое состояние и информация стирается (записывается «0»); при быстром остывании (если разогрета только микроскопическая точка) элемент пластика переходит в аморфное состояние (записывается «1»). Ввиду разницы коэффициентов отражения от кристаллических и аморфных микроскопических точек активного слоя при считывании происходит модуляция интенсивности отраженного луча, воспринимаемого головкой чтения. Поверхность диска разбита на три области. Начальная область (Lead-In) расположена в центре диска и считывается первой. В ней записано содержимое диска, таблица адресов всех записей, метка диска и другая служебная информация. Средняя область содержит основную информацию и занимает большую часть диска. Конечная область (Lead-Out) содержит метку конца диска.

Информация на компакт-диске кодируется с большой избыточностью корректирующим кодом Рида-Соломона, обеспечивающего восстановление исходной информации при невозможности ее считывания с диска.

Компакт-диск выдерживает несколько сотен циклов перезаписи. Считывание информации осуществляется при вращении компакт-диска с частотой более 10 000 оборотов/мин.

В зависимости от возможности чтения/записи все компакт-диски можно разделить на три типа:

1) ROM (Read Only Memory) – только для чтения; запись невозможна;

2) R (Recordable) – для однократной записи и многократного чтения; диск может быть однажды записан; записанную информацию изменить нельзя и она доступна только для чтения;

3) RW (ReWritable) – для многократной записи и чтения; информация на диске может быть многократно перезаписана.

Эти типы дисков отличаются материалом, из которого изготовлен второй пластиковый слой.

Рассмотрим виды компакт-дисков CD (Compact Disc), DVD (Digital Versatile Disc – цифровой универсальный (многосторонний) диск) и Blu-Ray, имеющие одинаковый размер 4,72 дюйма.

Объем CD равен 650 или 700 Мбайт. Музыкальные диски относятся к CD и предназначены только для чтения с них музыки. Время доступа к CD – 0,05-0,3 с.

Формат DVD являются развитием CD, их объем составляет 4,7 Гбайт за счет более плотной записи. DVD продолжают совершенствоваться. Существует несколько конкурирующих форматов DVD: DVD-, DVD+ и DVD-RAM.

Формат Blu-Ray является дальнейшим развитием DVD и позволяет записывать 25 Гбайт информации на один слой.

Названия форматов CD и DVD в зависимости от возможности чтения/записи представлены в таблице.

Оптические накопители

Оптические накопители предназначены для чтения и, как правило, записи/перезаписи с оптических дисков. Оптические диски представляют собой круглые и плоские по форме пластины из плотного материала (обычно, состоящие из поликарбоната) с нанесенными слоями, позволяющими хранить информацию в виде мельчайших ямок (пит, от pit - ямка , углубление ). Процесс считывания производится лучом лазера, который отражаясь от поверхности диска, попадает в фотоэлемент, где свет преобразуется в электрический сигнал, величина которого позволяет декодировать записанную информацию.

Наиболее распространенные форматы оптических дисков для использования в персональных компьютерах– это CD , DVD , Blu - ray .

CD-ROM (Compact Disc Read Only Memory , компакт-диск только с возможностью чтения ) разновидность компакт-дисков, которые появились в 1982 году в результате исследования двух компаний – Sony и Philips. Первые диски использовали формат «Красной книги», при котором время звучания одной кассеты составляло 74 минуты 33 секунды, что соответствует времени звучания 9-й симфонии Бетховена, очень популярной в то время в Японии. Частота выборки звучания сигнала составляет 44 Кгц для стереозвука и разрядность 16 бит. Они имели емкость 650 мбайт и позволяли хранить 75 минут музыки (начиная с 200 годов появились диски с более тонкими дорожками для записи, что позволило учеличить емкость до 700 Мбайт с записью 80 минут музыки). CD-ROM диски вначале развивались как аналог виниловых дисков и предназначались для записи и проигрывания музыкальной информации. Они также имеют одну концентрическую дорожку, которая проходит от внешнего края к внутреннему, делая множество оборотов. Принцип считывания информации оптический, то есть луч лазера считывает данные, которые записаны на алюминевой (или другого вида) подложке. Кроме того, информация записана на диск, в отличие от винилового диска, в цифровом, а не аналоговом виде, а после считывания расшифровывается и переводится в звук. Для предохранения диска от порчи алюминиевая подложка покрыта прозрачным пластиком.

Технология создания CD-ROM дисков следующая. Вначале изготовляется диск, на котором выжигаются только те места, где находится единица информации, и остаются без изменения места с нулевыми значениями. После этого изготовляется матрица, с помощью которой происходит штампование заготовок, напыление на информационную поверхность слоя металла (аллюминий, серебро, золото и т.д.) для увеличения отражающей способности лазерного луча, покрытие их прозрачным пластиком (лаком) для защиты данных. Когда диск вставляется в накопитель, по концентрической окружности диска скользит луч лазера и по отраженному свету определяется, что записано: ноль или единица.

Первоначально CD-ROM диски были предназначены для хранения только музыкальной информации. Благодаря тому, что на дисках используется цифровая информация, а не аналоговая, они стали использоваться и в компьютерах.

Как правило, накопитель CD-ROM поддерживает режимы: Audio CD, Music Disc, Super Audio CD, CD-ROM (mode 1 & mode 2), CD-ROM/XA (mode 1, form 1 & form 2), Super Video CD, CD-Text, Video CD, CD-I/FMV, Photo-CD (Single & multisession), CD- i и другие. Первые накопители могли работать только с определенными форматами, но со временем со всеми форматами. Поэтому пользователю знать формат не обязательно. Как правило, достаточно знать, что существуют аудио, видео диски и диски с программами (или текстом).

Далее был разработан стандарт «Желтой книги», в котором имеется заголовок, при помощи которого определяется тип диска: музыкальный или программный. Музыкальный формат был уже хорошо разработан, а программный формат каждая фирма-производитель определяла сама. В силу быстрого развития этой технологии, разнобой в стандарте не мог долго продолжаться, поэтому возник рекомендательный стандарт High Sierra, на основе которого вскоре появился стандарт ISO 9660. По этому стандарту на диске имеется оглавление и область данных. Первая дорожка содержит параметры синхронизации привода и диска между собой, далее идет оглавление, в котором описание каждого файла содержит прямой адрес на диске.

Существует три вида таких дисков:

CD - ROM диск записывается обычно промышленным образом, и в дальнейшем его можно только читать. Имеет размеры 120х1.2 мм, имеет емкость 650-879 Мбайт. Срок службы 10-50 лет. Такие диски часто поставляются с устройствами для компьютера, на них находится программное обеспечение, бывают музыкальные диски и пр.

CD - R диск имеет такие же характеристики, как и CD -ROM , но позволяют записывать на них один раз информацию.

CD - RW диск имеет такие же характеристики, как и CD -ROM , но позволяет не только записывать на них информацию, но и дозаписывать ее, также стирать ранее записанные данные и записать новые.

Для работы с ними использовались CD -накопители, которые имеют несколько видов:

CD - ROM накопитель позволяет только считывать CD диски. Одной из важнейших характери­стик данного устройства является скорость считывания информации. Обычная (однократная) скорость соответствует скорости считывания аудиодисков, что составляет 150 кб/сек. Затем появились CD-ROM с 2, 4, 6, 8, 10, 12, 16, 24, 32, 36, 40, 52 кратной скоростью. Скорость передачи данных соответственно является кратной величине 150 кб/сек. Например, для 40-кратного накопителя она будет равна 40х150=6 000 Кб/сек, причем здесь указывается максимальная скорость, которая равна или ниже у разных видов накопителей, что зависит от компании-производителя. Привод с шестикратной скоростью позволяет обеспечить вывод видео с частотой кадров 25 кадров в секунду и выше, что достаточно для просмотра на экране. Диски для работы с этим устройством иногда называют также компакт-дисками (это понятие включает в себя также и диски CD-R, CD-RW) или CD-ROM дисками (Compact Disk - компакт-диск; смотри рисунок ниже).

CD - R накопитель однократно записывающий оптический накопитель. Он позволяет читать CD -ROM , CD -R , CD -RW диски, но также позволяет однократно записывать CD -R диски. Данный накопитель имеет характеристику не только чтения дисков, но и для записи. Например, скорость чтения – 40кратная, а скорость записи – 6кратная.

В таких устройствах лазерный луч выжигает на поверхности диска канавки, при этом отражающие свет участки называются «лэндами», а неотражаемые участки – «питами». Сочетание этих участков и позволяет закодировать информацию в двубитовом представлении.

В силу разных причин на практике при записи невозможно добиться идеального расположения выжженных канавок и при воспроизведении появляются дефекты звука, его дрожание, что носит название «джиттер» (jitter). В определенной степени избавится от таких нежелательных искажений позволяет применение специального режима Audio Master, когда выжигаемые канавки принудительно увеличивают в длине. Этот режим применяют в тех случаях, когда нужно добиться улучшения качества записываемого звука.

