Салаватский индустриальный колледж
Периферийные устройства вычислительной техники
Методические указания и контрольные задания для студентов-заочников
Салаватского индустриального колледжа
специальности №230106 «Техническое обслуживание средств вычислительной техники и компьютерных сетей»
2007
| Одобрена предметной (цикловой) комиссией электротехнических дисциплин
Председатель Е.А.Кабатова
|
Методические указания составлены в соответствии с рабочей программой по дисциплине «Периферийные устройства вычислительной техники» по специальности №230106 «Техническое обслуживание средств вычислительной техники и компьютерных сетей»
Заместитель директора по учебной работе _____________ Бикташева Г.А.
|
| Составитель:
|
|
| преподаватель
Салаватского индустриального колледжа
|
_____________Н.А.Кувайцева
|
| Рецензент
|
|
| Преподаватель
Салаватского индустриального колледжа
|
_____________М.А.Цуканова
|
| Ответственный за выпуск
|
_____________А.Б.Денисов
|
СОДЕРЖАНИЕ
Введение
1.
Тематический план учебной дисциплины специальности №230106 «Техническое обслуживание средств вычислительной техники и компьютерных сетей»
2.
Содержание учебной дисциплины и методические указания
3.
Перечень практических работ
4.
Задания для контрольных работ
5.
Литература
Введение
Программа дисциплины «Периферийные устройства вычислительной техники» разработана в соответствии с государственным стандартом среднего профессионального образования для специальностей №230106 «Техническое обслуживание средств вычислительной техники и компьютерных сетей»
Данная дисциплина предназначена для подготовки специалистов среднего технического звена.
Предлагаемые программой разделы учебной дисциплины позволят студентам изучить: организацию системы ввода – вывода информации, классификацию периферийных устройств; аппаратную и программную поддержку работы периферийных устройств: контроллеры, адаптеры, мосты, прямой доступ к памяти, приостановки, прерывания, драйверы; современные и перспективные интерфейсы и шины ввода – вывода; накопители на магнитных и оптических носителях; видеоподсистему: мониторы, видеоадаптеры, видеопроекторы; принципы обработки звуковой информации; устройства вывода информации на печать; устройства ввода информации.
Знания, полученные при изучении данной дисциплины, являются необходимыми при работе с компьютером, что в современном мире является неотъемлемой частью при получении профессионального образования и дальнейшей работы выпускников колледжа.
Раздел 1.
Организация системы ввода – вывода информации, классификация периферийных устройств
Раздел 2.
Аппаратная и программная поддержка работы периферийных устройств: контроллеры, адаптеры, мосты, прямой доступ к памяти, приостановки, прерывания, драйверы
Раздел 3.
Современные и перспективные интерфейсы и шины ввода – вывода
Раздел 4.
Накопители на магнитных и оптических носителях
Раздел 5.
Видеоподсистема: мониторы, видеоадаптеры, видеопроекторы
Раздел 6.
Принципы обработки звуковой информации
Раздел 7.
Устройства вывода информации на печать
Раздел 8.
Устройства ввода информации
После изучения данной дисциплины студент должен знать:
· классификацию периферийных устройств вычислительной техники;
· состав типовых периферийных устройств вычислительной техники;
· принципы построения, физические основы работы периферийных устройств вычислительной техники;
· технические характеристики периферийных устройств вычислительной техники.
После изучения данной дисциплины студент должен уметь:
· выбирать и использовать типовые периферийные устройства вычислительной техники;
· подключать стандартные и нестандартные периферийные устройства вычислительной техники;
· конфигурировать периферийные устройства вычислительной техники и обеспечивать их аппаратную совместимость;
· выбирать рациональную конфигурацию периферийных устройств в соответствии с решаемой задачей.
Дисциплина отражает базовый уровень и принадлежит к специальному циклу.
Для закрепления теоретических знаний и приобретения необходимых практических навыков программой предмета предусматривается проведение практических работ, которые проводятся после изучения соответствующих тем. Для проведения практических работ материально-техническая база колледжа соответствует.
Тематический план данной программы разработан для специальности №230106 «Техническое обслуживание средств вычислительной техники и компьютерных сетей» с учетом количества часов по учебному плану данной специальности.
2 Тематический план
учебной дисциплины специальности
№230106 «Техническое обслуживание средств вычислительной техники и компьютерных сетей»
|
Наименование разделов и тем
|
Макс. учеб. нагрузка студента
|
Кол-во аудиторных часов при очной форме обучения
|
Самостоя- тельные работы
|
||
|
Всего
|
В том числе
|
||||
| на практ.
занятия
|
на лабор. работы
|
||||
| Введение |
2
|
2
|
-
|
-
|
-
|
| Раздел 1. Организация системы ввода – вывода информации, классификация периферийных устройств
|
6
|
4
|
-
|
-
|
2
|
| Тема 1.1
|
2
|
2
|
-
|
-
|
-
|
| Тема 1.2
|
4
|
2
|
-
|
-
|
2
|
| Раздел 2. Аппаратная и программная поддержка работы периферийных устройств: контроллеры, адаптеры, мосты, прямой доступ к памяти, приостановки, прерывания, драйверы
|
8
|
6
|
2
|
-
|
2
|
| Тема 2.1
|
2
|
2
|
-
|
-
|
-
|
| Тема 2.2
|
6
|
4
|
2
|
-
|
2
|
| Раздел 3. Современные и перспективные интерфейсы и шины ввода – вывода
|
12
|
10
|
2
|
-
|
2
|
| Тема 3.1
|
2
|
2
|
-
|
-
|
-
|
| Тема 3.2
|
2
|
2
|
-
|
-
|
-
|
| Тема 3.3
|
2
|
2
|
-
|
-
|
-
|
| Тема 3.4
|
6
|
4
|
2
|
|
2
|
| Раздел 4. Накопители на магнитных и оптических носителях
|
12
|
10
|
4
|
-
|
2
|
| Тема 4.1
|
4
|
4
|
2
|
-
|
-
|
| Тема 4.2
|
4
|
4
|
2
|
-
|
-
|
| Тема 4.3
|
4
|
2
|
-
|
-
|
2
|
| Раздел 5. Видеоподсистема: мониторы, видеоадаптеры, видеопроекторы
|
22
|
16
|
6
|
-
|
6
|
| Тема 5.1
|
4
|
4
|
2
|
-
|
-
|
| Тема 5.2
|
2
|
2
|
-
|
-
|
-
|
| Тема 5.2
|
6
|
4
|
2
|
-
|
2
|
| Тема 5.3
|
4
|
2
|
-
|
-
|
2
|
| Тема 5.4
|
6
|
4
|
2
|
-
|
2
|
|
Наименование разделов и тем
|
Макс. учеб. нагрузка студента
|
Кол-во аудиторных часов при очной форме обучения
|
Самостоя- тельные работы
|
||
|
Всего
|
В том числе
|
||||
| на практ.
занятия
|
на лабор. работы
|
||||
| Раздел 6. Принципы обработки звуковой информации
|
8
|
6
|
2
|
-
|
2
|
| Тема 6.1
|
2
|
2
|
-
|
-
|
-
|
| Тема 6.2
|
6
|
4
|
2
|
-
|
2
|
| Раздел 7. Устройства вывода информации на печать
|
20
|
12
|
6
|
-
|
8
|
| Тема 7.1
|
8
|
4
|
2
|
-
|
4
|
| Тема 7.2
|
4
|
4
|
2
|
-
|
-
|
| Тема 7.3
|
8
|
4
|
2
|
-
|
4
|
| Раздел 8. Устройства ввода информации
|
23
|
20
|
8
|
-
|
3
|
| Тема 8.1
|
4
|
2
|
-
|
-
|
2
|
| Тема 8.2
|
4
|
4
|
2
|
-
|
-
|
| Тема 8.3
|
4
|
4
|
2
|
-
|
-
|
| Тема 8.4
|
4
|
4
|
2
|
-
|
-
|
| Тема 8.5
|
6
|
4
|
2
|
-
|
1
|
| Итоговое занятие
|
2
|
2
|
-
|
-
|
-
|
| Всего по дисциплине:
|
113
|
86
|
30
|
-
|
27
|
3 СОДЕРЖАНИЕ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ И МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
Введение
Студент должен:
иметь представление:
· о роли и месте знаний по дисциплине в процессе освоения основной профессиональной образовательной программы по специальности.
знать:
· роль и место знаний по дисциплине при освоении смежных дисциплин по выбранной специальности и в сфере профессиональной деятельности;
уметь:
· оперировать основными понятиями и определениями, используемыми в данной дисциплине
Содержание и задачи дисциплины. Роль и значение периферийных устройств вычислительной техники в современном обществе и профессиональной деятельности. Области применения периферийных устройств вычислительной техники. Обзор развития периферийных устройств вычислительной техники.
Методические указания
Современные технические средства информатизации в общем случае можно представить в виде информационно-вычислительного комплекса, содержащего собственно компьютер с его основными устройствами, а также дополнительные, или периферийные устройства. Классификация технических средств информатизации дана на рисунке 1.
К числу основных устройств персонального компьютера, располагающихся в его системном блоке, относят материнскую плату, процессор, видеоадаптер (видеокарту), звуковую карту, средства обработки видеосигнала, оперативную память,
TV-тюнер. В системном блоке располагаются также приводы и дисководы для накопителей информации различных типов: на гибких и жестких дисках, компакт-дисках типа
CD-
ROM,
CD-
R,
CD-
RW,
DVD.
Устройства отображения информации
служат для обработки видеоинформации и ее представления для визуального восприятия.
Звуковая и акустическая системы
компьютера обеспечивают обработку и воспроизведение аудиоинформации.
Устройства ввода информации
представляют собой совокупность устройств управления и ввода данных. Эти функции выполняют клавиатура, мышь, джойстик.
Печатающие устройства
(принтеры) служат для вывода на твердые, как правило, бумажные носители текстовой информации.
Средства телекоммуникаций
предназначены для дистанционной передачи информации. К ним относятся пейджеры, радиотелефоны, персональные терминалы для спутниковой связи, обеспечивающие передачу звуковой и текстовой информации.
Широко распространенными средствами работы с информаци
ей на твердых нос
ителях являются многочисленные устройства копировальной техники: электрографические, термографические, диазографические, фотографические, электронно-графические. Для уничтожения конфиденциальной информации на твердых носителях используются специальные устройства — шреддеры.
Рисунок 1- Классификация технических средств информатизации
Вопросы для самоконтроля:
1.
Устройства отображения информации;
2.
Звуковая и акустическая системы;
3.
Устройства ввода информации;
4.
Печатающие устройства;
5.
Средства телекоммуникаций
Раздел 1. Организация системы ввода – вывода информации, классификация периферийных устройств
Тема 1.1 Классификация периферийных устройств
Студент должен:
иметь представление:
· о назначении периферийных устройств;
· о принципах построения периферийных устройств;
· об области применения периферийных устройств.
знать:
· классификацию периферийных устройств.
уметь:
· классифицировать периферийные устройства
Периферийные устройства: назначение и классификация. Общие принципы построения периферийных устройств вычислительной техники.
Методические указания
Внешние устройства предназначены для обеспечения нормаль
ного функционирования ЭВС и для коммуникации центральных устройств с внешними источниками и потребителями информа
ции.
К внешним
относятся вспомогательные устройства, такие как
устройства электропитания и аппаратура интерфейса питания, стабилизаторы напряжения, устройства защиты от перегрузок, устройства кондиционирования и вентиляции, счетчики времени
и электронные часы, а также сервисная аппаратура для автоном
ной проверки работоспособности плат и блоков.
Основное назначение периферийных (внешних) устройств ЭВС —
организация входных и выходных потоков управляющей инфор
мации, данных для обработки и результатов вычислений. Таким о
бразом, периферийное устройство
(ПУ) — это любое отличное от
центрального процессора оборудование, обеспечивающее комму
никацию вычислительной системы с внешними источниками и
потребителями информации. Для этого ПУ обеспечивают согласо
вание информационных и физических характеристик внешних
объектов и сигналов, используемых в ЭВС.
По назначению ПУ могут быть разбиты на три группы: регистрирующие, оперативные и автоматические.
Регистрирующие УВыв
—
устройства, использующие промежуточные носители (например, магнитоносители) для длительного хранения информации в виде,
пригодном для последующего использования в ЭВС или в виде, удобном для использования человеком (графики, таблицы, пе
чатный текст, чертежи).
Оперативные УВв
— устройства непосредственного, оператив
ного взаимодействия оператора с ЭВМ, предназначенные для
организации диалога между ЭВМ и человеком в процессе отладки
программ и решения задач. Это оперативные УВв (клавиатура,
световое перо, дигитайзеры, микрофон) и средства отображения,
(СО) результатов — цифровые индикаторы, экраны, звуковые
сигнализаторы.
Автоматические УВв
— устройства связи с объектом, предназначенные для ввода в ЭВС данных непосредственно с объектов ; автоматизации и выдачи управляющих воздействий на объекты. Это аналого-цифровые преобразователи (АЦП) и цифроаналоговые преобразователи (ЦАП). Сюда же можно отнести и читающие автоматы — сканеры.
Модемы
— устройства, модулирующие и демодулирующие сиг
налы, передаваемые с помощью средств связи в случае использо
вания каналов связи для коммутации ЭВС в вычислительных сетях, занимают промежуточное значение между низкоскоростными и среднескоростными УВв.
Рисунок 2- Классификация устройств ввода
|
| |
Вопросы для самоконтроля:
1.
Определение периферийного устройства;
2.
Оперативные устройства ввода;
3.
Автоматические устройства ввода;
4.
Модем;
5.
Устройства вывода
Тема 1.2 Организация системы ввода- вывода информации
Студент должен:
иметь представление:
· об организации систем ввода- вывода информации
знать:
· понятие интерфейса;
· классификацию интерфейсов;
· архитектуру шин.
уметь:
· организовать систему ввода выводы информации
Организация систем ввода- вывода информации. Понятие интерфейса. Унифицированные интерфейсы. Классификация интерфейсов. Архитектура шины и ее основные характеристики.
Методические указания
Шиной (
Bus
) называется вся совокупность линий (проводников на материнской плате), по которым обмениваются информацией компоненты и устройства ПК. Шина предназначена для обмена информацией между двумя и более устройствами. Шина, связывающая только два устройства, называется портом.
Шина имеет места для подключения внешних устройств — сло
ты, которые в результате становятся частью шины и могут обмениваться информацией со всеми другими подключенными к ней устройствами.
Рисунок 4 - Структура шины
Шины в ПК различаются по своему функциональному назна
чению:
· системная шина (или шина
CPU
) используется микросхемами
Cipset
для пересылки информации к
CPU
и обратно;
· шина кэш-памяти предназначена для обмена информацией между
CPU
и кэш-памятью;
· шина памяти используется для обмена информацией между
оперативной памятью
RAM
и
CPU
;
· шины ввода/вывода информации подразделяются на стандарт
ные и локальные.
Локальная шина ввода/вывода
— это скоростная
шина, предназначенная для обмена информацией между быстродействующими периферийными устройствами (видеоадаптерами,
сетевыми картами, картами сканера и др.) и системной шиной
под управлением
CPU
.
Стандартная шина ввода/вывода используется
для
подключения к перечисленным выше шинам более медленных
устройств (например, мыши, клавиатуры, модемов, старых звуковых карт). До недавнего времени в качестве этой шины использовалась шина стандарта
ISA
. В настоящее время — шина
USB
.
Шина имеет собственную архитектуру, позволяющую реали
зовать важнейшие ее свойства — возможность параллельного под
ключения практически неограниченного числа внешних устройств
и обеспечение обмена информацией между ними. Архитектура
любой шины имеет следующие компоненты:
· линии для обмена данными (шина данных);
· линии для адресации данных (шина адреса);
· линии управления данными (шина управления);
· контроллер шины.
Контроллер шины
осуществляет управление процессом об
мена данными и служебными сигналами и обычно выполняется в
виде отдельной микросхемы либо в виде совместимого набора
микросхем —
Chipset
.
Основные характеристики шины
Разрядность шины
определяется числом параллельных
проводников, входящих в нее.
Пропускная способность шины
определяется коли
чеством байт информации, передаваемых по шине за секунду. Для
определения пропускной способности шины необходимо умно
жить тактовую частоту шины на ее разрядность.
Внешние устройства к шинам подключаются посредством ин
терфейса (
Interface
— сопряжение), представляющего собой сово
купность различных характеристик какого-либо периферийного
устройства ПК, определяющих организацию обмена информаци
ей между ним и центральным процессором.
Стандарты шин ПК
Принцип
IBM
-совместимости подразумевает стандартизацию интерфейсов отдельных компонентов ПК, что, в свою очередь,
определяет гибкость системы в целом, т. е. возможность по мере
необходимости изменять конфигурацию системы и подключать
различные периферийные устройства. В случае несовместимости интерфейсов используются контроллеры. Кроме того, гибкость и унификация системы достигаются за счет введения промежуточных стандартных интерфейсов, таких как интерфейсы последова
тельной и параллельной передачи данных. Эти интерфейсы необхо
димы для работы наиболее важных периферийных устройств ввода и вывода.
Системная шина предназначена для обмена информаци
ей между
CPU
, памятью и другими устройствами, входящими в систему. К системным шинам относятся:
· GTL
, имеющая разрядность 64 бит, тактовую частоту 66, 100 и
133 МГц;
· EV
6, спецификация которой позволяет повысить ее тактовую
частоту до 377 МГц.
Шины ввода/вывода
совершенствуются в соответствии
с развитием периферийных устройств ПК. В табл. 1 представлены
характеристики некоторых шин ввода/вывода.
Шина
ISA
в течение многих лет считалась стандартом ПК, одна
ко и до сих пор сохраняется в некоторых ПК наряду с современной Шиной
PCI
. Корпорация
Intel
совместно с
Microsoft
разработала
стратегию постепенного отказа от шины
ISA
. Вначале планируется исключить
ISA
-разъемы на материнской плате, а впоследствии
исключить слоты
ISA
и подключать дисководы, мыши, клавиа
туры, сканеры к шине
USB
, а винчестеры, приводы
CD
-
ROM
,
DVD
-
ROM
— к шине
IEEE
1394. Однако наличие огромного парка ПК с шиной
ISA
и соответствующих комплектующих позволя
ет предполагать, что 16-разрядная шина
ISA
будет востребована
еще на протяжении некоторого времени.
Таблица1 -
Характеристики шин ввода/вывода
| Шина
|
Разрядность, бит
|
Тактовая частота, МГц
|
Пропускная способность, Мбайт/с
|
| ISA 8-разрядная
|
08
|
8,33
|
0008,33
|
| ISA 16-разрядная
|
16
|
8,33
|
0016,6
|
| EISA
|
32
|
8,33
|
0033,3
|
| VLB
|
32
|
33
|
0132,3
|
| PCI
|
32
|
33
|
0132,3
|
| PCI 2.1 64-разрядная
|
64
|
66
|
0528,3
|
| AGP (1
|
32
|
66
|
0262,6
|
| AGP (2x)
|
32
|
66x2
|
0528,3
|
| AGP (4x)
|
32
|
66x2
|
1056,6
|
Шина
EIS
A
стала дальнейшим развитием шины
ISA
в направлении повышения производительности системы и совместимости ее компонентов. Шина не получила широкого распространения в
связи с ее высокой стоимостью и пропускной способностью, ус
тупающей пропускной способности появившейся на рынке шины
VESA
.
Шина
VESA
, или
VLB
, предназначена для связи
CPU
с быст
рыми периферийными устройствами и представляет собой рас
ширение шины
ISA
для обмена видеоданными. Во времена преоб
ладания на компьютерном рынке процессора
CPU
80486 шина
VLB
была достаточно популярна, однако в настоящее время ее
вытеснила более производительная шина
PCI
.
Шина
PCI
была разработана фирмой
Intel
для процессора
Pentium
и представляет собой совершенно новую шину. Основополагающим принципом, положенным в основу шины
PCI
, является
применение так называемых мостов (
Bridges
), которые осуще
ствляют связь между шиной
PCI
и другими типами шин.
Шина
AGP
— высокоскоростная локальная шина ввода/выво
да, предназначенная исключительно для нужд видеосистемы. Она
связывает видеоадаптер (З
D
-акселератор) с системной памятью
Шина
SCSI
(
Small
Computer
System
Interface
) обеспечивает ско
рость передачи данных до 320 Мбайт/с и предусматривает подключение к одному адаптеру до восьми устройств: винчестеры,
приводы
CD
-
ROM
, сканеры, фото- и видеокамеры. Отличительной особенностью шины
SCSI
является то, что она представляет собой кабельный шлейф. С шинами
PC
(
ISA
или
PCI
) шина
SCSI
связана через хост-адаптер (
Host
Adapter
). Каждое устройство, подключенное к шине, имеет свой идентификационный номер (
ID
). Любое устройство, подключенное к шине
SCSI
, может ини
циировать обмен с другим устройством.
Шина
IEEE
1394
— это стандарт высокоскоростной локальной
последовательной шины, разработанный фирмами
Apple
и
Texas
Instruments
. Шина
IEEE
1394 предназначена для обмена цифровой
информацией между ПК и другими электронными устройствами,
особенно для подключения жестких дисков и устройств обработ
ки аудио- и видеоинформации, а также работы мультимедийных
приложений. Она способна передавать данные со скоростью до
1600 Мбит/с, работать одновременно с несколькими устройства
ми, передающими данные с разными скоростями, как и
SCSI
.
Как и
USB
, шина
IEEE
1394 полностью поддерживает техноло
гию
Plug
&
Play
, включая возможность установки компонентов без отключения питания ПК.
Последовательный и параллельный порты
Такие устройства ввода и вывода, как клавиатура, мышь, мо
нитор и принтер, входят в стандартную комплектацию ПК. Все
периферийные устройства ввода должны коммутироваться с ПК
таким образом, чтобы данные, вводимые пользователем, могли
не только корректно поступать в компьютер, но и в дальнейшем
эффективно обрабатываться. Для обмена данными и связи между
периферией (устройствами ввода/вывода) и модулем обработки данных (материнской платой) может быть организована параллельная или последовательная передача данных.
Параллельная связь означает, что все 8 бит (или 1 байт)
пересылаются и передаются не один за другим, а одновременно (параллельно) или, точнее, каждый по своему проводу. Принцип параллельной передачи данных становится очевидным, если рассмотреть кабель, подсоединенный к разъему параллельного ин
терфейса, например кабель принтера. Он значительно толще, чем
последовательный кабель мыши, поскольку кабель для параллельной передачи данных должен как минимум содержать восемь про
водов, каждый из которых предназначен для передачи одного бита.
Параллельный интерфейс для принтера обычно обозначают
LPT
(
Line
Printer
). Первый подключенный принтер обозначается как от
LPT
1, а второй — как от LPT2.
Существуют несколько типов параллельных портов- стандарт
ный, ЕРР и ЕСР.
Стандартный параллельный порт предназначен только для од
носторонней передачи информации от ПК к принтеру, что зало
жено в электрической схеме порта. Он обеспечивает максимальную скорость передачи данных от 120 до 200 Кбайт/с.
Порт ЕРР является двунаправленным, т.е. обеспечивает парал
лельную передачу 8 бит данных в обоих направлениях и полнос
тью совместим со стандартным портом. Порт ЕРР передает и при
нимает данные почти в шесть раз быстрее стандартного парал
лельного порта, чему способствует то, что порт ЕРР имеет буфер, сохраняющий передаваемые и принимаемые символы до
момента, когда принтер будет готов их принять. Специальный режим позволяет порту ЕРР передавать блоки данных непосредственно из
RAM
PC
в принтер и обратно, минуя процессор. При
использовании надлежащего программного обеспечения порт ЕРР
может передавать и принимать данные со скоростью до 2 Мбит/с.
Порт ЕСР, обладая всеми возможностями порта ЕРР, обеспечивает повышенную скорость передачи данных за счет функции
сжатия данных. Для сжатия данных используется метод
RLE
(
Run
Length
Encoding
), согласно которому длинная последовательность одинаковых символов передается всего лишь двумя байтами: один байт определяет повторяющийся символ, а второй — число повторений. При этом стандарт ЕСР допускает сжатие и распаковку данных как программно (путем применения драйвера), так и аппаратно (схемой порта). Данная функция не является обязательной, поэтому порты, периферийные устройства и программы могут ее и не поддерживать. Она может быть реализована, когда режим сжатия данных поддерживается как портом ЕСР, так и принтером. Увеличение скорости передачи данных с помощью порта ЕСР существенно уменьшает время распечатки данных на принтере.
Использование преимуществ функциональных возможностей портов ЕСР и ЕРР возможно при наличии компьютера, оборудованного одним из этих стандартов.
Последовательная
связь
осуществляется побитно: от
дельные биты пересылаются (или принимаются) последователь
но один за другим по одному проводу, при этом возможен обмен данными в двух направлениях, прием и передача данных осуще
ствляются с одинаковой тактовой частотой. Для последовательных интерфейсов выбор подключаемых устройств значительно
шире, поэтому большинство ПК обычно оборудовано двумя ин
терфейсными разъемами для последовательной передачи данных.
В качестве стандартного обозначения для последовательного
интерфейса чаще всего используют
RS
-232,
RS
-422,
RS
-465.
Разъемы последовательного интерфейса на ПК представляют
собой 9-контактный (вилка)
Sub
-
D
или 25-контактный (вилка)
Sub
-
D
.
Для установления связи между двумя последовательными ин
терфейсами предварительно необходимо сконфигурировать их со
ответствующим образом, т.е. указать, как будет осуществляться
обмен данными: скорость обмена, формат данных, контроль чет
ности и т. п. Аппаратное конфигурирование интерфейса путем со
ответствующей установки джамперов или переключателей неудоб
но, поскольку приходится вскрывать корпус ПК. Обычно конфи
гурирование последовательного интерфейса осуществляется программным способом, тем более что среда
Windows
предоставляет
такую возможность.
Вопросы для самоконтроля:
1.
Структура и стандарты шин ПК;
2.
Локальная шина ввода/вывода;
3.
Стандартная шина ввода/вывода;
4.
Контроллер шины;
5.
Основные характеристики шины;
6.
Стандарты шин ПК
Раздел 2. Аппаратная и программная поддержка работы периферийных устройств: контроллеры, адаптеры, мосты, прямой доступ к памяти, приостановки, прерывания, драйверы
Тема 2.1 Аппаратная поддержка работы периферийных устройств
Студент должен:
иметь представление:
· об аппаратной поддержке работы периферийных устройств
знать:
· аппаратные средства поддержки работы периферийных устройств;
· назначение и принцип работы контроллера;
· назначение и принцип работы адаптера;
· назначение и принцип работы моста.
уметь:
· организовывать работу периферийных устройств на аппаратном уровне
Аппаратные средства поддержки работы периферийных устройств: контроллеры, адаптеры, мосты.
Методические указания
Аппара́тное обеспе́че́ние
(англ.
hardware) включает в себя все физические части компьютера, но не включает информацию (данные), которые он хранит и обрабатывает, и программное обеспечение, которое им управляет.
Типичный компьютер
Подавляющее большинство компьютеров — скрыты, «внедрены» в другие устройства, например, в автомобили, микроволновки, электрокардиографы, проигрыватели компакт-дисков, сотовые телефоны. Лишь самая малая часть компьютеров (около 0.2% всех компьютеров, произведённых в 2003 году) — это настольные и мобильные персональные компьютеры.
Персональный компьютер
Типичный персональный компьютер состоит из корпуса и следующих частей:
1.
Материнская плата, на которой установлен центральный процессор, оперативная память и другие части, а также слоты расширения
2.
Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) и кеш
3.
Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ)
4.
Шины — PCI, PCI-E, ISA (устарела), USB, AGP
5.
Блок питания
6.
Контроллеры устройств хранения — IDE, SCSI или других типов, находящиеся непосредственно на материнской плате (встроенные) либо на платах расширения. К контроллерам подключены жёсткий диск (винчестер), привод гибких дисков, CD-ROM и другие устройства.
7.
Накопители на сменных носителях
8.
Приводы CD или DVD
9.
привод гибких дисков
10.
стриммер
11.
Устройства хранения информации
12.
Жёсткий диск (винчестер)
13.
дисковый массив
14.
Видео-контроллер (встроенный или в виде платы расширения —передающий сигнал на монитор
15.
Звуковой контроллер
16.
Сетевой интерфейс
Кроме того, в аппаратное обеспечение также входят внешние компоненты — периферийные устройства:
1.
Устройства ввода
2.
Клавиатура
3.
Мышь, трекбол или тачпад
4.
Джойстик
5.
Сканер
6.
Устройства вывода
7.
Монитор (дисплей)
8.
Колонки/наушники
9.
Печатающие устройства
10.
Принтер
11.
Плоттер (графопостроитель)
12.
Модем — для связи по телефонной линии
Вопросы для самоконтроля:
1.
Аппаратное обеспечение;
2.
Типичный компьютер;
3.
Персональный компьютер;
4.
Устройства ввода.
Тема 2.2 Программная поддержка работы периферийных устройств
Студент должен:
иметь представление:
· о программной поддержке работы периферийных устройств
знать:
· программные средства поддержки работы периферийных устройств ПК;
· назначение и принцип организации работы прямого доступа к памяти;
· назначение приостановок, прерываний;
· назначение и принцип организации работы драйвера периферийного устройства ПК;
· спецификацию
P&
P.
уметь:
· организовывать работу периферийных устройств на программном уровне;
· выбирать и использовать типовые периферийные устройства вычислительной техники;
· подключать стандартные периферийные устройства вычислительной техники;
· устанавливать программное обеспечение (драйверы) периферийных устройств
Программная поддержка работы периферийных устройств ПК. Прямой доступ к памяти. Приостановки. Прерывания. Драйверы периферийного устройства ПК. Спецификация
P&
P.
Методические указания
Прерывание
(англ.
interrupt) — сигнал, сообщающий процессору о совершении какого-либо асинхронного события. При этом выполнение текущей последовательности команд приостанавливается, и управление передаётся обработчику прерывания, который выполняет работу по обработке события и возвращает управление в прерванный код.
Виды прерываний:
Аппаратные (англ.
IRQ -
Interrupt
Request) — события от периферийных устройств (например, нажатия клавиш клавиатуры, движение мыши, сигнал от таймера, сетевой карты или дискового накопителя) — внешние прерывания, или события в микропроцессоре — (например, деление на ноль) — внутренние прерывания;
Программные — инициируются выполняемой программой, т.е. уже синхронно, а не асинхронно. Программные прерывания могут служить для вызова сервисов операционной системы.
Обработчики прерываний обычно пишутся таким образом, чтобы время их обработки было как можно меньшим.
До окончания обработки прерывания обычно устанавливается запрет на обработку или даже генерацию других прерываний. Некоторые процессоры поддерживают иерархию прерываний, позволяющую прерываниям более высокого приоритета вызываться при обработке менее важных прерываний.
Вектор прерывания
— ячейка памяти, содержащая адрес обработчика прерывания.
Перехват прерывания
— изменение обработчика прерывания на свой собственный.
Вектора прерываний объединяются в таблицу векторов прерываний. Местоположение таблицы зависит от типа и режима работы микропроцессора.
Обработчик прерываний
(или процедура обслуживания прерываний) — процедура операционной системы или драйвера устройства, вызываемая по прерыванию для выполнения его обработки. Обработчики прерываний могут выполнять множество функций, которые зависят от причины, которая вызвала прерывание и времени выполнения, которые требуются на это обработчику.
Обработчик прерываний—это низкоуровневый эквивалент обработчика событий. Эти обработчики вызываются либо по аппаратному прерыванию, либо соответствующей инструкцией в программе. И соответственно служат для обслуживания устройств или для осуществления вызова функций операционной системы (как способ передачи управления между различными уровнями защиты).
В современных системах обработчики прерываний делятся на Высокоприоритетные Обработчики Прерываний (ВОП) и Низкоприоритетные Обработчики Прерываний (НОП).
К выполнению ВОП обычно предъявляются жесткие требования: малое время на выполнение, малое количество операций, разрешенных к выполнению, особая надежность, так как ошибки, допущенные во время выполнения, могут обрушить операционную систему, которая не может корректно их обработать. Поэтому ВОП обычно выполняют минимально необходимую работу: быстро обслуживают прерывание, собирают критичную информацию, которая доступна только в это время, и планируют выполнение НОП для дальнейшей обработки.
ВОП, которые обслуживают аппаратные устройства, обычно маскируют свое прерывание для того, чтобы предотвратить вложенные вызовы, которые могут вызвать переполнение стека.
НОП завершает обработку прерывания. НОП либо имеет собственный поток для обработки, либо заимствует на время обработки поток из системного пула. Эти потоки планируются наравне с другими, что позволяет добиться более гладкого выполнения процессов. НОП выполняется с гораздо менее жесткими ограничениями по времени и ресурсам, что облегчает программирование и использование драйверов.
В разных системах ВОП и НОП именуются по-разному. В операционной системе Windows ВОП называется обработчиком прерывания, а НОП—отложенный вызов процедуры (DPC, Defered Procedure Call)
DMA
Прямой доступ к памяти
(англ. Direct Memory Access, DMA) — режим обмена данными, без участия Центрального Процессора. За счёт чего скорость передачи увеличивается, т.к. данные не пересылаются в ЦП и обратно.
Plug
and
Play
(сокр. PnP), дословно переводится как «включил и играй» — технология, предназначенная для быстрого определения и конфигурирования устройств в компьютере. Разработана фирмой Microsoft при содействии других компаний.
Основные знания о PnP:
PNP BIOS — расширения BIOS для работы с PnP устройствами.
Plug and Play Device ID — индификатор PnP устройства имеет вид PNPXXXX, где XXXX — специальный код.
Вопросы для самоконтроля:
1.
Аппаратные средства поддержки работы периферийных устройств: контроллеры;
2.