Обычно запись производится с постоянной угловой скоростью (CAV). Однако при изменении скорости вращения в разы (х2, х4, х8 и т.д.) запись приостанавливается и образуются так называемые «точки связи», что ухудшает качество записи. В таких случаях используется защита от опустошения буфера, называемого SafeBurn. Как правило, она включается только в момент изменения скорости вращения диска, а в основном используется режим записи с постоянной угловой скоростью (CAV). Такой способ повышения качества воспроизводимого звука называется зонной записью с постоянной линейной скоростью (Z-CLV).

Весьма интересна имеющаяся на некоторых устройствах для записи на диски цифровой информации возможность выжигания на поверхности лазерного диска текста, будь то список музыкальных файлов или свои данные. Для этого используется режим DiscT2, в котором набирается любой текст, достойный воспроизведения на поверхности созданного своими руками музыкального или иного вида диска.

CD - RW (Compact Disc-ReWritable) накопитель многократно записывающий оптический накопитель. Он позволяет читать CD -ROM , CD -R , CD -RW диски, однократно записывать CD -R диски, но и записывать и дозаписывать, а также перезаписывать записанные ранее CD -RW -диски. Данный накопитель имеет характеристику не только чтения дисков, но и для записи. Например, скорость чтения – 40кратная, а скорость записи – 6кратная. Могла быть также скорость дозаписи.

CD-RW устройство работает по-другому принципу, то есть при записи на них луч не выжигает, а переводит подложку в аморфное состояние, что позволяет установить другой отражающий эффект. Поэтому они могут записывать данные многократно. Однако диски рассеивают информацию хуже, чем стандартные CD-ROM диски, поэтому их не всегда удается прочитать на стандартных носителях.

Чем больше устройство имеет возможностей, тем больше оно имеет ограничений. Чем проще диски, тем больший отражающий эффект они имеют. Самый лучший отражающий эффект имеют CD-ROM диски, которые могут читаться в CD-ROM, CD-R и CD-RW накопителях.

Диски формата CD-RW имеет еще меньшую отражательную способность и могут читаться не на всех старых CD-ROM и CD-R накопителях (на старых накопителях). Определенно сказать, на каких накопителях будет читаться, а на каких не будет, довольно трудно, так как это зависит от модели устройства. В настоящее время продаются компакт-диски CD -R , на которых можно записать информацию. Если после записи на диске осталось свободное пространство, то на диск можно дозаписать информацию и так далее. Диски CD -RW позволяют не только записать информацию, но и удалить ненужные данные, то есть многократно записывать данные и стоит несколько дороже, чем диски CD -R .

В 1996 году появились DVD -диски (Digital Versatile Disc - цифровой универсальный диск, первоначально расшифровывалось как Digital video Disc - цифровой видеодиск. Сейчас никак не расшифровывается), которые имели емкость 4.7 Гигабайт за счет уплотнения дорожек с записью, то есть в 7 раз больше емкости CD-ROM дисков. Это наиболее распространенный вид дисков, которые являются однослойными и односторонними. Однако, существуют диски, у которых на одной стороне находится два слоя и они имеют емкость 8.5-8.7 Гигабайт (они могут иметь название DVD 9, цифра означает округленную емкость), существуют диски с одним слоем, но с записью на двух сторонах емкостью 9.4 Гигабайт(они могут иметь название DVD 10), двухслойные и двухсторонними емкостью 17.08 Гигабайт(они могут иметь название DVD 18). Двухслойные диски имеют два полупрозрачных слоя с мощной фокусировкой луча, позволяют считывать информацию либо с первого, либо со второго слоя. Более высокая плотность данных достигается за счет уменьшения области на диске для одного бита и применения методов сжатия. Но на практике наиболее распространены односторонние, однослойные.

После создания единого стандарта DVD для записи на них видеофильмов, весь мир был поделен на шесть зон, чтобы кинофильмы, записанные для одной зоны, не могли читаться в других. Поэтому на старом DVD приводе может быть нанесена пиктограмма, где показано изображение земного шара с цифрами, обозначающими, с какими зонами работает данный привод или ALL (все) – для работы с дисками во всех зонах. В современных DVD -накопителях такого разбиения не имеется.

Информация на дисках находится в секторах, которые содержат данные и 882 байт для кода коррекции ошибок, что позволяет увеличить надежность считывания информации, так как при сбоях вычисляются значения по коду коррекции. При наличии испорченных секторов скорость считывания замедляется и происходит повторное считывание и так до определенного числа попыток. В результате или код будет считан, или на экране появится сообщение о невозможности считывания информации с данного диска, после чего снова происходит переключение на максимальную скорость.

В отличие от CD дисков, DVD диски имеют свою собственную файловую систему UDF или для данных ISO -9660. Данные хранятся в секторах размером в 2048 байт. Могут быть диски DVD -видео, DVD -аудио, DVD -Data и смешанного типа.

Диски DVD - ROM также как и CD -ROM используются только для чтения. Они где-то уже были записаны и продаются с записанной информацией.

Стандарт для записи на диск разрабатывался двумя путями, один стандарт под названием MMCD разрабатывали компании Philips и Sony , второй под названием Super Disc – Toshiba и несколько других. Поэтому возникло два формата для записи данных – DVD -R и DVD +R . Эти форматы близки друг к другу, однако, плюсовой формат лучше использовать, так как при перезаписи он требует меньше времени, а записанные данные имеют меньшее количество ошибок. Соответственно имеется и два формата перезаписываемых дисков DVD -RW и DVD +RW .

Диски с однократной записью, имеющие двойной слой на одной поверхности обозначают символами DL , например, DVD -R DL и DVD +R DL . Они имеют емкость до 8.5 гигабайт.

Для работы с DVD используются DVD -накопители, которые имеют несколько видов:

DVD - ROM накопитель позволяет только считывать как DVD так и CD -диски. Одной из важнейших характери­стик данного устройства является скорость считывания информации. Кратность за единицу принята как 1.32 Мбайт/сек, что в 9 раз быстрее скорости CD . Они имеют разные скорости считывания CD и DVD дисков, которая указывается в руководстве к устройству.

DVD - R накопитель однократно записывающий оптический накопитель. Он позволяет читать CD -ROM , CD -R , CD -RW диски, все виды DVD дисков, а также позволяет однократно записывать CD -R диски и DVD +R и DVD -R диски. Данный накопитель имеет характеристику не только чтения дисков, но и для записи. Например, скорость чтения – 40кратная, а скорость записи – 6кратная, причем скорость указывается отдельно для дисков CD , так и для дисков DVD и соответственно отдельно для дисков DVD -R и DVD +R .

DVD - RW накопитель многократно записывающий оптический накопитель. Он позволяет читать все виды CD и DVD диски и их записывать. Указываются скорости чтения и записи отдельно для CD дисков, DVD -R , DVD +R , DVD +R DL , DVD -R DL , DVD +RW , DVD -RW , DVD +RW DL , DVD -RW DL , то есть те операции, которые может проводить накопитель. Зжесь также лучше использовать плюсовой формат, так как минусовой формат требует сначала стереть информацию, а потом записать, а плюсовой формат позволяет перезаписывать данные в реальном режиме времени.

Стандарт Blu - ray Disc (BD ) (blue ray - синий луч и disc - диск; написание blu вместо blue - намеренное) был разработан консорциумом BDA , выпущен в 2006 году. У данного стандарта был конкурент – HD DVD компании Toshiba , однако, эта компания отказалась от дальнейшей поддержки HD дисков в 2008 году после "войны форматов". Скорость считывания информации (однократная скорость) составляет 4.5 Мб/с. Повышение объема записываемой информации выполняется за счет использования лазерного луча в сине-фиолетовом диапазоне с более короткой длиной 405 нм, в то же время как CD и DVD приводы используют красный и инфракрасныйлазеры с длиной волны 650 нм и 780 нм.

Однослойный диск может хранить 25 Гигабайт, двухслойный – 50 гигабайт, трехслойный – 100 гигабайт, четырехслойный -128. Диск может иметь и более слоев. Так в 2008 году были продемонстрированы 20тислойные диски емкостью 500 гигабайт.

В настоящий момент выпускаются диски BD -ROM для чтения, BD -R однократной записи и BD -RE для многократной записи. Также имеются двухслойные диски имеющие в названии символы DL емкостью до 50 гигабайт.

Накопители для этих дисков бывают Blu - Ray только для чтения дисков, которые позволяют проводить чтение и запись всех видов дисков CD и DVD , а также только читать BD -диски. Соответственно Blu - Ray RE позволяют не только читать, но и записывать все виды дисков CD , DVD и BD -диски (однослойные, для многослойных нужно ознакомиться с инструкцией).

Чтобы вставить CD или DVD диск в привод, нажмите вначале на кнопку на передней панели привода (рисунок ниже). При этом из привода выдвигается лоток, в который нужно положить диск в специальное углубление для него рабочей поверхностью, на которой находятся данные, вниз, или рисунком вверх. После чего снова нажмите на кнопку, при этом лоток задвигается в корпус привода. Теперь можно работать с диском. В лотке имеется второе углубление для дисков, примерно в два раза меньше по диаметру и в настоящее время очень редко используемое (часто их показывают в детективных и фантастических фильмах).