Аппаратные средства поддержки работы периферийных устройств: адаптеры;
3.
Аппаратные средства поддержки работы периферийных устройств: мосты.
Раздел 3. Современные и перспективные интерфейсы и шины ввода – вывода
Тема 3.1 Интерфейсные подключения периферийных устройств ПК
Студент должен:
иметь представление:
· о современных и перспективных интерфейсах и шинах ввода – вывода
знать:
· интерфейсные подключения периферийных устройств вычислительной техники;
· функции интерфейсов;
· типы интерфейсов;
· структуру разъемов шин;
· основные характеристики интерфейсов подключения периферийных устройств.
уметь:
· подключать периферийные устройства к ПК
Интерфейсные подключения периферийных устройств ПК. Функции интерфейсов. Типы интерфейсов. Структура разъемов шин. Основные характеристики интерфейсов подключения периферийных устройств.
Методические указания
Интерфейс
— коммуникационное устройство (или протокол обмена), позволяющее одному устройству взаимодействовать с другим и устанавливать соответствие между выходами одного устройства и входами другого. Основная функция интерфейса
HDD — передача данных из вычислителя ПК в накопитель и обратно. Разработано несколько основных типов интерфейсов:
ESDI,
IDE,
SCSI. Распространенный в конце 1980-х гг. интерфейс
ESDI не отвечает требованиям современных систем по быстродействию, кроме того, его различные исполнения часто бывают несовместимы. В связи с этим ему на смену пришли интерфейсы:
IDE (1989 г.), обладающий повышенным быстродействием, и
SCSI (1986 г.), имеющий большие возможности для расширения системы за счет подключения разнообразных устройств, а также
E-
IDE — расширенный
IDE.
IDE и
SCSI — интерфейсы, в которых контроллер выполнен в виде микросхемы, установленной на плате накопителя. В интерфейсе
SCSI между контроллером и системной Шиной введен еще один уровень организации данных и управления, а интерфейс
IDE взаимодействует с системной шиной непосредственно.
Основными характеристиками накопителей
на жестких дисках, которые следует принимать во внимание при выборе устройства, являются емкость, быстродействие и время безотказной работы.
Емкость винчестера
определяется максимальным объемом данных, которые можно записать на носитель. Реальная величина емкости винчестера достигает сотни гигабайт. Прогресс в области
создания и производства накопителей на жестких дисках приводит к тому, что ежегодно плотность записи (и соответственно емкость) увеличивается примерно на 60%.
Среднее время доступа к различным объекта
м на
HDD
определяет фактическую производительность накопителя. Время, необходимое винчестеру для поиска любой информации на диске, измеряется миллисекундами. Среднее время доступа винчестеров составляет 7 —9 мс.
Размер кэш-памяти
(быстрой буферной памяти) винчестеров
колеблется в диапазоне от 512 Кбайт до 2 Мбайт.
Скорость передачи данных
(
Maximum
Data
Transfer
Rate
—
MDTR
)
зависит от таких характеристик винчестера, как число байт в сек
торе, число секторов на дорожке, скорость вращения дисков.
Время безотказной работы
для накопителей определяется расчетным среднестатистическим временем между отказами (
Mean
Time
Between
Failures
—
MTBF
), характеризующим надежность
устройства, указывается в документации и обычно составляет
20 000 — 500 000 ч. Подобно дискетам, жесткий диск делится на дорожки и секторыю. Каждая дорожка однозначно определяется номером головки и порядковым номером, отсчитываемым на диске относительно внешнего края. Накопитель содержит несколько дисков, расположенных один над другим; их" разбиения идентичны. Поэтому принято рассматривать пакет жестких дисков в виде цилиндров, каждый из которых состоит из аналогичных дорожек на поверхностях каждого диска. Секторы идентифицируются своим порядковым номером относительно начала дорожки. Нумерация секторов на дорожке начинается с единицы, а головок и цилиндров — с нуля.
Вопросы для самоконтроля:
1.
Интерфейс: назначение;
2.
IDE и
SCSI — интерфейсы;
3.
Основные характеристики накопителей на жестких дисках
Тема 3.2 Внутренние интерфейсы
Студент должен:
иметь представление:
· об интерфейсных подключениях периферийных устройств ПК
знать:
· назначение и технические характеристики интерфейсов:
ISA,
EISA,
PCI,
AGP;
· структуру разъемов шин
ISA,
EISA,
PCI,
AGP
уметь:
· определять тип разъема для подключения периферийного устройства вычислительной техники;
Внутренние интерфейсы
ISA,
EISA,
PCI,
AGP. Назначение и технические характеристики. Структура разъемов шин. Подключение карт расширения.
Методические указания
PCI
(англ.
Peripheral
component
interconnect
, дословно: взаимосвязь периферийных компонентов) — системная шина для подключения периферийных устройств к материнской плате компьютера.
Стандарт на шину PCI определяет:
· физические параметры (например, разъёмы и разводку сигнальных линий);
· электрические параметры (например, напряжения);
· логическую модель (например, типы циклов шины, адресацию на шине);
· Развитием стандарта PCI занимается организация PCI Special Interest Group.
Конфигурирование
PCI-устройства с точки зрения пользователя самонастраиваемы (plug and play). После старта компьютера, системное программное обеспечение обследует конфигурационное пространство PCI каждого устройства, подключённого к шине и распределяет ресурсы. Каждое устройство может затребовать до семи диапазонов в адресном прострастве памяти PCI или в адресном пространстве ввода-вывода PCI. Кроме того, устройства могут иметь ПЗУ, содержащее исполняемый код для процессоров x86 или PA-RISC, Open Firmware (системное ПО компьютеров на базе SPARC) или драйвер EFI. Настройка прерываний осуществляется также системным программным обеспечением (в отличии от шины ISA, где настройка прерываний осуществлялась переключателями на карте). Запрос на прерывание на шине PCI передаётся с помощью изменения уровня сигнала на одной из линий IRQ, поэтому имеется возможность работы нескольких устройств с одной линией запроса прерывания; обычно системное ПО пытается выделить каждому устройству отдельное прерывание для увеличения производительности.
Спецификация шины PCI
· частота шины — 33,33 МГц или 66,66 МГц, передача синхронная;
· разрядность шины — 32 или 64 бита, шина мультиплексированная (адрес и данные передаются по одним и тем же линиям);
· пиковая пропускная способность для 32-разрядного варианта, работающего на частоте 33,33 МГц — 133 Мб в секунду;
· адресное пространство памяти — 32 бита (4 Гибибайта);
· адресное пространство портов ввода-вывода — 32 бита (4 Гибибайта);
· конфигурационное адресное пространство (для одной функции) 256 байт;
· напряжение 3,3 или 5 вольт.
ISA
(от англ.
Industry
Standard
Architecture
,
ISA
bus
) — 8-ми или 16-ти разрядная системная шина IBM PC-совместимых компьютеров. Служит для подключения плат расширения стандарта ISA. Конструктивно выполняется в виде 62-х или 98-контактного разъёма на материнской плате.
С появлением материнских плат формата ATX — шина ISA перестала широко использоваться в компьютерах, хотя встречаются ATX-платы и AGP 4x, 6 PCI и одним(или двумя) портами ISA. Но пока её ещё можно встретить в старых AT-компьютерах, а также в промышленных компьютерах.
Для встроенных систем существует вариант компоновки шины ISA, отличающийся применяемыми разъёмами — шина PC/104.
EISA
(англ.
Extended
Industry
Standard
Architecture
) — шина для IBM-совместимых компьютеров. Была анонсирована в конце 1988 группой производителей IBM-совместимых компьютеров в ответ на введение фирмой IBM закрытой шины MCA в компьютерах серии PS/2.
Со временем возникла потребность в шине с более высокой пропускной способностью, и шина EISA была вытеснена более совершенными, но уже локальными шинами VESA Local Bus и PCI.
Таблица 2- Характеристики шины
EISA
| разрядность шины
|
32 бита
|
| совместимость
|
8 разрядная ISA, 16 разрядная ISA, 32 разрядная EISA
|
| количество линий
|
98 + 100
|
| Напряжения питания
|
+5 V, −5 V, +12 V, −12 V
|
| Частота
|
8,33 МГц
|
| Пиковая пропускная способность (при обмене 32 разрядными словами)
|
около 32 МБ/с
|
| Типичная пропускная способность (при обмене 32 разрядными словами)
|
около 20 МБ/с
|
VESA local bus
— VL-Bus или VLB — тип локальной шины, разработанный ассоциацией VESA для ПК с процессором фирмы Intel. Шина VLB, по существу, является расширением внутренней шины МП Intel 80486 для связи с видеоадаптером и реже с контроллером HDD. Реальная скорость передачи данных по VLB — 80 Мбайт/с (теоретически достижимая - 132 Мбайт/с).
AGP
(от англ.
Accelerated
Graphics
Port
, ускоренный графический порт) — разработанная в 1997 году компанией Intel, специализированная 32-битная системная шина для видеокарты. Появилась одновременно с чипсетами для процессора Intel Pentium II. Основной задачей разработчиков было увеличение производительности и уменьшение стоимости видеокарты, за счёт уменьшения количества встроенной видеопамяти. По замыслу Intel большие объёмы видеопамяти для AGP-карт были бы не нужны, поскольку технология предусматривала высокоскоростной доступ к общей памяти.
· Её отличия от предшественницы, шины PCI:
· работа на тактовой частоте 66 МГц;
· увеличенная пропускная способность;
· режим работы с памятью DMA и DME
;
· разделение запросов на операцию и передачу данных;
В настоящее время, шина практически исчерпала свои возможности и, может быть, в скором времени её полностью заменит шина PCI Express.
PCI Express
Слоты PCI Express x4, x16, x1, опять x16, внизу стандартный 32-разрядный слот PCI, на материнской плате DFI LanParty nForce4 SLI-DR
PCI Express
или PCIe
или PCI-E
, (также известная как 3GIO
for 3rd Generation I/O; не путать с PCI-X или PXI) — компьютерная шина, использующая программную модель шины PCI и высокопроизводительный физический протокол, основанный на последовательной передаче данных.
В отличие от шины PCI, использовавшей для передачи данных общую шину, PCI Express, в общем случае, является пакетной сетью с топологией типа звезда, устройства PCI Express взаимодействуют между собой через среду, образованную коммутаторами, при этом каждое устройство напрямую связано соединением типа точка-точка с коммутатором.
Кроме того, шиной PCI Express поддерживается:
· горячая замена карт;
· гарантированная полоса пропускания (QoS);
· управление энергопотреблением;
· контроль целостности передаваемых данных.
Шина PCI Express нацелена на использование только в качестве локальной шины. Так, как программная модель PCI Express во многом унаследована от PCI, то существующие системы и контроллеры могут быть доработаны для использования шины PCI Express заменой только физического уровня, без доработки программного обеспечения. Высокая пиковая производительность шины PCI Express позволяет использовать её вместо шин AGP и тем более PCI и PCI-X, ожидается, что PCI Express заменит эти шины в персональных компьютерах.
Графическая карта для PCI Express
Для подключения устройства PCI Express используется двунаправленное последовательное соединение типа точка-точка, называемое lane
; это резко отличается от PCI, в которой все устройства подключаются к общей 32-разрядной параллельной однонаправленной шине.
Соединение между двумя устройствами PCI Express называется link
, и состоит из одного (называемого 1x
) или нескольких (2x
, 4x
, 8x
, 12x
, 16x
и 32x
) двунаправленных последовательных соединений lane
. Каждое устройство должно поддерживать соединение 1x
.
Hyper-Transport
Шина HyperTransport (HT)
, ранее известная как Lightning Data Transport (LDT)
, — это двунаправленная последовательно/параллельная компьютерная шина, с высокой пропускной способностью и малыми задержками. Для разработки и продвижения данной шины был образован консорциум HyperTransport Technology. Технология используется компаниями AMD и Transmeta в x86 процессорах, PMC-Sierra, Broadcom и Raza Microelectronics в MIPS микропроцессорах, NVIDIA, VIA, SiS, ULi/ALi, AMD, Apple Computer и HP в наборах системной логики для ПК, HP, Sun Microsystems, IBM, и IWill в серверах, Cray, Newisys и PathScale в сверхкомпьютерах, а так же компанией Cisco Systems в маршрутизаторах.
Обзор шины
HyperTransport работает на частотах от 200 МГц до 2,6 ГГц (сравните с шиной PCI и её 33 или 66 МГц). Кроме того, она использует DDR, что означает, что данные посылаются как по переднему, так и по заднему фронтам сигнала синхронизации, что позволяет осуществлять до 5200 миллионов посылок в секунду при частоте сигнала синхронизации 2,6 ГГц; частота сигнала синхронизации настраивается автоматически.
HyperTransport поддерживает автоматическое определение ширины шины, от 2-х битных линий до 32-х битных линий. Полноразмерная, полноскоростная, 32-х битная шина в двунаправленном режиме способна обеспечить пропускную способность до 20800 МБ/с (2*(32/8)*2600), являясь, таким образом, самой быстрой шиной среди себе подобных. Шина может быть использована как в подсистемах с высокими требованиями к пропускной способности (оперативная память и ЦПУ), так и в подсистемах с низкими требованиями (переферийные устройства). Данная технология также способна обеспечить низкие задержки для других применений в других подсистемах.
Шина HyperTransport поддерживает технологии энергосбережения, а именно ACPI. Это значит, что при изменении состояния процессора (C-state) на энергосберегающее, изменяется также и состояние устройств (D-state). Например, при отключении процессора НЖМД также отключаются.
Электрический интерфейс HyperTransport/LDT — низковольтные дифференциальные сигналы (Low Voltage Differential Signaling (LVDS)), с напряжением 2,5 В.
Применение HyperTransport
Шина HyperTransport нашла широкое применение, в основном, в качестве замены шины процессора. Для примера, к процессору Pentium нельзя напрямую подключать устройства с шиной PCI, так как этот процессор использует свою специализированную шину (которая может быть различной у разных поколений процессоров). Для подключения дополнительных устройств (например с шиной PCI) в таких системах необходимы дополнительные устройства для сопряжения шины процессора с шиной периферийных устройств (мосты). Данные адаптеры обычно включают в специализированные наборы системной логики, называемые северный мост и южный мост.
Процессоры разных производителей могут использовать разные шины, а значит для них нужны разные мосты для соединения шины процессора с периферийными шинами. Компьютеры, использующие шину HyperTransport более универсальны и просты, а также более производительны. Однажды разработанный мост PCI-HyperTransport позволяет взаимодействовать любому процессору, поддерживающиму шину HyperTransport и любому устройству шины PCI. Для примера, NVIDIA nForce чипсет использует шину HyperTransport для соединения между северным и южным мостами.
RapidIO
— это высокопроизводительная пакетная шина для соединения микросхем в рамках одной печатной платы, а также для соединения между собой нескольких печатных плат. Данная шина была разработана для применения во встраиваемых системах.
Основными конкурентами шины RapidIO являются шины HyperTransport, Infiniband и PCI Express, которые, однако, предназначены для решения других задач.
Шина RapidIO разработана компаниями Mercury Computer Systems и Motorola (ныне Freescale), как развитие шины, применявшейся в многопроцессорных системах цифровой обработки сигналов компании Mercury.
Стандарт на шину RapidIO разработан организацией RapidIO Trade Association. На настоящий момент последней является версия 1.3 стандарта.
Стандарт RapidIO
определяет физический (соответствует физическому и канальному уровню модели OSI), транспортный (соответствует сетевому уровню модели OSI) и логический (соответствует транспортному уровню модели OSI) уровни.
Fibre Channel
— высокоскоростной интерфейс передачи данных, используемый для соединения вместе рабочих станций, мейнфреймов, суперкомпьютеров и устройств хранения данных.
Порты устройств могут быть подключены напрямую друг к другу (point-to-point), быть включены в управляемую петлю (arbitrated loop) или в коммутируемую сеть, называемую фабрикой (fabric).
Поддерживается как оптическая, так и электрическая среда, со скоростью передачи данных от 133 мегабит/с до 8 гигабит/с на расстояния до 10 километров.
В большинстве случаев используется как несущий для SCSI-3. (Может использоваться как несущий и для других протоколов — например, ATM, IP, HIPPI и других.
VMEbus
(или VME
) — стандарт на компьютерную шину, первоначально разработанный для семейства микропроцессоров Motorola 68000, и в дальнейшем нашедший применение для множества других приложений. Шина VME была стандартизирована IEC как ANSI/IEEE 1014-1987. VME базируется на оснастке Eurocard, но использует собственную систему сигналов, не принятую в Eurocard. Впервые разработанная в 1981, шина VME находит широкое применение вплоть до сегодняшнего дня.
Характеристики шины
Разрядность шины — 32/64
Адрес/Данные — раздельные (VME32), мульиплексируемые (VME64)
Тип шины — Асинхроная
Конструктив — Eurocard 3U, 6U, 9U
Максимальное количество модулей в крейте — 21 штука
Пропускная способность в 32 разрядном варианте — 40 Мбайт/с (VME32), 80 Мбайт/с (VME64)
В режиме блочных передач (когда на 1-у передачу адреса идёт несколько передачь данных) скорость может достигать 320 Мбайт/с (VME64).
Описание шины
Во многом шина VMEbus представляет собой внешние интерфейсы процессора 68000, доработанные для соединения нескольких печатных плат. Во многих отношениях, это является недостатком, так как принуждает создавать системы подобные тем, для которых шина применялась изначально. Однако, одной из ключевых особенностей процессора 68000 была плоская, 32-битная модель памяти и свободное деление памяти на сегменты, так, что похожесть VME на шину процессора 68000, для большинства применений не имеет значения.
Логически все устройства шины VME делятся на три типа:
1.
ведущий;
2.
ведомый;
3.
арбитр.
Ведущий — инициирует циклы на шине. Ведомый — осуществляет операции по команде ведущего. Арбитр — осуществляет контроль за занятостью шины.
Вопросы для самоконтроля:
1.
Стандарт шины PCI;
2.
ISA;
3.
EISA;
4.
VESA local bus;
5.
AGP;
6.
PCI Express;
7.
Hyper-Transport;
8.
RapidIO;
9.
VMEbus
Тема 3.3 Интерфейсы периферийных устройств
IDE/
ATA,
SCSI
Студент должен:
иметь представление:
· о принципах организации работы интерфейсов периферийных устройств
знать:
· назначение и технические характеристики интерфейсов:
IDE/
ATA,
SCSI;
· структуру разъемов шин:
IDE/
ATA,
SCSI
уметь:
· подключать периферийные устройства к интерфейсам
IDE/
ATA,
SCSI;
Интерфейсы периферийных устройств:
IDE/
ATA,
SCSI. Назначение и технические характеристики. Структура разъемов шин.
Методические указания
Интерфейсы являются основой взаимодействия всех современных информационных систем. Если интерфейс какого-либо объекта (персонального компьютера, программы, функции) не изменяется (стабилен, стандартизирован), это даёт возможность модифицировать сам объект, не перестраивая принципы его взаимодействия с другими объектами.
В вычислительной системе взаимодействие может осуществляться на пользовательском, программном и аппаратном уровнях. В соответствии с этой классификацией можно выделить:
Интерфейс пользователя — это совокупность средств, при помощи которых пользователь общается с различными устройствами
Интерфейс командной строки: инструкции компьютеру даются путём ввода с клавиатуры текстовых строк (команд).
Графический интерфейс пользователя: программные функции представляются графическими элементами экрана.
Диалоговый интерфейс
Естественно-языковой интерфейс: пользователь «разговаривает» с программой на родном ему языке.
Физический интерфейс
— способ взаимодействия физических устройств. Чаще всего речь идёт о компьютерных портах.
Сетевой интерфейс
Шлюз (телекоммуникации)
Шина (компьютер)
Интерфейсы в программировании:
Интерфейс функции
Интерфейс программирования приложений (API): набор стандартных библиотечных методов, который программист может использовать для доступа к функциональности другой программы.
ATA
(англ.
Advanced
Technology
Attachment) — интерфейс подключения накопителей (например, жёстких дисков или оптических приводов) был разработан в 1989 году. Широко применяется на платформе IBM PC. Использование интерфейса ATA подразумевается при упоминании аббревиатур IDE
, UDMA
и ATAPI
.
Хотя официально данный стандарт всегда назывался «ATA», по маркетинговым соображениям он довольно рано получил название IDE
(Integrated Drive Electronics
, т. е. «Электроника, встроенная в привод»), каковое название призвано было подчеркнуть, что контроллер привода располагается в нём самом, а не в виде отдельной платы расширения, как в предшествующем стандарте ST-506 и существовавших тогда интерфейсов SCSI и ST412. Это нововведение позволило удешевить производство новых накопителей.
В стандарт АТА определен интерфейс между контроллером и накопителем, а также передаваемые по нему команды.
Поначалу этот интерфейс использовался с жёсткими дисками, но затем стандарт был расширен для работы и с другими устройствами, в основном — использующими сменные носители. К числу таких устройств относятся приводы CD-ROM и DVD-ROM, ленточные накопители, а также дискеты большой ёмкости, такие, как ZIP и магнитооптические диски (LS-120/240). Этот расширенный стандарт получил название Advanced Technology Attachment Packet Interface
(ATAPI), в связи с чем полное наименование стандарта выглядит как ATA/ATAPI
.
Первоначальные расширения ATA для работы с приводами CD-ROM не обладали полной совместимостью, являлись фирменными. В результате, для подключения CD-ROM было необходимо устанавливать отдельную плату расширения, специфичную для конкретного производителя, например для Panasonic (существовало не менее 5 специфичных варианта ATA, предназначенных для подключения CD-ROM). Некоторые варианты звуковых карт, например Sound Blaster, оснащались именно такими портами.
Другим важным этапом в развитии ATA стал переход от PIO
(Programmed input/output
, Программный ввод/вывод) к DMA
(Direct memory access
, Прямой доступ к памяти). При использовании PIO считыванием данных с диска управлял центральный процессор компьютера (CPU), что приводило к повышенной нагрузке на процессор и замедлению работы в целом. По причине этого компьютеры, использующие интерфейс ATA, обычно выполняли операции, связанные с диском, медленнее, чем компьютеры, использующие SCSI и другие интерфейсы. Введение DMA существенно снизило затраты процессорного времени на операции с диском. В данной технологии потоком данных управляет сам накопитель, считывая даные в память или из памяти почти без участия CPU, который выдает лишь команды на выполнение того или иного действия. При этом жесткий диск выдает сигнал запроса DMARQ на операцию DMA контроллеру. Если операция DMA возможна, контроллер выдает сигнал DMACK и жесткий диск начинает выдавать данные в 1-й регистр (DATA), с которого контроллер считывает данные в память без участия процессора. Операция DMA возможна, если режим поддерживается одновременно BIOS, контроллером и операционной системой, в противном случае возможен лишь режим PIO.
В дальнейшем развитии стандарта (АТА-3) был введен дополнительный режим UltraDMA 2
(UDMA 33
). Этот режим имеет временные характеристики DMA Mode 2, однако данные передаются и по переднему, и по заднему фронту сигнала DIOR/DIOW. Это вдвое увеличивает скорость передачи данных по интерфейсу. Также введена проверка на четность CRC, что повышает надежность передачи информации.
Если к одному шлейфу подключены два устройства, одно из них обычно называется ведущий (англ.
master), а другое ведомый (англ.
slave). Обычно ведущий показывается первым среди дисков, перечисляемых BIOS’ом компьютера или операционной системы. В старых BIOS’ах (486 и раньше) диски часто неверно обозначались буквами: «C» для ведущего диска и «D» для ведомого.
Если на шлейфе только один привод, он в большинстве случаев должен быть сконфигурирован, как ведущий. Однако, некоторые диски (в частности, производства Western Digital) имеют специальную настройку, именуемую single (т. е. «один диск на кабеле»). Также, в зависимости от аппаратного и программного обеспечения, единственный привод на кабеле может работать, даже если он сконфигурирован, как ведомый (такое часто встречается при подключении CD-ROM’а на отдельный канал).
Термины master и slave, хотя и являются широко распространёнными, не используются в текущей версии стандарта ATA. Более правильно называть ведущий и ведомый диски соответственно device 0 (устройство 0) и device 1 (устройство 1). Существует распространённый миф, что ведущий диск руководит доступом дисков к каналу. На самом деле, управление доступом дисков и очерёдностью выполнения команд осуществляют драйверы операционной системы. Если устройство 1 выполняет команду, то, до окончания её выполнения, устройство 0 не может начать выполнение своей команды, и наоборот. Поэтому не имеет оснований предположение, что одно устройство спрашивает другое, можно ли ему использовать канал. Фактически оба они являются ведомыми по отношению к драйверу ОС.
SATA
(англ.
Serial
ATA) — последовательный интерфейс обмена данными с накопителями информации (как правило, с жёсткими дисками). SATA является развитием интерфейса ATA (IDE), который после появления SATA был переименован в PATA (Parallel ATA). SATA/150
Первоначально стандарт SATA предусматривал работу шины на частоте 1,5 ГГц, обеспечивающей пропускную способность приблизительно в 1,2 Гбит/с (150 МБ/с). (20%-я потеря производительности объясняется использованием системы кодирования 8B/10B, при которой на каждые 8 бит полезной информации приходится 2 служебных бита). Пропускная способность SATA/150 незначительно выше пропускной способности шины Ultra ATA (UDMA/133). Главным преимуществом SATA перед PATA является использование последовательной шины вместо параллельной.
SATA использует 7-контактный разъём вместо 40-контактного разъёма у PATA. SATA-кабель имеет меньшую площадь, за счёт чего уменьшается сопротивление воздуху, обдувающему комплектующие компьютера; улучшается охлаждение системы.
SATA-кабель за счёт своей формы более устойчив к многократному подключению. Питающий шнур SATA так же разработан с учётом многократных подключений. Разъём питания SATA подаёт 3 напряжения питания: +12 В, +5 В и +3,3 В; однако современные устройства могут работать без напряжения +3,3 В, что даёт возможность использовать пассивный переходник со стандартного разъёма питания IDE на SATA. Ряд SATA устройств поставляется с двумя разъёмами питания: SATA и Molex.
Стандарт SATA отказался от традиционного для PATA подключения по два устройства на шлейф; каждому устройству полагается отдельный кабель, что снижает задержки при одновременной работе двух устройств на одном кабеле, уменьшает возможные проблемы при сборке (проблема конфликта Slave/Master устройств для SATA отсутствует), устраняет возможность ошибок при использовании нетерминированных PATA-шлейфов.
Стандарт SATA предусматривает горячую замену устройств и функцию очереди команд (NCQ).
SCSI
(англ.
Small
Computer
Systems
Interface, произносится как скази) — интерфейс, разработанный для объединения на одной шине различных по своему назначению устройств, таких как жёсткие диски, накопители на магнитооптических дисках, приводы CD, DVD, стриммеры, сканеры, принтеры и т. д. Раньше имел неофициальное название Shugart Computer Systems Interface в честь создателя Алана Ф. Шугарта
После стандартизации в 1986 году, SCSI начал широко применяться в компьютерах Apple Macintosh, Sun Microsystems. В компьютерах совместимых с IBM PC SCSI не пользуется такой популярностью в связи со своей сложностью и сравнительно высокой стоимостью.
В настоящее время SCSI широко применяется на серверах, высокопроизводительных рабочих станциях; RAID-массивы на серверах часто строятся на жёстких дисках со SCSI-интерфейсом (хотя в настоящее время на серверах нижнего ценового диапазона всё чаще применяются RAID-массивы на основе SATA). Стандарты
Существует три стандарта SCSI (SE — англ.
single-
ended,
LVD — англ.
low-
voltage-
differential — интерфейс дифференциальной шины низкого напряжения, HVD — англ.
high-
voltage-
differential — интерфейс дифференциальной шины высокого напряжения), каждый из которых имеет множество дополнительных и необязательных возможностей. Некоторые комбинации возможностей имеют собственные наименования.
Контроллер SCSI может работать с любым устройством, на котором присутствует данный интерфейс (жесткий диск, сканер).
Основные реализации SCSI (в хронологическом порядке):
Таблица 3 - Обзор интерфейсов SCSI
| Наименование
|
Разрядность шины
|
Частота шины
|
Пропускная способность
|
Максимальная длина кабеля
|
Максимальное количество устройств
|
| SCSI
|
8 бит
|
5 МГц
|
5 МБайт/сек
|
6 м
|
8
|
| Fast SCSI
|
8 бит
|
10 МГц
|
10 МБайт/сек
|
1,5-3 м
|
8
|
| Wide SCSI
|
16 бит
|
10 МГц
|
20 МБайт/сек
|
1,5-3 м
|
16
|
| Ultra SCSI
|
8 бит
|
20 МГц
|
20 МБайт/сек
|
1,5-3 м
|
5-8
|
| Ultra Wide SCSI
|
16 бит
|
20 МГц
|
40 МБайт/сек
|
1,5-3 м
|
5-8
|
| Ultra2 SCSI
|
8 бит
|
40 МГц
|
40 МБайт/сек
|
12 м
|
8
|
| Ultra2 Wide SCSI
|
16 бит
|
40 МГц
|
80 МБайт/сек
|
12 м
|
16
|
| Ultra3 SCSI
|
16 бит
|
40 МГц DDR
|
160 МБайт/сек
|
12 м
|
16
|
| Ultra-320 SCSI
|
16 бит
|
80 МГц DDR
|
320 МБайт/сек
|
12 м
|
16
|
Вопросы для самоконтроля:
1.
Интерфейсы периферийных устройств:
IDE/
ATA,
SCSI.
2.
Назначение и технические характеристики.
3.
Структура разъемов шин.
Тема 3.4 Внешние интерфейсы
Студент должен:
иметь представление:
· об интерфейсных подключениях периферийных устройств ПК
знать:
· назначение и технические характеристики интерфейсов:
RS-232,
LPT,
USB,
FireWire;
· структуру разъемов шин:
RS-232,
LPT,
USB,
FireWire
уметь:
· подключать периферийные устройства к интерфейсам
RS-232,
LPT,
USB,
FireWire
Внутренние интерфейсы
RS-232,
LPT,
USB,
FireWire. Назначение и технические характеристики. Структура разъемов шин
Методические указания
USB
(англ.
Universal
Serial
Bus) — универсальная последовательная шина, предназначенная для периферийных устройств.
Шина USB представляет собой последовательный интерфейс передачи данных для среднескоростных и низкоскоростных периферийных устройств. Для высокоскоростных устройств лучше применять FireWire.
USB-кабель представляет собой две витые пары: по одной паре происходит передача данных в каждом направлении (дифференциальное включение), а другая пара используется для питания периферийного устройства (+5 В). Благодаря встроенным линиям питания, обеспечивающим ток до 500 мА, USB часто позволяет применять устройства без собственного блока питания (если эти устройства потребляют ток силой не более 500 мА).
К одному контроллеру шины USB можно подсоединить до 127 устройств через цепочку концентраторов (они используют топологию "звезда").
В отличие от многих других стандартных типов разъемов, для USB характерны долговечность и механическая прочность. История
Стандарт разработали семь компаний:
Compaq,
Digital
Equipment,
IBM,
Intel,
Microsoft,
NEC и
Northern
Telecom.
Летом 1996 года на рынке появились первые компьютеры с портами USB.
USB 1.1
Технические характеристики:
· высокая скорость обмена — 12 Мбит/с
· максимальная длина кабеля для высокой скорости обмена — 3 м
· низкая скорость обмена — 1,5 Мбит/с
· максимальная длина кабеля для низкой скорости обмена — 5 м
· максимальное количество подключённых устройств (включая размножители) — 127
· возможно подключение устройств с различными скоростями обмена
· напряжение питания для периферийных устройств — 5 В
· максимальный ток потребления на одно устройство — 500 мA
USB 2.0 отличается от USB 1.1 только большей скоростью и небольшими изменениями в протоколе передачи данных для режима Hi-speed (480Мбит/сек). Существуют три скорости работы устройств USB 2.0 :
Low-speed 10—1500 Кбит/c (используется для интерактивных устройств: Клавиатуры, мыши, джойстики)
Full-speed 0,5—12 Мбит/с (аудио/видео устройства)
Hi-speed 25—480 Мбит/с (видео устройства, устройства хранения информации)
На самом деле хотя и в теории скорость USB 2.0 может достигать 480Мбит/с, устройства типа жёстких дисков и вообще любых носителей информации в реальности никогда не достигают такой скорости обмена по шине, хотя и могут развивать её. Это можно объяснить достаточно большими задержками шины USB между запросом на передачу данных и собственно началом передачи. Например, другая шина FireWire хотя и обеспечивает максимальную скорость в 400Мбит/с, что на 80Мбит/с меньше чем у USB, в реальности позволяет достичь бо́льших скоростей обмена данными с жёсткими дисками и другими устройствами хранения информации.
USB
OTG (аббр. от O
n-T
he-G
o) — дальнейшее расширение спецификации USB 2.0, предназначенное для лёгкого соединения периферийных USB-устройств друг с другом без необходимости подключения к ПК. Например, цифровой фотоаппарат можно подключать к фотопринтеру напрямую, если они оба поддерживают стандарт USB OTG. Этот стандарт возник из-за резко возросшей в последнее время необходимости надёжного соединения различных USB-устройств без использования ПК. В данной спецификации устройства обходятся без персонального компьютера, т.е. выступают как одноранговые приемопередатчики(на самом деле это только создаётся такое ощущение. В действительности же устройства определяют кто из них будет мастер-устройством, а кто подчиняемым. А одноранговым интерфейс usb быть не может).
USB
wireless
Новейшая технология USB (официальная спецификация стала доступна только в мае 2005 года). Позволяет организовать беспроводную связь с высокой скоростью передачи информации (до 480 Мбит/с на расстоянии 3 метра и до 110 Мбит/с на расстоянии 10 метров).
CompactFlash
— формат флэш-памяти, появился одним из первых. Формат разработан компанией
SanDisk
Corporation в 1994 году.
Спецификацию для данного формата составляет Ассоциация CompactFlash. По мере развития технологий данный формат развивался. Вначале был выпущен
CompactFlash
Type II (ёмкость до 320 Мбайт, скорость чтения до 1,5 Мбайт/с, записи — 3 Мбайт/с), затем
CompactFlash 2.0 или CF+ (скорость чтения достигла 8 Мбайт/с, записи — 6,6 Мбайт/с) и в конце 2004 года появилась третья версия стандарта (поддерживает режимы UDMA33 и UDMA66, скорость передачи данных увеличена до 66 Мбайт/с).
В 2005 году максимальный объём накопителей с интерфейсом CompactFlash достиг 12 Гбайт.
Размеры карт CompactFlash составляют 42 мм на 36 мм, толщина составляет 3,3 мм,
CompactFlash
Type II — 5 мм. Карты CompactFlash Type I могут вставляться в слоты обоих типоразмеров, CompactFlash Type II — только в слот для CompactFlash Type II. CompactFlash обоих типоразмеров имеет 50-контактные разъёмы.
CompactFlash
описан в
CF+
and
CompactFlash
Specification
Revision 3.0
(от 23 декабря 2004 года).
Стандарт специфицирует:
· размеры и механические свойства устройств CompactFlash, а также типы применяемых разъёмов;
· электрический интерфейс (сигналы шины, циклы шины, а также цоклёвка разъёмов);
· метаформат;
· программную модель устройств CompactFlash;
· адаптеры для подключения устройств CompactFlash к шине PCMCIA.
В соответствии со стандартом, интерфейс накопителей CompactFlash электрически совместим с интерфейсом IDE.
IEEE 1394
(FireWire, i-Link)
— последовательная высокоскоростная шина, предназначенная для обмена цифровой информацией между компьютером и другими электронными устройствами.
Компания Apple продвигает стандарт под торговой маркой FireWire
. Компания Sony продвигает стандарт под торговой маркой i.LINK
.
Преимущества
Цифровой интерфейс — позволяет передавать данные между цифровыми устройствами без потерь информации
Небольшой размер — тонкий кабель заменяет груду громоздких проводов
Простота в использовании — отсутствие терминаторов, идентификаторов устройств или предварительной установки
Горячее подключение — возможность переконфигурировать шину без выключения компьютера
Небольшая стоимость для конечных пользователей
Различная скорость передачи данных — 100, 200 и 400 Мбит/с (800, 1600Мбит/с IEEE 1394b)
Гибкая топология — равноправие устройств, допускающее различные конфигурации
Высокая скорость — возможность обработки мультимедиа-сигнала в реальном времени
Открытая архитектура — отсутствие необходимости использования специального программного обеспечения
Наличие питания прямо на шине (маломощные устройства могут обходиться без собственных блоков питания). До полутора ампер и напряжение от 8 до 40 вольт.
Подключение до 63 устройств.
Шина IEEE 1394 может использоваться с:
Компьютерами
Аудио и видео мультимедийными устройствами
Принтерами и сканерами
Жёсткими дисками, массивами RAID
Цифровыми видеокамерами и видеомагнитофонами
Организация уcтройств IEEE 1394
Уcтройства IEEE 1394 огранизованы по 3 уровневой схеме – Transaction, Link и Physical, соответствующие трем нижним уровням модели OSI.
Transaction Layer - маршрутизация потоков данных с поддержкой асинхронного протокола записи-чтения. Link Layer - формирует пакеты данных и обеспечивает их доставку. Physical Layer - преобразование цифровой информации в аналоговую для передачи и наоборот, контроль уровня сигнала на шине, управление доступом к шине.
Связь
между
шиной
PCI и
Transaction Layer осуществляет
Bus Manager. Он назначает вид устройств на шине, номера и типы логических каналов, обнаруживает ошибки.
Данные передаются кадрами длиной 125 мксек. В кадре размещаются временные слоты для каналов. Возможен как синхронный, так и асинхронный режимы работы. Каждый канал может занимать один или несколько временных слотов. Для передачи данных устройство-передатчик просит предоставить синхронный канал требуемой пропускной способности. Если в передаваемом кадре есть требуемое количество временных слотов для данного канала, поступает утвердительный ответ и канал предоставляется.
RS-232
— это стандартный электрический интерфейс для последовательной передачи данных, поддерживающий асинхронную связь.
Этот стандарт соединения оборудования был разработан в 1969 году рядом крупных промышленных корпораций и опубликован Ассоциацией электронной промышленности США (Electronic Industries Association — EIA). Международный союз электросвязи ITU-T использует аналогичные рекомендации под названием V.24 и V.28. В СССР подобный стандарт описан в ГОСТ 18145-81.
Стандартная скорость передачи для RS-232 — 9600 бит/сек на расстояние до 15 м. Существует в 8-, 9-, 25- и 31-контактных вариантах разъёмов. В настоящий момент чаще всех используется 9-контактный разъем.
В общем случае описывает четыре интерфейсные функции:
определение управляющих сигналов через интерфейс;
определение формата данных пользователя, передаваемых через интерфейс;
передачу тактовых сигналов для синхронизации потока данных;
формирование электрических характеристик интерфейса.
Вопросы для самоконтроля:
1.
Внутренние интерфейсы
RS-232,
LPT,
USB,
FireWire.
2.
Назначение и технические характеристики.
3.
Структура разъемов шин
Раздел 4. Накопители на магнитных и оптических носителях
Тема 4.1 Накопители на гибких и жестких магнитных дисках
Студент должен:
иметь представление:
· о накопителях на гибких и жестких магнитных дисках
знать:
· классификация внешних запоминающих устройств;
· принцип действия и основные компоненты дисковода
FDD;
· принцип действия и основные компоненты дисковода
HDD;
· характеристики и режимы работы накопителя на жестких дисках.
уметь:
· подключать накопители на жестких магнитных дисках;
· подключать накопители на гибких магнитных дисках;
· форматировать гибкие и жесткие магнитные накопители;
· устанавливать утилиты обслуживания жестких магнитных дисков.
Накопители на гибких дисках. Конструкция, принцип действия, основные компоненты, технические характеристики
FDD. Логическая структура дискет. Накопители на жестких магнитных дисках. Конструкция и принцип работы
HDD, форм-факторы, типы . Основные характеристики и режимы работы накопителей на жестких магнитных дисках. Контроллеры и подключение
HDD. Современные модели накопителей. Логическая структура жесткого диска. Форматирование жестких дисков. Утилиты обслуживания жестких магнитных дисков.
Методические указания
Накопитель информации — устройство записи, воспроизведе
ния и хранения информации, а носитель информации — это пред
мет, на который производится запись информации (диск, лента,
твердотельный носитель).
Накопители на гибких дисках
Для записи и считывания информации с ГМД используются периферийные устройства ПК — дисководы (Floppy Dick Drive).
Конструктивно дисковод состоит из механических и электронных узлов: рабочего двигателя, рабочей головки
, шагового двига
теля и управляющей электроники.
Рабочий двигатель
включается тогда, когда в дисковод
вставлена дискета. Двигатель обеспечивает постоянную скорость вращения дискеты: для дисковода 3,5"— 300 об/мин. Время запуска двигателя — около 400 мс.
Рабочие головки
служат для чтения и записи информа
ции и располагаются над рабочей поверхностью дискеты. Поскольку
обычно дискеты являются двухсторонними, т.е. имеют две рабо
чие поверхности, одна головка предназначена для верхней, а другая — для нижней поверхности дискеты.
Шаговые двигатели
обеспечивают позиционирование и
движение рабочих головок. Именно они издают характерный звук
уже при включении ПК, перемещая головки для проверки работоспособности привода.
Управляющие электронные элементы дисковода
чаще всего размещаются с его нижней стороны. Они выполняют
функции передачи сигналов к контроллеру, т. е. отвечают за пре
образование информации, которую считывают или записывают
головки.
В качестве посредника между дисководом и ПК служит контроллер. В современных ПК на материнских платах контроллер уже установлен. Он интегрирован в одну из микросхем
Chipset
, а на материнской плате имеется специальный разъем для подключения кабелей. Современные котроллеры поддерживают два
FDD
,
обеспечивают скорость обмена данными до 62 Кбайт/с для стандартных накопителей на дисках 3,5".
Дискеты (
Floppe
Disk
Driver
, сокращенно
Floppy
) формата 3,5"
являются современными носителями информации для приводов FDD.
Накопители на жестких магнитных дисках
Первый накопитель на жестких дисках (Hard Disk Drive — HDD) был создан в 1973 г. по технологии фирмы IBM.
Конструкция и принцип действия
Несмотря на большое разнообразие моделей винчестеров прин
цип их действия и основные конструктивные элементы одинаковы.
На рисунке 5 показаны основные элементы конструкции накопите
ля на жестком диске:
· магнитные диски;
· головки чтения/записи;
· механизм привода головок;
· двигатель привода дисков;
· печатная плата с электронной схемой управления.
Типовой накопитель состоит из герметичного корпуса (гермо
блока) и платы электронного блока. В гермоблоке размещены все механические части, на плате — вся управляющая электроника.
Внутри гермоблока установлен шпиндель с одним или несколь
кими магнитными дисками. Под ними расположен двигатель. Бли
же к разъемам, с левой или правой стороны от шпинделя нахо
дится поворотный позиционер магнитных головок. Позиционер соединен с печатной платой гибким ленточным кабелем (иногда одножильными проводами).
Гермоблок заполняется воздухом под давлением в одну атмос
феру. В крышках гермоблоков некоторых винчестеров имеется спе
циальное отверстие, заклеенное фильтрующей пленкой, которое
служит для выравнивания давления внутри блока и снаружи, а также для поглощения пыли.
Рисунок 5 - Основные элементы конструкции накопителя на жестких дисках
Габаритные размеры винчестеров стандартизованы по парамет
ру, называемому формфактор (
Form
-
Factor
). Например, все
HDD
с формфактором 3,5" имеют стандартные размеры корпуса
41,6x101x146 мм.
Подложки магнитных дисков
первых винчестеров из
готовлялись из алюминиевого сплава с добавлением магния. В современных моделях в качестве основного материала для дисковых
пластин используется композиционный материал из стекла и ке
рамики с малым температурным коэффициентом расширения,
что делает их менее восприимчивыми к изменениям температуры, более прочными. Магнитные диски выпускаются следующих размеров: 3,5"; 5,25"; 2,5"; 1,8".
Диски покрываются магнитным веществом - рабочим слоем.
Он может быть либо оксидный, либо на основе тонких пленок.
Головки чтения/записи
предусмотрены для каждой стороны диска. Когда накопитель выключен, головки касаются диска. При раскручивании дисков возрастает аэродинамическое давление воздуха на головки, что приводит к их отрыву от рабочих поверхностей дисков. Чем ближе располагается головка к поверхности диска, тем выше амплитуда воспроизводимого сигнала.
Механизм привода головок
обеспечивает перемещение головок от центра дисков к краям и фактически определяет надежность накопителя, его температурную стабильность и вибрационную устойчивость. Все существующие механизмы привода головок делятся на два основных типа: с шаговым двигателем и подвижной катушкой.
Двигатель привода дисков
приводит пакет дисков во вращение, скорость которого в зависимости от модели находится в пределах 3600 — 7200 об/мин (т.е. головки движутся с относительной скоростью 60 — 80 км/ч). Скорость вращения дисков некоторых винчестеров достигает 15 000 об/мин. Жесткий диск вращается непрерывно даже тогда, когда не происходит обращения к нему, поэтому винчестер должен быть установлен только вертикально или горизонтально.
Печатная плата с электронной схемой
управления и прочие узлы накопителя (лицевая панель, элементы конфигурации и монтажные детали) являются съемными. На печатной плате монтируются электронные схемы управления двигателем и приводом головок, схема для обмена данными с контроллером. Иногда контроллер устанавливается непосредственно на этой плате.
Вопросы для самоконтроля:
1.
Накопители на гибких дисках. Конструкция, принцип действия, основные компоненты, технические характеристики
FDD;
2.
Логическая структура дискет;
3.
Накопители на жестких магнитных дисках. Конструкция и принцип работы
HDD, форм-факторы, типы;
4.
Основные характеристики и режимы работы накопителей на жестких магнитных дисках. Контроллеры и подключение
HDD;
5.
Современные модели накопителей;
6.
Логическая структура жесткого диска;
7.
Форматирование жестких дисков;
8.
Утилиты обслуживания жестких магнитных дисков.
Тема 4.2 Приводы
CD
-
R
(
RW
).
DVD
-
R
(
RW
)
Студент должен:
иметь представление:
· о назначении приводов
CD
-
R
(
RW
).
DVD-R (RW)
знать:
· принцип действия и основные компоненты привода
CD-
ROM;
· эксплуатационные характеристики привода
CD-
ROM;
· принцип действия и основные компоненты привода
DVD;
уметь:
· подключать приводы
CD
и
DVD
дисков;
Приводы
CD-
R, (
RW),
DVD-
R (
RW): принцип работы, конструкция и основные компоненты, технические характеристики.
Методические указания
Приводы CD-ROM
CD-ROM — компакт-диск (CD), предназначенный для хранения в цифровом виде предварительно записанной на него информации и считывания ее с помощью специального устройства, называемого CD-ROM-driver, — дисковода для чтения компакт-дисков.
Процесс изготовления CD-дисков включает несколько этапов.
На первом этапе создается информационный файл для последующей записи на носитель. На втором этапе с помощью лазерного луча производится запись информации на носитель, в качестве которого используется стеклопластиковый диск с покрытием из фоторезистивного материала. Информация записывается в виде последовательности расположенных по спирали углублений (штрихов), как показано на рисунке 6. Глубина каждого штриха-пита (pit) равна 0,12 мкм, ширина (в направлении, перпендикулярном плоскости рисунка) — 0,8 — 3,0 мкм. Они расположены вдоль спиральной дорожки, расстояние между соседними витками которой составляет 1,6 мкм, что соответствует плотности 16000 витков/дюйм
(625 витков/мм). Длина штрихов вдоль дорожки записи колеблет
ся от 0,83 до 3,1 мкм.
Рисунок 6 - Геометрические характеристики компакт-диска (а) и его поперечное сечение (б)
На следующем этапе производятся проявление фоторезистивного слоя и металлизация диска. Изготовленный по такой технологии диск называется мастер-диском. Для тиражирования компакт-дисков с мастер-диска методом гальванопластики снимается несколько рабочих копий. Рабочие копии покрываются более прочным металлическим слоем (например, никелем), чем мастер-диск, и могут использоваться в качестве матриц для тиражирования
CD
-дисков до 10 тыс. шт. с каждой матрицы. Тиражирование осуществляется методом горячей штамповки, после которой информационную сторону основы диска, выполненную из поликарбоната, подвергают вакуумной металлизации слоем алюминия и диск покрывают слоем лака. Диски, выполненные методом горячей штамповки, в соответствии с паспортными данными обеспечивают до 10 000 циклов безошибочного считывания данных. Толщина
CD
-диска 1,2 мм, диаметр — 120 мм.
Привод
CD
-
ROM
содержит следующие основные функциональные узлы:
· загрузочное устройство;
· оптико-механический блок;
· системы управления приводом и автоматического регулиро
вания;
· универсальный декодер и интерфейсный блок.
На рисунке 7 дана конструкция оптико-механического блока привода
CD
-
ROM
, который работает следующим образом. Электромеханический привод приводит во вращение диск, помещенный в загрузочное устройство. Оптико-механический блок обеспечивает перемещение оптико-механической головки считывания порадиусу диска и считывание информации. Полупроводниковый лазер генерирует маломощный инфракрасный луч (типовая длина волны 780 нм, мощность излучения 0,2 — 5,0 мВт), который попадает на разделительную призму, отражается от зеркала и фокусируется линзой на поверхности диска. Серводвигатель по командам, поступающим от встроенного микропроцессора, перемещает подвижную каретку с отражающим зеркалом к нужной дорожке на компакт-диске. Отраженный от диска луч фокусируется линзой, расположенной под диском, отражается от зеркала и попадает на разделительную призму, которая направляет луч на вторую фокусирующую линзу. Далее луч попадает на фотодатчик, преобразующий световую энергию в электрические импульсы. Сигналы с фотодатчика поступают на универсальный декодер.
Рисунок 9 - Конструкция оптико-механического блока привода
CD
-
ROM
Системы автоматического слежения за поверхностью диска и
дорожки записи данных обеспечивают высокую точность считы
вания информации. Сигнал с фотодатчика в виде последовательности импульсов поступает в усилитель системы автоматического регулирования, где выделяются сигналы ошибок слежения. Эти сигналы поступают в системы автоматического регулирования: фокуса, радиальной подачи, мощности излучения лазера, линейной скорости вращения диска.
Универсальный декодер представляет собой процессор для обработки сигналов, считанных с
CD
. В его состав входят два декоде
ра, оперативное запоминающее устройство и контроллер управления декодером. Применение двойного декодирования дает возможность восстановить потерянную информацию объемом до 500 байт. Оперативное запоминающее устройство выполняет функцию буферной памяти, а контроллер управляет режимами исправления ошибок.
Интерфейсный блок состоит из преобразователя цифровых данных в аналоговые сигналы, фильтра нижних частот и интерфейса для связи с компьютером. При воспроизведении аудиоинформации ЦАП преобразует закодированную информацию в аналоговый сигнал, который поступает на усилитель с активным фильтром низких частот и далее на звуковую карту, которая связана с наушниками или акустическими колонками.
Ниже приводятся эксплуатационные характеристики, которые необходимо учитывать при выборе
CD
-
ROM
применительно к кон
кретным задачам.
Скорость передачи данных (
Data
Transfer
Rate —
DTK) —
Максимальная скорость, с которой данные пересылаются от носителя информации в оперативную память компьютера. Высокая скорость передачи данных привода
CD
-
ROM
необходима прежде всего для синхронизации изображения и звука. При
недостаточной скорости передачи возможны пропуск кадров видеоизображения и искажение звука.
Качество считывания характеризуется коэффици
ентом ошибок (
Eror
Rate
) и представляет собой вероятность
получения искаженного информационного бита при его считывании.
Среднее время доступа (
Access
Time
—
AT
) — это вре
мя (в миллисекундах), которое требуется приводу, чтобы найти
на носителе нужные данные.
Объем буферной памяти — это объем оперативного
запоминающего устройства привода
CD
-
ROM
, используемого для увеличения скорости доступа к данным, записанным на носителе.
Буферная память (кэш-память) представляет собой устанавлива
емые на плате накопителя микросхемы памяти для хранения считанных данных.
Средняя наработка на отказ — среднее время в ча
сах, характеризующее безотказность работы привода
CD
-
ROM
.
В процессе развития накопителей на оптических дисках разра
ботан целый ряд основных форматов записи информации на
CD
.
Формат
CD
-
DA
(
Digital
Audio
) — цифровой аудио-компакт диск
со временем звучания 74 мин.
Формат
ISO
9660 — наиболее распространенный стандарт логической организации данных.
Формат
High
Sierra
(
HSG
) предложен в 1995,г. и обеспечивает чтение данных, записанных на диск в формате
ISO
9660, с помощью приводов всех типов, что привело к широкому тиражирова
нию программ на
CD
и способствовало созданию компакт-дис
ков, ориентированных на различные операционные системы.
Формат
Photo
-
CD
разработан в 1990— 1992 гг. и предназначен
для записи на
CD
, хранения и воспроизведения статической видеоинформации в виде высококачественных фотоизображений.
Диск формата
Photo
-
CD
вмещает от 100 до 800 фотоизображений
соответствующих разрешений — 2048 х 3072 и 256 х 384, а также
сохраняет звуковую информацию.
Любой диск
CD
-
ROM
, содержащий текст и графические дан
ные, аудио- или видеоинформацию, относится к категории муль
тимедиа. Мультимедиа
CD
существуют в различных форматах для различных операционных систем:
DOS
,
Windows
,
OS
/2,
UNIX
,
Macintosh
.
Формат
CD
-
I
(
Jntractive
) разработан для широкого круга пользо
вателей как стандарт мультимедийного диска, содержащего раз
личную текстовую, графическую, аудио- и видеоинформацию. Диск
формата
CD
-
I
позволяет хранить видеоизображение со звуковым
сопровождением (стерео) и длительностью воспроизведения до
20 мин.
Формат
CD
-
DV
(
Digital
Video
) обеспечивает запись и хранение высококачественного видеоизображения со стереозвуком в течение 74 мин. При хранении обеспечивается сжатие по методу
MPEG
-1 (
Motion
Picture
Expert
Group).
Чтение диска возможно с использованием аппаратного или программного декодера стандарта
MPEG
.
Формат 3
DO
разработан для игровых приставок.
Приводы
CD
-
ROM
могут работать как со стандартным интерфейсом для подключения к разъему
IDE
(
E
-
IDE
), так и с высокоскоростным интерфейсом
SCSI
.
Самые популярные дисководы
CD
-
ROM
в России — изделия с торговыми марками
Panasonic
,
Craetive
,
Samsung
,
Pioneer
,
Hitachi
,
Teac
,
LG
.
Накопители
DVD
Решение проблемы увеличения емкости оптических носителей информации на базе совершенствования технологии производства
CD
и приводов, а также имеющихся научно-технических решений в области высококачественного цифрового видео привело к созданию
CD
-дисков повышенной емкости.
Качество изображения, хранимого в формате
DVD
, соизмеримо с качеством профессиональных студийных видеозаписей, причем качество звука также не уступает студийному. Считывание звуко
вой информации в формате
DVD
производится со скоростью
384 Кбайт/с, что позволяет организовать многоканальное звуко
вое сопровождение.
Такие возможности дисков формата
DVD
обусловлены улучшенными параметрами рабочей поверхности дисков. Так же как и
CD
, диск формата
DVD
имеет диаметр 120 мм. В приводе
DVD
используется полупроводниковый лазер с длиной волны излучения в видимой области 0,63 — 0,65 мкм. Такое снижение длины волны (по сравнению с 0,78 мкм у обычного
CD
-привода) обеспечило возмож
ность уменьшения размеров штрихов записи (пит) практически в
два раза, а расстояние между дорожками записи — с 1,6 до 0,74 мкм.
Питы располагаются по спирали, как на виниловых долгоигра
ющих пластинках.
Приводы
DVD
-
ROM
поставляются как с аппаратным декоде
ром
MPEG
-2 в виде карты расширения для шины
PCI
, так и с
программным декодером. Записывающие
DVD
-
R
и перезаписы
вающие дисководы
DVD
-
RW
способны работать с однослойными
односторонними дисками емкостью до 4,7 — 5,2 Гбайт при скоро
сти записи информации около 1 Мбайт/с.
Вопросы для самоконтроля:
1.
Приводы
CD-
R, (
RW), принцип работы, конструкция и основные компоненты, технические характеристики;
2.
DVD-
R (
RW): принцип работы, конструкция и основные компоненты, технические характеристики.
Тема 4.3 Магнитооптические накопители. Накопители на магнитных дисках. Внешние устройства хранения информации
Студент должен:
иметь представление:
· о назначении накопителей на компакт дисках;
· о назначении магнитооптических накопителей;
· о назначении накопителей на магнитных дисках;
· о назначении внешних устройств хранения информации
знать:
· форматы оптических и магнитооптических дисков;
· принцип работы стримера
уметь:
· записывать информацию на оптические и магнитооптические диски
Накопители на компакт – дисках: форматы записи информации, процесс изготовления
CD – дисков, накопители с однократной и многократной записью. Магнитооптические накопители: принципы работы, конструкция и основные компоненты, технические характеристики. Логическая структура и формат магнитооптических дисков. Накопители на магнитных лентах. Принцип размещения информации на магнитных лентах. Конструкция лентопротяжных механизмов. Структура данных на магнитных лентах. Устройства записи считывания информации с магнитных лент. Катриджы с магнитными лентами. Современные модели стримеров. Внешние устройства хранения информации: флэш- накопители,
ZIP-накопители. Принцип работы и основные технические характеристики.
Методические указания
Накопители на магнитооптических дисках
Магнитооптический (МО) привод представляет собой накопитель информации, в основу которого положен магнитный но
ситель с оптическим (лазерным) управлением.
Технология изготовления магнитооптического диска состоит в
следующем. На стеклопластиковую подложку наносится алюминиевое (либо золотое) покрытие, обеспечивающее отражение лазерного луча. Диэлектрические слои, окружающие с двух сторон магнитооптический слой, изготовлены из прозрачного полимера и защищают диск от перегрева, повышают чувствительность при записи и отражающую способность при считывании информации. Магнитооптический слой создается на основе порошка из сплава кобальта, железа и тербия. Свойства такого покрытия меняются как при температурном воздействии, так и при действии магнитного поля. Если нагреть диск свыше определенной температуры, возможно изменение магнитной поляризации посредством небольшого магнитного поля. Верхний защитный слой из прозрачного полимера, выполненный методом ультрафиолетового отверждения, предохраняет рабочую поверхность от механических повреждений. Благодаря такой технологии и помещению в специальный пластиковый конверт — картридж, магнитооптические диски обладают повышенной надежностью и не боятся воздействия неблагоприятных условий окружающей среды.
Запись данных на МО-диск производится с использованием
лазерной технологии. Луч лазера, сфокусированный на поверхности магнитооптического слоя в пятно с диаметром около 1 мкм, направляется в магнитооптический слой и нагревает его в точке фокусировки до температуры точки Кюри (около 200 °С). При этой температуре резко падает магнитная проницаемость, и изменение магнитного состояния частиц выполняется относительно небольшим по величине магнитным полем магнитной головки. После охлаждения материала магнитная ориентация доменов в данной точке сохраняется. В зависимости от магнитной ориентации участка магнитного материала он интерпретируется как логический нуль или логическая единица. Данные записываются блоками по 512 байт.
Для изменения части информации в блоке необходимо перезаписывать его полностью, поэтому при первом проходе инициализируется (разогревается) весь блок, а при подходе сектора под магнитную головку происходит запись новых данных.
Считывание данных с диска происходит поляризованным ла
зерным лучом пониженной мощности, которой недостаточно для
разогрева рабочего слоя: мощность лазера при считывании составляет 25 % мощности лазера при записи. Попадание луча на упоря
доченно ориентированные при записи данных магнитные части
цы диска приводит к тому, что их магнитное поле незначительно
изменяет поляризацию луча, т.е. наблюдается эффект Керра.
Стандартные емкости МО-дисков: односторонних дисков 3,5" —
128, 230 и 640 Мбайт, двухсторонних — 600 и 650 Мбайт. Диски размером 5,25" выпускаются емкостью от 1,7 до 4,6 Гбайт.
Быстродействие МО-накопителей ниже, чем накопителей со сменными магнитными носителями, хотя быстродействие новых моделей неуклонно возрастает. Одна из причин сравнительно низкого быстродействия МО-накопителей заключается в том, что скорость вращения диска всего 2000 об/мин. Кроме того, в МО-накопителях используется довольно массивная головка чтения/ записи, совмещающая в одном устройстве оптический и магнитный узлы.
Среднее время доступа к данным в МО-накопителях около
30 мс, а гарантийный срок работы (средняя наработка на отказ) — 75 000 ч.
Технология магнитооптической записи непрерывно совершенствуется. Несколько фирм выпускают МО-накопители с частотой
вращения МО-диска 3600 об/мин, но их стоимость довольно высока. Лидерами рынка накопителей на МО-дисках являются компании
Sony
,
Fujitsu
и
Hewlett
-
Packard
.
Магнитооптические диски и накопители большинства фирм-
изготовителей соответствуют требованиям международных стандартов, выпускаются как в виде встраиваемых устройств, так и во
внешнем автономном исполнении с интерфейсами
IDE
и
SCSI
.
Помимо обычных дисководов широкое распространение полу
чили так называемые оптические библиотеки с автоматической
сменой дисков, емкость которых достигает сотен гигабайт и даже нескольких терабайт. Время автоматической смены диска — несколько секунд, а время доступа и скорость обмена данными —
такие же, как у обычных дисководов.
Накопители на магнитной ленте
Накопители на магнитной ленте применяются в системах ре
зервного копирования. Резервное копирование данных необходи
мо, если емкость используемого накопителя на жестких дисках невелика и при этом на нем хранится много программ; результаты работы представлены большими массивами данных; отсутствует свободное место на жестком диске.
В качестве устройств записи данных на магнитную ленту (стримеров) сначала использовались катушечные накопители, аналогичные бытовым катушечным магнитофонам. В 1972 г. фирма ЗМ разработала первую кассету размером 15x10x1,6 см, предназначенную для хранения данных. Внутри кассеты находились две катушки, на которые лентопротяжным механизмом наматывалась лента в процессе чтения/записи. В 1983 г. был выпущен первый стандартный
QIC
(
Quarter
-
Inch
-
Catridge
— накопитель на магнитной ленте), емкость которого составляла 60 Мбайт. Запись данных производилась на девяти дорожках, а магнитная лента имела длину около 90 м. В дальнейшем был разработан стандарт на мини-кассеты (формат МС). Габариты мини-кассеты, согласно этому стандарту, 8,25 х 6,35 х 1,5 см. Основу магнитного слоя лент
QIC
составляет оксид железа.
Внешние устройства хранения информации
При современных объемах программного обеспечения и раз
мерах файлов носитель информации на гибких дисках емкостью всего 1,44 Мбайт не в состоянии обеспечить обмен данными между
PC
и тем более не может использоваться для хранения резерв
ных копий и архивов.
Решение этой проблемы связано с созданием таких накопителей, как
LS
-120,
SyQuest
,
Zip
,
Jaz
, МО,
ORB
и др. Важнейшим
параметром оценки этих устройств является совместимость с
FDD
, т.е. способность устройства читать и записывать данные на гибкий диск 3,5" емкостью 1,44 Мбайт. Все перечисленные устройства несовместимы с
FDD
, поскольку работают только со своими дис
ками. Исключение составляет дисковод
LS
-120, который в состо
янии читать кроме своих дискет емкостью 120 Мбайт стандартные
дискеты емкостью 1,44 Мбайт.
Дисководы
LS
-120 выпускаются фирмами как внешние устройства с интерфейсом
LPT
или внутренние с интерфейсом
IDE
.
Несомненным преимуществом дисковода
LS
-120 является высокая емкость дискеты (120 Мбайт) при достаточно низкой цене накопителя с интерфейсом
IDE
. При этом скорость чтения/запи
си в несколько раз выше, чем у
FDD
(80— 100 Кбайт/с в
DOS
и
200 — 300 Кбайт/с в
Windows
по сравнению с 60 Кбайт/с у
FDD
).
Дисководы
LS
-120 являются магнитными накопителями информации и имеют такие же недостатки, как и все магнитные носи
тели информации: чувствительность к магнитным полям, пыли и
механическим деформациям.
Сменные жесткие диски используются при необходимости размещения больших объемов данных на малогабаритных носителях.
У сменного винчестера переносным является не только носитель
информации, но и весь дисковод, который вынимается из своих
направляющих в корпусе ПК. Чаще всего это
IDE
диски, которые
устанавливаются в корпус компьютера. Для извлечения дисковода
на передней панели имеется специальная ручка. С обратной его стороны находится адаптер, который обычно обеспечивает силовое питание и связь для приема/передачи данных. Использование сменного жесткого диска такого рода для частого обмена информацией между удаленными ПК не дает желаемых результатов в связи с недостаточной защищенностью от внешних воздействий, возникающих при их транспортировке. Рекомендуется использовать сменные жесткие диски главным образом для целей архивирования данных.
Вопросы для самоконтроля:
1.
Накопители на компакт – дисках: форматы записи информации, процесс изготовления
CD – дисков, накопители с однократной и многократной записью.
2.
Магнитооптические накопители: принципы работы, конструкция и основные компоненты, технические характеристики.
3.
Логическая структура и формат магнитооптических дисков.
4.
Накопители на магнитных лентах.
5.
Принцип размещения информации на магнитных лентах. Конструкция лентопротяжных механизмов. Структура данных на магнитных лентах.
6.
Устройства записи считывания информации с магнитных лент. Катриджы с магнитными лентами. Современные модели стримеров.
7.
Внешние устройства хранения информации: флэш- накопители,
ZIP-накопители. Принцип работы и основные технические характеристики.
Раздел 5. Видеоподсистема: мониторы, видеоадаптеры, видеопроекторы
Тема 5.1 Мониторы ЭЛТ
Студент должен:
иметь представление:
· об устройствах отображения информации
знать:
· принцип работы мониторов на основе ЭЛТ;
· основные характеристики ЭЛТ мониторов.
уметь:
· подключать мониторы на основе ЭЛТ;
· устанавливать режимы работы мониторов на основе ЭЛТ;
Мониторы на основе электронно- лучевой трубки (ЭЛТ): основные принципы работы, типы ЭЛТ, конструкция, технические характеристики. Стандарты ТСО. Обзор основных моделей.
Методические указания
Мониторы на основе ЭЛТ — наиболее распространенные устройства отображения информации. Используемая в этом типе мониторов технология была разработана много лет назад и первона
чально создавалась в качестве специального инструментария для измерения переменного тока, т. е. для осциллографа.
Конструкция ЭЛТ-монитора представляет собой стеклянную
трубку, внутри которой находится вакуум. С фронтальной стороны внутренняя часть стекла трубки покрыта люминофором. В ка
честве люминофоров для цветных ЭЛТ используются довольно
сложные составы на основе редкоземельных металлов — иттрия, эрбия и др. Люминофор — это вещество, которое испускает свет
при бомбардировке его заряженными частицами. Для создания изображения в ЭЛТ-мониторе используется электронная пушка,
которая испускает поток электронов сквозь металлическую маску
или решетку на внутреннюю поверхность стеклянного экрана
монитора, которая покрыта разноцветными люминофорными точ
ками. Электроны попадают на люминофорный слой, после чего энергия электронов преобразуется в свет, т.е. поток электронов
заставляет точки люминофора светиться. Эти светящиеся точки
люминофора формируют изображение на мониторе. Как правило,
в цветном ЭЛТ-мониторе используются три электронные пушки,
в отличие от одной пушки, применяемой в монохромных мони
торах.