Для нормальной работы привод должен находиться в горизонтальном положении. Существует накопитель, который может работать в вертикальном положении. При этом диск вставляется в щель руками, после чего специальный механизм удерживает его и вводит внутрь накопителя.

В оптическом накопителе имеется отверстие для аварийного выдвижения лотка, если он не выдвигается. Для этого нужно вставить тонкий стержень, например, спрямленную скрепку, и надавить на него. Кроме этого, может присутствовать кнопка для перехода на следующую песню для аудиодисков. Сзади может быть установлен переключатель конфигурации, желательно установить Slave, а также расположен разъем для тестирования накопителя производителем. Некоторые накопители могут поставляться с микрофонами, наушниками, звуковыми платами.

Для загрузки диска нужно:

Включить компьютер;

Нажать кнопку открытия лотка, при этом он выдвигается;

Положить диск надписью вверх на лоток;

Повторно нажать кнопку открытия лотка. Лоток задвигается, после чего можно начинать работу.

Не следует выдвигать и задвигать лоток вручную. Нежелательно держать лоток долго открытым при отсутствии работы, не нужно класть на лоток посторонние предметы, например, ставить чашку с кофе, не следует давить на лоток, когда укладывается диск.

При отсутствии работы накопитель переходит в режим сохранения энергии, при этом шум накопителя прекращается. При поступлении команды на считывание накопитель начинает работу автоматически.

Изготовление диска происходит следующим образом: вначале изготавливается диск, который называется «мать», далее штампуется рабочая копия – «отец», потом на его основе прессуются другие.

Основные характеристики привода :

Тип: внутренний или внешний . Внутренний привод вставляется в системный блок. Внешний имеет корпус прямоугольной формы, подключается к параллельному порту (в старых компьютерах), USB (в современных) и имеет провод, соединяемый с электросетью. Существует также внешний вариант для переносных компьютеров, подключаемый при помощи разъема PCMCIA;

- скорость передачи данных (Data Transfer Rate, DTR), соответственно указывается как двухскоростной, четырех-, тридцати двух- и т.д.;

- объем буферной памяти (Buffer Memory). Кэш-память представляет собой микросхемы оперативной памяти, которая располагается на плате накопителя. Они дают преимущества, поэтому чем больше объем, тем лучше;

- среднее время между поломками (Mean Time Between Failure, MTBF). Данная характеристика имеется у многих устройств, однако не везде описывается;

- тип интерфейса или шины, к которому подключается;

- среднее время доступа (Access Time, AT). Оно у CD-ROM накопителей больше, чем у жестких дисков, что определено принципиальными различиями в конструкции накопителя, и различается в десятки раз, причем чем больше кратность, тем меньше время доступа. Так, у 4-кратного накопителя оно примерно равно 150, а у 32 – 80 мс. Это значение можно узнать из паспорта устройства;

- коэффициент ошибок (Error Time);

- перечень поддерживаемых форматов .

Могут быть также другие параметры, такие, как уровень шумов, вибрации. Кроме того, при покупке нужно посмотреть, мягко ли движется лоток и прочно ли он удерживается в открытом виде.

BIOS последних версий позволяет производить загрузку компьютера с CD и DVD дисков. CD-ROM диск в начале дорожки имеет служебную область, в которой находится информация для синхронизации привода и диска, затем таблицы содержимого тома (Volume Table of Contents или VTOC), в которых находятся данные об организации директорий и файлов на диске, затем данные и метка конца тома. Таким образом, зная путь и имя файла, можно по таблице найти местоположение файла на диске и осуществить прямое позиционирование головки для чтения данных, что сокращает время поиска и операции чтения.

Подключается устройство при помощи двух кабелей: питания и информационного. Существует три вида накопителей: подключаемых к шине SCSI, к шине IDE или разъему SATA . Лучше иметь накопитель, подключаемый к разъему IDE , если это поддерживает материнская плата. Так как обычно разъемов SATA мало и, если нужно установить несколько оптических или накопителей для жестких дисков, то может возникнуть проблема с наличием свободного разъема.

Ниже описано подключение именно к такой шине. Оптические накопители могут подключаться вместе с жестким диском. Информационный кабель состоит из 40 жил (показан на рисунке выше) и имеет три штекера. Один подключается к контроллеру жестких дисков (на старых платах) или непо­средственно к материнской плате (см. также описание плат и жесткого диска). Второй к оптическому накопителю и третий - к дисководу жестких дисков. Не забудьте, что край кабеля, мар­кированный красным цветом, при подключении штекера должен находиться около маркировки 1, 2, которые обозначают первые жилы провода, противоположный конец - около цифр 33 и 34. Второй кабель пи­тания должен подключаться к маркировке, указанной сверху от штекера, то есть красный (5v), чер­ный, черный и желтый.

При наличии звуковой платы для прослушивания звука с музыкальных дисков необходимо подключить третий шнур, состоящий из четырех прово­дов. Один конец подключается к звуковой плате, другой - к накопителю. На них имеется маркировка с сим­волами R и L. Провод, идущий от звуковой платы с символом R, должен соответствовать R на накопителе. На рисунке ниже изображена задняя сторона накопителя, на которой имеются разъемы для подключения проводов.

Последовательность установки нового оптического дисковода аналогична установке накопителя для гибких дисков. Если установлена система Windows 9х, то на экране появится соответствующее сообщение о нахождении нового устройства. В системе Windows операционная система сама распознает новые устройства, в том числе и оптический накопитель.

При работе с дисками необходимо выполнять следующие правила :

Не трогайте рабочую поверхность, иначе на ней могут остаться жировые следы пальцев;

Берите диск за внешние края, можно брать за края центрального отверстия;

Очистка диска производится от центра диска к внешнему краю мягкой сухой тряпкой. Нельзя использовать сильные растворители такие как, ацетон, моющие средства, антистатические аэрозоли;

Храните диски в специальной коробочке или конверте для дисков;

Не сгибайте диск;

Не пишите на рабочей поверхности диска;

При хранении диска избегайте попадания на него солнечных лучей, а также сильного нагрева, что может привести к короблению диска.

Диски могут иметь дефекты, которые не позволяют считывать данные. Если имеется смещение концентрических дорожек относительно центра диска, то такой диск будет плохо считывать, а на глаз такой дефект не определяется. Может помочь уменьшение скорости вращения диска, например, попробовать выполнить это на менее скоростном дисководе. Если диск деформированный, то это иногда заметно для глаз, то для чтения таких дисков также может помочь снижение скорости вращения.

Если на диске имеются крапинки, то, в зависимости от их местоположения и размера, использовать такой диск иногда возможно. Царапины, которые идут от края к центру, часто не опасны, в то же время царапины, проходящие вдоль края, могут не позволить считывать данные. Поэтому протирать диск нужно от центра к краю. Для проверки диска используются специальные тестовые программы. При установке используют прерывание (IRQ) - 7 и выше, базовые адреса 300h до 340h, DMA1. Компакт-диски довольно надежные, однако, если на компакт-диске имеются трещины, то рекомендуется сделать копию диска, так как в дальнейшем могут появиться новые трещины и информация на диске будет не читаема.

Установка накопителя . Чтобы установить данное устройство, нужно:

Выключить компьютер;

Снять защитную крышку системного блока;

Вставить дисковод в направляющие системного блока. После установки обязательно завинтите винты по бокам устройства. Иногда для того, чтобы добраться отверткой и закрутить винты, может потребоваться снять другие устройства. После этого подключите провода, как это описано выше, и установите защитную крышку, включите компьютер и проверьте работу накопителя.

Техническая установка оптического накопителя сходна с установкой жесткого диска.

Если лоток не выдвигается, то причиной может быть жесткое закрепление накопителя винтами внутри системного блока, при котором произошел перекос накопителя. Звук во время разгона компакт-диска не является признаком неисправности. После установки оптического накопителя для теста можно попробовать скопировать часть файлов с оптического диска на жесткий диск. Не следует разбирать накопитель самому. Накопитель не должен попадать под дождь или находиться во влажном помещении.

Все многообразие используемых в настоящее время в компьютере и бытовой аппаратуре оптических дисков можно разделить на две основные группы: компакт-диски CD (Compact Disk) и цифровые универсальные диски DVD (Digital Versatile Disk/Digital Video Disk). Диски CD и DVD имеют одинаковые физические размеры (диаметр 120/80 мм), но отличаются плотностью записи данных и характеристиками используемых оптических головок для считывания данных. По функциональному признаку CD и DVD делятся на три категории:

Без возможности записи (только для чтения);

С однократной записью и многократным чтением;

С возможностью перезаписи.

Принцип работы всех существующих ныне оптических дисководов основан на использовании луча лазера для записи и чтения информации в цифровом виде. В процессе записи лазерный луч оставляет на активном слое оптического носителя след, который затем можно прочитать с помощью того же лазерного луча, но меньшей мощности, чем при записи.

Для считывания данных в приводах формата CD используются инфракрасный лазер с длиной волны 780 нм и оптическая система с числовой апертурой 0,45. (Числовая апертура – от лат.apertura – отверстие – равна 0,5·n·sinα, где n – коэффициент преломления среды, в которой находится предмет, α – угол между крайними лучами конического светового потока, входящего в оптическую систему.) Емкость стандартных компакт-дисков, используемых для хранения данных, составляет 650 или 700 Мбайт. Компакт-диски, записанные в формате AudioCD (который был разработан для бытовых звуковоспроизводящих устройств), вмещают до 80 минут стереофонической записи.

Для считывания данных в DVD -приводах используются красный лазер с длиной волны 650 нм и оптическая система с числовой апертурой 0,6. Емкость стандартных DVD-дисков составляет от 4,7 Гбайт и выше.

CD-ROM (Compact Disk Read Only Memory) – неперезаписываемые лазерно-оптические диски, или компакт-диски ПЗУ. Компакт-диск изготавли­вается с использованием очень мощного инфракрасного лазера, который выжигает отверстия диаметром 0,8 микрона на специальном стеклянном контрольном диске. При этом на поверхности образуются углубления – впадины (англ. pit) – и ровные пространства – площадки (англ. land). Запись начинается на некотором расстоянии от отверстия в центре и продвигается к краю по спирали. По этому контрольному диску делается шаблон с выступами в тех местах, где лазер прожег отверстия. В шаблон вводится жидкая смола (поликарбонат), и таким образом получается компакт-диск с тем же набором отверстий, что и в стеклянном диске. На смолу наносится очень тонкий слой алюминия, который покрывается защитным лаком. CD-ROM записываются на фирме-изготовителе и используются для распространения больших объемов информации, предназначенной только для чтения. Пользователь при этом не имеет возможности ни стереть, ни записать информацию на такой диск.

CD-R производятся на основе поликарбонатных заготовок, которые используются и при производстве компакт-дисков. Однако структура имеет некоторые отличия. На диск предварительно наносится спиральная дорожка, между слоем поликарбоната и отражателем находится слой красителя. На начальной стадии слой красителя прозрачен, что дает возможность свету лазера проходить сквозь него и отражаться от слоя отражателя. При записи информации мощность лазера увеличивается и, когда луч достигает красителя, краситель нагревается, в результате разрушается химическая связь. Такое изменение молекулярной структуры создает темное пятно. При чтении фотодетектор улавливает разницу между темными пятнами и прозрачными областями. Это различие воспринимается как различие между впадинами и площадками. В качестве красителя используются металлоазот, цианин, фталоцианин или наиболее перспективный формазан – смесь цианина и фталоцианина. Отражающий слой представляет тончайшую пленку из золота или серебра.

CD-RW позволяют многократно записывать информацию на диски с отражающей поверхностью, под которую нанесен слой типа Ag-In-Sb-Te (серебро-индий-сурьма-теллур) с изменяемой фазой состояния. Этот сплав имеет два состояния: кристаллическое и аморфное, которые обладают разной отражающей способностью. Устройство для записи компакт-диска снабжено лазером с тремя вариантами мощности. При самой высокой мощности лазер расплавляет сплав, переводя его из кристаллического состояния (с высокой отражательной способностью) в аморфное состояние (с низкой отражательной способностью), так получается впадина. При средней мощности сплав расплавляется и возвращается обратно в естественное кристаллическое состояние, при этом впадина снова превращается в площадку. При низкой мощности лазер считывает информацию, определяя состояние материала (никакого перехода состояний при этом не происходит).

DVD - это тот же компакт-диск, изготовленный на основе поликарбоната с впадинами и площадками. Однако существует несколько различий. У DVD впадины меньшего размера (0,4 микрона вместо 0,8, как у обычного), более плотная спираль (0,74 микрона вместо 1,6), используется красный лазерный луч более короткой длины (650 нм вместо 780 нм). В совокупности эти усовершенствования дали семикратное увеличение емкости диска (4,7 Гбайт).

На данный момент существует 4 формата DVD :

1. Односторонние однослойные (4,7Гбайт).

2. Односторонние двуслойные (8,5Гбайт).

3. Двусторонние однослойные (9,4 Гбайт).

4. Двусторонние двуслойные (17 Гбайт).

При двуслойной технологии на нижний отражающий слой помещается полупрозрачный отражающий слой. В зависимости от того, где фокусируется лазер, он отражается либо от одного слоя, либо от другого. Чтобы обеспечить надежное считывание информации, впадины и площадки нижнего слоя должны быть немного больше по размеру, поэтому емкость нижнего слоя немного меньше, чем у верхнего слоя.

DVD обладают следующими достоинствами:

Значительно большая по сравнению с CD емкость;

Совместимость с CD;

Высокая скорость обмена данными с дисководом DVD;

Высокая надежность хранения данных.

Стоит отметить, что появление новых технологий Blu-ray и HD-DVD позволяет разместить на диске информации в несколько раз больше, чем на обычном DVD. В основе этих технологий лежит использование голубого лазера с длиной волны 405 нм. Формат HD-DVD записывает на один слой 15 Гбайт информации и 30 Гбайт на два слоя. Blu-ray, соответственно, хранит 25 и 50 Гбайт.

Магнитооптические диски

Принцип работы магнитооптического накопителя (Magneto Optical) основан на ис­пользовании двух технологий – лазерной и магнитной.

Принципиальное устройство всех видов магнитооптических дисков одинаково, различие может состоять только в том, что одни диски имеют одну рабочую поверхность, а другие две. Принципиальное строение одностороннего диска показано на рисунке 2.17.

Поверхность магнитооптического накопителя (МОД) покрыта сплавом, свойства которого меняются как под воздействием тепла, так и под воздействием магнитного поля. Если нагреть диск сверх некоторой температуры, то становится возможным изменение магнитной поляризации посредством небольшого магнитного поля. На этом основаны технологии чтения и записи МОД.

Так, при записи лазерный луч нагревает участок диска, куда должна быть произведена запись, до так называемой «точки Кюри» (у большинства применяемых сплавов это со­стояние наступает при температуре около 200 °С).

В точке Кюри падает магнитная проницаемость, и из­менение магнитного состояния частиц может быть произведено относительно небольшим по величине магнитным полем. Поле переводит все битовые ячейки в одинаковое состояние. При этом стирается вся информация на диске.

Затем направление магнитного поля меняется на противоположное, а лазер включается только в те моменты, когда нужно изменить ориентацию частиц в битовой ячейке (значение бита). Потом сплав охлаждается, и частицы его застывают в новом положении.

При чтении применяется лазерный луч низкой мощности. Отраженный свет попадает на светочувствительный элемент, который определяет направление поляризации. В зависимости от этого направления светочувствительный элемент посылает двоичную единицу или двоичный нуль контроллеру магнитооптического дисковода.

Магнитооптические накопители бывают встроенные и внешние. Кроме обычных дисководов большое распространение получают так называемые оптические библиотеки с автоматической сменой дисков, емкость которых может составлять сотни гигабайт и даже несколько терабайт. Время смены диска составляет несколько секунд, а время доступа и скорость обмена данными такие же, как у обычных дисководов.

Флэш-накопители

Носители информации на основе микросхем флэш-памяти сейчас нашли широкое применение в цифровых фотоаппаратах, мобильных телефонах, компьютерах.

Флэш-память – особый вид энергонезависимой перезаписываемой полупроводниковой памяти. Ячейка флэш-памяти состоит из одного транзистора особой архитектуры, в которой можно хранить несколько бит. Основная масса носителей на основе флэш-технологии – это так называемые флэш-карты, которые являются основными но­сителями информации для современной портативной техники. Второе направление, которое сейчас стремительно развивается, – это флэш-память с интерфейсом USB для непос­редственного подключения к компьютеру. Преимуществом флэш-памяти перед жесткими дисками, CD-ROM и DVD является отсутствие движущихся частей, поэтому флэш-память более компактна и обеспечивает более быстрый доступ. Информация, записанная на флэш-память, может храниться очень длительное время (от 20 до 100 лет) и способна выдерживать значительные механические нагрузки (в 5–10 раз превышающие предельно допустимые для обычных жестких дисков). Недостатком, по сравнению с жесткими дисками, является относительно малый объем, а также ограничение по количеству циклов перезаписи (от 10000 до 1000000 для разных типов).

Компьютерные флэш-диски в виде брелока с USB-портом используются как сменные носители информации и имеют объем 16, 32, 64, 128, 256, 512 Мбайт, 1Гбайт, 2Гбайт, 4Гбайт, 8 Гбайт, что не является, конечно, пределом, так как технологии постоянно совершенствуются.

Устройства ввода информации

Устройства ввода информации преобразовывают информацию, поступающую с периферийных устройств, в цифровой вид. Для ввода информации используются следующие устройства: клавиатура, манипуляторы, сканеры, дигитайзеры (цифровые планшеты), сенсорные экраны, средства речевого ввода, цифровые камеры и др.