На пути пучка электронов обычно находятся дополнительные
электроды: модулятор, регулирующий интенсивность пучка элек
тронов и связанную с ней яркость изображения; фокусирующий электрод, определяющий размер светового пятна; размещенные на основании ЭЛТ катушки отклоняющей системы, которые из
меняют направление пучка. Любое текстовое или графическое изображение на экране монитора состоит из множества дискретных точек люминофора, называемых пикселами и представляющих собой минимальный элемент изображения-растра.
Формирование растра в мониторе производится с помощью
специальных сигналов, поступающих на отклоняющую систему.
Под действием этих сигналов производится сканирование луча по
поверхности экрана по зигзагообразной траектории от левого верх
него угла до правого нижнего. Ход луча по горизонтали осуществляется сигналом строчной (горизонтальной) развертки, а по вертикали — кадровой (вертикальной) развертки. Перевод луча из крайней правой точки строки в крайнюю
левую точку следующей строки (обратный ход луча по горизонта
ли) и из крайней правой позиции последней строки экрана в
крайнюю левую позицию первой строки (обратный ход луча по
вертикали) производится посредством специальных сигналов об
ратного хода. Мониторы такого типа называются растровыми. Элек
тронный луч в этом случае периодически сканирует экран, обра
зуя на нем близко расположенные строки развертки. По мере дви
жения луча по строкам видеосигнал, подаваемый на модулятор, изменяет яркость светового пятна и образует видимое на экране изображение. Разрешающая способность монитора определяется числом элементов изображения, которые он способен воспро
изводить по горизонтали и вер
тикали, например, 640x480 или
1024 х 768 пикселов.
В электронно-лучевой трубке цветного монитора расположены три элект
ронные пушки с независимыми схемами управления, а на внут
реннюю поверхность экрана нанесен люминофор трех основных
цветов: красного, синего и зеленого.
Электронный луч каждой пушки возбуждает точки лю
минофора, и они начинают светиться. Точки светятся по-разному
и представляют собой мозаичное изображение с чрезвычайно малыми размерами каждого элемента. Интенсивность свечения каж
дой точки зависит от управляющего сигнала электронной пушки.
В человеческом глазу точки с тремя основными цветами пересека
ются и накладываются друг на друга. Изменением соотношения
интенсивностей точек трех основных цветов получают требуемый
оттенок на экране монитора. Для того чтобы каждая пушка на
правляла поток электронов только на пятна люминофора соот
ветствующего цвета, в каждом цветном кинескопе имеется спе
циальная цветоделительная маска.
В зависимости от расположения электронных пушек и конст
рукции цветоделительной маски (рисунок 8) различают ЭЛТ четы
рех типов, используемые в современных мониторах:
ЭЛТ с теневой маской (
Shadow
Mask
) (см. рисунок 8, а) наибо
лее распространены в большинстве мониторов, производимых
LG
,
Samsung
,
Viewsonic
,
Hitachi
,
Belinea
,
Panasonic
,
Daewoo
,
Nokia
;
ЭЛТ с улучшенной теневой маской (
EDP
—
Enhenced
Dot
Pitch
) (см. рисунок 8, 6);
ЭЛТ со щелевой маской (
Slot
Mask
) (см. рисунок 8, в), в которой
люминофорные элементы расположены в вертикальных ячейках,
а маска сделана из вертикальных линий. Вертикальные полосы раз
делены на ячейки, содержащие группы из трех люминофорных элементов трех основных цветов. Этот тип маски применяется
фирмами
NEC
и
Panasonic
;
ЭЛТ с апертурной решеткой из вертикальных линий (
Aperture
Grill
) (см. рисунок 8, г). Вместо точек с люминофорными элемента
ми трех основных цветов апертурная решетка содержит серию
нитей, состоящих из люминофорных элементов, выстроенных в
виде вертикальных полос трех основных цветов. По этой техноло
гии производятся трубки
Sony
и
Mitsubishi
.
| |
Рисунок 8 - Типы цветоделительных масок ЭЛТ: а – ЭЛТ с теневой маской; б – ЭЛТ с улучшенной теневой маской; в- ЭЛТ с щелевой маской; г – ЭЛТ с апертурой решеткой
ЭЛТ-мониторы имеют следующие основные характеристики.
Диагональ экрана монитора — расстояние между левым нижним и правым верхним углом экрана, измеряемое в дюймах.
Размер зерна экрана определяет расстояние между ближайши
ми отверстиями в цветоделительной маске используемого типа.
Расстояние между отверстиями маски измеряется в миллиметрах.
Чем меньше расстояние между отверстиями в теневой маске и
чем больше этих отверстий, тем выше качество изображения.
Разрешающая способность монитора определяется количеством
элементов изображения, которые он способен воспроизводить по
горизонтали и вертикали.
Тип электронно-лучевой трубки следует принимать во внимание
при выборе монитора. Наиболее предпочтительны такие типы
кинескопов, как
Black
Trinitron
,
Black
Matrix
или
Black
Planar
. Мониторы этих типов имеют особое люминофорное покрытие.
Потребляемая мощность монитора указывается в его технических характеристиках. У мониторов 14" потребляемая мощность не должна превышать 60 Вт.
Покрытия экрана необходимы для придания ему антибликовых и антистатических свойств. Антибликовое покрытие позволяет наблюдать на экране монитора только изображение, формируемое компьютером, и не утомлять глаза наблюдением отраженных объектов. Существует несколько способов получения антибликовой (не отражающей) поверхности. Самый дешевый из них — протравливание. Оно придает поверхности шероховатость. Однако графика на таком экране выглядит нерезко, качество изображения низкое. Наиболее популярен способ нанесения кварцевого покрытия, рассеивающего падающий свет; этот способ реализован фирмами
Hitachi
и
Samsung
. Антистатическое покры
тие необходимо для предотвращения прилипания к экрану пыли
вследствие накопления статического электричества.
Защитный экран (фильтр) должен быть непременным атрибутом ЭЛТ-монитора, поскольку медицинские исследования показали, что излучение, содержащее лучи в широком диапазоне (рентгеновское, инфракрасное и радиоизлучение), а также электростатические поля, сопровождающие работу монитора, могут весьма отрицательно сказываться на здоровье человека.
По технологии изготовления защитные фильтры бывают: сеточные, пленочные и стеклянные.
Безопасность монитора для человека регламентируется стандартами ТСО: ТСО 92, ТСО 95, ТСО 99, предложенными Шведской конфедерацией профсоюзов. ТСО 92, выпущенный в 1992 г., определяет параметры электромагнитного излучения, дает определенную гарантию противопожарной безопасности, обеспечивает электрическую безопасность и определяет параметры энергосбережения. В 1995 г. стандарт существенно расширили (ТСО 95), включив в него требования к эргономике мониторов. В ТСО 99 требования к мониторам еще более ужесточили. В частности, стали жестче требования к излучениям, эргономике, энергосбережению, пожаробезопасности. Присутствуют здесь и экологические требования, которые ограничивают наличие в деталях монитора различных опасных веществ и элементов, например тяжелых металлов.
Вопросы для самоконтроля:
1.
Принцип работы мониторов на основе ЭЛТ;
2.
Основные характеристики ЭЛТ мониторов.
3.
Подключение монитора на основе ЭЛТ;
4.
Установка режимов работы мониторов на основе ЭЛТ
Тема 5.2 Жидкокристаллические мониторы
Студент должен:
иметь представление:
· об устройствах отображения информации
знать:
· принцип работы жидкокристаллических мониторов;
· основные характеристики жидкокристаллических мониторов.
уметь:
· подключать мониторы на основе ЖК;
· устанавливать режимы работы жидкокристаллических мониторов.
Жидкокристаллические мониторы. Принцип действия и технологии ЖК- мониторов. Контроллер ЖК экрана. Технические характеристики ЖК мониторов. Сравнительный анализ ЖК мониторов и мониторов на основе ЭЛТ. Обзор основных моделей. Плоскопанельные мониторы: плазменные дисплеи, электролюминесцентные мониторы, мониторы электростатической эмиссии, органические светодиодные мониторы. Принцип действия, основные преимущества и недостатки.
Методические указания
ЖК-мониторы (
LCD
—
Liquid
Crystal
Display
) составляют ос
новную долю рынка плоскопанельных мониторов с экраном размером 13—17". Первое свое применение жидкие кристаллы на
шли в дисплеях для калькуляторов и в кварцевых часах, затем их
стали использовать в мониторах для портативных компьютеров.
Сегодня в результате прогресса в этой области начинают получать все большее распространение
LCD
-мониторы для настоль
ных компьютеров.
Основным элементом ЖК-монитора является ЖК-экран, со
стоящий из двух панелей, выполненных из стекла, между кото
рыми размещен слой жидкокристаллического вещества, 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 ориентации моле
кул. Молекулы жидких кристаллов под воздействием электриче
ства могут изменять свою ориентацию и вследствие этого изменять свойства светового луча, проходящего сквозь них. Следова
тельно, формирование изображения в ЖК-мониторах основано
на взаимосвязи между изменением электрического напряжения,
приложенного к жидкокристаллическому веществу, и изменени
ем ориентации его молекул.
Экран ЖК-монитора представляет собой массив отдельных
ячеек (называемых пикселами), оптические свойства которых могут
меняться при отображении информации.
Панели ЖК-монитора
имеют несколько слоев, среди которых ключевую роль играют две панели, выполненные из свободного от натрия и очень чистого стеклянного материала, между которыми и расположен тонкий слой жидких кристаллов. На панелях нанесены параллельные бороздки, вдоль которых ориентируются кристаллы. Панели расположены так, что бороздки на подложках перпендикулярны между собой. Технология получения бороздок состоит в нанесении на стеклянную поверхность тонких пленок из прозрачного пластика. Соприкасаясь с бороздками, молекулы в жидких кристаллах ориентируются одинаково во всех ячейках.
Жидкокристаллическая панель освещается источником света
(в зависимости от того, где он расположен, жидкокристалличе
ские панели работают на отражение или на прохождение света).
В качестве источников света используются специальные электролюминесцентные лампы с холодным катодом, характеризую
щиеся низким энергопотреблением. Молекулы одной из разно
видностей жидких кристаллов (нематиков) в отсутствие напряжения на подложках поворачивают вектор электрической напряженности электромагнитного поля в световой волне, проходящей
через ячейку, на некоторый угол в плоскости, перпендикулярной
оси распространения пучка. Нанесение бороздок позволяет обес
печить одинаковые углы поворота для всех ячеек. Фактически каж
дая ЖК-ячейка представляет собой электронно управляемый светофильтр, принцип действия которого основан на эффекте поля
ризации световой волны.
Чтобы поворот плоскости поляризации светового луча был за
метен для глаза, на стеклянные панели дополнительно наносят
два слоя, представляющих собой поляризационные фильтры. Эти
фильтры выполняют функции поляризатора и анализатора.
Принцип действия ячейки ЖК-монитора в следую
щем. При отсутствии напряжения между подложками ячейка ЖК-
монитора прозрачна, поскольку вследствие перпендикулярного
расположения бороздок на подложках и соответствующего закру
чивания оптических осей жидких кристаллов вектор поляризации
света поворачивается и проходит без изменения через систему
поляризатор —анализатор. Ячейки, у которых
ориентирующие канавки, обеспечивающие соответствующее закру
чивание молекул жидкокристаллического вещества, расположе
ны под углом 90°, называются твистированными нематическими.
При создании между подложками напряжения 3— 10 В молекулы жидкокристаллического вещества располагаются параллельно си
ловым линиям поля. Твистированная структура
жидкокристаллического вещества нарушается, и поворота плоскости поляризации проходящего через него света не происходит.
В результате плоскость поляризации света не совпадает с плоско
стью поляризации анализатора, и ЖК-ячейка оказывается непро
зрачной. Напряжение, приложенное к каждой ЖК-ячейке, фор
мируется ПК.
Для вывода цветного изображения на экран выполняется под
светка монитора сзади, так чтобы свет порождался в задней части
ЖК-дисплея. Цвет формируется в результате объединения ЖК-
ячеек в триады, каждая из которых снабжена светофильтром, про
пускающим один из трех основных цветов.
Технология, при которой закручивание молекул составляет 90°, называется твистированной нематической (
TN
—
Twisted
Nematic
).
Недостатки ЖК-мониторов, реализующих эту технологию, свя
заны с низким быстродействием; зависимостью качества изображения (яркости, контрастности) от внешних засветок; значительным взаимным влиянием ячеек; ограниченным утлом зрения, под
которым изображение хорошо видно, а также низкими яркостью и насыщенностью изображения.
Следующим этапом на пути совершенствования ЖК-монито
ров было увеличение угла закручивания молекул ЖК-вещества с
90 до 270° с помощью
STN
-технологии (
Super
-
Twisted
Nematic
).
Использование двух ячеек, одновременно поворачивающих плос
кости поляризации в противоположных направлениях, согласно
DSTN
-технологии (
Dual
Super
-
Twisted
Nematic
), позволило значительно улучшить характеристики ЖК-мониторов.
Для повышения быстродействия ЖК-ячеек используется тех
нология двойного сканирования (
DSS
—
Dual
Scan
Screens
), когда
весь ЖК-экран разбивается на четные и нечетные строки, обнов
ление которых выполняется одновременно. Двойное сканирова
ние совместно с использованием более подвижных молекул по
зволило снизить время реакции ЖК-ячейки с 500 мс (у ЖК-мо
ниторов, реализующих технологию
TN
) до 150 мс и значительно
повысить частоту обновления экрана.
Для получения лучших результатов с точки зрения стабильно
сти, качества, разрешения и яркости изображения используются мониторы с активной матрицей в отличие от применявшихся ра
нее с пассивной матрицей. Термин пассивная матрица
(
Passive
Matrix
) относится к такому конструктивному решению
монитора, согласно которому монитор разделен на отдельные
ячейки, каждая из которых функционирует независимо от остальных, так что в результате каждый такой элемент может быть подсвечен индивидуально для создания изображения. Матрица называется пассивной, потому что рассмотренные выше технологии
создания ЖК-мониторов не могут обеспечить быстродействие при
отображении информации на экране. Изображение формируется
строка за строкой путем последовательного подвода управляюще
го напряжения на отдельные ячейки. Вследствие большой электрической емкости отдельных ячеек напряжение на них не может изменяться достаточно быстро, поэтому изображение не отображается плавно и дрожит на экране. При этом между соседними
электродами возникает некоторое взаимное влияние, которое
может проявляться в виде колец на экране.
В активной матрице используются отдельные усилитель
ные элементы для каждой ячейки экрана, компенсирующие вли
яние емкости ячеек и позволяющие значительно увеличить быст
родействие.
Активная матрица (
active
matrix
) имеет следующие преимуще
ства по сравнению с пассивной матрицей:
· высокая яркость;
· угол обзора, достигающий 120—160°, в то время как у мони
торов с пассивной матрицей качественное изображение можно
наблюдать только с фронтальной позиции по отношению к экрану;
· высокое быстродействие, обусловленное временем реакции
монитора около 50 мс.
Функциональные возможности ЖК-мониторов с активной
матрицей почти такие же, как у дисплеев с пассивной матрицей. Разница заключается в матрице электродов, которая управляет
ячейками жидких кристаллов дисплея. В случае с пассивной мат
рицей разные электроды получают электрический заряд цикли
ческим методом при построчной регенерации дисплея, а в результате разряда емкостей элементов изображение исчезает, так
как кристаллы возвращаются к своей изначальной конфигурации. В случае с активной матрицей к каждому электроду добавлен за
поминающий транзистор, который может хранить цифровую ин
формацию (двоичные значения 0 или 1), и в результате изобра
жение сохраняется до тех пор, пока не поступит другой сигнал. Такой транзистор, выполняя роль своеобразного коммутирующе
го ключа, позволяет коммутировать более высокое (до десятков
вольт) напряжение, используя сигнал низкого уровня (около 0,7 В).
Благодаря применению активных ЖК-ячеек стало возможным
значительно снизить уровень сигнала управления и тем самым решить проблему частичной засветки соседних ячеек.
Запоминающие транзисторы производятся из прозрачных ма
териалов, что позволяет световому лучу проходить сквозь них, и
располагаются на тыльной части дисплея, на стеклянной панели, которая содержит жидкие кристаллы. Поскольку запоминающие
транзисторы выполняются по тонкопленочной технологии, по
добные ЖК-мониторы получили название
TFT
-мониторы (
Thin
Film
Transistor
— тонкопленочный транзистор). Тонкопленочный
транзистор имеет толщину в диапазоне от 0,1 до 0,01 мкм. Техно
логия
TFT
была разработана специалистами фирмы
Toshiba
. Она
позволила не только значительно улучшить показатели ЖК-мониторов (яркость, контрастность, угол зрения), но и создать на
основе активной ЖК-матрицы цветной монитор.
К основным характеристикам жидкокристаллических мониторов относятся следующие.
Размер экрана ЖК-мониторов находится в пределах от 13 до 16". В отличие от ЭЛТ-мониторов, номинальный размер экрана и размер его видимой области (растра) практически совпадают.
Ориентация экрана у ЖК-монитора в отличие от ЭЛТ-монито
ра может быть как портретная, так и ландшафтная. В то время как
традиционные экраны ЭЛТ-мониторов и ЖК-экраны компьюте-
ров типа
Notebook
имеют только ландшафтную ориентацию, обусловленную тем, что поле зрения человека в горизонтальном направлении шире, чем в вертикальном, в ряде случаев (работа с текстами большого объема,
Web
-страницами) намного удобнее работать с экраном портретной ориентации. ЖК-монитор можно
легко развернуть на 90°, при этом ориентация изображения оста
нется прежней.
Поле обзора ЖК-мониторов обычно характеризуется углами обзор а, отсчитываемыми от перпендикуляра к плоскости экра
на по горизонтали и вертикали.
Разрешение ЖК-монитора определяется размером отдельной
ЖК-ячейки, т.е. фиксированным размером пикселов.
Метод «
Centering
» (центрирование) состоит в том, что для отображения изображения используется только то количество
пикселов, которое необходимо для формирования изображения
с более низким разрешением. В результате изображение получает
ся не во весь экран, а только в середине: все неиспользуемые
пикселы остаются черными, образуя вокруг изображения широ
кую черную рамку.
Метод «
Expansion
» (растяжение) основан на растяжении изоб
ражения на весь экран, что приводит к возникновению некото
рых искажений и ухудшению резкости.
Яркость — важнейший параметр при выборе ЖК-монитора. Типовая яркость ЖК-монитора 150 — 200 кд/м2
. При этом в центре яркость ЖК-монитора может быть на 25 % выше, чем у краев экрана.
Контрастность изображения ЖК-монитора показывает, во
сколько раз его яркость изменяется при изменении уровня видео
сигнала от минимального до максимального. Приемлемая цветопередача обеспечивается при контрастности не менее 130:1, а
высококачественная — при 350:1.
Инерционность ЖК-монитора характеризуется минимальным
временем, необходимым для активизации его ячейки, и состав
ляет 30 — 70 мс, соответствуя аналогичным параметрам ЭЛТ-мо-
ниторов.
Палитра ЖК-мониторов, по сравнению с обычными, ограни
чена определенным количеством воспроизводимых на экране от
тенков цветов. Типовой размер палитры современных ЖК-мони
торов составляет 262 144 или 16 777 216 оттенков цветов.
Массогабаритные характеристики и энергопотребление выгодно
отличают ЖК-мониторы от ЭЛТ-мониторов. Масса большинства
моделей не превышает нескольких килограмм, а толщина экрана —
20 мм. Потребляемая мощность в рабочем режиме не превышает
35-40 Вт.
Плазменные дисплеи
(
Plasma
Display
Panel —
PDF) создаются
путем заполнения пространства между двумя стеклянными поверхностями инертным газом, например аргоном или неоном. За
тем на стеклянную поверхность наносят миниатюрные прозрач
ные электроды, на которые подается высокочастотное напряже
ние. 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.
Электролюминесцентные мониторы
(
Electric
Luminiescent
Displays —
ELD
)
no
своей конструкции аналогичны ЖК-мониторам. Прин
цип действия электролюминесцентных мониторов основан на яв
лении испускании света при возникновении туннельного эффек
та в полупроводниковом
p
-
n
- переходе. Такие мониторы имеют
высокие частоты развертки и яркость свечения, кроме того, они
надежны в работе. Однако они уступают ЖК-мониторам по энер
гопотреблению, поскольку на ячейки подается относительно высокое напряжение — около 100 В. При ярком освещении цвета электролюминесцентных мониторов тускнеют.
Мониторы электростатической эмиссии
(
Field
Emission
Displays —
FED
) являются сочетанием традиционной технологии, основанной на использовании ЭЛТ, и жидкокристаллической техноло
гии. Мониторы
FED
основаны на процессе, который несколько похож на тот, что применяется в ЭЛТ-мониторах, так как в обо
их методах применяется люминофор, светящийся под воздействием электронного луча. В качестве пикселов применяются такие же зерна люминофора, как и в ЭЛТ-мониторе, что позволяет получить чистые и сочные цвета, свойственные обычным мониторам. Однако активизация этих зерен производится не электронным лучом, а электронными ключами, подобными тем, что используются в ЖК-мониторах, построенных по
TFT
-технологии. Управление этими клю
чами осуществляется специальной схемой, принцип действия которой аналогичен принципу действия контроллера ЖК-монитора.
Органические светодиодные мониторы
(
Organic
Light-
Emitting
Diode
Displays —
OLEDs), или
LEP-мониторы {
Light
Emission
Plastics —
светоизлучающий пластик), по своей технологии похожи на ЖК-и
ELD
-мониторы, но отличаются материалом, из которого изготавливается экран: в
LEP
-мониторах используется специальный органический полимер (пластик), обладающий свойством полу
проводимости. При пропускании электрического тока такой мате
риал начинает светиться.
Основные преимущества технологии
LEP
по сравнению с рас
смотренными:
· низкое энергопотребление (подводимое к пикселу напряжение
менее 3 В);
· простота конструкции и технологии изготовления;
· тонкий (около 2 мм) экран;
· малая инерционность (менее 1 мкс).
К существенным недостаткам этой технологии следует отнести малую яркость свечения экрана; малый размер экрана.
LEP
-мони
торы используются пока только в портативных устройствах, на
пример, в сотовых телефонах.
Выбор той или иной модели монитора зависит от характера информации, с которой будет работать пользователь, и задач,
которые он ставит перед собой, а также от суммы выделенных
средств на приобретение монитора. Российский рынок мониторов
Постоянно пополняется новыми моделями. Если модель уже вы
брана, при выборе конкретного экземпляра полезно следовать
Приведенным ниже рекомендациям.
Вопросы для самоконтроля:
1.
Принцип работы жидкокристаллических мониторов;
2.
Основные характеристики жидкокристаллических мониторов;
3.
Подключение мониторов на основе ЖК;
4.
Установка режимов работы жидкокристаллических мониторов;
5.
Принцип работы плазменных дисплеев;
6.
Принцип работы электролюминесцентных мониторов;
7.
Принцип работы мониторов электростатической эмиссии;
8.
Принцип работы органических светодиодных мониторов.
Тема 5.3 Проекционные аппараты
Студент должен:
иметь представление:
· об устройствах отображения информации
знать:
· назначение, типы, функции проекционных аппаратов;
· назначение и принцип работы оверхед- проектора и ЖК панели;
· назначение и принцип работы мультимедийного проектора.
Проекционные аппараты. Оверхед- проекторы и ЖК панели. Мультимедийные проекторы: принцип действия и классификация. Принципиальные схемы
TFT
- проекторов, полисиликоновых проекторов,
D
-
ILA
,
DMD
/
DLP
- проекторов. Их достоинства и недостатки. Принцип действия 3
D
- проекторов. Основные характеристики мультимедийных проекторов.
Методические указания
Проекционный аппарат
(проектор) (от латинского
projicio
—
бросаю вперед) — оптико-механический прибор для проециро
вания на экран увеличенных изображений различных объектов.
Принцип действия проекционных аппаратов заключается в
проецировании с помощью оптической системы на экран изображения объекта, нанесенного на тонкой полупрозрачной плен
ке, при освещении его мощной проекционной лампой. В результа
те изображение может быть показано большой аудитории.
Современные проекционные аппараты служат для демонстрации прозрачных объектов: диапозитивов (кодопроекторы), диа
фильмов (диапроекторы), непрозрачных (эпипроекторы), а так
же тех и других (эпидиапроекторы). Проекционные аппараты применяются для презентаций, в качестве технических средств обуче
ния. Поскольку в настоящее время весомая часть информации находится в электронном виде, возникла необходимость проециро
вания на экран изображения с экрана монитора.
Конструкции и принципы действия модуляторов отличаются
большим разнообразием, хотя в основном они построены на базе ЖК-панелей. Все компьютерные проекторы можно разбить на две
группы:
• универсальные проекторы (оверхед-проекторы) об
щего назначения; в качестве источника изображения в них ис
пользуется специальный внешний модулятор — ЖК-панель;
• мультимедийные проекторы со встроенным моду
лятором.
На компьютерный проектор подается
RGB
-сигнал, снимаемый
с выхода видеоадаптера ПК, а также обычный видеосигнал, источником которого может быть бытовая или полупрофессиональная видеоаппаратура. Проекторы, в которых в качестве входного используется только видеосигнал, называются видеопроекторами.
Оверхед-проектор
(
Over
Head
Projector
— проектор, расположенный над головой) — проекционный аппарат, в котором изображение от источника проецируется на экран при помощи наклонного проекционного зеркала. Конструктивно в зависимости от места размещения проекционной лампы оверхед-проекторы разделяются на отражательные и просветные.
Отражательные проекторы представляют собой ма
логабаритные устройства, предназначенные для проецирования изображений, нанесенных на специальную прозрачную пленку.
Отражательные проекторы не могут использоваться совместно с
ЖК-панелями, поскольку мощность проекционной лампы у них
невелика.
Просветные проекторы отличаются тем, что
у них проекционная лампа размещается под рабочей поверхно
стью устройства внутри его основания, мощность лампы уве
личена в десятки раз и имеется ее принудительное охлаждение
с помощью вентилятора, как показано на оптической схем
. Это позволяет использовать в качестве источника
изображения не только прозрачные пленки, но и менее про
зрачные ЖК-панели.
ЖК-панель, подключенную к видеоадаптеру ПК, устанавливают на прозрачную рабочую поверхность проектора как прозрачную пленку. Световой поток от проекционной лампы через
специальную фокусирующую линзу освещает ЖК-панель и, проходя через нее и рассеивающую линзу, поступает на проекционное зеркало.
По конструкции и габаритам ЖК-панель напоминает дисплей ПК типа
Notebook
, причем на ее корпусе расположены органы управления параметрами изображения.
Качество изображения, формируемого оверхед-проектором, подключаемым к компьютеру, определяется характеристиками
ЖК-панели, которые аналогичны характеристикам плоскопанель
ных ЖК-мониторов: размер, максимальное разрешение, количе
ство воспроизводимых оттенков цветов, яркость. В зависимости от разрешения экрана различают ЖК-панели следующих типов с соответствующим максимальным разрешением экрана:
VGA
-па
нели (640x480);
SVGA
-панели (800 х 600);
XGA
-панели (1024x768);
SXGA
-панели (1280х 1024).
В
VGA
-панелях, рассчитанных на небольшую аудиторию, в
качестве экрана используется пассивная ЖК-матрица, основан
ная на применении технологии
DSTN
; в более качественных панелях используется активный
TFT
-экран.
В мультимедийном проекторе проекционная лампа, ЖК-матрица и оптическая система конструктивно размещаются в одном корпусе, что делает их похожими на диапроекторы, предназначенные для просмотра слайдов или диафильмов. По принципу действия мультимедийный проектор не отличается от оверхед-проектора: изображение создается с помощью мощной проекционной лампы и встроенного в проектор электронно-оптического модулятора, управляемого сигналом видеоадаптера ПК, а затем посредством оптической системы проецируется на внешний экран. Основным отличием в мультимедийных проекторах является конструкция модулятора и способы построения и переноса изображения на экран. В зависимости от конструкции модулятора проекторы бывают следующих типов:
TFT
-проекторы; полисилико
новые проекторы и
DMD
/
DLP
-проекторы.
В зависимости от способа освещения модулятора мультимедий
ные проекторы подразделяют на проекторы просветного и
отражательного типов.
В
TFT
-проекторах, относящихся к проекторам просветного типа,
в качестве модулятора используется малогабаритная цветная ак
тивная ЖК-матрица, выполненная по технологии
TFT
.
Основным элементом установки является миниатюрная ЖК-матрица, выполненная по технологии
TFT
, как и ЖК-экран плоскопанельного цветного монитора. Равномерное освещение поверхности ЖК-матрицы достигается за счет применения системы линз, называемой конденсором.
Полисиликоновые мультимедийные проекторы также относятся к
проекторам просветного типа и применяются в том случае, когда
необходимо получить более яркое изображение. В них используется не одна цветная
TFT
-матрица, а три монохромных миниатюр
ных ЖК-матрицы размером около 1,3". Каждая из матриц форми
рует монохромное изображение красного, зеленого или синего
цвета. Оптическая система проектора, обеспечивает совмещение трех монохромных изображений, в ре
зультате чего формируется цветное изображение. Такая техноло
гия получила название полисиликоновой (
p
-
Si
). Каждый
элемент полисиликоновой матрицы содержит только один тонкопленочный транзистор, поэтому его размер меньше, чем размер элемента
TFT
-матрицы, что позволяет повысить четкость
изображения.
Цветоделительная система полисиликонового проектора, состоящая из двух дихроичных (
Du
D
2
) и одного обычного (
Ni
)
зеркал, используется для разложения белого света проекционной лампы на три составляющие основных цветов (красный, зеленый,
синий). Цветоделение необходимо выполнить для того, чтобы по
дать на каждую из трех монохромных матриц световой поток соответствующего цвета. Дихроичное (цветоделительное) зеркало пропускает свет только одной длины волны (один цвет) и представляет собой хорошо отполированную стеклянную подложку с нанесенной на него тонкой пленкой из диэлектрического материала.
Система цветосмешения полисиликонового проектора состоит из двух дихроичных (
D
3
,
D
4
) и одного отражающего (
N
2
) зеркал и служит для получения цветного изображения путем наложения одного на другой трех монохромных изображений, создаваемых соответствующими ЖК-матрицами.
Полисиликоновые проекторы обеспечивают более высокое ка
чество изображения, яркость и насыщенность цветов по сравне
нию с проекторами на основе
TFT
-матриц. Они более надежны в
работе и долговечны, поскольку три ЖК-матрицы работают в менее
напряженном тепловом режиме, чем одна. Благодаря этому поли
силиконовые проекторы можно использовать при проецировании
изображения на большой экран в таких помещениях, как конфе
ренц-залы, кинотеатры.
ЖК-проекторы отражательного типа предназначены для работы в больших аудиториях и отличаются по принципу действия: модуляции подвергается не проходящий, а отраженный световой поток.
В настоящее время наиболее используемой в конструкциях ЖК-проекторов отражательного типа является технология
DMD
/
DLP
,
разработанная фирмой
Texas
Instruments
.
В
DMD
/
DLP
-проекторах отражательного типа излучение ис
точника света модулируется изображением при отражении от мат
рицы. В
DMD
/
DLP
-проекторах в качестве отражающей поверхно
сти используется матрица, состоящая из множества электронно-
управляемых микрозеркал, размер каждого из которых около 1 мкм. Каждое микрозеркало имеет возможность отражать падающий на него свет либо в объектив, либо в поглотитель, что определяется уровнем поданного на него электрического сигнала. При попадании света в объектив образуется яркий пиксел экрана, а в поглотитель — темный. Такие матрицы обозначаются аббревиатурой
DMD
(
Digital
Micromirror
Device
— цифровой микрозеркальный прибор), а технология, на которой основан их принцип действия, —
DLP
(
Digital
Light
Processing
— цифровая обработка света).
Для получения цветного изображения используются проекто
ры двух вариантов: с тремя или одной
DMD
-матрицей.
В одноматричных
DMD
/
DLP
-проекторах полный цветной кадр
формируется в результате последовательного наложения трех бы
стро меняющихся монохромных кадров: черно-красного, черно-зеленого и черно-синего. Смена монохромных кадров на экране незаметна благодаря инерционности человеческого зрения. Мо
нохромные кадры образуются при последовательном освещении
DMD
-матрицы лучом красного, зеленого и синего цветов. Луч
каждого цвета образуется за счет пропускания светового потока от проекционной лампы через вращающийся диск с красным,
зеленым и синим светофильтрами.
Управление микрозеркалами
синхронизировано с поворотом светофильтра.
По сравнению с ЖК-технологиями технология
DLP
обладает
следующими преимуществами: практически полным отсутствием
зернистости изображения, высокой яркостью и равномерностью
ее распределения. К недостаткам одноматричных
DMD
-проекто
ров следует отнести заметное мелькание кадров.
Вопросы для самоконтроля:
1.
Проекционные аппараты;
2.
Оверхед- проекторы и ЖК панели;
3.
Мультимедийные проекторы: принцип действия и классификация;
4.
Принципиальные схемы
TFT
- проекторов;
5.
Принципиальные схемы полисиликоновых проекторов;
6.
Принципиальные схемы
D
-
ILA
,
DMD
/
DLP
- проекторов. Их достоинства и недостатки;
7.
Принцип действия 3
D
- проекторов;
8.
Основные характеристики мультимедийных проекторов.