Клавиатура

Клавиатура является основным средством ввода информации в ПК. Она представляет собой матрицу клавиш, объединенных в единое целое, и электронный блок для преобразования нажатий клавиши в двоичный код. Каждой клавише на клавиатуре соответствует семиразрядный код сканирования (скан-код). При нажатии клавиши аппаратура клавиатуры генерирует однобайтовый код нажатия, а при отпускании соответственно однобайтовый код отпускания. Код нажатия совпадает с кодом сканирования. Код отпускания отличается от кода сканирования наличием единицы в старшем разряде байта. Если клавиша остается нажатой более 0,5с, то автоматически начинают генерироваться коды нажатия с частотой 10 раз в секунду. Автоматическая генерация кода прекращается, если клавишу отпустить или нажать другую клавишу. Так, при «залипании» клавиши, чтобы исключить последствия, достаточно нажать любую другую клавишу. Принцип
действия клавиатуры показан на рисунке 2.19. При нажатии на клавишу сигнал регистрируется контроллером клавиатуры и инициа­лизирует аппаратное прерывание, процессор прекращает работу и выполняет процедуру анализа скан-кода. Прерыва­ние обрабатывается специальной программой, входящей в состав постоянного запоминающего устройства (ПЗУ). Любая клавиатура имеет 4 группы клавиш:

Клавиши пишущей машинки для ввода прописных и строчных букв, цифр и специальных знаков;

Служебные клавиши, меняющие смысл нажатия остальных и осуществляющие другие действия по управлению вводом с клавиатуры (Alt, Ctrl, Shift, Tab, Backspace, Enter, Caps Lock, Num Lock, Print Screen и др.);

Функциональные клавиши (F1-F12), смысл нажатия которых зависит от программного продукта;

Клавиши двухрежимной малой цифровой клавиатуры, обеспечивающие быстрый и удобный ввод цифровой информации, а также управление курсором и переключение режимов работы клавиатуры.

Манипуляторы

Манипуляторы – это устройства, предназначенные для управления курсором (указателем) на экране монитора.

Манипуляторы делают работу пользователя более удобной, особенно в программах с графическим интерфейсом. К манипуляторам относятся: мышь, джойстик, световое перо, трекбол и т. д.

Мышь представляет собой устройство для указания нужных точек на экране дисплея путем перемещения его по плоской поверхности. Координаты местоположения мыши передаются в компьютер и вызывают соответствующее перемещение курсора (указателя) мыши. В соответствии с принципом действия различают опто-механические и оптические мыши.

Принцип работы опто-механической мыши (рис. 2.20) состоит в преобразовании перемещения мыши в электрические импульсы, формируемые с помощью оптопары – светодиодов (источников света) и фотодиодов (приемников света). При перемещении мыши вращение шарика через валики передается на диски с «прорезями». Вращение диска приводит к перекрытию светового потока между светодиодом и фотодиодом, что приводит к появлению электрических импульсов. Частота импульсов соответствует скорости перемещения мыши.

В настоящее время достаточно широко используются оптические мыши. Все современные оптические мыши конструктивно содержат миниатюрную видеокамеру, у которой в качестве светочувствительного элемента используется CMOS-сенсор. (Датчик изображения, содержащий светочувствительный слой кремния, в котором фотоны преобразовываются в электроны. CMOS – Complementary Metal Oxide Semiconductor – КМОП – комплементарная структура «металл-оксид-полупроводник») Напротив сенсора для освещения поверхности под мышью располагается источник света, как правило, красный светодиод. При перемещении мыши сенсор обрабатывает изображения поверхности и в виде сигналов посылает их в специализированный процессор DSP (Digital Signal Pro­cessing – цифровой сигнальный процессор), который анализирует изменения в принятых изображениях и соответственно определяет направление перемещения мыши. Однако оптические мыши нельзя использовать на стеклянных и зеркальных поверхностях.

Существуют и беспроводные мыши, в которых с помощью встроенного передатчика информация передается инфракрасными лучами или радиосигналами. Эти сигналы фик­сируются специальным приемником и поступают в компьютер. При использовании инфракрасного диапазона мышь должна находиться в зоне прямой видимости приемника. Если же используется радиодиапазон, то это условие не является обязательным.

Последним достижением в области создания манипуляторов типа мышь является использование лазерной технологии. При перемещении мыши лазерный луч, отражаясь от поверхности, попадает на сенсор, который обнаруженные изменения поверхности переводит в движение курсора на экране монитора. Использование лазерного луча позволяет мышь сделать более чувствительной по сравнению с обычной оптической мышью, а также использовать ее на любых поверхностях. В то же время лазер невидим и безопасен для человека.

Качество той или иной модели мыши определяется разрешением мыши, которое измеряется в dpi (dot per inch – число точек на дюйм), хотя существует и другая единица cpi (count per inch – число отсчетов на дюйм). Обычно разрешение мыши в зависимости от модели находится в пределах от 300 до 900 dpi. Чем больше разрешение, тем более точно позиционируется курсор мыши. Конструктивно мыши выполнены в форме пластмассовой коробки с кнопками, как правило, с двумя – основной и дополнительной.

Другим манипулятором, в котором перемещение курсора осуществляется ручным вращением шара, выступающего над плоской поверхностью, является трекбол (рис. 2.22, а). Принцип действия такой же, как и у опто-механической мыши. Трекбол, по сути, та же мышь, только перевернутая «брюшком» вверх.

Джойстик – это устройство, которое, как правило, при­меняется в игровых приставках и игровых компьютерах (рис. 2.22, б). Он представляет собой рычаг, перемещение которого приводит к перемещению курсора на экране. На рычаге располагается одна или несколько кнопок. При этом курсор принимает форму какого-либо движущегося объекта.

Световое перо может применяться для указания точки на экране дисплея или для формирования изображений. В наконечнике светового пера установлен фотоэлемент, который реагирует на световой сигнал, передаваемый экраном в точке прикосновения пера. Так как экран монитора состоит из множества точек (пикселей), то при нажатии кнопки на пере передается сигнал в ПК, по которому вычисляются координаты электронного луча в момент его регистрации. Другая область применения светового пера – его совместное использование с дигитайзером. Дигитайзер (цифрователь) – это устройство, предназначенное для ввода графической информации. При перемещении пера по планшету в памяти компьютера фиксируются его координаты, т. е. в этом случае световое перо выполняет «пишущую» функцию.

Сенсорные экраны

Сенсорный экран – это экран, совмещенный с сенсорными устройствами и позволяющий вводить в компьютер информацию прикосновением пальца руки.

В общем случае при работе с сенсорным устройством пользователь касается пальцем курсора (поверхности этого устройства), буквы, числа или другой высвечиваемой фигуры на экране. Независимо от физической природы принципов, положенных в основу функционирования сенсорного устройства, с его поверхностью связывается прямоугольная система координат, которая позволяет фиксировать прикосновение пальца и передавать сигнал в компьютер. По принципу действия различают следующие сенсорные технологии: резистивную, емкостную, инфракрасную и технологию, основанную на поверхностно-акустических волнах (ПВА).

Резистивная технология. Резистивная технология основана на методе замера электрического сопротивления части системы в момент прикосновения. Резистивный экран обладает высокой разрешающей способностью (300 точек/ дюйм), большим ресурсом (10 млн. касаний), небольшим временем отклика (около 10 мс) и низкой стоимостью. Но помимо плюсов есть и минусы, например такие, как 20%-я потеря светового потока.

Емкостная технология. Чувствительный элемент емкостного сенсорного экрана представляет собой стекло, на поверхность которого нанесено тонкое прозрачное проводящее покрытие. При прикосновении к экрану обра зуется емкостна; связь между пальцем и экраном, что вызывает импульс ток в точку контакта (рис. 2.24). Другая емкостная технологи NFI (Dynapro) (рис. 2.25) основана на использовании электромагнитной волны. NFI использует специальную сенсорную электронную схему, которая может определить проводящий объект – палец или проводящее перо ввода – через слой стекла, а также через перчатки или другие потенциальные препятствия (влага, гель, краска и т. д.).

Технология ПАВ (поверхностные акустические волны). В углах такого экрана размещается специальный набор эле­ментов из пьезоэлектрического материала, на которые подается электрический сигнал частотой 5 МГц. (Пьезоэлектрические материалы – это вещества, которым присущ пьезоэлектрический эффект, т.е. возникновение электрического поля под воздействием упругих деформаций – прямой пьезоэлектрический эффект.) Этот сигнал преобразуется в ультразвуковую акустическую волну, направляемую вдоль поверхности экрана. Даже легкое касание экрана в любой его точке вызывает активное поглощение волн, благодаря чему картина распространения ультразвука по его поверхности несколько меняется.

Инфракрасная технология. Вдоль границ сенсорного экрана устанавливаются специальные излучающие элементы, генерирующие световые волны инфракрасного диапазона, световые волны инфракрасного диапазона распространяются вдоль поверхности экрана, образуя на его рабочей поверхности подобие координатной сетки.

Если один из инфракрасных лучей перекрывается попавшим в зону действия лучей посторонним предметом, луч перестает поступать на приемный элемент, что тут же фик­сируется микропроцессором. Стоит отметить, что инфракрасному сенсорному экрану все равно, какой именно предмет помещен в его рабочее пространство: нажатие может осуществляться пальцем, авторучкой, указкой и даже рукой в перчатке. Сенсорные экраны могут быть навесными и встроенными (рис. 2.28).

За последние несколько лет сенсорные экраны заре­комендовали себя как наиболее удобный способ взаимодействия человека с машиной. Применение сенсорных экранов имеет ряд преимуществ, недоступных при использовании любых дру­гих устройств. Так, инфор­мационные системы, сделанные на базе сенсорных киосков, помогают в получении необходимой или интересующей информации в выставочных залах, на вокзалах, в государственных, банковских, финансовых и медицинских учреждениях и др.

Сканеры

Сканер – это устройство, позволяющее передавать в компьютер графическую информацию, размещенную на бу маге или пленке.

Это могут быть тексты, рисунки, схемы, графики, фотографии и др. Сканер, подобно копировальному аппарату, создает копию изображения бумажного документа, но не на бумаге, а в электронном виде.

Принцип действия сканера следующий. Копируемое изображение освещается источником света (как правило, флуоресцентная лампа). При этом луч света осматривает (сканирует) каждый участок оригинала. Отраженный от бумажного листа луч света через уменьшающую линзу попадает на прибор с зарядовой связью (ПЗС). (Устройство, накапливающее электронный заряд при попадании на него светового потока. Уровень заряда зависит от продолжительности и интенсивности освещения. В англоязычной литературе используется определение CCD – Couple-Charget Device) На поверхности ПЗС за счет сканирования формируется уменьшенное изображение копируемого объекта. ПЗС осуществляет преобразование оптической картинки в электрические сигналы. ПЗС представляет собой матрицу, которая содержит большое число полупроводниковых элементов, чувствительных к световому излучению.

В черно-белых сканерах на выходе каждого элемента ПЗС с помощью аналогово-цифрового преобразователя формируется несколько оттенков серого цвета.

В цветных сканерах используется цветовая модель RGB. Сканируемое изображение освещается через вращающийся RGB-светофильтр или последовательно зажигаемыми тремя цветными лампами – красной, зеленой, синей. Сигнал, соответствующий каждому основному цвету, обрабатывается отдельно. Для этого имеются параллельные линейки датчиков, каждая из которых воспринимает свой цвет. Число передаваемых цветов составляет от 256 до 65 536 и даже 16,7 млн. Разрешающая способность сканеров измеряется в количестве различимых точек на дюйм изображения. При этом указывается два значения, например 600×1200 dpi. Первое – это количество точек по горизонтали, оно опреде­ляется матрицей ПЗС. Второе – количество шагов двигателя по вертикали на дюйм. Во внимание следует принимать первое – минимальное значение.

По своему конструктивному исполнению сканеры бывают ручные, планшетные, барабанные, проекционные и др. рис. 2.30).

Устройства вывода информации

Устройства вывода информации – это устройства, которые выводят информацию, обработанную компьютером, для восприятия ее пользователем или для использования другими автоматическими устройствами.

Выводимая информация может отображаться на экране монитора, печататься на бумаге, воспроизводиться в виде звуков, передаваться в виде каких-либо сигналов.

Мониторы и видеоадаптеры

Монитор (дисплей) – это устройство, предназначенное для отображения текстовой и графической информации в целях ви­зуального восприятия ее пользователем.

Монитор является основным периферийным устройством и служит для отображения информации, вводимой с помощью клавиатуры или других устройств ввода (сканер, дигитайзер и др.). Монитор подключается к компьютеру через видеоадаптер. В настоящее время используются следующие типы мониторов:

На базе электронно-лучевой трубки (ЭЛТ);

- жидкокристаллические;

Плазменные (газоразрядные).

Разница между этими мониторами заключается в разных физических принципах формирования изображения.

Мониторы на базе ЭЛТ по принципу действия ничем не отличаются от обычных телевизоров. При формировании изображения видеоданные преобразуются в непрерывный поток электронов, которые «выстреливаются» катодными тушками кинескопа. Получившиеся электронные лучи проводят сквозь специальную направляющую решетку, чем обеспечивается точное попадание электронов в нужную точку, и затем достигают люминесцентного слоя. При бомбардировке электронами люминофор излучает свет.

Существует несколько типов электронно-лучевых трубок, которые различаются между собой устройством направляющей решетки и слоем люминофора.

Наибольшее распространение получили мониторы с так называемой теневой маской. В кинескопе этого типа для позиционирования электронного пучка применяется тонкая металлическая пластина, в которой путем перфорации изготовлено множество отверстий (рис. 2.32, а). Люминофор в таком кинескопе выполнен в виде цветных триад, где каждое троеточие – светящийся элемент красного, зеленого и синего вещества – представляет собой один видимый пиксель.

Другой тип кинескопов, построенных с применением апертурной решетки (рис. 2.32, б), отличается от кинескопов с теневой маской тем, что для точного позиционирования электронного луча служит не громоздкая пластина, а ряд стальных нитей. Люминофор в кинескопе с апертурной решеткой нанесен на внутреннюю поверхность экрана в виде чередующихся вертикальных полосок.

В ЭЛТ с щелевой маской направляющая решетка представляет собой пластину с вертикальными длинными прорезями-щелями (рис. 2.32, в). Люминофор в таких кинескопах наносится либо в виде непрерывных чередующихся полосок, либо в виде эллиптических полосок, по своей форме близких к прорезям в щелевой маске.

Рассмотренные типы кинескопов имеют свои достоинства и недостатки. Так, ЭЛТ с теневой маской благодаря некоторым своим конструктивным особенностям обладает рядом преимуществ по сравнению с другими типами кинескопов: плотное расположение цветных триплетов, позволяющее добиться высокой четкости изображения, и хорошо отлаженная технология производства. Недостатком является снижение срока службы монитора – из-за большой площади перфорированная маска поглощает около 70-85% всех электронов, испускаемых катодами электронной пушки кинескопа, в результате чего уменьшается диапазон яркости и контрастности. Для достижения высокой красочности изображения приходится увеличивать интенсивность электронного потока, что не лучшим образом влияет на срок службы монитора (как правило, жизненный цикл устройства на основе ЭЛТ с теневой маской не превышает 7-8 лет). Область применения таких мониторов – обработка больших массивов текстового материала, верстка, фоторетушь, цветокоррекция и САПР (системы автоматического проектирования).

К основным преимуществам ЭЛТ с апертурной решеткой можно отнести большую яркость и контрастность за счет большей пропускной способности электронов к люминофору и увеличенной площади покрытия экрана люминофором.

Среди недостатков следует отметить возникновение искажений изображения при отображении большого количества коротких штрихов, другими словами, при выводе текста мелким кеглем.

Мониторы, в которых применяются трубки со щелевой маской, сочетают в себе преимущества двух предыдущих типов устройств и свободны от недостатков. Яркие, живые краски, хороший контраст, четкая графика и текст – все это делает их пригодными для удовлетворения запросов любых категорий пользователей. Электронно-лучевые трубки разрабатываются и изготавливаются весьма ограниченным количеством компаний. Все остальные, производящие мониторы, пользуются покупными решениями. Среди наиболее известных компаний-разработчиков можно выделить: Hitachi и Samsung – трубки на основе теневой маски; Sony, Mitsubishi и ViewSonic – ЭЛТ с апертурной решеткой; NEC, Panasonic, LG – устройства, в которых применяется щелевая маска.

Жидкокристаллические мониторы (ЖКМ), или LCD-мониторы (LCD - Liquid Crystal Display) – это цифровые плоские мониторы. Эти мониторы используют прозрачное жидкокристаллическое вещество, которое в виде тонкой пленки расположено между двумя стеклянными пластинами. Пленка представляет собой матрицу, в ячейках которой расположены кристаллы. Рядом с каждой пластиной расположен поляризационный фильтр, плоскости поляризации которых взаимно перпендикулярны.

Из курса физики вы знаете, что если пропускать свет через две пластины, плоскости поляризации которых совпадает, то обеспечивается полное прохождение света. Однако если одну из пластин поворачивать относительно другой, т.е. менять плоскость поляризации, то количество пропускаемого света будет уменьшаться. Когда плоскости поляризации будут взаимно перпендикулярны, прохождение света шокируется.

В ЖК-мониторах свет от лампы, попадая на первый поляризационный фильтр, поляризуется в одной из плоскостей, например вертикальной, и затем проходит слой жидких кристаллов. Если жидкие кристаллы разворачивают плоскость поляризации светового луча на 90°, то он беспрепятственно проходит через второй поляризационный фильтр, так как плоскости поляризации совпали. Если же поворота не произошло, то световой луч не проходит. Таким образом, подавая напряжение на кристаллы, можно изменять их ори­ентацию, т. е. тем самым регулировать количество света, проходящего через фильтры. В современных ЖК-мониторах каждый кристалл управляется отдельным транзистором, т. е. используется технология TFT (Thin Film Transistor) – технология «тонкопленочных транзисторов». Пиксель в ЖК-мониторе также формируется из красного, зеленого и синего цветов, а различные цвета получаются за счет изме­нения подаваемого напряжения, что приводит к повороту кристалла и соответственно к изменению яркости светового потока.