Практическая работа 6. Проекционные аппараты
Студент должен:
иметь представление:
· об устройствах отображения информации
знать:
· назначение, типы, функции проекционных аппаратов;
· назначение и принцип работы оверхед- проектора и ЖК панели;
· назначение и принцип работы мультимедийного проектора.
уметь:
· подключать проекционные аппараты;
· настраивать проекционные аппараты;
· работать с проекционными аппаратами.
Тема 5.4 Устройства формирования объемных изображений
Студент должен:
иметь представление:
· об устройствах отображения информации
знать:
· назначение, виды устройств формирования объемных изображений
Устройства формирования объемных изображений: назначение, принцип действия стереоскопа, способы селекции.
VR
-шлемы. 3
D
- очки. 3
D
мониторы. 3
D
- проекторы
Методические указания
Устройства формирования объемных (трехмерных) изображе
ний появились в качестве весьма дорогостоящих и недостаточно
совершенных элементов системы виртуальной реальности. Одна
ко в настоящее время эти устройства интенсивно совершенствуются, постепенно превращаясь в непременный атрибут домашнего мультимедийного ПК, поскольку объемный характер изображения имеет важнейшее значение для создания у пользователя
подсознательного ощущения реальности наблюдаемой сцены.
По своей конструкции такие устройства принципиально отли
чаются от традиционных мониторов, поскольку в их основе ле
жит способ формирования трехмерных изображений, основанный
на эффекте бинокулярного зрения, или стереозрения.
Шлемы виртуальной реальности (
VR
-шлемы)
Шлемы виртуальной реальности (
VR
-шлемы), называемые так
же кибершлемами, являются в настоящее время наиболее совер
шенными устройствами формирования трехмерных изображений.
Помимо наличия двух индивидуальных экранов для каждого глаза
VR
-шлемы, благодаря своей конструкции, обеспечивают отсечение поля периферийного зрения человека, что усиливает эффект
проникновения в виртуальный компьютерный мир.
В
VR
-шлемах используются миниатюрные экраны, выполнен
ные на основе активных ЖК-матриц. Каждая из ЖК-матриц формирует цветное изображение, которое, благодаря особой конст
рукции шлема, видит только один глаз. Помимо экранов
VR
-шлем
снабжен стереофоническими головными телефонами и микрофоном. Узел шлема, объединяющий в себе эти матрицы и органы
регулировки, называют в и з о р о м. Визор дает возможность ре
гулировать расстояние между матрицами по горизонтали, кото
рое должно соответствовать расстоянию между зрачками пользо
вателя, называемому
IPD
(
Inter
Pupil
Distance
). Визоры некоторых моделей шлемов оборудованы специальной оптической системой автоматического определения
IPD
, исключающей необходимость
в индивидуальной настройке шлема.
Основным недостатком
VR
-шлема является недостаточно высокое разрешение стереоскопического изображения. Это обусловлено ограниченным количеством элементов ЖК-матрицы и малым расстоянием между глазом и визором, что делает зернистость ЖК-матриц заметной.
Важнейшей особенностью
VR
-шлемов является наличие так
называемой системы виртуальной ориентации (СВО) (
Virtual
Orientation
System
—
VOS
), которая отслеживает движение голо
вы и в соответствии с ним корректирует изображение на экра
нах. В случае поворота головы в одну сторону панорамное изображение «прокручивается» через ЖК-матрицы в противоположном направлении. В результате у пользователя возникает иллюзия стабильности наблюдаемой картины, ощущение реальности изображения. В зависимости от принципа действия и типа используемого поля различают магнитные, ультразвуковые и инерциальные СВО.
Магнитные СВО распространены наиболее широко. В них используются миниатюрные магнитные датчики (катушки индуктивности). Магнитная СВО включает в себя блок внешних неподвижных передатчиков, выполняющих роль радиомаяков; датчик-приемник, расположенный на шлеме; системный электронный блок, который формирует электрические сигналы, поступающие на передатчик, и обрабатывает сигналы, принятые приемником. Интенсивность и фаза принятых сигналов зависят от расстояния между передающими и приемными катушками, а также от их взаимной ориентации. Обрабатывая передаваемые и принимаемые сигналы, системный электронный блок вычисляет пространственные координаты приемника относительно передатчика. Результаты вычислений передаются в
PC
через стандартный последовательный интерфейс
RS
-232 с частотой 50 — 60 Гц.
В ультразвуковых СВО вместо магнитных используются мало
габаритные пьезокерамические преобразователи, выполняющие функции передатчиков и приемников. Обычно используются три передатчика и приемника, размещенные в шлеме. Системный блок посылает на передатчики электрический сигнал и регистрирует ультразвуковой сигнал. Измеряя временную задержку между посланным и принятым сигналом, а также зная скорость распространения звуковой волны (около 330 м/с), можно достаточно точно определить расстояние между передатчиком и приемником. Путем обработки результатов измерений расстояния между тремя парами датчиков рассчитывают положение и ориентацию шлема (головы пользователя) в пространстве.
Инерциальные СВО используются в
VR
-шлемах моделей, пред
назначенных в основном для профессионального применения. Свое
название они получили благодаря использованию в них инерци-альных датчиков — гироскопов и акселерометров, не требующих для своей работы магнитных или ультразвуковых полей. С их помощью создается независимая инерциальная система координат, в которой отслеживается положение головы пользователя.
В качестве входного сигнала для
VR
-шлема может использо
ваться либо видеосигнал от бытовой видеоаппаратуры, либо
RGB
-
сигнал видеоадаптера ПК.
VR
-шлемы с визорами, способными обеспечить разрешение не хуже 640 х 480, обычно рассчитаны на подключение непосредственно к видеоадаптеру ПК.
Помимо визора
VR
-шлем оборудован высококачественной сте
реофонической аудиосистемой. Источником звука может быть
либо телевизор (видеомагнитофон), либо звуковая карта компью
тера.
3
D
-очки
являются наиболее распространенными и доступными
по цене устройствами формирования трехмерных изображений. Принцип их действия основан на использовании затворного метода разделения элементов стереопары. З
D
-очки используются в качестве дополнения к обычному монитору и могут подсоединяться к видеоадаптеру ПК при помощи гибкого провода длиной
2-3 м.
Принцип действия З
D
-очков заключается в том, что при по
следовательном отображении на мониторе левой и правой час
тей стереопары синхронно меняется прозрачность стекол оч
ков. В результате каждый глаз видит только свою часть стереопары, что обеспечивает стереоэффект. Чтобы стекла З
D
-очков мог
ли
«терять прозрачность» по командам компьютера, их выпол
няют по технологии ЖК-ячейки просветного типа, использую
щей эффект поляризации. Поэтому 3
D
-очков иногда называют
поляризационными. Поскольку прозрачность стекол 3
D
-очков
изменяется синхронно со сменой изображения на экране вслед
ствие управления сигналами видеоадаптера, их называют ак
тивными.
Таким образом, термины «активные поляризационные очки»,
«3
D
-очки» — синонимы; они обозначают устройства, работаю
щие на одинаковом принципе.
Между З
D
-очками и шлемами виртуальной реальности есть принципиальные различия:
3
D
-очки изображения не создают, хотя также содержат ЖК-
линзы, которые используются в качестве электронно-управляемого фильтра (затвора), поэтому качество формируемого изображения определяется монитором;
3
D
-очки лишены системы виртуальной ориентации, поэтому
изображение на экране монитора никак не корректируется в зависимости от положения головы наблюдателя. В связи с этим при использовании З
D
-очков нет смысла перекрывать зону периферий
ного зрения, поэтому они выполняются в форме обычных очков.
Подключение 3
D
-очков к
ПК производится в большинстве слу
чаев с помощью дополнительного устройства — контроллера, ко
торый формирует синхросигнал для 3
D
-очков, управляющий поочередным затемнением стекол, и преобразует (при необходимости) выходной видеосигнал и синхросигналы видеоадаптера таким образом, чтобы обеспечить раздельный последовательный показ элементов стереопары на экране монитора.
В большинстве моделей 3
D
-очков контроллер выполняется в виде отдельного внешнего блока, хотя в настоящее время появилось много видеоадаптеров с интегрированными контроллерами для 3
D-очков.
Современный рынок 3
D
-очков достаточно разнообразен. Преимущественно используются беспроводные модели, обеспечивающие связь с ПК с помощью инфракрасного передатчика, аналогичного телевизионному пульту управления.
З
D
-мониторы
Одним из направлений получения стереоскопического изобра
жения является использование З
D
-мониторов. Существуют устрой
ства двух типов, которые можно отнести к категории 3
D
-
мониторов:
· плоскопанельные З
D
-мониторы на основе ЖК-экранов;
· мониторы на основе ЭЛТ, оборудованные поляризационным
ЖК-фильтром.
Плоскопанельные З
D
-мониторы основаны на свойстве избира
тельности ЖК-мониторов по отношению к поляризации прохо
дящего излучения. Стереопара в таких мониторах создается за счет того, что ЖК-ячейки нечетных строк экрана пропускают свет с одной поляризацией, например, с горизонтальной, а ячейки четных строк — с вертикальной. Нечетные строки растра используются для отображения левой части стереопары, а четные — правой. Наблюдение стереоэффекта производится с помощью пассивных поляризационных очков. Примером устройства, основанного на этом свойстве, служит З
D
-экран ПК типа
Notebook
Cyberbook
.
Для работы с плоскопанельными мониторами другого типа 3
D
-
очки не требуются. Принцип действия этого монитора основан на
использовании двух разработок фирмы
Sony
: так называемого двойного расщепителя изображения и специальной фотодиодной системы слежения за положением головы пользователя. Расщепитель изображения состоит из двух прозрачных пластин, между которыми размещен ЖК-экран. Благодаря этому изображение на ЖК-экране может быть видно только под определенным углом. На экране одновременно отображаются оба элемента стереопары, причем пластины преломляют свет таким образом, что каждый глаз видит только один из элементов стереопары. Чтобы исключить нарушение стереоэффекта, который зависит от угла зрения, при изменении положения головы пользователя, применяется специальная система слежения за положением, в которой в качестве датчиков используется линейка фотодиодов, расположенная над основным экраном. Эта система формирует электрический сигнал, связанный с изменением угла зрения пользователя, под действием которого изменяется коэффициент преломления панелей, обеспечивая устойчивый стереоэффект. Такой принцип действия заложен в основу 15-дюймового З
D
-экрана ЖК-монитора фирмы
Sony
. Оптимальное расстояние
до экрана составляет около 60 см, а максимальное разрешение —
1024x768.
Мониторы с поляризационным фильтром обеспечивают формирование трехмерного изображения с помощью обычного монитора на основе ЭЛТ, оборудованного специальным внешним электронно-управляемым поляризационным фильтром, например,
Monitor
Zscreen
2000 производства фирмы
StereoGraphics
. Этот
фильтр используется вместе с пассивными поляризационными
очками. Фильтром управляют сигналы специального контроллера, подключаемого к выходу видеоадаптера, подобно контролле
ру З
D
-очков. Однако, в отличие от активных очков, у фильтра изменяется не прозрачность, а направление поляризации проходящей через него световой волны.
Контроллер управляет фильтром таким образом, что нечетные
кадры оказываются поляризованными в одном направлении, а
четные — в другом. В свою очередь, одно стекло пассивных очков пропускает свет с одним направлением поляризации, а другое —с другим. В результате один глаз видит только одну часть стереопары, а второй — только вторую.
Таким образом, в фильтре реализован такой же, как и в актив
ных З
D
-очках, затворный метод разделения элементов стереопары. Достоинством данного устройства, по сравнению с активными З
D
-очками, является возможность использования легких и удоб
ных пассивных очков.
З
D
-проекторы
предназначены для коллективного просмотра
объемных изображений в больших аудиториях. Главными отличи
ями З
D
-проекторов от мультимедийных являются сложная конструкция оптической системы и наличие специальных поляризаци
онных фильтров (встроенных или внешних), при помощи которых производится селекция элементов стереопары.
Для реализации последовательного метода показа элементов
стереопары частота кадров проектора должна быть в два раза выше
обычной. Мультимедийные проекторы на основе ЖК-матриц не
удовлетворяют этому требованию из-за инерционности молекул
ЖК-вещества. Поэтому в качестве источника изображения в ЗD-проекторах применяется электронно-лучевая трубка, экран которой покрыт люминофором, дающим высокую яркость свечения и малое время послесвечения. Высокая яркость изображения, формируемого З
D
-проектором на проекционном экране, обеспечивается использованием трех монохромных ЭЛТ для каждого из основных цветов (
R
,
G
, В). На каждой ЭЛТ закреплен индивидуальный объектив. Проектор оснащен сложной электронной системой регистрации. Система автоматически определяет расстояние от проектора до экрана и на основе полученных данных с высокой точностью совмещает три монохромных изображения, проецируемых тремя объективами. ЭЛТ и объектив представляют собой единый конструктивный узел.
Люминофор экрана светится очень ярко, поэтому для предот
вращения перегрева экран ЭЛТ охлаждают с помощью специальной жидкости, находящейся между экраном ЭЛТ и линзой объек
тива. Специальные регулировочные винты служат для ручной юс
тировки объектива. Примером такого устройства является проектор
BARCOGRAPHICS
1209
s
фирмы
BARCO
. Проектор способен
отображать видеосигнал от различных источников: от видеомаг
нитофона формата
VHS
до профессиональных графических стан ций, работающих с разрешением 2500x2000. Высокое разрешение
проецируемого изображения связано с отсутствием зернистости
люминофора, поскольку в монохромных ЭЛТ, которыми осна
щен проектор, используется сплошное люминофорное покрытие.
Для создания стереоэффекта при проецировании изображения
необходимо обеспечить раздельное наблюдение элементов стерео
пары левым и правым глазом. Для этого используются один или
два проектора и поляризационные очки (активные или пассив
ные) для каждого зрителя. В зависимости от используемой комби
нации такого оборудования различают четыре схемы получения
стереоскопической проекции.
Активная схема предполагает использование одного прое
основе ЭЛТ, выполняющего последовательный показ элемент
ов стереопары, в то время как зрители пользуются беспроводны
ми активными поляризационными очками затворного типа.
Пассивная схема строится с помощью одного проектора на
основе ЭЛТ с внешним электронно-управляемым поляризационн
ым затвором, последовательно показывающим элементы стерео
пары с различной поляризацией. Зрители используют пассивные поляризационные очки.
Пассивная схема 2 предполагает использование двух проекто
ров на основе ЭЛТ, выполняющих одновременный показ эле
ментов стереопары. Каждый проектор оборудован внешним пас
сивным поляризатором, обеспечивающим различную поляриза
цию элементов стереопары, а зрители пользуются пассивными
очками.
Пассивная схема 3 основана на использовании двух ЖК-проек
торов, обеспечивающих одновременный показ элементов стерео
пары. Зрители пользуются пассивными очками.
Вопросы для самоконтроля:
1.
Устройства формирования объемных изображений: назначение, принцип действия стереоскопа, способы селекции;
2.
VR
-шлемы;
3.
3
D
- очки;
4.
3
D
мониторы;
5.
3
D
- проекторы.
Тема 5.5 Видеоадаптеры
Студент должен:
иметь представление:
· об устройствах отображения информации
знать:
· типы видеоадаптеров;
· основные характеристики видеоадаптеров
Видеоадаптеры: назначение, функции и типы. Режимы работы и характеристики видеоадаптеров, их основные компоненты и характеристики. Выбор видеоадаптера.
Методические указания
Видеоадаптер (видеокарта)
является компонентом видеосис
темы ПК, выполняющим преобразование цифрового сигнала,
циркулирующего внутри ПК, в аналоговые электрические сигналы, подаваемые на монитор. По существу, видеоадаптер выпол
няет роль интерфейса между компьютером и устройством отображения информации (монитором).
По мере развития ПК видеоадаптеры стали реализовывать ап
паратное ускорение 2
D
- и З
D
-графики, обработку видеосигна
лов, прием телевизионных сигналов и многое другое. Современ
ный видеоадаптер, называемый
Super
VGA
(
Super
Video
Graphics
Adapter
), или
SVGA
, представляет собой универсальное графическое устройство.
Видеоадаптер определяет следующие характеристики видеоси
стемы:
· максимальное разрешение и максимальное количество отображаемых оттенков цветов;
· скорости обработки и передачи видеоинформации, определя
ющие производительность видеосистемы и ПК в целом.
Кроме того, в функцию видеоадаптера включается форми
рование сигналов горизонтальной и вертикальной синхрониза
ции, используемых при формировании растра на экране мони
тора.
Принцип действия видеоадаптера состоит в следующем.
Процессор формирует цифровое изображение в виде матрицы
NxM
n
-разрядных чисел и записывает его в видеопамять. Участок
видеопамяти, отведенный для хранения цифрового образа текущего изображения (кадра), называется кадровым буфером, или фрейм-буфером.
Видеоадаптер последовательно считывает (сканирует) содер
жимое ячеек кадрового буфера и формирует на выходе видеосигнал, уровень которого в каждый момент времени пропорционален значению, хранящемуся в отдельной ячейке. Сканирование видеопамяти осуществляется синхронно с перемещением электронного луча по экрану ЭЛТ. В результате яркость каждого пиксела на экране монитора пропорциональна содержимому соответствующей ячейки памяти видеоадаптера.
По окончании просмотра ячеек, соответствующих одной строке растра, видеоадаптер формирует импульсы строчной синхронизации, инициирующие обратный ход луча по горизонтали, а по окончании сканирования кадрового буфера формирует сигнал, вызывающий движение луча снизу вверх. Таким образом, частоты строчной и кадровой развертки монитора определяются скоростью сканирования содержимого видеопамяти, т.е. видеоадаптером.
Режимы работы видеоадаптера
, или видеорежимы, представля
ют собой совокупность параметров, обеспечиваемых видеоадап
тером: разрешение, цветовая палитра, частоты строчной и кадровой развертки, способ адресации участков экрана и др.
Все видеорежимы делятся на графические и тексто
вые. Причем в различных режимах видеоадаптера используются
разные механизмы формирования видеосигнала, а монитор в обоих
режимах работает одинаково.
Графический режим является основным режимом работы ви
деосистемы современного ПК, например под управлением
Windows
.
В графическом режиме на экран монитора можно вывести текст,
рисунок, фотографию, анимацию или видеосюжет. В графическом режиме в каждой ячейке кадрового буфера (матрицы
NxM
n
-раз
рядных чисел) содержится код цвета соответствующего пиксела экрана. Разрешение экрана при этом также равно
NxM
. Адресуемым элементом экрана является минимальный элемент изображения — пиксел. По этой причине графический режим называют
также режимом АРА (
All
Point
Addressable
— все точки адресуемы).
Иногда число п называют глубиной цвета. При этом коли
чество одновременно отображаемых цветов равно 2", а размер кад
рового буфера, необходимый для хранения цветного изображения с разрешением
Nx
М и глубиной цвета п, составляет
N
*
M
бит.
В текстовом (символьном) режиме, как и в графическом, изоб
ражение на экране монитора представляет собой множество пик
селов и характеризуется разрешением NхМ.
Изображение символа в пределах каждого знакоместа задается точечной матрицей (
Dot
Matrix
). Размер матрицы зависит
от типа видеоадаптера и текущего видеорежима. Чем больше точек используется для отображения символа, тем выше качество изображения и лучше читается текст. Точки матрицы, формирующие изображение символа, называются передним планом, остальные — задним планом, или фоном. На рис. 4.13 показана символьная матрица 8x8 пикселов. Допустив, что темной клетке соответствует логическая единица, а светлой — логический ноль, каждую строку символьной матрицы представим в виде двоичного числа. Следовательно, графическое изображение символа можно хранить в виде набора двоичных чисел. Для этой цели используется специальное ПЗУ, размещенное на плате ви-
деоадаптера. Такое ПЗУ называют аппаратным знакогенератором.
Совокупность изображений 256 символов называется шрифтом. Аппаратный знакогенератор хранит шрифт, который автоматически используется видеоадаптером сразу же после включения компьютера (обычно это буквы английского алфавита и набор специальных символов). Адресом ячейки знакогенератора является порядковый номер символа.
Главная особенность текстового режима в том, что адресуемым элементом экрана является не пиксел, а знакоместо. Иными словами, в текстовом режиме нельзя сформировать произвольное изображение в любом месте экрана — можно лишь отобразить символы из заданного набора, причем только в отведенных символьных позициях.
Другим существенным ограничением текстового режима является узкая цветовая палитра — в данном режиме может быть отображено не более 16 цветов.
Таким образом, в текстовом режиме предоставляется значительно меньше возможностей для отображения информации, чем в графическом. Однако важное преимущество текстового режима — значительно меньшие затраты ресурсов ПК на его реализацию.
Источником видеосигнала чаще всего является аналоговое уст
ройство — телевизионный тюнер, видеомагнитофон, видеокаме
ра. Для передачи на компьютер цифрового видео (например,
сигнала цифровых видеокамер) используется специальный циф
ровой порт
Fire
Wire
. Однако цифровые видеокамеры пока не по
лучили широкого распространения. Поэтому для компьютерной
обработки сигналов аналоговых видеоустройств необходимо выполнить их оцифровку, т. е. преобразование из аналоговой в циф
ровую форму. Для этого нужны карты ввода/вывода, принимаю
щие входящий аналоговый видеосигнал и оцифровывающие его в реальном времени, затем эти данные необходимо сохранить на
жестком диске. После сохранения оцифрованного изображения
выполняют его редактирование. Эти функции осуществляет уст
ройство захвата видеосигнала.
Устройство захвата видеосигнала — видеобластер (
VideoBlaster
)
Представляет собой видеоплату, называемую также захватчиком
изображений, устройством ввода видео, ТВ-граббером (
Grab
~~
захватывать), имидж-кепчерами (
Image
Capture
— захват изображения), и обеспечивает:
1.
прием низкочастотного видеосигнала (от видеокамеры, маг
нитофона или телевизионного тюнера) на один из программно-
выбираемых видеовходов;
2.
отображение принимаемого видео в реальном времени в мас
штабируемом окне среды
Windows
(
VGA
-монитор можно исполь
зовать вместо телевизора);
3.
замораживание кадра оцифрованного видео;
4.
сохранение захваченного кадра на винчестере или другом доступном устройстве хранения информации в виде файла в одном
из принятых графических стандартов (
TIP
,
TGA
,
PCX
,
GIF
и др.).
Видеодекодер обеспечивает прием сигнала с одного из входов,
его оцифровку, цифровое декодирование согласно телевизион
ному стандарту и передачу полученных
YUV
-данных видеоконт
роллеру.
Видеоконтроллер выполняет организацию потоков оцифрован
ных данных между элементами видеоплаты, осуществляет необ
ходимые цифровые преобразования данных (например,
YUV
в
RGB
, масштабирование), организует их хранение в буфере соб
ственной памяти, пересылку данных по шине компьютера при
сохранении на винчестере, а также их передачу цифроаналогово-му преобразователю.
Цифроаналоговый преобразователь совместно с видеоконтрол
лером участвует в формировании «живого» ТВ-окна на экране
монитора, выполняет обратное аналоговое преобразование циф
рового захваченного изображения, осуществляет передачу сигна
ла от видеоадаптера либо
RGB
-сигнала из буфера памяти на мо
нитор.
Рисунок 9 - Обобщенная структурная схема видеобластера
При выборе карты видеобластера необходимо принимать во
внимание его основные показатели:
разрешение кадров в сохраняемом видеопотоке;
возможность и типы аппаратной компрессии (сжатия) ви
деоинформации в режиме реального времени;
возможность одновременного ввода видео- и звуковой ин
формации.
Наиболее распространены следующие карты видеобластера:
· массовые карты начального уровня;
· полупрофессиональные;
· профессиональные карты начального уровня;
· профессиональные.
Массовые карты начального уровня способны захватывать и сохранять на жестком диске видеопоток с разрешением кадра, не превышающим 352 х 288 точек, хотя для сохранения отдельных кадров возможно вдвое большее разрешение. Аппаратная компрессия видеоизображения отсутствует, поэтому при работе с такими картами необходимо использовать специальную программу — кодер, позволяющую в реальном времени сжимать видеопоток по алгоритму
MPEG
-1 или
MPEG
-2. Звуковой вход в устройствах этого класса отсутствует, что требует отдельной записи звука через вход звуковой карты.
Полупрофессиональные карты обеспечивают разрешение в 768 х 575
точек, соответствующее стандарту для видео в формате
PAL
;
поддерживают самый простой тип аппаратной компрессии видео
M
-
JPEG
, позволяющий уменьшить объем, занимаемый оцифро
ванным фильмом, в 100 раз. Однако звукового входа эти карты не
имеют.
Профессиональные карты начального уровня имеют аудиовход,
что позволяет одновременно записывать на жесткий диск видео-
и звуковое сопровождение; обеспечивают аппаратную компрес
сию по типу
M
-
JPEG
и могут быть использованы не только для
ввода, но и для вывода отредактированного видеофильма с ПК
на видеомагнитофон. Последнее позволяет хранить фильмы на обычной видеокассете при использовании компьютера как мон
тажного стола.
Профессиональные карты имеют возможность аппаратного сжатия по алгоритму
MPEG
-1 или
MPEG
-2 с уменьшением объема оцифрованного фильма в 200 раз.
Для работы с видео рекомендуется оснастить компьютер
SCSI
-
винчестером с объемом памяти не менее 20 Гбайт.
После редактирования и монтажа видеофильм можно вновь
переписать на аналоговую видеокассету, воспользовавшись видео-входом той же карты, либо подвергнуть еще более жесткому сжатию по алгоритму
MPEG
-4 для последующей записи на
CD
-
R
.
Вопросы для самоконтроля:
1.
Видеоадаптеры: назначение, функции и типы;
2.
Режимы работы и характеристики видеоадаптеров, их основные компоненты и характеристики;
3.
Выбор видеоадаптера;
4.
Устройство захвата видеосигнала — видеобластер.
Практическая работа 7. Видеоадаптеры
Студент должен:
иметь представление:
· об устройствах отображения информации
знать:
· типы видеоадаптеров;
· основные характеристики видеоадаптеров
уметь:
· конфигурировать видеоадаптеры
Раздел 6. Принципы обработки звуковой информации
Тема 6.1 Звуковая система ПК
Студент должен:
иметь представление:
· о звуковой системе ПК
знать:
· принципы обработки звуковой информации;
· состав звуковой подсистемы ПК;
· основные характеристики звуковых плат
Звуковая система ПК. Состав звуковой системы ПК. Принцип работы и технические характеристики звуковых плат. Направления совершенствования звуковой системы. Принцип обработки звуковой информации. Спецификация звуковых систем.
Методические указания
Звуковая система ПК
— комплекс программно-аппаратных средств, выполняющих следующие функции:
- запись звуковых сигналов, поступающих от внешних источни
ков, например, микрофона или магнитофона, путем преобразо
вания входных аналоговых звуковых сигналов в цифровые и по
следующего сохранения на жестком диске;
- воспроизведение записанных звуковых данных с помощью
внешней акустической системы или головных телефонов (науш
ников);
- воспроизведение звуковых компакт-дисков;
- микширование (смешивание) при записи или воспроизведе
нии сигналов от нескольких источников;
- одновременная запись и воспроизведение звуковых сигналов
(режим
Full
Duplex
);
- обработка звуковых сигналов: редактирование, объединение
или разделение фрагментов сигнала, фильтрация, изменение его
уровня;
- обработка звукового сигнала в соответствии с алгоритмами объемного (трехмерного — 3
D
-
Sound
) звучания;
- генерирование с помощью синтезатора звучания музыкальных
инструментов, а также человеческой речи и других звуков;
- управление работой внешних электронных музыкальных инст
рументов через специальный интерфейс
MIDI
.
Звуковая система ПК конструктивно представляет собой зву
ковые карты, либо устанавливаемые в слот материнской пла
ты, либо интегрированные на материнскую плату или карту рас
ширения другой подсистемы ПК. Отдельные функциональные мо
дули звуковой системы могут выполняться в виде дочерних
плат, устанавливаемых в соответствующие разъемы звуковой карты.
Рисунок 10 - Структура звуковой системы ПК
Классическая звуковая система, как показано на рис. 5.1, со
держит:
· модуль записи и воспроизведения звука;
· модуль синтезатора;
· модуль интерфейсов;
· модуль микшера;
· акустическую систему.
Первые четыре модуля, как правило, устанавливаются на зву
ковой карте. Причем существуют звуковые карты без модуля син
тезатора или модуля записи/воспроизведения цифрового звука.
Каждый из модулей может быть выполнен либо в виде отдельной
микросхемы, либо входить в состав многофункциональной мик
росхемы. Таким образом,
Chipset
звуковой системы может содер
жать как несколько, так и одну микросхему.
Конструктивные исполнения звуковой системы ПК претерпе
вают существенные изменения; встречаются материнские платы
с установленным на них
Chipset
для обработки звука.
Однако назначение и функции модулей современной звуковой
системы (независимо от ее конструктивного исполнения) не меняются. При рассмотрении функциональных модулей звуковой
карты принято пользоваться терминами «звуковая система ПК»
или «звуковая карта
Вопросы для самоконтроля:
1.
Звуковая система ПК;
2.
Состав звуковой системы ПК;
3.
Принцип работы и технические характеристики звуковых плат;
4.
Направления совершенствования звуковой системы;
5.
Принцип обработки звуковой информации;
6.
Спецификация звуковых систем.
Тема 6.2 Модуль интерфейсов обработки звуковой информации
Студент должен:
иметь представление:
· о звуковой системе ПК
знать:
· состав звуковой подсистемы ПК;
· принцип работы модуля записи и воспроизведения;
· принцип работы модуля синтезатора;
· принцип работы модуля интерфейсов;
· принцип работы модуля микшера;
· организацию работы акустической системы.
Состав звуковой подсистемы ПК. Модуль записи и воспроизведения. Модуля синтезатора. Модуль интерфейсов. Модуль микшера.
Принцип работы и технические характеристики акустических систем. Программное обеспечение. Форматы звуковых файлов. Средства распознавания речи.
Методические указания
Модуль записи и воспроизведения звуковой системы
осуще
ствляет аналого-цифровое и цифроаналоговое преобразования в
режиме программной передачи звуковых данных или передачи их
по каналам
DMA
(
Direct
Memory
Access
— канал прямого доступа к
памяти).
Запись звука — это сохранение информации о колебаниях зву
кового давления в момент записи. В настоящее время для записи и
передачи информации о звуке используются аналоговые и циф
ровые сигналы. Другими словами, звуковой сигнал может быть
представлен в аналоговой или цифровой форме.
На вход звуковой карты ПК в большинстве случаев звуковой
сигнал подается в аналоговой форме. В связи с тем что ПК опери
рует только цифровыми сигналами, аналоговый сигнал должен
быть преобразован в цифровой. Вместе с тем акустическая систе
ма, установленная на выходе звуковой карты ПК, воспринимает только аналоговые электрические сигналы, поэтому после обра
ботки сигнала с помощью ПК необходимо обратное преобразова
ние цифрового сигнала в аналоговый.
Аналого-цифровое преобразование представляет собой преобра
зование аналогового сигнала в цифровой и состоит из следующих
основных этапов: дискретизации, квантования и кодирования.
Предварительно аналоговый звуковой сигнал поступает на ана
логовый фильтр, который ограничивает полосу частот сигнала.
Дискретизация сигнала заключается в выборке отсче
тов аналогового сигнала с заданной периодичностью и определя
ется частотой дискретизации. Причем частота дискретизации дол
жна быть не менее удвоенной частоты наивысшей гармоники (частотной составляющей) исходного звукового сигнала.
Квантование по амплитуде представляет собой измерение
мгновенных значений амплитуды дискретного по времени сигна
ла и преобразование его в дискретный по времени и амплитуде. На рисунке 11 показан процесс квантования по уровню аналогового
сигнала, причем мгновенные значения амплитуды кодируются
3-разрядными числами.
Рисунок 11 - Схема аналого-цифрового преобразования звукового сигнала
Кодирование заключается в преобразовании в цифровой
код квантованного сигнала. При этом точность измерения при кван
товании зависит от количества разрядов кодового слова.
Рисунок 12 - Дискретизация по времени и квантование по уровню аналогового сигнала кван
тования амплитуды отсчета.
Аналого-цифровое преобразование осуществляется специаль
ным электронным устройством — аналого-цифровым преобразова
телем (АЦП), в котором дискретные отсчеты сигнала преобразу
ются в последовательность чисел. Полученный поток цифровых
данных, т.е. сигнал, включает как полезные, так и нежелатель
ные высокочастотные помехи, для фильтрации которых получен
ные цифровые данные пропускаются через цифровой фильтр.
Цифроаналоговое преобразование в общем случае происходит в
два этапа, как показано на рисунке 12. На первом этапе из потока
цифровых данных с помощью цифроаналогового преобразователя
(ЦАП) выделяют отсчеты сигнала, следующие с частотой диск
ретизации. На втором этапе из дискретных отсчетов путем сглаживания (интерполяции) формируется непрерывный аналоговый сигнал с помощью фильтра низкой частоты, который подавляет периодические составляющие спектра дискретного сигнала.
Для уменьшения объема цифровых данных, необходимых для
представления звукового сигнала с заданным качеством, исполь
зуют компрессию (сжатие), заключающуюся в уменьшении
количества отсчетов и уровней квантования или числа бит, приходящихся на один отсчет.
Рисунок 13 - Схема цифроаналогового преобразования
Подобные методы кодирования звуковых данных с использо
ванием специальных кодирующих устройств позволяют сократить
объем потока информации почти до 20% первоначального. Выбор метода кодирования при записи аудиоинформации зависит от набора программ сжатия — кодеков (кодирование-декодирование), поставляемых вместе с программным обеспечением звуковой карты или входящих в состав операционной системы.