В плазменных мониторах (PDP - Plasma Display Panel) изображение формируется за счет излучения света газовыми разрядами в пикселях панели. Элемент изображения (пиксель) в плазменном дисплее во многом напоминает обычную люминесцентную лампу. Электрически заряженный газ испускает ультрафиолетовый свет, попадающий на люминофор и возбуждающий его, что вызывает свечение видимым светом соответствующей ячейки. В современных плазменных мониторах используется так называемая технология plasmavision – это множество ячеек, иначе говоря, пикселей, которые состоят из трех субпикселей, передающих цвета – красный, зеленый и синий.

Конструктивно панель состоит из двух плоских стеклянных пластин, расположенных на расстоянии порядка 100 микрон друг от друга. Между ними находится слой инертного газа (как правило, смесь ксенона и неона), на который воздействует сильное электрическое поле. На переднюю прозрачную пластину нанесены тончайшие про­зрачные проводники – электроды, а на заднюю – ответные проводники. Задняя стенка имеет микроскопические ячейки, заполненные люминофорами трех основных цветов (красного, синего и зеленого), по три ячейки на каждый пиксель. Принцип действия плазменной панели основан на свечении специальных люминофоров при воздействии на них ультрафиолетового излучения, возникающего при электрическом разряде в среде сильно разреженного газа. При таком разряде между электродами с управляющим напря­жением образуется проводящий «шнур», состоящий из ионизированных молекул газа (плазмы). Поэтому панели, работающие на этом принципе, и получили название плаз­менных панелей. Ионизированный газ воздействует на специальное флюоресцирующее покрытие, которое, в свою очередь, излучает свет, видимый человеческим глазом.

Качество того или иного монитора можно оценить по следующим основным параметрам:

Разрешающая способность;

Размер экрана;

Количество воспроизводимых цветов;

Частота обновления экрана.

Разрешение монитора. Обычно мониторы могут работать в двух режимах: текстовом и графическом. В текстовом режиме на экране монитора отображаются символе кодовой таблицы ASCII. Максимальное число символов, которое может быть отражено на экране, называется информационной емкостью экрана. В обычном режиме на экране размещается 25 строк по 80 символов в каждой из них, следовательно информационная емкость составляет 2000 символов. В графическом режиме на экран выводятся изображения, формируемые из отдельных элементов – пикселей. В графическом режиме разрешающая способность измеряется максимальным количеством пикселей по горизонтали и по вертикали на экране монитора. Разрешающая способность зависит как от характеристик монитора, так и от видеоадаптера. Чем выше эти значения, тем больше объектов можно разместить на экране, тем лучше детализация изображения. Например, разрешение 800×600 означает, что на экране можно условно провести 800 вертикальных и 600 горизонтальных линий (рис. 2.35). При формировании изображения участвует каждый пиксель экрана, поэтому при разрешении 800×600 число адресуемых ячеек составляет 480000 пикселей. Для ЖК-мониторов разрешение определяется количеством ячеек, расположенных по ширине и высоте экрана. Современные ЖК-мониторы имеют в основном разрешение 1024×768 или 1280×1024.

Наиболее важной характеристикой, определяющей разрешающую способность и четкость изображения на экране, является размер
зерна (dot pitch – шаг расположения точки) люминофора экрана монитора. Величина зерна современных мониторов имеет значение от 0,25 до 0,28 мм. Под зерном понимается расстояние между двумя точками люминофора одного цвета. Для трубок с теневой маской зерно измеряется по диагонали, для двух других по горизонтали. Стандартные значения разрешений: 640×480, 800×600, 1024×768, 1600×1200, 1800×1440 и др.

Размер экрана. В качестве меры обычно используется длина диагонали видимой области изображения. Для жидкокристаллических (ЖК) дисплеев размер видимой области совпадает с размерами панели. Для мониторов с электронно-лучевой трубкой (ЭЛТ) видимая область несколько меньше. Это объясняется конструктивными особенностями самой ЭЛТ. Мониторы с ЭЛТ имеют размеры экрана 14, 15, 17, 19 и 22 дюйма. Для ЖК используются панели 15, 17, 18, 19, 20 и более дюймов.

©2015-2019 сайт
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2016-02-12

В 1979 году компании Philips и Sony создали совершенно новый носитель информации, заменивший грампластинку, - оптический диск (компакт-диск - Compact Disk - СD) для записи и воспроизведения звука. В 1982 году началось массовое производство компакт-дисков на заводе в Германии. Значительный вклад в популяризацию компакт-диска внесли Microsoft и Apple Computer.

По сравнению с механической звукозаписью он имеет целый ряд преимуществ - очень высокую плотность записи и полное отсутствие механического контакта между носителем и считывающим устройством в процессе записи и воспроизведения. С помощью лазерного луча сигналы записываются на вращающийся оптический диск цифровым методом.

В результате записи на диске образуется спиральная дорожка, состоящая из впадин и гладких участков. В режиме воспроизведения лазерный луч, сфокусированный на дорожку, перемещается по поверхности вращающегося оптического диска и считывает записанную информацию. При этом впадины считываются как нули, а ровно отражающие свет участки - как единицы. Цифровой метод записи обеспечивает практически полное отсутствие помех и высокое качество звучания. Высокая плотность записи достигнута благодаря возможности сфокусировать лазерный луч в пятно размером менее 1 мкм. Это обеспечивает большое время записи и воспроизведения.

Рис. 13. Оптический диск CD

В конце 1999 года компания Sony объявила о создании нового носителя Super Audio CD (SACD). При этом применена технология так называемого "прямого цифрового потока" DSD (Direct Stream Digital). Частотная характеристика от 0 до 100 кГц и частота дискретизации 2,8224 Мгц обеспечивают значительное повышение качества звучания по сравнению с обычными CD-дисками. Благодаря гораздо более высокой частоте дискретизации становятся ненужными фильтры при записи и воспроизведении, так как ухо человека воспринимает этот ступенчатый сигнал как "гладкий" аналоговый. При этом обеспечена совместимость с существующим форматом СD. Выпускаются новые однослойные диски HD, двухслойные диски HD, а также гибридные двухслойные диски HD и CD.

Хранить звуковые записи в цифровой форме на оптических дисках гораздо лучше, чем в аналоговой форме на грампластинках или магнитофонных кассетах. Прежде всего, несоизмеримо повышается долговечность записей. Ведь оптические диски практически вечны - они не боятся мелких царапин, лазерный луч не повреждает их при воспроизведении записей. Так, фирма Sony дает 50-летнюю гарантию хранения данных на дисках. Кроме того, на CD не действуют помехи, характерные для механической и магнитной записи, поэтому качество звучания цифровых оптических дисков несоизмеримо лучше. К тому же при цифровой записи появляется возможность компьютерной обработки звука, позволяющей, например, восстановить первоначальное звучание старых монофонических записей, убрать с них шумы и искажения и даже превратить их в стереофонические.

Для проигрывания CD-дисков можно использовать проигрыватели (так называемые CD-плееры), музыкальные центры и даже портативные компьютеры, оснащенные специальным приводом (так называемым дисководом CD-ROM) и звуковыми колонками. К настоящему времени в мире на руках у пользователей находится более 600 миллионов CD-плееров и более 10 миллиардов компакт-дисков! Портативные переносные CD-плееры, подобно плеерам для магнитных компакт-кассет, оснащаются наушниками (рис. 14).

Рис. 14. CD-плеер

Рис. 15. Магнитола с CD-плеером и цифровым тюнером

Рис. 16. Музыкальный центр

Музыкальные CD-диски записываются в заводских условиях. Подобно грампластинкам, их можно только прослушивать. Однако за последние годы разработаны оптические CD-диски для однократной (так называемые CD-R) и многократной (так называемые CD-RW) записи на персональном компьютере, оснащенном специальным дисководом. Это дает возможность делать на них записи в любительских условиях. На диски CD-R можно сделать запись только один раз, а на CD-RW - многократно: как на магнитофоне, можно стирать предыдущую запись и на ее месте делать новую.

Цифровой метод записи сделал возможным объединить на персональном компьютере текст и графику со звуком и движущимися изображениями. Такая технология получила название "мультимедиа".

В качестве носителей информации в таких мультимедийных компьютерах используются оптические компакт-диски CD-ROM (Compact Disk Read Only Memory - т.е. память на компакт-диске "только для чтения"). Внешне они не отличаются от звуковых компакт-дисков, используемых в проигрывателях и музыкальных центрах. Информация в них записывается также в цифровой форме.