Выполняя функции аналого-цифрового и цифроаналогового
преобразований сигнала, модуль записи и воспроизведения цифрового звука содержит АЦП, ЦАП и блок управления, которые обычно интегрированы в одну микросхему, также называемую
кодеком. Основными характеристиками этого модуля являют
ся: частота дискретизации; тип и разрядность АЦП и ЦАП; спо
соб кодирования аудиоданных; возможность работы в режиме
Full
Duplex
.
Частота дискретизации определяет максимальную час
тоту записываемого или воспроизводимого сигнала. Для записи
и воспроизведения человеческой речи достаточно 6 — 8 кГц; музыки с невысоким качеством — 20 — 25 кГц; для обеспечения
высококачественного звучания (аудиокомпакт-диска) частота
дискретизации должна быть не менее 44 кГц. Практически все
звуковые карты поддерживают запись и воспроизведение стерео
фонического звукового сигнала с частотой дискретизации 44,1 или 48 кГц.
Разрядность АЦП и ЦАП определяет разрядность пред
ставления цифрового сигнала (8, 16 или 18 бит).
Full
Duplex
(полный дуплекс) — режим передачи данных по
каналу, в соответствии с которым звуковая система может одновременно принимать (записывать) и передавать (воспроизводить) аудиоданные. Однако не все звуковые карты поддерживают этот режим в полном объеме, поскольку не обеспечивают высокое ка
чество звука при интенсивном обмене данными. Такие карты можно
использовать для работы с голосовыми данными в
Internet
, на
пример, при проведении телеконференций, когда высокое каче
ство звука не требуется.
Модуль синтезатора
Электромузыкальный цифровой синтезатор звуковой системы
позволяет генерировать практически любые звуки, в том числе и
звучание реальных музыкальных инструментов. Принцип действия синтезатора иллюстрирует рисунке 14.
Синтезирование представляет собой процесс воссоздания струк
туры музыкального тона (ноты). Звуковой сигнал любого музыкаль
ного инструмента имеет несколько временных фаз. На рисунке 15, а
показаны фазы звукового сигнала, возникающего при нажатии
клавиши рояля. Для каждого музыкального инструмента вид сиг
нала будет своеобразным, но в нем можно выделить три фазы:
атаку, поддержку и затухание. Совокупность этих фаз называется амплитудной огибающей, форма которой зависит от типа музы
кального инструмента. Длительность атаки для разных музы
кальных инструментов изменяется от единиц до нескольких де
сятков или даже до сотен миллисекунд. В фазе, называемой под
держкой, амплитуда сигнала почти не изменяется, а высота
музыкального тона формируется во время поддержки. Последней
фазе, затуханию, соответствует участок достаточно быстрого
уменьшения амплитуды сигнала.
В современных синтезаторах звук создается следующим образом. Цифровое устройство, использующее один из методов синте
за, генерирует так называемый сигнал возбуждения с заданной
высотой звука (ноту), который должен иметь спектральные ха
рактеристики, максимально близкие к характеристикам имити
руемого музыкального инструмента в фазе поддержки, как пока
зано на рисунке 15, б. Далее сигнал возбуждения подается на фильтр,
имитирующий амплитудно-частотную характеристику реального
музыкального инструмента. На другой вход фильтра подается сигнал
амплитудной огибающей того же инструмента. Далее совокупность сигналов обрабатывается с целью получения специальных звуковых
эффектов, например, эха (реверберация), хорового исполнения (хо-
рус). Далее производятся цифроаналоговое преобразование и фильт
рация сигнала с помощью фильтра низких частот (ФНЧ).
Рисунок 15 - Принцип действия современного синтезатора:
а — фазы звукового сигнала; 6 — схема синтезатора
Основные характеристики модуля синтезатора:
1.
метод синтеза звука;
2.
объем памяти;
3.
возможность аппаратной обработки сигнала для создания зву
ковых эффектов;
4.
полифония — максимальное число одновременно воспроиз
водимых элементов звуков.
Метод синтеза звука, использующийся в звуковой системе ПК, определяет не только качество звука, но и состав системы. На практике на звуковых картах устанавливаются синтезаторы, генерирующие звук с использованием следующих методов.
Метод синтеза на основе
частотной
модуляции
(
Frequency
Modulation
Synthesis
—
FM
-синтез) предполагает исполь
зование для генерации голоса музыкального инструмента как минимум двух генераторов сигналов сложной формы. Генератор не
сущей частоты формирует сигнал основного тона, частотно-мо
дулированный сигналом дополнительных гармоник, обертонов,
определяющих тембр звучания конкретного инструмента. Генератор огибающей управляет амплитудой результирующего сигнала.
FM
-генератор обеспечивает приемлемое качество звука, отлича
ется невысокой стоимостью, но не реализует звуковые эффекты.
В связи с этим звуковые карты, использующие этот метод, не
рекомендуются в соответствии со стандартом РС99.
Синтез звука на основе таблицы волн (
Wave
Table
Synthesis
—
WT
-синтез) производится путем использования пред
варительно оцифрованных образцов звучания реальных музыкальных инструментов и других звуков, хранящихся в специальной
ROM
, выполненной в виде микросхемы памяти или интегриро
ванной в микросхему памяти
WT
-генератора.
WT
-синтезатор обеспечивает генерацию звука с высоким качеством. Этот метод синтеза реализован в современных звуковых картах.
Объем памяти на звуковых картах с
WT
-синтезатором может увеличиваться за счет установки дополнительных элементов памяти (
ROM
) для хранения банков с инструментами.
Звуковые эффекты формируются с помощью специального
эффект процессора, который может быть либо самостоя
тельным элементом (микросхемой), либо интегрироваться в состав
WT
-синтезатора. Для подавляющего большинства карт с
WT
-син
тезом эффекты реверберации и хоруса стали стандартными.
Синтез звука на основе физического моделирования
предусматривает использование математических моделей звуко
образования реальных музыкальных инструментов для генерации в цифровом виде и для дальнейшего преобразования в зву
ковой сигнал с помощью ЦАП. Звуковые карты, использую
щие метод физического моделирования, пока не получили
широкого распространения, поскольку для их работы требует
ся мощный ПК.
Модуль интерфейсов
обеспечивает обмен данными между звуко
вой системой и другими внешними и внутренними устройствами.
Интерфейс
PCI
обеспечивает широкую полосу пропускания (например, версия 2.1 — более 260 Мбит/с), что позволяет пере
давать потоки звуковых данных параллельно. Использование шины
PCI
позволяет повысить качество звука, обеспечив отношение сигнал/шум свыше 90 дБ. Кроме того, шина
PCI
обеспечивает
возможность кооперативной обработки звуковых данных, когда
задачи обработки и передачи данных распределяются между зву
ковой системой и
CPU
.
MIDI
(
Musical
Instrument
Digital
Interface
— цифровой интерфейс
музыкальных инструментов) регламентируется специальным стан
дартом, содержащим спецификации на аппаратный интерфейс:
типы каналов, кабели, порты, при помощи которых
MIDI
-уст
ройства подключаются один к другому, а также описание поряд
ка обмена данными — протокола обмена информацией между
MIDI
-устройствами. В частности, с помощью
MIDI
-команд можно управлять светотехнической аппаратурой, видеооборудовани
ем в процессе выступления музыкальной группы на сцене. Уст
ройства с
MIDI
-интерфейсом соединяются последовательно, об
разуя своеобразную
MIDI
-сеть, которая включает контроллер —
управляющее устройство, в качестве которого может быть исполь
зован как ПК, так и музыкальный клавишный синтезатор, а так
же ведомые устройства (приемники), передающие информацию в
контроллер по его запросу. Суммарная длина
MIDI
-цепочки не
ограничена, но максимальная длина кабеля между двумя
MIDI
-
устройствами не должна превышать 15 метров.
Подключение ПК в
MIDI
-сеть осуществляется с помощью спе
циального
MIDI
-адаптера, который имеет три
MIDI
-порта: вво
да, вывода и сквозной передачи данных, а также два разъема для
подключения джойстиков.
В состав звуковой карты входит интерфейс для подключения
приводов
CD
-
ROM
Модуль микшера
Модуль микшера звуковой карты выполняет:
1.
коммутацию (подключение/отключение) источников и при
емников звуковых сигналов, а также регулирование их уровня;
2.
микширование (смешивание) нескольких звуковых сигналов и регулирование уровня результирующего сигнала.
К числу основных характеристик модуля микшера относятся:
1.
число микшируемых сигналов на канале воспроизведения;
2.
регулирование уровня сигнала в каждом микшируемом ка
нале;
3.
регулирование уровня суммарного сигнала;
4.
выходная мощность усилителя;
5.
наличие разъемов для подключения внешних и внутренних
приемников/источников звуковых сигналов.
Источники и приемники звукового сигнала соединяются с
модулем микшера через внешние или внутренние разъемы. Вне
шние разъемы звуковой системы обычно находятся на задней па
нели корпуса системного блока:
Joystick
/
MIDI
— для подключения джойстика или
MIDI
-адаптера;
MicIn
— для подключения
микрофона;
LineIn
— линейный вход для подключения любых источников звуковых сигналов;
LineOut
— линейный выход для
подключения любых приемников звуковых сигналов;
Speaker
—
для подключения головных телефонов (наушников) или пассивной акустической системы.
Программное управление микшером осуществляется либо средствами
Windows
, либо с помощью программы-микшера, поставля
емой в комплекте с программным обеспечением звуковой карты.
Совместимость звуковой системы с одним из стандартов звуковых карт означает, что звуковая система будет обеспечивать
качественное воспроизведение звуковых сигналов. Проблемы со
вместимости особенно важны для
DOS
-приложений. Каждое из
них содержит перечень звуковых карт, на работу с которыми
DOS
-приложение ориентировано.
Стандарт
Sound
Blaster
поддерживают приложения в виде игр
для
DOS
, в которых звуковое сопровождение запрограммировано
с ориентацией на звуковые карты семейства
Sound
Blaster
.
Стандарт
Windows
Sound
System
(
WSS
) фирмы
Microsoft
включает звуковую карту и пакет программ, ориентированный в основном на бизнес-приложения.
Акустическая система (АС)
непосредственно преобразует зву
ковой электрический сигнал в акустические колебания и является последним звеном звуковоспроизводящего тракта. В состав АС, как правило, входят несколько звуковых коло
нок, каждая из которых может иметь один или несколько дина
миков. Количество колонок в АС зависит от числа компонентов, составляющих звуковой сигнал и образующих отдельные звуко
вые каналы.
Как правило, принцип действия и внутреннее устройство зву
ковых колонок бытового назначения и используемых в техниче
ских средствах информатизации в составе акустической системы
PC
практически не различаются.
В основном АС для ПК состоит из двух звуковых колонок, ко
торые обеспечивают воспроизведение стереофонического сигна
ла. Обычно каждая колонка в АС для ПК имеет один динамик,
однако в дорогих моделях используются два: для высоких и низ
ких частот. При этом современные модели акустических систем
позволяют воспроизводить звук практически во всем слышимом частотном диапазоне благодаря применению специальной конст
рукции корпуса колонок или громкоговорителей.
Для воспроизведения низких и сверхнизких частот с высоким
качеством в АС помимо двух колонок используется третий звуко
вой агрегат — сабвуфер (
Subwoofer
), устанавливаемый под ра
бочим столом. Такая трехкомпонентная АС для ПК состоит из двух
так называемых сателлитных колонок, воспроизводящих
средние и высокие частоты (примерно от 150 Гц до 20 кГц), и
сабвуфера, воспроизводящего частоты ниже 150 Гц.
Отличительная особенность АС для ПК — возможность наличия собственного встроенного усилителя мощности. АС со встро
енным усилителем называется активной. Пассивная АС усилителя не имеет.
Главное преимущество активной АС состоит в возможности подключения к линейному выходу звуковой карты. Питание ак
тивной АС осуществляется либо от батареек (аккумуляторов), либо
от электрической сети через специальный адаптер, выполненный в виде отдельного внешнего блока или модуля питания, устанав
ливаемого в корпус одной из колонок.
Выходная мощность акустических систем для ПК может изме
няться в широком диапазоне и зависит от технических характе
ристик усилителя и динамиков. Если система предназначена для озвучивания компьютерных игр, достаточно мощности 15 — 20 Вт на колонку для помещения средних размеров. При необходимости обеспечения хорошей слышимости во время лекции или презентации в большой аудитории возможно использовать одну АС, имеющую мощность до 30 Вт на канал. С увеличением мощности АС увеличиваются ее габаритные размеры и повышается стоимость.
Основные характеристики АС: полоса воспроизводимых частот, чувствительность, коэффициент гармоник, мощность.
Полоса воспроизводимых частот (
FrequencyRespon
se) — это амплитудно-частотная зависимость звукового давления, или зависимость звукового давления (силы звука) от частоты переменного напряжения, подводимого к катушке динамика. Полоса частот, воспринимаемых ухом человека, находится в диапазоне от 20 до 20 000 Гц. Колонки, как правило, имеют диапазон, ограниченный в области низких частот 40 — 60 Гц. Решить проблему воспроизведения низких частот позволяет использование сабвуфера.
Чувствительность звуковой колонки (
Sensitivity) характеризуется звуковым давлением, которое она создает на расстоянии 1 м при подаче на ее вход электрического сигнала мощностью 1 Вт. В соответствии с требованиями стандартов чувствительность определяется как среднее звуковое давление в определенной полосе частот.
Чем выше значение этой характеристики, тем лучше АС передает динамический диапазон музыкальной программы. Разница между самыми «тихими» и самыми «громкими» звуками современных фонограмм 90 — 95 дБ и более. АС с высокой чувствительностью достаточно хорошо воспроизводят как тихие, так и громкие звуки.
Коэффициент гармоник (
Total
Harmonic
Distortion —
THD
) оценивает нелинейные искажения, связанные с появлени
ем в выходном сигнале новых спектральных составляющих. Коэффициент гармоник нормируется в нескольких диапазонах частот. Например, для высококачественных АС класса
Hi
-
Fi
этот коэф
фициент не должен превышать:
1,5%
в диапазоне частот 250 —
1000 Гц; 1,5 % в диапазоне частот 1000 — 2000 Гц и 1,0 % в диапа
зоне частот 2000 — 6300 Гц. Чем меньше значение коэффициента
гармоник, тем качественнее АС.
Электрическая мощность (
Power
Handling
), которую
выдерживает АС, является одной из основных характеристик. Од
нако нет прямой взаимосвязи между мощностью и качеством вос
произведения звука. Максимальное звуковое давление зависит
скорее, от чувствительности, а мощность АС- в основном опреде
ляет ее надежность.
Часто на упаковке АС для ПК указывают значение пиковой
мощности акустической системы, которая не всегда отражает ре
альную мощность системы, поскольку может превышать номи
нальную в 10 раз. Вследствие существенного различия физических
процессов, происходящих при испытаниях АС, значения элек
трических мощностей могут отличаться в несколько раз. Для сравнения мощности различных АС необходимо знать, какую именно мощность указывает производитель продукции и какими методами испытаний она определена.
Некоторые модели колонок фирмы
Microsoft
подключаются не
к звуковой карте, а к порту
USB
. В этом случае звук поступает на
колонки в цифровом виде, а его декодирование производят не
большой
Chipset
, установленный в колонках.
Вопросы для самоконтроля:
1.
Состав звуковой подсистемы ПК;
2.
Модуль записи и воспроизведения;
3.
Модуля синтезатора;
4.
Модуль интерфейсов;
5.
Модуль микшера;
6.
Принцип работы и технические характеристики акустических систем. Программное обеспечение;
7.
Форматы звуковых файлов;
8.
Средства распознавания речи.
Практическая работа 8. Звуковая система ПК
Студент должен:
иметь представление:
· о звуковой системе ПК
знать:
· принципы обработки звуковой информации;
· состав звуковой подсистемы ПК;
· основные характеристики звуковых плат
уметь:
· подключать и настраивать звуковые подсистемы ПК;
· производить запись звуковых файлов.
Раздел 7. Устройства вывода информации на печать
Тема 7.1 Принтер
Студент должен:
иметь представление:
· об устройствах вывод информации на печать
знать:
· принцип работы устройств вывода информации на печать матричного принтера. Основные узлы и особенности эксплуатации, технические характеристики;
· принцип работы устройств вывода информации на печать струйного принтера Основные узлы и особенности эксплуатации, технические характеристики;
· принцип работы устройств вывода информации на печать лазерного принтера Основные узлы и особенности эксплуатации, технические характеристики.
Общие характеристики устройств вывода на печать. Классификация печатающих устройств. Принтеры ударного типа: принцип действия, механические узлы, особенности работы, технические характеристики, правила эксплуатации. Основные современные модели.
Струйные принтеры: принцип действия, механические узлы, особенности работы, технические характеристики, правила эксплуатации. Основные современные модели.
Лазерные принтеры: принцип действия, механические узлы, особенности работы, технические характеристики, правила эксплуатации. Основные современные модели.
Методические указания
Принтеры
— устройства вывода данных из ЭВМ, преобразую
щие информационные
ASCII
-коды в соответствующие им графи
ческие символы и фиксирующие эти символы на бумаге.
Классификацию принтеров можно выполнить по целому ряду
характеристик:
1.
способу формирования символов (знакопечатающие и знак о синтезирующие);
2.
цветности (черно-белые и цветные);
3.
способу формирования строк (последовательные и параллельные);
4.
способу печати (посимвольные, построчные и постраничные)
5.
скорости печати;
6.
разрешающей способности.
Принтеры обычно работают в двух режимах: текстовом и гра
фическом.
При работе в текстовом режиме
принтер принимает от компьютера коды символов, которые необходимо распечатать из знаки генератора самого принтера. Многие изготовители оборудуют свои принтеры большим количеством встроенных шрифтов. Эти шрифты записаны в
ROM
принтера и считываются только оттуда.
Для печати текстовой информации существуют режимы печа
ти, обеспечивающие различное качество:
· черновая печать (
Draft
);
· типографское качество печати (
NLQ
—
Near
Letter
Quality
);
· качество печати, близкое к типографскому (
LQ
—
Letter
Quality);
· высококачественный режим (
SQL —
Super
Letter
Quality).
В графическом режиме
на принтер направляются коды, опреде
ляющие последовательности и местоположение точек изображе
нии.
По способу нанесения изображения на бумагу принтеры подраз
деляются на принтеры ударного действия, струйные, фотоэле
ктронные и термические.
Принтеры ударного типа
Принтеры ударного действия, или
Impact
-принтеры, создают изо
бражение механическим давлением на бумагу через ленту с
красителем. В качестве ударного механизма применяются либо шабл
оны символов (типы), либо иголки, конструктивно объединен
ное в матрицы.
В матричных принтерах (
Dot
-
Matrix
-
Printer
) изображе
ние формируется несколькими иголками, расположенными в го
тике принтера. Иголки обычно активизируются электромагнит
ным методом. Каждая ударная иголка приводится в движение незави
симым электромеханическим преобразователем на основе
иненоида.
Игла
Качество печати матричных принтеров определяется количеством иголок в печатающей головке.
В головке 9-игольчатого принтера находятся 9 иголок, кото
рые, как правило, располагаются вертикально в один ряд. Диа
метр одной иголки около 0,2 мм. Благодаря горизонтальному поло
жению головки принтера и активизации отдельных иголок напечатанный знак образует как бы матрицу, причем отдельные бук
вы, цифры и знаки «заложены» внутри принтера в виде бинарный кодов. Для улучшения качества печати каждая строка пропечаты
вается два раза, при этом увеличивается время процесса печат1в
имеется возможность смещения при втором проходе отдельный
точек, составляющих знаки.
В 24-игольном принтере, ставшем современным стандартом матричных принтеров, иголки располагаются в два ряда по 12 штук так, что в соседних рядах они сдвинуты по вертикали. За счет этого точки на изображении при печати перекрываются. В 24-игольчатых принтерах имеется возможность перемещения головки дважды по одной и той же строке, что позволяет получить качество печати на уровне
LQ
— машинописное качество.
К числу несомненных преимуществ матричных принтеров от
носится возможность печати одновременно нескольких копий
документа с использованием копировальной бумаги. Существуют сп
ециальные матричные принтеры для одновременной печати пяти и более экземпляров. Эти принтеры предназначены для эксплуатации в промышленных условиях и могут печатать на карточках, сберегательных книжках и других носителях из плотного материала. Кроме того, многие матричные принтеры оборудованы стандартными направляющими для обеспечения печати в рулоне и механизмом автоматической подачи бумаги, с помощью которого принтср самостоятельно заправляет новый лист.
Существенным недостатком матричных принтеров как прин
теров ударного действия является шум, который достигает 58 дБ.
Для
устранения этого недостатка в отдельных моделях предусмотрен так называемый тихий режим (
Quiet
Mode
), однако пониже
ние шума приводит к снижению скорости печати в два раза. Друг
ое направление борьбы с шумом матричных принтеров связано с
использованием специальных звуконепроницаемых кожухов. Не
которые модели 24-игольчатых матричных принтеров облада
ют возможностью цветной печати за счет использования многоцветной красящей ленты. Однако достигаемое при этом качество
и нотной печати значительно уступает качеству печати струйного
принтера.
Струйные принтеры
Первой фирмой, изготовившей струйный принтер, является
Hewlett
-
Packard
.
По принципу действия струйные принтеры отличаются от матр
ичных безударным режимом работы за счет того, что их печатающая головка представляет собой набор не игл, а тонких сопел, параметры которых составляют десятые доли миллиметра. В этой же головке установлен резервуар с жидкими чернилами, как микрочастицы, переносятся на материал носителя. Хранение чернил обеспечивается двумя конструктивными решениями. В одном из них головка принтера объединена с резервуарам для чернил, причем замена резервуара с чернилами одновременно связана с заменой головки. Другое предусматривает использование отдельного резервуара, который через систему капилляров обеспечивает чернилами головку принтера.
В струйных принтерах в основном используются следующие мет
оды нанесения чернил: пьезоэлектрический, метод газовых пузыр
ей и метод «
Drop
-
on
-
Demand
».
Пьезоэлектрический метод основан на управлении соплом с ис
пользованием обратного пьезоэффекта, который, как известно,
заключается в деформации пьезокристалла под действием элек
трического поля.
Для реализации этого метода в каждое сопло установлен плос
кий пьезокристалл, связанный с диафрагмой.
При печати находящийся в сопле пьезоэлемент, разжимав
и сжимая сопло, наполняет
cm
чернилами. Чернила, которые отжимаются назад, перетекают об
ратно в резервуар, а чернила, которые вышли из сопла в виде
капли, оставляют на бумаге точку. Подобные устройства в основ
ном выпускают компании
Epson
,
Brother
.
Метод газовых пузырей является термическим и называется методом инжектируемых пузырьков (
Bubble-
Jet), или пузырьковой тех
нологией печати. Каждое
сопло печатающей головки принтера оборудовано нагреватель
ным элементом в виде тонкопленочного резистора, который при
пропускании через него тока за 7—10 микросекунд нагреваете
до высокой температуры. Температура, необходимая для испаре
ния чернил, например, фирмы
Hewlett
-
Packard
, достигает при
мерно 330 0
С. Возникающий при резком нагревании чернильный
паровой пузырь (
Bubble
) стремится вытолкнуть через выходное
отверстие сопла необходимую каплю жидких чернил диаметром
менее 0,16 мм, которая переносится на бумагу. При отключений
тока тонкопленочный резистор быстро остывает, паровой пузыре
уменьшается в размерах, что приводит к разрежению в сопле,
Куда и поступает новая порция чернил.
Последовательность нанесения чернил с использованием пузырь
ковой технологии печати. Эту тех
нологию использует фирма
Canon
. Поскольку в механизмах пе
чати принтеров, реализующих метод газовых пузырей, меньше конструктивных элементов, чем в тех, что используют пьезо
электрическую технологию, такие принтеры обладают большей
Надежностью и ресурсом. Кроме того, использование пузырьковой
технологии позволяет добиться более высокой разрешающей способности печати. Однако, обеспечивая высокое качество при прорисовке линий, данный метод имеет недостаток при печати и областей сплошного заполнения, поскольку они получаются несколько расплывчатыми. Применение струйных принтеров, метод печати которых основан на методе газовых пузырей, целесообразно при необходимости распечатки графиков, гистограмм и других видов графической информации без полутоновых графических изображений. Для получения более качественной печати следует выбирать струйные принтеры, реализующие метод
Drop
-
on
Demand
.
Метод
Drop
-
on
-
Demand
, разработанный фирмой
Hewlett
-
Packard
,
использует, так же как и метод газовых пузырей, нагревательный эл
емент для подачи чернил из резервуара на бумагу. Однако в
методе
Drop
-
on
-
Demand
для подачи чернил дополнительно при
менен специальный механизм, в то время как в методе газовых
пузырей данная функция возложена исключительно на нагревате
льный элемент. Специальный механизм реализован на базе след
ующих физических явлений.
Как правило, в частицах жидкой фазы действует поверхност
ное натяжение, поддерживающее сферичность. У заряженных ча
стиц чернил поверхностное натяжение снижается, что приводит т делению частицы на более мелкие. Свойство частиц расщепляться используется для получения туманообразных частиц чернил, которые поступают к выходным отверстиям сопел, управляемых электрическими сигналами.
Технология Drop
-
on
-
Demand
обеспечивает наиболее быстрое
нанесение чернил, что позволяет существенно повысить качеств
и скорость печати. Цветное представление изображения в этом
случае более контрастно. В данной технологии управление части
цами чернил производится при постоянном отклоняющем поя
путем регулирования их электрического заряда. Поэтому вылета
ющая из сопла каждая частица получает «свою» информацию
виде разной величины электрического заряда, что обеспечивает
высокую скорость и качество печати.
В цветной печати в настоящее время преобладает струйная технология. Печатающие головки могут быть цветными и иметь соответствующее число групп сопел. Для создания полноцветного изображения используется стандартная для полиграфии цветовая СХМ на
CMYK
. Согласно этой схеме цветное изображение формирует
ся при печати наложением один на другой трех основных цветов
зелено-голубой (
Cyan
), пурпурный (
Magenta
) и желтый (
Yellow
)
Теоретически их наложение должно давать черный цвет, но в
практике в большинстве случаев получается серый или коричне
вый. Поэтому в качестве четвертого основного цвета добавляют
ведущий цвет
Key
— черный (
Black
). Такую цветовую модель на
зывают
CMYK
(
Cyan
-
Magenta
-
Yellow
-
Key
). Оттенки различных цве
тов могут быть получены путем сгущения или разрежения тона
соответствующего цвета в фрагменте изображения (аналогичный
способ используется для получения различных оттенков серого
цвета при выводе монохромных изображений). Качество струйной
цветной печати таково, что полученный полноцветный плакат
практически невозможно отличить от изданного в типографии.
Уровень шума, создаваемый только двигателем, управля
ющим головкой струйного принтера, значительно ниже, чем у
матричных принтеров, и составляет около 40 дБ.
Скорость печати струйного принтера, как и матричного
зависит от качества печати. При черновой печати струйный прим
тер по скорости значительно превосходит матричный. При печати
в режиме с типографским качеством скорость значительно снижается. Цветная печать выполняется с еще меньшей скоростью,
Отдельные модели струйных принтеров обеспечивают скорость 15 страниц в минуту.
Разрешение струйных принтеров при печати графики дос
тигает 2400x1200
dpi
.
Качество печати струйного принтера в сравнении с мат
ричным значительно выше, особенно при выводе на печать шрифта. Для моделей струйных принтеров с большим числом сопел характерно достижение качества печати лазерного принтера. Большое влияние на качество струйной печати оказывает качество бумаги и чернил.
Основным недостатком струйных принтеров является засыхани
е чернил внутри сопла. В этом случае необходимо заменять печатающую головку. Принтеры некоторых типов нельзя выключать но время эксплуатации, поскольку в головке, оставшейся в промежуточной позиции, происходит интенсивное засыхание чернил. Многие модели струйных принтеров имеют режим парковки, при котором печатающая головка возвращается в исходное положение внутри принтера, что предотвращает засыхание чернил. В некоторых струйных принтерах имеются специальные устройства очистки сопел.
Подключение струйных принтеров к ПК производится через
IP
-порт или через порт
USB
, которым, как правило, оснащены псе компьютеры с процессорами
Pentium
III
,
IV
и
Celeron
. Дан
ные по
USB
-шине передаются быстрее, что позволяет несколько
увеличить скорость печати.
Фотоэлектронные принтеры
Фотоэлектронные способы печати основаны на освещении за
ряженной светочувствительной поверхности промежуточного нос
ителя и формировании на ней изображения в виде электростати
ческого рельефа, притягивающего частицы красителя, которые
переносятся на бумагу. Для освещения поверхности промежуточного
носителя в лазерных принтерах используют полупроводниковый лазер, в светодиодных — светодиодную матрицу, в принтерах с жидкокристаллическим затвором — люминесцентную лампу.
Лазерные принтеры обеспечивают более высокое качество, чем струйные принтеры. Наиболее известными фирмами — разработчиками лазерных принтеров являются
Hewlett
-
Packard
,
Lexmark
.
Принцип действия лазерного принтера основан на методе су
хого электростатического переноса изображения, изобретенном Ч.Ф.Карлсоном в 1939 г. и реализуемом также в копировальных
аппаратах. Основным элементом конструкции является вращающийся барабан, служащий промежуточным носителем, с помощью которого производится перенос изображения на бумагу. Барабан представляет собой цилиндр, покрытый тонкой пленкой светопроводящего полупроводника. Обычно в качестве такого полупроводника используется оксид цинка или селен. По поверхности барабана равномерно распределяется статический заряд. Это обеспечивается тонкой проволокой или сеткой, называемой коронирующим проводом, или коротроном. На этот провод подается высокое напряжение, вызывающее возникновение вокруг него светящейся ионизированной области, называемой короной.
Лазер, управляемый микроконтроллером, генерирует тонкий
световой луч, отражающийся от вращающегося зеркала. Развертка
изображения происходит так же, как и в телевизионном кинеско
пе: движением луча по строке и кадру. С помощью вращающегося
зеркала луч скользит вдоль цилиндра, причем его яркость меняет
ся скачком: от полного света до полной темноты, и так же скачкообразно (поточечно) заряжается цилиндр. Этот луч, достигнув ба
рабана, изменяет его электрический заряд в точке прикоснове
ния. Размер заряженной площади зависит от фокусировки луча л
азе. Фокусируется луч с помощью объектива. Признаком хоро
шей фокусировки считают наличие четких кромок и углов на изображении. Для некоторых типов принтеров в процессе подзарядки потенциал поверхности барабана уменьшается от 900 до 200 В. Таким образом, на барабане, промежуточном носителе, возникает скрытая копия изображения в виде электростатического рельефа.
На следующем этапе на фотонаборный барабан наносится то
нер — краска, представляющая собой мельчайшие частицы. Под действием статического заряда частицы легко притягиваются к
поверхности барабана в точках, подвергшихся экспозиции, и
формируют изображение уже в виде рельефа красителя.
Бумага втягивается из подающего лотка и с помощью системы вал
иков перемещается к барабану. Перед самым барабаном корот
рон сообщает бумаге статический заряд. Затем бумага соприкаса
йся с барабаном и притягивает благодаря своему заряду частички т
онера, нанесенные ранее на барабан.
Для фиксации тонера бумага пропускается между двумя роли
ками с температурой около 180 °С. После окончания процесса пе
чати барабан полностью разряжается, очищается от прилипших
лишних частиц для осуществления нового процесса печати. Лазер
ный принтер является постраничным, т.е. формирует для печати
полную страницу.
Процесс работы лазерного принтера с момента получения ко
манды от компьютера до выхода отпечатанного листа можно раздели
ть на несколько взаимосвязанных этапов, во время которых оказываются задействованными такие функциональные компоненты
принтера, как центральный процессор; процессор развертки; плата управления двигателем зеркала; усилитель яркости луча; блок
v
правления температурой; блок управления подачей листа; плата
управления протяжкой бумаги; интерфейсная плата; блок питания; плата кнопок и индикации управляющей панели; дополнительные платы расширения ОЗУ. По сути, функционирование лазе
рного принтера подобно компьютеру: тот же центральный процессор, на котором сосредоточены главные функции взаимосвязи
управления; ОЗУ, где размещаются данные и шрифты, интер
фейсные платы и плата управляющей панели, осуществляющие св
язь принтера с другими устройствами, узел печати, выдающий
информацию на лист бумаги.
Цветное изображение с помощью лазерного принтера получает
ся по стандартной схеме
CMYK
, используемой в струйных принтерах
. В цветном лазерном принтере изображение формируется на светочувствительной фотоприемной ленте последовательно для
каждого цвета. Имеются четыре емкости для тонеров и от двух до чет
ырех узлов проявления. Лист печатается за четыре прохода, что
существенно сказывается на скорости печати. Цветные лазерные
принтеры оборудованы большим объемом памяти, процессором и, как правило, собственным винчестером. На винчестере рас
полагаются разнообразные шрифты и специальные программы,
которые управляют работой, контролируют состояние и оптими
зируют производительность принтера. В результате цветные лазер
ные принтеры достаточно сложны и дорогостоящи.
Таким образом, лазерный черно-белый принтер рекомендуется использовать для получения высококачественной черно-белой
распечатки, а для цветного изображения оптимальным является применение цветного струйного принтера.
Уровень шума лазерного принтера составляет в среднем
40 дБ, причем в режиме
off
-
line
это значение меньше.
Разрешение лазерного принтера по горизонтали и по вер
тикали зависит от следующих факторов. Вертикальное разреше
ние определяется шагом вращения барабана и в основном состав
ляет 1/300— 1/600 дюйма (1 дюйм = 2,54 см). Горизонтальное раз
решение определяется числом точек в одной строке и ограничено
точностью фокусировки лазерного луча. Многие модели лазерный
принтеров имеют «несимметричное разрешение», например,
2400х1200
dpi
(горизонтальное разрешение х вертикальное разреш
ение).
Скорость печати лазерного принтера измеряется в стра
ницах в минуту и зависит от двух факторов: времени механической протяжки бумаги и скорости обработки данных, поступаю
щих от ЭВМ, при формировании растровой страницы для печати.
Как правило, лазерный принтер оснащен собственным процессо
ром. Скорость печати определяется не только работой процессора,
но и существенно зависит от объема памяти, которой оснащен
принтер.
Память лазерного принтера, который обрабатывает инфор
мацию постранично, должна обеспечивать большое количестве
вычислений. Например, при разрешении 300х300
dpi
на страни
це формата А4 насчитывается почти 9 млн точек, а при разреше
нии 1200х1200 — более 140 млн. В основном используют принте
ры с памятью от 8 до 16 Мбайт, причем цветные лазерные прин
теры обладают еще большей памятью. Сетевой лазерный принтер
имеет еще и внешнюю память (винчестер).
Интерфейс лазерных принтеров фирмы
Hewlett
-
Packard
вы
полнен в основном в виде
USB
-порта, а фирмы
Samsung
— еще
в виде
LTP
-порта. В отдельных моделях лазерных принтеров применяется беспроводный интерфейс на основе инфракрасных приемопередатчиков, который позволяет передавать файлы без кабеля.
В основном лазерные принтеры используются для печати на
бумаге формата А4 и только некоторые модели обеспечивают печ
ать на бумаге формата A3. Некоторые модели лазерных принтеров
пользуют для работы бумагу в рулоне, выполняют двухсторонн
юю печать, имеют возможность выборки листов из нескольких
инков и раскладки напечатанных листов по нескольким прием
ным карманам.
Язык принтера является для него тем, чем для ПК операци
онная система, поскольку компьютер поставляет принтеру ин
формацию лишь в виде бит, а дальнейшая ее обработка выполняет
ся самим принтером. Пользователю достаточно знать общие команды и указания для принтера, чтобы, например, установить необходимое число копий распечатываемого документа или поля при печати.
Набор команд языка принтера обычно содержится в
ROM
принтера и соответственно интерпретируется его
CPU
. Наиболее рас
пространенным языком для лазерных принтеров является язык
PostScript
— стандартизованный язык описания страницы, кот
орый предполагает мощное аппаратное обеспечение. К числу
преимуществ относят математическую форму передачи информации, которую должен печатать принтер.
Лазерный принтер в случае необходимости удобно использоват
ь в качестве сетевого. Для рабочих групп, насчитывающих
свыше пяти пользователей и большой объем печати (свыше 10 000
(страниц в месяц), следует применять сетевые принтеры со скоростью печати 40 страниц в минуту, например модели
Xerox
N40.
Вопросы для самоконтроля:
1.
Общие характеристики устройств вывода на печать;
2.
Классификация печатающих устройств;
3.
Принтеры ударного типа: принцип действия, механические узлы, особенности работы, технические характеристики, правила эксплуатации. Основные современные модели;
4.
Струйные принтеры: принцип действия, механические узлы, особенности работы, технические характеристики, правила эксплуатации. Основные современные модели;
5.
Лазерные принтеры: принцип действия, механические узлы, особенности работы, технические характеристики, правила эксплуатации. Основные современные модели.
Практическая работа 9. Устройства вывода информации на печать: принтеры
Студент должен:
иметь представление:
· об устройствах вывод информации на печать
знать:
· принцип работы устройств вывода информации на печать матричного принтера. Основные узлы и особенности эксплуатации, технические характеристики;
· принцип работы устройств вывода информации на печать струйного принтера Основные узлы и особенности эксплуатации, технические характеристики;
· принцип работы устройств вывода информации на печать лазерного принтера Основные узлы и особенности эксплуатации, технические характеристики.
уметь:
· подключать и инсталлировать принтеры;
· настраивать параметры работы принтеров;
· заправлять картриджи.
Тема 7.2 Плоттер
Студент должен:
иметь представление:
· об устройствах вывод информации на печать
знать:
· принцип работы плоттера;
· основные узлы и особенности эксплуатации плоттера;
· технические характеристики плоттеров.
Плоттеры: назначение, принцип действия, классификация. Конструктивные особенности и основные технические характеристики плоттеров.
Методические указания
Плоттер —
устройство вывода из ЭВМ графической информации
типа чертежей, схем, рисунков, диаграмм на бумажный или иной вид носителя. Помимо обычной бумаги для плоттеров используются носители в виде специальной пленки, электростатической или термореактивной бумаги.
Благодаря появлению первых перьевых плоттеров, разработанных
фирмой
CalComp
в 1959 г., стало возможным автоматизированное проектирование, создание САПР в различных областях деятельности.
Современные плоттеры — широкий класс периферийных уст
ройств для вывода графической информации, которые можно кл
ассифицировать по ряду признаков.
По принципу формирования изображения:
1.
плоттеры векторного типа, в которых пишущий узел от
носительно носителя перемещается по двум координатам;
2.
плоттеры растрового типа, в которых пишущий узел
перемещается относительно носителя только в одном направлении и изображение формируется из последовательно наносимых
точек.
Конструктивно, в зависимости от вида носителя, плоттеры
разделяются на планшетные и рулонные.
В планшетных плоттерах носитель размещается не
подвижно на плоскости, над которой располагается конструкция позволяющая перемещать пишущий блок одновременно по двум координатам
Пишущий блок укреплен на траверсе и перемещает
ся в горизонтальном направлении относительно планшета, на ко
тором закреплен носитель. В свою очередь, траверса с пишущим эле
ментом перемещается в вертикальном направлении по другой
траверсе. Перемещения осуществляются через блочно-тросовые си
стемы, ходовые винты и зубчатые рейки двумя реверсивными двигат
елями, один из которых установлен на траверсе, а другой — на
планшете.
В рулонных плоттерах, как показано на рис. 7.7, носите
ль размещается на барабане, который приводится во вращение
и обе стороны реверсивным двигателем, а пишущий блок, приво
димый в движение шаговым двигателем, перемещается по направл
яющей вдоль оси барабана.
Несмотря на то что принципиально планшетные плоттеры могут обеспечивать более высокую точность вывода информации, на рынке больших плоттеров (формата АО и А1) преобладают рулонные плоттеры, поскольку их характеристики удовлетворяют требованиям большинства задач. Общий вид рулонного плоттера показан на рис. 7.8.
Дополнительные преимущества рулонных плоттеров следую
щие: они более компактны и удобны, работают с чертежами очень б
ольшой длины (более 10 м) или выводят несколько десятков
чертежей один за другим, автоматически отматывая и отрезая от
рулона лист необходимого размера. Плоттеры малого формата (A3)
обычно планшетные.
В зависимости от типа пишущего блока плоттеры подразделя
ются:
· на перьевые, ПП (
Pen
Plotter
);
· струйные
,
СП
(Ink-Jet Plotter);
· электростатические, ЭП (
Electrostatic
Plotter
);
· прямого вывода изоб
ражения, ПВИ (
Direct
Imaging
Plotter
);
· лазерные
,
ЛП
(Laser/
LED Plotter).
Перьевые плоттеры
являются электромехани
ческими устройствами векторного типа и создают изображение при помощи пишущих элементов, обобщенно называемых перьями. Пишущие элементы отличаются один от другого используемым ти
пом жидкого красителя (одноразовые и многоразовые; шарико
вые, фибровые, пластиковые; с чернилами на водной или масля ной основе; заполненные под давлением) и крепятся в держателе
пишущего узла, который имеет одну степень свободы перемеще
ния в рулонных плоттерах и две степени свободы перемещения и
планшетных.
Отличительной особенностью ПП является высокое качество получаемого изображения, в том числе цветного при использова
нии цветных пишущих элементов. С помощью ПП традиционно
выводят графические изображения, получаемые в системах авто
матизированного проектирования, например в
AutoCAD
. Скорость
вывода информации в ПП невысока, поэтому производители плоттеров используют все более быструю механику, пытаясь одновременно оптимизировать процедуру рисования, количество перемещений пишущего узла и бумаги, число смен пера и остановов
Ведущие изготовители перьевых плоттеров:
CalComp
,
Mutoh
(карандашно-перьевые плоттеры),
Summagraphics
(
Houston
Insfl
ruments
).
Кроме перьевых плоттеров, которые являются векторными, остальные типы плоттеров — растровые, т.е. используют дискретный способ создания изображения.
Струйные плоттеры являются устройствами вывода гра
фической информации растрового типа, пишущие узлы которых
используют струйную технологию печати. Из всего разнообразия
струйных технологий печати наибольшее распространение в пи
шущих узлах плоттеров получила «пузырьковая». Существует три
разновидности струйных плоттеров: монохромные, цветные (полно цветные) и с возможностью цветной печати (
color
capable
).
Струйные плоттеры с возможностью цветной печати позволя
ют выполнять чертежи с цветными линиями и однотонно закра
шенными областями. Они являются струйным аналогом обычных перьевых плоттеров.
Современные струйные плоттеры можно разделить на два класса
плоттеры для САПР и полноцветные (универсальные) плоттеры. Плоттеры для САПР ориентированы на печать векторной графи
ки, прежде всего монохромных чертежей. Полно цветные плоттеры способны печатать любую графику — от чертежей до плакатов с фотографическим качеством изображения — и находят все более широкое применение, в том числе в САПР. В пишущих узлах полноцветных струйных плоттеров используется четыре группы сопел, в каждую из которых поступает краситель определенною цвета согласно технологии цветной печати
CMYK
.
Приемлемая цена, высокое качество печати и большие воз
можности сделали струйные плоттеры серьезным конкурентом
перьевых устройств. Однако данные устройства, как и перьевые плоттеры, не вполне устраивают пользователей с большими объемами выводимой графической информации. Для высокой производительности целесообразно применять плоттеры прямого вывода или лазерные.
Электростатические плоттеры
основаны на техно
логии создания скрытого электрического изображения (потенци
ниного рельефа) на поверхности носителя, представляющего со
бой специальную электростатическую бумагу, рабочая поверх
ность которой покрыта тонким слоем диэлектрика, а основа пропитана гидрофильными солями, позволяющими получить требуемую для нее влажность и электропроводность. Для записи информации используются пишущие узлы, представляющие собой блоки электродов.
Потенциальный рельеф образуется при осаждении на поверхность диэлектрика свободных зарядов, образующихся при возбуждении электродов высоковольтными импульсами напряжения. Когда бумага проходит через проявляющий узел с жидким намагниченным тонером, его частички остаются на заряженных участках бумаги. Полная цветовая гамма получается за четыре цикла создания скрытого изображения и прохода носителя через четыре проявляющих узла с соответствующими тонерами согласно технологии
CMYK
.
Отличительные особенности данного типа плоттеров — скорость, надежность, качество и производительность. Их применяют при высокой степени автоматизации проектных работ. Изображение, полученное на ЭП, весьма устойчиво и не выгорает под действием ультрафиолетовых лучей, а стоимость электростатической бумаги соответствует стоимости высококачественной типографской печати. Однако электростатические плоттеры отличаются высокой стоимостью и необходимостью их тщательного обслуживания.
Плоттеры прямого вывода изображения
, или тер
мографические, используют в качестве носителя специальную
Термобумагу, темнеющую под воздействием тепла. Монохромное изображение создается миниатюрными нагревателями, сформированными в виде «гребенки», каждый из которых имеет самостоятельное управление. При перемещении термобумаги относительно «гребенки» ее цвет меняется в местах нагрева.
Простота механизма печати обеспечивает скорость вычерчивания до 50 мм/с с разрешением до 800
dpi
. Термобумага обычно п
одается из рулона. ПВИ применяются в крупных проектных орга
низациях как для вывода проверочных копий, так и для изготовления окончательного пакета чертежей изделия.
Лазерные плоттеры
базируются на электрографической техн
ологии реализованной в лазерных принтерах. В качестве источника излучения в плоттерах применяются лазеры и полупроводниковые светодиодные матрицы (
Light
Emitted
Diod
—
LED
).
Эти плоттеры относятся к классу растровых, когда каждой точке
строки изображения соответствует свой светодиод.
Лазерные и
LED
-плоттеры ввиду высокого быстродействия
первую очередь рекомендуются пользователям с большими объемами работ. Для повышения эффективности такие плоттеры чаще
всего используются как сетевые устройства. К числу их
npe
иму
ществ относится возможность работать на обычной бумаге, что
сокращает удельные затраты при эксплуатации.
LED
-плоттеры становятся все более популярными, хотя по
уровню стоимости находятся в высшей ценовой категории. Обла
сти применения
LED
-плоттеров: сложный технический дизайн, архитектура, документооборот, картография.
Вопросы для самоконтроля:
1.
Плоттеры: назначение, принцип действия, классификация;
2.
Конструктивные особенности и основные технические характеристики плоттеров;
3.
Перьевые
,
ПП
(Pen Plotter);
4.
Струйные
,
СП
(Ink-Jet Plotter);
5.
Электростатические, ЭП (
Electrostatic
Plotter
);
6.
Прямого вывода изоб
ражения, ПВИ (
Direct
Imaging
Plotter
);
7.
Лазерные
,
ЛП
(Laser/
LED Plotter).
Практическая работа 10. Устройства вывода информации на печать: плоттеры
Студент должен:
иметь представление:
· об устройствах вывод информации на печать
знать:
· принцип работы плоттера;
· основные узлы и особенности эксплуатации плоттера;
· технические характеристики плоттеров.
уметь:
· подключать и инсталлировать плоттеры;
· настраивать параметры работы плоттеров;
· производить замену картриджей.
Тема 7.3 Ксерокс, ризограф
Студент должен:
иметь представление:
· об устройствах вывод информации на печать
знать:
· принцип работы ксерокса, ризографа;
· основные узлы и особенности эксплуатации ксерокса, ризографа;
· технические характеристики ксерокса, ризографа.
Ксерокс: назначение, принцип действия, классификация. Конструктивные особенности и основные технические характеристики ксероксов.
Ризограф: назначение, принцип действия, классификация. Конструктивные особенности и основные технические характеристики ризографа.
Методические указания
Копировальная техника
Средства копирования документации на твердых носителях достаточно разнообразны, они различаются как видом носителей копируемых документов (бумага, калька, прозрачная пленка), так и видом носителей, на которых создаются копии документов.
Виды бумаг для создания копий весьма разнообразны. Так, в разных типах копировальной техники применяются: обычная бумага, фотобумага, темнеющая под действием световых лучей; термобумага, темнеющая под действием тепловых лучей; диазобумага — светочувствительная бумага, на которой под действием мощных световых лучей темнеют участки, соответствующие изображению на оригинале; электрофотокалька, или пленка, на которой электроискровые разряды перфорируют микроскопические отверстия.
В зависимости от используемых видов бумаги копировальные технологии подразделяются на следующие группы:
1.
электрографическое копирование (электрография);
2.
термографическое копирование (термография);
3.
диазографическое копирование (диазография);
4.
фотографическое копирование (фотография);
5.
электроискровое копирование (электронография).
Первым копировальным аппаратом принято считать мимеограф, созданный известным изобретателем Т.А.Эдисоном (1847— 1931). В мимеографах использовались листовые трафареты с отверстиями, накладываемые на вращающийся барабан, содержащий жидкую краску. Копии получались за счет проникновения краски через отверстия трафарета на проходящие под барабаном листы бумаги.
Этот принцип и в настоящее время используется для получения копий. Однако наиболее распространена в современном мире технология получения копий на обычной бумаге методом сухого электростатического переноса, или электрографическое копирование.
Электрографическое копирование
Метод сухого электростатического переноса был разработан Ч.Ф.Карлсоном (1906— 1968), получившим патент на свое изобретение в 1935 г. Оформив права на использование этого патента в 1947 г., фирма
Haloid
Company дала методу копирования название «ксерография», образованное от двух корней греческих слов:
xeros (сухой) и
graphein (писать). Этот термин впоследствии вошел в название компании, которая стала сначала называться
Haloid
Xerox, затем
Xerox
Corporation и, наконец, —
The
Document
Company
Xerox (
Xerox).
В настоящее время на рынке копировальной техники несмотря на несомненно ведущую роль фирмы
Xerox широко представлены фирмы
Canon,
Ricoh,
Sharp. Более 70% мирового парка копировального оборудования составляют электрографические копировальные аппараты, посредством которых изготавливается свыше 50 % всех копий, получаемых в мире. При этом зачастую любые электрографические копировальные аппараты называют ксероксами, отдавая дань ведущей роли фирмы
Xerox — родоначальницы данного вида копирования.
Принцип действия электрографического копировального аппарата во многом повторяет принцип действия лазерного принтера.
Электрографическое копирование включает в себя следующие этапы.
1. Предварительная зарядка отрицательным потенциалом фото чувствительного полупроводникового покрытия барабана.
2. Светоэкспозиция — проецирование документа с помощью специальной оптической системы на поверхность барабана. Это вызывает стекание заряда с освещенных участков полупроводникового покрытия за счет того, что лучи, отраженные от светлых участков оригинала, нейтрализуют соответствующие области фоточувствительного покрытия барабана, оставляя отрицательно заряженными неосвещенные участки. Так, на этапе светоэкспозиции производится формирование на поверхности барабана электростатического рельефа, являющегося, по сути, копией документа.
Проявление изображения путем переноса предварительно положительно заряженного тонера в виде мельчайших красящих частиц на отрицательно заряженные участки поверхности барабана. Таким образом происходит превращение скрытого электростатического изображения в видимое путем налипания тонера на заряженные участки.
Печать — перенос красящего порошка с барабана или пластины на бумагу. Ввиду низкой адгезии тонера и бумаги простой механический контакт при перемещении бумаги под вращающимся барабаном не обеспечит должного переноса тонера. В связи с этим используется более сильное, чем сформированное на барабане статическое поле, перетягивающее положительно заряженные частицы тонера на бумагу. Для этого служит коротрон переносразмещаемый под листом бумаги и представляющий собой отрицательно заряженный электрод. Конструктивно коротрон переноса выполняется либо в виде туго натянутой металлической ниши со специальным напылением диаметром около 70 мкм, либо виде металлической пластины с частыми острыми зубцами (игольчатый коротрон), либо в форме обтянутого специальным пенистым полимером металлического вала, находящегося под напряжением (губчатый коротрон).
Преимущества игольчатых и губчатых коротронов — высокая механическая прочность и меньшее выделение озона при работе, что делает копировальные аппараты с коротронами такого типа экологически более безопасными.
5. Закрепление тонера на бумаге нагреванием под определенным давлением. В большинстве электрографических копировальных аппаратов в качестве нагревательного элемента узла закрепления используются лампы накаливания, обеспечивающие специальному валу, изготовленному из алюминия и покрытому тефлоном, температуру, достаточную для закрепления тонера на бумаге, проходящей через узел закрепления. В новейших моделях копировальных аппаратов фирмы
Canon используется система быстрого поверхностного нагрева, так называемая
SURF-технология {
Surface
Rapid
Fusing). Нагревательный элемент изготовлен из керамики с металлическими вставками в комбинации с термостойкой тефлоновой пленкой. Такая конструкция позволяет начинать копирование без предварительного прогрева аппарата, хотя ее надежность ниже, чем в узлах закрепления с лампами накаливания.
К основным достоинствам копирования с помощью электрографического аппарата относятся:
· высокая производительность и высокое качество копирования;
· возможность масштабирования документа при копировании;
· возможность получения копий с листовых и со сброшюрованных документов, а также с различных штриховых, полутоновых, одно- и многоцветных оригиналов;
· получение копий на обычной бумаге, кальке, пластиковой пленке, алюминиевой фольге и др.;
· сравнительно невысокая стоимость аппаратов и расходных материалов, простота обслуживания.
Электрографические аппараты по своему назначению и возможностям копирования можно разбить на пять групп.
Портативные копировальные аппараты (
Portable
Copiers) предназначены для изготовления небольшого числа копий формата А4 без масштабирования в любых условиях — дома, в офисе, в командировке — со скоростью копирования до 5—б копий/мин при рекомендуемом объеме копирования до 500 копий/мес.
Не высококачественные копировальные аппараты (
Low-
Volume
Copiers) используются в небольших офисах для получения копий с оригиналов форматов А4 и A3 без масштабирования, со скоростью копирования 10—15 копий/мин при рекомендуемом объеме копирования до 1500 — 2500 копий/мес.
Офисные копиры среднего класса (
Middle-
Volume
Copiers) для обслуживания потребностей офиса средних размеров с большим документооборотом (объем копирования до 10 тыс. копий/мес), требующим хорошего оформления документов — выделения цветом, масштабирования, со скоростью копирования 15 — 30 копий/мин для А4 и 10 — 20 копий/мин для A3.
Копиры для рабочих групп (
High-
Volume
Copiers) используются при обслуживании потребностей больших офисов и бизнес-цент ров при объемах копирования свыше 15 тыс. копий/мес, а также брошюрования и сортировки документов формата до А2 при скорости копирования 40 — 80 копий/мин (для формата А4).
Специальные копировальные аппараты: полноцветные и широкоформатные аппараты — копия и оригинал до АО (1194 — 814 мм); для копирования цветных фотографий, чертежей, вывода изображений на твердый носитель с компьютера или слайдов.
Большинство моделей цветных ксероксов имеют невидимый код, распознаваемый при специальном освещении, или обладают способностью к смещению цвета в случае копирования банкнот. Кроме перечисленных электрографические копировальные аппараты обладают следующими обобщенными техническими данными:
· масштаб изображения копии в зависимости от оригинала — 25-400%;
· допустимая плотность бумаги 45 —130 г/м;
· масса 8,5 — 200 кг.
· Сервисные возможности отдельных моделей электрографических копировальных аппаратов:
· многоцветное копирование обеспечивает получение как многоцветных (3 — 5 цветов) копий, так и монохромных цветных;
· двухстороннее копирование позволяет получать копию сразу обеих сторон документа;
· автоматическое управление экспозицией обеспечивает высокое качество копий даже при некачественных оригиналах;
· программирование числа копий от 1 до 999.
Многие современные электрографические копировальные аппараты имеют:
1.
дисплей, существенно облегчающий редактирование и управление процессом копирования;
2.
автоподачу документов;
3.
сортирующее устройство подбора копий по комплектам.
Термографическое копирование
Термокопирование — самый оперативный способ копирования (десятки метров в минуту), позволяющий получить копию на специальной, достаточно дорогой термореактивной бумаге или на обычной бумаге, но через термокопировальную бумагу.
Термографическое копирование заключается в следующем: на документ-оригинал накладывается полупрозрачная термореактивная бумага чувствительным слоем к оригиналу. Затем через эту бумагу документ освещается интенсивным потоком тепловых лучей. Темные участки оригинала поглощают лучи и нагреваются, а светлые участки отражают тепловые лучи и поэтому нагреваются существенно меньше. Таким образом, тепловой рельеф несет информацию об оригинале. Тепловой поток от документа-оригинала передается прижатой к нему термореактивной бумаге, которая темнеет тем больше, чем больше нагрет участок оригинала.
Недостатки технологии термокопирования, связанные с невысоким качеством и малым сроком хранения копий, а также высокой стоимостью термореактивной бумаги, не способствуют ее широкому распространению.
Диазографическое копирование
Диазографичвское копирование (светокопирование) — диазография, синькография. Применяется преимущественно для копирования большеформатных чертежей и технической документации на крупных предприятиях. Оригинал выполняется на светопроницаемой бумаге, кальке.
Процесс копирования состоит в экспонировании контактным способом, т. е. в освещении прозрачного оригинала, наложенного на светочувствительную диазобумагу, на которой темнеют участки, соответствующие изображению на оригинале. Изображение проявляется полусухим способом в вытяжных шкафах в парах растворителя (аммиака) или мокрым способом в щелочном растворе.
В настоящее время метод диазографического копирования используется достаточно редко, поскольку качество получаемых копий, так называемых «синек», невысокое, а процедура получения копий трудоемка, малопроизводительна и экологически опасна для человека и окружающей среды вследствие использования химических веществ для проявления.
Фотографическое копирование
Фотографическое копирование (фотокопирование) — наиболее давний способ копирования, обеспечивающий самое высокое качество, но требующий дорогих расходных материалов (в частности, фотобумаги, содержащей соли серебра) и длительного процесса получения копии (экспозиция, проявление, закрепление, промывка, сушка).
В зависимости от требований к размерам и качеству изображения фотографическое копирование может быть контактным и проекционным. Проекционное фотокопирование обеспечивает более высокое качество копии и кроме того позволяет в широких пределах изменять масштаб изображения. Для фотокопирования используются различные репродукционные аппараты и фотоувеличительные установки.
Фотографическое копирование используется в тех случаях, когда другие способы не могут обеспечить требуемое качество. Наиболее актуальной областью применения фотографического копирования является микрофильмирование документов и библиотечных фондов
Электронографическое копирование
Электронографическое копирование (электроискровое копирование) основано на оптическом считывании документов и электроискровой регистрации информации на специальный носитель копии.
При электроискровом копировании фотодиоды преобразуют построчно проецируемое на них изображение документа в электрические сигналы, которые усиливаются и подаются на линейку пишущих игл. Между иглами и основанием аппарата (барабаном) проскакивают высоковольтные электрические разряды (искры), перфорирующие тончайшие отверстия в носителе копии в участках, которые соответствуют темным участкам оригинала.
Копии выполняются в основном на специальной пленке и на термореактивной бумаге. Копии на пленке служат основой для последующего тиражирования документов средствами трафаретной печати. Электронографическое копирование наиболее широко и эффективно используется при подготовке высококачественных трафаретных печатных форм.
Трафаретная и электронотрафаретная печать
Для получения большого количества одинаковых копий используются копировальные устройства трафаретной печати. В недалеком прошлом трафаретная печать осуществлялась ротаторами — устройствами, для которых предварительно готовился трафарет. Для этого на специальной бумаге из прочных волокон, покрытых тонким слоем воска, — «восковке» печатался на пишущей машинке текст. В местах удара символов машинки воск отскакивал, оставляя сетку волокон. Затем подготовленная «восковка»-трафарет вставлялась в ротатор, образуя кольцо. Внутри кольца находился валик, смачиваемый типографской краской, которая через участки «восковки» с поврежденным восковым слоем с помощью дополнительного валика переносилась на бумагу. Участки бумаги, соответствующие местам на «восковке», по которым ударяли символы пишущей машинки, окрашивались. На каждом обороте кольца «восковки» из ротатора появлялся лист копии. Расходные материалы и сам ротатор были доступны и недороги.
К достоинствам трафаретной печати ротаторами следует отнести хорошее качество печати; возможность получения 400— 1500 оттисков с одного трафарета; относительную простоту изготовления трафаретов. Однако при трафаретной печати невозможно выполнять редактирование и необходимо использование нескольких трафаретов при многоцветной печати.
Перспективный путь развития трафаретной печати, использующий последние достижения цифровой электроники и существенно улучшающий все характеристики трафаретной печати, связан с электронотрафаретной печатью. Поскольку в России электро-нотрафаретная печать производится в основном с помощью копировальных аппаратов производства фирмы
Riso, часто этот способ размножения документов называют ризографией.
Ризографы (дубликаторы) — новый тип копировально-множительной техники для офиса, совмещающий традиционную трафаретную печать с современными цифровыми методами изготовления и обработки электронных документов. Ризограф, подключенный к компьютеру через параллельный порт, может быть использован для оперативного создания, редактирования и размножения любых видов документов и полиграфических изданий.
Ризограф был изобретен и создан в 1980 г. в Японии, а уже к началу 1995 г. более 70 % японских школ были оснащены ризографами. В России первые ризографы появились в 1992 г.
Процесс копирования на ризографе отличается высокой оперативностью и состоит из двух этапов: подготовки рабочей матрицы в течение 15 — 20 с и печати по матрице с высокой производительностью, обеспечивающей получение нескольких тысяч высококачественных оттисков за 10 — 20 мин.
При подготовке матрицы оригинал документа помещают на встроенный сканер, который считывает информацию, кодирует ее и создает соответствующий цифровой файл. После обработки специальной многослойной мастер-пленки термоголовкой, управляемой этим цифровым файлом, создается рабочая матрица, содержащая копируемое изображение или текст в виде микроотверстий во внешнем слое пленки. Затем рабочая матрица автоматически размещается на поверхности красящего цилиндра, внутри которого находится туба со специальным красителем. Краситель пропитывает внутренний слой пленки, и, таким образом, обработанная рабочая матрица используется как трафарет для тиражирования документа.
В процессе печати краситель из внутреннего слоя пленки под действием центробежной силы при вращении красящего цилиндра переносится через микроотверстия на лист обычной бумаги. С одной рабочей матрицы можно получить более 4000 оттисков без снижения качества.
В современных ризографах выполняются в автоматическом режиме не только все основные этапы, но даже отматывание с рулона отрезка мастер-пленки нужного размера, его отрезание, снятие с красящего барабана отработанной матрицы и ее удаление в приемник отработанных рабочих матриц.
К достоинствам ризографа следует отнести:
· использование для копирования бумаги любого типа и качества (кроме мелованной и глянцевой) с плотностью от 46 до 210 г/м2
; высокую производительность — первая копия получается через 20 — 30 с, последующий процесс копирования идет со скоростью 60—130 оттисков в минуту;
· высокое разрешение: до 400
dpi (16 точек на миллиметр), в текстовом режиме до 16 оттенков, в фоторежиме отображение 256 оттенков и градаций яркости;
· копирование многоцветных документов;
· масштабирование;
· совместную работу с ПК и, в частности, использование ПК для создания и редактирования документов;
· автоматизацию всех процессов, удобство управления, наличие дисплея.
Особо следует отметить высокую экономичность тиражирования на ризографе документов: если стоимость получения 10 копий, например, на ризографе и ксероксе почти одинакова, то изготовление 500 оттисков на ризографе в 6 —8 раз дешевле.
Конструктивно ризографы выполняются в двух конфигурациях: роликовые и планшетные.
Роликовые, или протяжные, ризографы предназначены для работы только с отдельными листами, протягиванием их при считывании мимо фотоприемного устройства сканера, причем подача листов осуществляется в автоматическом режиме.
Планшетные ризографы позволяют копировать как листовые, так и сброшюрованные материалы.
Для более эффективного использования ризографы объединяют в единый комплекс технических средств информатизации.
При формировании комплекса ризограф подключают к компьютеру через параллельный порт, что позволяет превратить ризограф в высококачественный сканер с разрешающей способностью 400
dpi и дает возможность передать на компьютер изображение, отредактировать его, выбирая масштаб, и распечатать на ризографе. При подготовке документа с помощью любого текстового процессора можно распечатать его на ризографе со скоростью 130 копий в минуту.
Ризограф экологически безопасен, не требует специально подготовленных помещений и персонала, к работе готов сразу после подключения к сети.
Благодаря высокому качеству и удобной технологии, ризографический комплекс технических средств информатизации позволяет формировать и тиражировать информацию на твердых носителях начиная от визитных карточек, бланков, рекламных проспектов и технической документации и заканчивая журнальной периодикой, брошюрами и книгами.
Цифровые технологии копирования
Цифровые технологии копирования — самое современное направление получения копий. Многие фирмы, специализирующиеся в области копировальной техники, выпускают цифровые копировальные аппараты, в частности
Xerox,
Ricoh.
Цифровой копировальный аппарат включает в себя:
· сканер для считывания документа-оригинала и получения с него электронной копии;
· микропроцессор, обеспечивающий процедуры анализа, преобразования и редактирования копируемой информации;
· запоминающие устройства: оперативное до 16 Мбайт и на магнитном диске до 1000 Мбайт;
· дисплей;
· лазерный принтер для получения копии документа электрографическим способом.
Например, электронные копиры фирмы
HP
OfficeJet 590 и
Pro 1150
C интегрированы с цветным струйным принтером, сканером и факсимильным аппаратом. Для более эффективного редактирования информации возможен интерфейс с компьютером.
Цифровые технологии копирования позволяют:
· обеспечить высокую производительность копирования;
· получать высокое качество копий — разрешение до 400
dpi (точек на дюйм) с передачей 256 оттенков цвета, в том числе и серого;
· масштабировать документ при копировании;
· выполнять копирование в разных режимах, например в режимах «текст» и «фото», оптимально ориентированных на копирование соответственно текстовых и полутоновых графических документов;
· выполнять копирование в режиме «удаление фона», позволяющего удалять фон, который может появиться при копировании низкокачественных оригиналов;
· обеспечивать поворот изображения на 90 и 180° при неправильной взаимной ориентации документа-оригинала и бумаги — носителя копии;
· производить электронную подборку, сортировку и необходимое тиражирование копий;
выполнять автоматическое нанесение штампов и логотипов, автоматическую простановку даты, автоматическую нумерацию страниц.
При этом настройка и управление цифровых копировальных аппаратов не требуют специальной подготовки обслуживающего персонала.
Уничтожители документов — шреддеры
Шреддеры (to shredd — размельчать, кромсать) — устройства Информация, содержащаяся в документах на твердых носителях, часто носит конфиденциальный характер. Небрежно оставленные, даже в смятом или разорванном виде, документы служат потенциальным источником неприятностей. Попав в руки заинтересованных лиц, такие документы могут стать причиной серьезного морального или финансового ущерба. В связи с этим во многих солидных организациях действуют инструкции о порядке обращения со служебными материалами и защите информации в электронном виде, а также фиксированной на бумаге и иных носителях (микрофильмах, магнитной ленте и дискетах и т.д.). Вместе с тем в ряде фирм с большим документооборотом остро стоит проблема утилизации отходов делопроизводства в виде документов на твердых носителях. Таким образом, проблема уничтожения документов на твердых носителях актуальна для всех без исключения организаций: правительственных учреждений, финансовых и юридических структур, производственных и торговых предприятий, издательств, информационных и рекламных агентств. Существует три основных способа уничтожения документов: химический, термический и механический. Первые два связаны с определенными неудобствами и дополнительными финансовыми затратами на содержание отдельных помещений, оснащенных специальными системами фильтрации и вентиляции воздуха, противопожарной безопасности, специально подготовленного персонала, спецодежды. В связи с этим наибольшее распространение получил именно механический принцип «разрезания документов на части», реализуемый в шреддерах.