На смену существующим компакт-дискам приходит новый стандарт носителей информации - DVD (Digital Versatil Disc или цифровой диск общего назначения). На вид они ничем не отличаются от компакт-дисков. Их геометрические размеры одинаковы. Основное отличие DVD-диска - гораздо более высокая плотность записи информации. Он вмещает в 7-26 раз больше информации. Это достигнуто благодаря более короткой длине волны лазера и меньшему размеру пятна сфокусированного луча, что дало возможность уменьшить вдвое расстояние между дорожками. Кроме того, DVD-диски могут иметь один или два слоя информации. К ним можно обращаться, регулируя положение лазерной головки. У DVD-диска каждый слой информации вдвое тоньше, чем у CD-диска. Поэтому можно соединять два диска толщиной 0,6 мм в один со стандартной толщиной 1,2 мм. При этом емкость удваивается. Всего DVD-стандарт предусматривает 4 модификации: односторонний, однослойный на 4,7 Гбайт (133 минуты), односторонний, двухслойный на 8,8 Гбайт (241 минута), двухсторонний, односл ойный на 9,4 Гбайт (266 минут) и двухсторонний, двухслойный на 17 Гбайт (482 минуты). Указанные в скобках минуты - это время проигрывания видеопрограмм высокого цифрового качества с цифровым многоязычным объемным звуком. Новый стандарт DVD определен таким образом, что будущие модели устройств считывания будут разрабатываться с учетом возможности воспроизведения всех предыдущих поколений компакт-дисков, т.е. с соблюдением принципа "обратной совместимости". Стандарт DVD позволяет значительно увеличить время и улучшить качество воспроизведения видеофильмов по сравнению с существующими CD-ROM и видео-компакт-дисками LD.

Форматы DVD-ROM и DVD-Video появились в 1996 году, а позднее был разработан формат DVD-audio для записи высококачественного звука.

Дисководы DVD представляют собой несколько усовершенствованные дисководы CD-ROM.

CD- и DVD-оптические диски стали первыми цифровыми носителями и накопителями информации для записи и воспроизведения звука и изображения

История флэш-памяти

История появления карт флэш-памяти связана с историей мобильных цифровых устройств, которые можно носить с собой в сумке, в нагрудном кармане пиджака или рубашки или даже виде брелка на шее.

Это - миниатюрные МР3-плееры, цифровые диктофоны, фото- и видеокамеры, смартфоны и карманные персональные компьютеры - КПК, современные модели сотовых телефонов. Небольшие по размеру, эти устройства нуждались в расширении емкости встроенной памяти, чтобы записывать и считывать информацию.

Такая память должна быть универсальной и использоваться для записи любых видов информации в цифровой форме: звука, текста, изображений – рисунков, фотографий, видеоинформации.

Первой компанией, изготовившей флэш-память и выпустившей её на рынок, стала Intel. В 1988 году был продемонстрирована флэш-память на 256 кбит, которая имела размеры обувной коробки. Она была построена по логической схеме NOR (в русской транскрипции – НЕ-ИЛИ).

NOR-флэш-память имеет относительно медленные скорости записи и удаления, а число циклов записи относительно невелико (около 100 000). Такую флэш-память можно использовать, когда нужно почти постоянное хранение данных с очень редкой перезаписью, например, для хранения операционной системы цифровых камер и мобильных телефонов.

CD-, DVD- и Blu-ray-диски - это оптические носители информации, на которых можно сохранять в электронном виде фильмы, музыку или другие цифровые данные. Они оперируют, прежде всего, с цифровым кодом. С одной стороны, данные носители информации являются цифровой информационно-коммуникативной технологией, с другой стороны - это технические инструменты для любых видов оцифровки, расчетов, записи, архивирования, обработки, передачи и предъявления цифрового контента.

CD и DVD - это аббревиатуры, а понятие Blu-ray-диск имеет немного другую природу.

CD является сокращением от "компакт-диск" (англ. Compact Disc).

DVD является сокращением от "цифровой видео диск" (англ. Digital Video Disc). Немного позже появилось название "цифровой диск для разностороннего использования" (англ.Digital Versatile Disc), так как DVD можно использовать не только для записи видео.

Blu-ray-диск получил свое название благодаря голубому лазеру (в отличие от белого лазера), который считывает информацию с диска, а также записывает информацию.

Компакт-диск (CD-ROM) длительное время был основным носителем для переноса информации между компьютерами. Сейчас он практически уступил эту роль более перспективным твердотельным носителям, которые работают существенно быстрее, и занимают меньше места.

История

Впервые, идея оптической записи появилась в 1965 году, в американском институте Battelle Memorial, штат Огайо. Эта технология тогда еще была крайне примитивной – фотографическим методом на диск наносились темные точки и черточки. Для считывания информации диск просвечивался специальной лампой. Основоположником технологии был американский физик Джеймс Расселл. Но как это обычно и бывает, он не заработал на своем изобретении ни копейки. Ученый запатентовал свое технологию в 1970 году. Ему же принадлежит и идея использования лазера в качестве источника света.

Компакт-диск был разработан в 1979 году компанией Sony. Sony, использовала собственный метод кодирования сигнала PCM - Pulse Code Modulation, использовавшийся ранее в цифровых профессиональных магнитофонах. В 1982 годуначалось массовое производство компакт-дисков, на заводе в городе Лангенхагене под Ганновером, в Германии. Выпуск первого коммерческого музыкального CD был анонсирован 20 июня 1982 года.

По данным Philips, за 25 лет в мире было продано более 200 миллиардов CD. Несмотря на то, что всё больше людей предпочитают приобретать музыкальные файлы через интернет, по данным IFPI - продажи компакт-дисков до сих пор составляют около 70 % всех продаж музыки.

Значительный вклад в популяризацию компакт-дисков внесли Microsoft и Apple Computer. Джон Скалли, тогдашний CEO Apple Computer, в 1987 году сказал, что компакт-диски произведут революцию в мире персональных компьютеров. Один из первых массовых мультимедийных компьютеров/развлекательных центров, использующих CD диски, была Amiga CDTV (Commodore Dynamic Total Vision), позже CD диски стали использовать в игровых приставках Panasonic 3DO и Amiga CD32.. Первый стандарт

От момента создания, до промышленного применения оптических носителей прошло много лет. Вялые попытки создать музыкальный оптический диск предпринимались многими фирмами. В том числе подобные попытки (причем достаточно удачные) были отмечены и на территории Советского Союза. Но наибольших успехов удалось достичь нидерландской фирме Philips. В те годы мало кто всерьез задумывался про возможность повсеместного распространения цифровых носителей информации. Мир был еще аналоговым. Philips же вложила в разработки 60 миллионов долларов – астрономическую по тем временам сумму. Но компания не прогадала.

В 1979 году компании Philips и Sony заключили договор о совместной разработке нового носителя. Уже через год, компании представили новый стандарт, получивший название CD-DA (Compact Disk Digital Audio). Это был диск с диаметром в 12 сантиметром и временем звучания чуть больше часа. Формат оказался удивительно удачным и удобным. Он быстро завоевал сердца как производителей, так и покупателей.

Формат CD безоговорочно правил на рынке в течении 15 лет. За это время он перестал быть просто музыкальным диском, превратившись в универсальный носитель информации. Однако, уже к средине 90-х годов прошлого века, объема информации, который мог вместить на себя один CD, стало катастрофически не хватать.

В 1994 году стало известно, что альянс Philips и Sony занимается разработкой диска высокой плотности, основанного на базе технологии CD. Новый стандарт получил название DVD (Digital Video Disk или Digital Versatile Disk – обе расшифровки верны). И прежде чем остановится на этой аббревиатуре, производители называли свою разработку то MMCD (Multi Media CD), то HD-CD (High Density Compact Disk). Кстати, правами на аббревиатуру DVD никто не обладает.

Диски нового формата внешне ничем не отличались от обычных CD. Но объем информации удалось увеличить с 650 Мбайт до 4,7 Гбайт. Так же немаловажно то, что проигрыватели DVD без проблем могли воспроизводить и обычные CD, а следовательно не возникало никаких проблем со стандартами. Благодаря появлению DVD, стало возможным получить высокое качество звука и изображения в домашних условиях. Формат довольно быстро стал популярным. На сегодняшний день в DVD Forum входит больше 250 компаний по всему миру. И уже не верится, что в свое время иные аналитики название DVD в шутку расшифровывали как «Dead, Very Dead», предрекая скорую смерть стандарта.

Некоторые проблемы стандартизации возникли лишь когда появились первые DVD с возможностью записи. В мире появились два стандарта - DVD+R и DVD-R. Каждый из них обладал своими преимуществами и недостатками, малопонятными рядовому пользователю. Впрочем, особых проблем у пользователей не возникало. Нужно лишь было следить за тем, чтобы приобретаемый диск поддерживался имеющимся в наличии проигрывателем (DVD-R были более распространены). Да довольно быстро появились универсальные проигрыватели и рекордеры, поддерживающие оба стандарта. На сегодняшний день не все пользователи даже знают о существовании различных стандартов.

DVD повторила историю CD. Узкоспециализированные диски (а DVD изначально разрабатывался только для работы с видео) превратились в универсальный носитель информации. Стоимость проигрывателей сократилась от нескольких сотен долларов, до нескольких десятков. Цена же самих носителей оценивается копейками.

Классификация оптических дисков

В каждой из групп носителей можно выделить три основных типа дисков:

1. диски только для чтения (CD-ROM, DVD-ROM);

2. диски с возможностью однократной записи (CD-R, DVD-R, DVD+R, DVD-R DL, DVD+R DL);

3. диски с возможностью многократной записи (CD-RW, DVD-RW, DVD+RW, DVD-RAM).