Современные уничтожители можно классифицировать по еледующим критериям:
1.
число пользователей и производительность — персональные (для применения непосредственно на рабочем месте);
2.
офисные (для коллективного пользования);
3.
промышленные (для централизованной обработки деловых бумаг, размельчения бумажно-картонной упаковки);
4.
вид резки — параллельный, измельчающий документы на полосы различной ширины;
5.
перекрестный, предполагающий одновременную продольно-поперечную резку документа на мелкие фрагменты;
6.
степень секретности (по международному стандарту
DIN 32757):
1-й уровень — для документов общего содержания. Допускается ширина полосы не более 12 мм неограниченной длины. Площадь фрагмента не более 2000 мм2
;
2-й уровень — для внутренних документов с ограниченным доступом (ДСП). Ширина полосы не более 6 мм с неограниченной длиной. Площадь фрагмента не более 800 мм2
;
3-й уровень — для конфиденциальных документов. Полоса не шире 2 мм и площадь не более 594 мм2
, либо полоса не шире 4 мм, длина не более 80 мм и площадь фрагмента не более 320 мм2
;
4-й уровень — для секретных документов. Ширина полосы не более 2 мм, длина не более 15 мм, площадь фрагмента 30 мм2
;
5-й уровень — для документов под грифом «совершенно секретно». Полоса не шире 0,8 мм, длина не более 13 мм, общая площадь фрагмента не более 10 мм2
;
7. формат носителей информации — А4, В4, A3;
8. режим работы — повторно-кратковременный (непрерывная работа аппаратов в течение не более получаса с после дующим перерывом);
9. непрерывный (аппараты могут работать непрерывно неограниченное время).
Все шреддеры электромеханического типа содержат следующие основные узлы: механический привод, режущий механизм контейнеры для уничтожаемых документов и отходов в виде бумажных полос или брикетов.
Режущие механизмы электромеханических шреддеров подразделяются на две категории. Механизм первой категории имеет монолитные вращающиеся дисковые ножи с режущими кромками с обеих сторон, как это показано на рис. 9.5. Резка осуществляется благодаря плотно подогнанным друг к другу ножам без использования дополнительного прижимного механизма (как в случае механизма второй категории). Сами ножи изготовляются из высоколегированной стали (технология Золинген), что само по себе гарантирует их высокую прочность и износостойкость. Кроме того, первоначальная заточка зубьев осуществляется лазерным методом после закаливания стали. Это трудоемкий и дорогостоящий процесс, но именно благодаря ему гарантируется стабильная работа режущего механизма даже при попадании скрепок среди измельчаемых документов. Режущий механизм приводится в движение механизмом привода, который содержит двигатель и редуктор. Важнейшим преимуществом шреддеров с режущими механизмами первой категории является низкий уровень шума при работе.
Механизм второй категории оснащен монолитными вращающимися ножами, имеющими всего одну режущую кромку. Толщина режущей кромки ножа меньше 0,5 мм. Режущий механизм не содержит ножей очистки, что иногда влечет за собой заклинивание двигателя при реверсе
По назначению и конструктивному исполнению шреддеры подразделяются на персональные, офисные и промышленные.
Персональные шреддеры конструктивно выполняются с малообъемной корзиной или даже вовсе без корзины для уничтожаемой бумаги. В последнем случае можно использовать этот аппарат с любой корзиной или контейнером, куда может поступать уничтожаемый материал.
Сервисные функции персональных шреддеров обычно заключаются в автоматическом пуске/останове на основе механического или электронного датчика, световой индикации режимом работы и реверсе вращения ножей. Различные модели персональных шреддеров позволяют уничтожать документы второй —пятой степени секретности со скоростью, достигающей 90 мм/с, снабжаются корзиной для сбора уничтожаемого материала емкостью 16 — 29 л.
Офисные шреддеры позволяют уничтожать документы со скрепками, могут быть использованы для уничтожения пластиковых карт,
CD-дисков и дискет за счет использования режущего механизма первой категории. Закрытый корпус этих шреддеров имеет дверцу, открывающую доступ к контейнеру для уничтоженных документов. Корпус передвигается на колесах. К дополнительным сервисным функциям офисных шреддеров относится автоматическая блокировка пуска при незакрытой двери. При работе с документами второй —пятой степеней секретности многочисленные модели офисных шреддеров имеют производительность 120 — 217 мм/с емкость корзины 215 л.
Вопросы для самоконтроля:
1.
Ксерокс: назначение, принцип действия, классификация;
2.
Конструктивные особенности и основные технические характеристики ксероксов;
3.
Ризограф: назначение, принцип действия, классификация;
4.
Конструктивные особенности и основные технические характеристики ризографа;
5.
Шреддер: назначение, принцип действия, классификация;
6.
Конструктивные особенности и основные технические характеристики шреддера.
Практическая работа 11. Ксерокс, ризограф
Студент должен:
иметь представление:
· об устройствах вывод информации на печать
знать:
· принцип работы ксерокса, ризографа;
· основные узлы и особенности эксплуатации ксерокса, ризографа;
· технические характеристики ксерокса, ризографа.
уметь:
· подключать ксерокс, ризограф;
· настраивать параметры работы ксерокса, ризографа;
· производить замену картриджей.
Раздел 8. Устройства ввода информации
Тема 8.1 Клавиатура. Оптико- механические манипуляторы
Студент должен:
иметь представление:
· об устройствах ввода информации
знать:
· принцип действия клавиатуры;
· принцип работы мыши, трекбола, джойстика;
· принцип работы дигитайзера.
Клавиатура: принцип действия, конструктивные исполнения. Подключение клавиатуры. Драйвер клавиатуры. Настройка параметров работы клавиатуры.
Оптико- механические манипуляторы. Мышь: принцип действия, способы подключения, основные характеристики. Принципиальные схемы оптико- механической и оптической мыши. Драйвер мыши. Особенности инфракрасной и радиомыши. Настройка параметров работы мыши.
Джойстик, трекбол, дигитайзер. Их назначение, принцип действия, основные особенности, подключение.
Методические указания
Для обработки информации с помощью ПК пользователь должен ввести информацию в компьютер. Основными устройствами ввода данных и управления системой являются клавиатура, мышь, джойстик. Однако все большее распространение получают такие устройства ввода информации, как сканер, цифровая камера, дигитайзер.
Клавиатура (
Keyboard
) является основным устройством ввода информации в ПК, хотя мышь все больше берет на себя выполнение функций управления.
Основным элементом клавиатуры являются клавиши. Сигнал при нажатии клавиши регистрируется контроллером клавиатуры и передается в виде так называемого скэн-кода на материнскую плату. Скэн-код — это однобайтовое число, младшие 7 бит которого представляют идентификационный номер, присвоенный каждой клавише. На материнской плате ПК для подключения клавиатуры также используется специальный контроллер.
Когда скэн-код поступает в контроллер клавиатуры, инициализируется аппаратное прерывание, процессор прекращает свою работу и выполняет процедуру, анализирующую скэн-код. Скэн-код трансформируется в код символа (так называемые коды
ASCII). При этом обрабатывающая процедура сначала определяет установку клавишей и переключателей, чтобы правильно получить вводимый код (например, «ф» или «Ф»). Затем введенный код помещается в буфер клавиатуры, представляющий собой область памяти, способную запомнить до 15 вводимых символов. Контроллер клавиатуры выполняет функции самоконтроля в процессе загрузки системы. Процесс самоконтроля при загрузке отображается однократным миганием трех индикаторов клавиатуры.
По конструктивному исполнению клавиатуры подразделяются па клавиатуры с пластмассовыми штырями, со щелчком, с микропереключателями и сенсорные.
Клавиатуры с пластмассовыми штырями выполняются таким образом, что под каждой клавишей находится пластмассовый штырь, установленный вертикально, нижний конец которого выполнен в виде штемпеля (клейма), изготовленного из композицир резины с металлом. Ниже этого резинового штемпеля находится пластина с контактными площадками, неподвижно установленная на корпусе панели. При нажатии клавиши штемпель соприкасается с контактными площадками, замыкается электрическая цепь, что воспринимается контроллером клавиатуры. Недостатком такой клавиатуры является высокая чувствительность клавиши к вибрации при нажатии, что приводит к многократному отображению символа на экране при печати с высокой скоростью.
Клавиатура со щелчком выполнена так, что при нажатии клавиши ее механическое сопротивление становится тем больше, чем глубже она нажимается. Для преодоления этого сопротивления необходимо затратить определенную силу, после чего клавиша нажимается легко. Нажатие и отпускание клавиши сопровождается щелчком, отсюда и название. Клавиатуры со щелчком позволяют обеспечить уверенность в том, что клавиша нажата, а это повышает скорость ввода информации.
Клавиатуры с микропереключателями имеют характеристик аналогичные клавиатурам со щелчком. Но микропереключателе в том числе герконы (герметические контакты), характеризуются большей прочностью и длительным сроком службы.
Клавиатуры с герконами содержат переключатели клавишей с пружинными контактами из ферромагнитного материала, помещенными в герметизированный стеклянный баллон. Контакты приходят в соприкосновение (или размыкаются) под действием магнитного поля электромагнита, установленного снаружи баллона.
Принцип действия сенсорной клавиатуры основан на усилении разности потенциалов, приложенной к чувствительному элементу. Количество этих элементов соответствует количеству клавишей. 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 сигналу, возникающему при нажатии клавиши обычной механической клавиатуры. Сенсорные клавиатуры самые долговечные, поскольку в них отсутствуют какие-либо механические элементы и информация о нажатии «клавиши» формируется только электроникой.
Драйвер клавиатуры служит для отображения на экране набранного на клавиатуре и обычно является составной частью любой операционной системы. Драйвер клавиатуры операционной системы
MS-
DOS называется
KEYB.
COM. После установки операционной системы
DOS он находится, как правило, в директории
DOS. При установке операционной среды
Windows 95/98 драйвер клавиатуры автоматически записывается в стартовом файле
AUTOEXEC.
BAT.
Со времени появления первого персонального компьютера вплоть до 1995 г. внешний вид и структура клавиатуры оставались неизменными. Но в 1995 г., после выхода операционной системы
Windows 95, привычные 101-клавишные устройства были заменены клавиатурами со 104/105 клавишами. Клавиши были добавлены, чтобы реализовать некоторые возможности новой операционной системы.
Большинство современных клавиатур снабжено тремя специальными клавишами, предназначенными для работы в операционной системе
Windows 95/98/
ME; они расположены в нижней части клавиатуры, рядом с клавишами
Ctrl и
Alt.
Еще ряд изменений был связан с эргономическими показателями, т.е. с необходимостью соответствия новых клавиатур современным требованиям медицины. Было установлено, что при ежедневной интенсивной работе со старыми плоскими клавиатурами у операторов ЭВМ развивается профессиональное заболевание кистей рук. Поэтому на рынке появилось множество новых «эргономических» клавиатур самых причудливых форм: как бы «разломанных» надвое, изогнутых, снабженных подставками для кистей рук. Все более популярными становятся клавиатуры на ИК-луча не требующие шнура для подключения к системному блоку. Передача сигналов с такой клавиатуры осуществляется по принципе аналогичному «дистанционному управлению».
Наибольшим успехом на российском рынке пользуются клавиатуры таких производителей, как
Microsoft,
Cherry и ВТС.
Мышь
Мышь, как и клавиатура, является важнейшим средством вводя информации. Особенно возросла ее роль с появлением графический оболочек, поскольку мышь стала необходимой для эффективной работы на ПК с соответствующим программным обеспечением.
Важное преимущество графических оболочек — возможности инициализации многих команд без длительного ввода их с клавиатуры. Управление с помощью несложных процедур: выбор, щелчок (или двойной щелчок) на объекте в виде пиктограммы, символа или пункта меню — зачастую позволяет обходиться без использования клавиатуры.
Мышь как датчик перемещения была изобретена в 1968 г. Но неотъемлемой составляющей компьютера
Apple
Macintosh она стала в конце 1970-х гг., поскольку именно этот компьютер был укомплектован полно цветным графичееским интерфейсом, где пользователь отдавал команды, щелкай мышью по значкам-пиктограммам. Поскольку ПК получил такой интерфейс позже, мышь в составе ПК появилась только в середине 1980-х гг. По принципу действия мыши подразделяются на оптико-механические и оптические.
Оптико-механическая мышь состоит из следующих основных элементов. В нижней плоскости корпуса мыши находится отверстие, которое открывается поворотом пластмассовой шайбы. Под шайбой находится шарик диаметром 1,5 — 2 см, изготовленный из металла с резиновым покрытием. В непосредственной контакте с шариком находятся валики. Причем только один из валиков служит для управления шариком, а два других валика регистрируют механические передвижения мыши. При перемещении мыши по коврику шарик приходит в движение и вращает соприкасающиеся с ним валики. Оси вращения валиков взаимно перпендикулярны. На этих осях установлены диски с прорезями которые вращаются между двумя пластмассовыми цоколями. На одном цоколе находится источник света, а на другом — фоточувствительный элемент (фотодиод, фоторезистор или фототранзистор). С помощью такого фотодатчика растрового типа точно определяется относительное перемещение мыши. С помощью двух разных датчиков определяется направление перемещения мыши последовательности освещения фоточувствительных элементов и скорость перемещения в зависимости от частоты импульсов. Импульсы с выхода фоточувствительных элементов при работе микроконтроллера преобразуются в совместимые с ПК дан и передаются на материнскую плату.
Оптическая мышь функционирует аналогично оптико-механической мыши, отличаясь тем, что ее перемещение регистрируется оптическим датчиком. Такой способ регистрации перемещения заключается в том, что оптическая мышь посылает луч на специальный коврик. Отраженный от коврика луч поступает на оптоэлектронное устройство, расположенное в корпусе мыши, Направление движения мыши определяется типом полученного сигнала. Преимуществами оптической мыши являются высокая точность определения позиционирования и надежность.
По принципу подключения к компьютеру мыши можно подразделить на проводные, связанные с компьютером электрическим кабелем («хвостатые» мыши), и бесконтактные (беспроводные, «бесхвостые»). Беспроводные мыши — это инфракрасные или радиомыши.
Инфракрасная мышь функционирует аналогично пульту дистанционного управления телевизора. Для этого рядом с компьютером или на самом компьютере устанавливается приемник инфракрасного излучения, который кабелем соединен с ПК. Движение мыши регистрируется рассмотренными выше механизмами и преобразуется в инфракрасный сигнал, который затем передается на приемник. Преимущество использования инфракрасной мыши заключается в отсутствии дополнительного кабеля на рабочем столе. Однако для передачи инфракрасного сигнала пространство между передатчиком мыши и приемником компьютера не должно перекрываться, иначе мышь будет не в состоянии передать сигнал на ПК. Инфракрасные мыши работают от аккумулятора или обычной батарейки.
Радиомышь обеспечивает передачу информации от мыши с помощью радиосигнала. При этом нет необходимости в свободном пространстве между приемником и передатчиком. Радиомышь передает данные с помощью радиоволн на небольшой приемник, который подключен к разъему СОМ или PS/2. Расстояние от приемника до мыши может составлять до 1,5 м. Питание радиомьши осуществляется от батареек в ее корпусе.
Для нормального функционирования мыши необходимо обеспечить ее свободное перемещение по плоской поверхности, в качестве которой обычно применяются специальные коврики (
Mousi
Pad). Однако выпускаются мыши, свободно работающие на любой поверхности. Устройствами ввода сигнала мыши являются кнопки, расположенные на ней. В зависимости от модели мыши на ней имеется от двух до четырех кнопок.
Функциональное назначение кнопок мыши различно и зависит от выполняемого приложения. Помимо кнопок многие мыши оборудованы специальными устройствами для быстрой прокрутки (скроллинга) окон. Наиболее удобным и простым является скроллинг с помощью колес, которым обеспечиваются отдельные модели.
Мыши подразделяются по способу подключения к ПК: подключаемые к СОМ-порту (
Serial
Mouse — последовательный мыши), подключаемые к PS/2 (
PS/2-мыши) и мыши, подключаемые к порту
USB. Комбинированные мыши можно подключать как к порту PS/2, так и к порту СОМ.
Наряду с эргономическими клавиатурами на компьютерном рынке появились эргономические, причудливо изогнутые мыши, форма которых призвана снизить нагрузку на кисть пользователя.
Основными производителями мышей являются компании
Microsoft,
Mitsumi,
A4
Tech,
Logitech и
KEY
Systems (торговая марка мышей
Genius).
Трэкбол (
Trackball)
по конструкции напоминает мышь, у которой шар расположен не внутри корпуса, а на верхней его части. Принцип действия и способ передачи данных трэкбола такой же, как у мыши. Обычно трэкбол использует оптико-механический принцип регистрации положения шарика. Большинство трэкболов управляются через последовательный порт, причем назначение выводов аналогично разъему мыши. Основные отличия трэкбола от мыши в том, что трэкбол обладает стабильностью за счет тяжелого корпуса и не требует специальной площадки для движения. Для пользователей ПК типа
Notebook и
Laptop имеются встроенные или подключаемые трэкболы.
Джойстик —
незаменимое устройство ввода в области компьютерных игр.
Создавался джойстик для использования на специальных военных тренажерах и обычно имитировал устройство управления какой-либо военной техникой.
Цифровые джойстики, как правило, применяются в игровых приставках и в игровых компьютерах.
Любой джойстик состоит из двух элементов: координатной части— ручки или руля, перемещение которой меняет положение виртуального объекта в пространстве, и функциональных кнопок. Число кнопок может быть от трех до восьми, и большинству из них, громе главной кнопки «Огонь» или гашетки, можно в зависимости от игры присваивать разные значения: смена оружия.
Для ПК в качестве устройства ввода (управления) в основном применяются аналоговые джойстики. Использование цифрового джойстика требует установки в компьютер специальной платы или применения переходника с одного разъема на другой. Аналоговый джойстик имеет существенное преимущество перед цифровым. Цифровой джойстик реагирует в основном на положение управляющей ручки (влево, вправо, вверх, вниз) и стартовой кнопки «огонь». Аналоговые джойстики регистрируют минимальные движения ручки управления, что обеспечивает более точное управление.
Новые модели дорогих джойстиков имеют своеобразную «
o6ратную связь»: при использовании их для «стрельбы» ручка дает эффект «отдачи», какая бывает у настоящего оружия. Некоторые модели обладают ощутимым сопротивлением, имитирующим управление настоящим летательным аппаратом и позволяющим 6
oлее точно регулировать перемещение виртуального объекта.
Лидерами рынка джойстиков в России являются фирмы
Quick
Shot и
Genius.
Вопросы для самоконтроля:
1.
Клавиатура: принцип действия, конструктивные исполнения;
2.
Подключение клавиатуры;
3.
Драйвер клавиатуры. Настройка параметров работы клавиатуры;
4.
Оптико- механические манипуляторы;
5.
Мышь: принцип действия, способы подключения, основные характеристики;
6.
Принципиальные схемы оптико- механической и оптической мыши;
7.
Драйвер мыши;
8.
Особенности инфракрасной и радиомыши. Настройка параметров работы мыши;
9.
Джойстик, трекбол, дигитайзер. Их назначение, принцип действия, основные особенности, подключение.
Тема 8.2 Принцип действия и классификация сканеров
Студент должен:
иметь представление:
· об устройствах ввода информации
знать:
· классификацию сканеров;
· принцип работы и способы формирования изображения;
· технические характеристики сканеров;
Классификация сканеров. Принцип работы и способы формирования изображения. Основные узлы. Кинематический механизм. Технические характеристики сканеров. Особенности применения. Обзор основных современных моделей.
Методические рекомендации
Сканер (Scanner) — устройство ввода в ЭВМ информации в виде текстов, рисунков, слайдов, фотографий на плоских носителях, а также изображения объемных объектов небольших размеров. Сканер представляет собой периферийное устройство, основным элементом которого является фотодатчик, предназначенный для фиксирования количества отраженного света в каждой области оригинала.
Метод, на котором основаны современные сканеры, заключается в последовательном, точка за точкой, фиксировании изображения и преобразовании его в электрический сигнал.
Сканирование представляет собой цифровое кодирование изображения, заключающееся в преобразовании аналогового сигнала яркости в цифровую форму. Такое получение цифрового изображения оригинала для ввода в компьютер называют оцифровкой (Digitizing). В процессе оцифровки изображение разбивается на элементарные частицы — пикселы, каждому из которых соответствует определенный код яркости и цветового оттенка.
Сканер как оптоэлектронный прибор включает следующие функциональные компоненты: датчик, содержащий источник света, оптическую систему, фотоприемник, механизм перемещения датчика (или оптической системы) относительно оригинала. Электронное устройство обеспечивает преобразование информации в цифровую форму.
В процессе сканирования оригинал освещается источником света. Светлые области оригинала отражают больше света, чем темные. Отраженный (или преломленный) свет оптической системой направляется на фотоприемник, который преобразует интенсивность принимаемого света в соответствующее значение напряжения. Диалоговый сигнал преобразуется в цифровой для дальнейшей обработки с помощью ПК.
Сканеры весьма разнообразны, и их можно классифицировать по целому ряду признаков. В основе классификации могут быть с целующие признаки:
· способ формирования изображения (линейный, матричный);
· конструкция кинематического механизма (ручной, настольный, комбинированный);
· тип вводимого изображения (черно-белый, полутоновый, цветной);
· степень прозрачности оригинала (отражающий, прозрачный);
· аппаратный интерфейс (специализированный, стандартный);
· программный интерфейс (специализированный, TWAIN-coвместимый).
В современных сканерах применяют фотодатчики двух типов: фотоэлектронные умножители — ФЭУ (РМТ — Photomulti Plierinbe) или приборы с зарядовой связью — ПЗС (ССО — Charge-( Oupled Device).
Фотоэлектронный умножитель изобретен советским инженером Л.А.Кубецким в 1930 г. ФЭУ представляет электровакуумный прибор, внутри которого расположены электроды — катод, анод и диноды. Световой поток от объекта сканирования вызывает эмиссию электронов.. В соответствии с законом фотоэффекта фототок эмиссии прямо пропорционален интенсивности падающего на него светового потока. Вылетающие из катода электроны под действием разности потенциалов между катодом и ближайшим к нему электродом — динодом притягиваются к последнему и выбивают с поверхности вторичные электроны, число которых многократно превышает первичный электронный поток с катода. Это обеспечивается благодаря тому, что диноды выполнены из материалом имеющих высокий коэффициент вторичной эмиссии, а между ними приложены потенциалы, обеспечивающие усиление вторичной эмиссии. В результате через сопротивление нагрузки в анодной цепи ФЭУ протекает усиленный ток. Коэффициент усиления фототока в ФЭУ достигает 108. Такое усиление достигается за счет подачи на ФЭУ напряжения от высоковольтного источника (в зависимости от количества динодов — от 500 до 1500 В), причем потенциалы распределяются между электродами равномерно помощью делителя напряжения. ФЭУ обладает высокой чувствительностью, а его спектральный диапазон, определяемый областью длин волн регистрируемого излучения, соответствует задачам сканирования, поскольку перекрывает видимый спектр световых волн.
Прибор с зарядовой связью — это твердотельныйэлектронный фотоприемник, состоящий из множества миниатюрных фоточувствительных элементов, которые формируют электрический заряд, пропорциональный интенсивности падающий на них света, и конструктивно выполняются в виде матриц или линеек.
Принцип действия ПЗС основан на зависимости проводимости р—-n-перехода полупроводникового диода от его освещенности. ПЗС представляет собой полупроводниковый кристалл (как правило, кремний), на поверхность которого нанесены прозрачная оксидная пленка, выполняющая функцию диэлектрика в микроскопических конденсаторах. Одной из обкладок тая кого конденсатора является поверхность самого кристалла, а другой — нанесенные на диэлектрик металлизированные электроды толщиной не более 0,6 мкм.
К электродам в определенной последовательности подается низкое напряжение (5— 10 В). Это приводит к тому, что под электродами образуются так называемые потенциальные ямы в виде скоплений электронов. Под воздействием света в результате внутреннего фотоэффекта появляются свободные электроны. Количество электронов, скапливающихся под чувствительной площадкой каждого электрода, пропорционально интенсивности светового потока, падающего на чувствительную площадку данного электрода. Электроны образуют зарядовый пакет. Если ПЗС выполнен в виде линейки, зарядовые пакеты передаются из одной потенциальной ямы в соседнюю, достигая последней ячейки, откуда поступают на предварительный усилитель. ПЗС-линейка может содержать до нескольких тысяч фоточувствительных ячеек. 1'азмер элементарной ячейки ПЗС определяет разрешающую способность сканера. Область спектральной чувствительности ПЗС расположена в видимой части спектра, причем наибольшая чувствительность наблюдается ближе к красной области.
В зависимости от способа перемещения фоточувствительного элемента сканера и носителя изображения относительно друг друга сканеры подразделяются на две основных группы — настольные (Desktop) и ручные (Hand-held).
К числу настольных сканеров относятся планшетные (Flatbed), /шлаковые (Sheet-feed), барабанные (Drum) и проекционные сканеры.
Планшетные сканеры, или сканеры плоскостного типа, используются для ввода графики и текста с носителей формата А4 или A3.
В планшетных сканерах оригинал располагается на его рабочей поверхности неподвижно. Освещение оригинала производится стабилизированным по интенсивности источником, в качестве которого используют лампы с холодным катодом или флуоресцентные лампы. В качестве фотоприемника обычно используются ПЗС-линейки. Лампа, ПЗС и оптическая система, направляющая на ПЗС световой поток, отраженный от оригинала, находятся на одной каретке и с помощью шагового механизма перемещаются вдоль оригинала. В основном все планшетные сканеры рассчитаны на получение копии с одного оригинала, однако к некоторым моделям сканеров прилагаются дополнительные приспособления для последовательной подачи и сканирования нескольких оригиналов.
При использовании в качестве оригиналов книг или сброшюрованных документов имеется возможность обеспечить их прижим к стеклянной поверхности сканера специальной крышкой на петлях.
К преимуществам планшетных сканеров следует отнести простоту использования, возможность сканирования как плоски оригиналов в широком диапазоне размеров, так и небольших трех мерных объектов. При необходимости сканирования оригинала нестандартного большого формата имеется возможность сканирования по частям с последующим объединением с помощью какого-либо графического редактора.
Недостатками этого типа сканеров являются большая занимаемая площадь, сложность выравнивания оригинала с неровно размещенным на носителе изображением, невозможность сканирования прозрачных оригиналов.
Однако при этом планшетные сканеры — наиболее популярные устройства ввода текстовой и графической информации. Они обеспечивают необходимое качество изображений, используемых как в деловой корреспонденции, так и в высокохудожественных изданиях.
Роликовые сканеры осуществляют сканирование оригинала при его перемещении по специальным направляющим посредством роликового механизма подачи бумаги относительно неподвижных осветителя и ПЗС-линейки. Сканирование в роликовом сканере, как и в планшетном, производится в отраженном свете. Этот принцип заложен в конструкции многих факсимильных аппаратов. Сканеры, работающие в двух режимах —- сканирования изображения и по факсимильной передачи, называют факс-сканерами (Fax Scanner).
В отдельных моделях роликовых сканеров имеется устройство для подачи листов, которое позволяет сканировать в автоматическом режиме.
Большинство роликовых сканеров офисного применения предназначены для работы с оригиналами формата А4. Однако существуют широкоформатные роликовые сканеры, обеспечивающие сканирование оригиналов форматов А1 и АО.
Преимущества роликовых сканеров определяются их компактностью, удобством подключения и пользования, автоматической подачей листов оригинала, удовлетворительной скоростью сканирования и низкой стоимостью. В то же время эти сканеры имеют ряд недостатков, связанных с невозможностью без специальных приспособлений осуществлять сканирование сброшюрованных документов, книг, а также с опасностью повреждения оригинала.
Барабанные сканеры позволяют получать изображения прозрачных или отражающих оригиналов с высокой степенью детализации.
Прозрачный оригинал в барабанных сканерах закрепляется с помощью специальной ленты или масла на поверхности прозрачною цилиндра из органического стекла (барабана), который для обеспечения устойчивости укреплен на массивном основании. При вращении барабана с большой скоростью (от 300 до 1350 об/мин) фотоnприемник считывает изображение с высокой точностью. В большинстве барабанных сканеров в качестве фотоприемника используется ФЭУ, который перемещается с помощью винтовой пары мини барабана. Для освещения оригинала применяется мощный по интенсивности излучения ксеноновый или галогенный источник света. При сканировании отражающих оригиналов применяется источник света, расположенный вне барабана рядом с приемником излучения.
За счет высокой скорости вращения барабана имеется возможность фокусировать на оригинале достаточно мощный поток света без риска повреждения оригинала. В связи с этим отличительной особенностью барабанных сканеров является возможность сканировать с высоким разрешением оригиналы, имеющие высокую оптическую плотность (печатные издания, художественные работы, слайды, диапозитивы, негативные пленки), как в отраженном, так и в проходящем свете.
В отдельных моделях барабанных сканеров в качестве фотоприемника изображения используется набор ПЗС-линеек, неподвижно установленных на всю ширину барабана и построчно сканирующих оригинал в отраженном свете. В этих сканерах, как правило широкоформатных, барабан совершает только один оборот за все время сканирования. Сканеры, в которых реализована эта технология, выгодно отличаются от сканеров с ФЭУ, поскольку исключается необходимость решать проблему стабилизации конструктивных элементов, обусловленную высокой скоростью вращения барабана. Для гашения возникающих при этом вибраций применяются специальные амортизаторы, увеличивающие массу сканера до 250 кг и более.
Барабанные сканеры позволяют сканировать прозрачные или отражающие оригиналы типа высокохудожественных работ в пони рафии и картографии. При этом автоматическая корректировка освещенности, настройка фокусного расстояния и высокая производительность достигаются за счет обработки изображения встроенным компьютером.
Значительные габариты, необходимость предварительной подготовки обслуживающего персонала и высокая стоимость барабанных сканеров обусловливают ограничение их области применения профессиональной полиграфией и картографией.
Проекционные сканеры работают по принципу фотографической печати и конструктивно напоминают фотоувеличитель. Оригинал располагается на подставке под сканирующей головкой изображением. Сканирующая головка, содержащая ПЗС-датчик и перемещающий его в фокальной плоскости линзы двигатель, закрепляется на вертикальном штативе и может перемещаться по пинке или по вертикальным направляющим. Перед началом сканирования камеру устанавливают в положение, соответствующее требуемому разрешению и размеру изображения. Точная настройка фокусировка, определяющая разрешение сканирования, осуществится специальной редуцирующей линзой. Обычно в проекционных сканерах внутренний источник освещения не используется.
Освещение оригинала производится за счет естественного комнатного света. В некоторых моделях проекционных сканеров свет через линзу освещает оригинал, а отраженный свет фиксируется ПЗС-матрицей. Такая конструкция сканера позволяет избежать влияния внешних засветок и получить высокое качество сканированных изображений.
Особенностью проекционных сканеров является возможность сканирования трехмерных объектов. При этом конструкция сканеров обеспечивает переменное разрешение сканирования: небольшие объекты можно сканировать с высоким разрешением; большие нестандартные объекты, изображения которых нельзя ввести с помощью других сканеров, также могут быть сканированы, xoтя и с низким разрешением. Простота конструкции и удобство применения, невысокая стоимость и возможность комбинирования при сканировании плоских и небольших трехмерных объектов обусловливают достаточно широкое применение проекционные сканеров как средств ввода информации.
Ручные сканеры применяются для сканирования малоформатных оригиналов или фрагментов большого изображения. Перемещение окна сканирования относительно оригинала производится за счет мускульной силы человека. В небольшом корпусе шириной обычно чуть более 10 см размещаются лишь датчик, линза и источник света Ширина области сканирования в зависимости от модели устройства варьируется от 60 до 280 мм. Длина области сканирования ограничена лишь объемом доступной оперативной памяти компьютера. Устанавливаемая в компьютере карта интерфейса преобразует поступающую информацию в цифровую форму и передает для последующей обработки специальной программе. Принципы работы ручного и роликового сканеров во многом похожи.
Отличительной особенностью ручного сканера является то, что он использует источник питания компьютера, к которому подключен. Как правило, ручные сканеры подключаются к параллельному порту компьютера без каких-либо адаптеров. Низкая цена ручных сканеров обусловлена простотой их конструкции.
В некоторых моделях ручник сканеров предусматривается возможность сканирования больших изображений за несколько проходов, т. е. путем последовательное просмотра отдельных его областей. Объединение областей сканирования производится с помощью специального программного обеспечения, позволяющего упростить эту процедуру. Применение ручных сканеров как устройств ввода изображений отменяется их компактностью и дешевизной, хотя для профессиональной работы они обычно не используются. Однако применение ручных сканеров для сканирования текста не всегда оправдано, поскольку разработанные специально для ручных сканеров программы допускают довольно много ошибок при распознавании по сравнению со своими аналогами, созданными для других сканеров.
Многофункциональные сканеры — это комбинированные устройства на, сочетающие в себе возможности сканеров различных типов, и также других технических средств информатизации, служащих лия решения таких задач, как оптическое распознавание символов, архивирование, электронная почта и факсимильная связь.
В комбинированных устройствах all-in-one в одном корпусе обычно объединены роликовый сканер, лазерный или струйный принтер, факс-модем. Эти устройства можно использовать в качествe факсимильного аппарата, принтера, сканера, копировального аппарата и внешнего модема для доступа к сети по линиям телефонной связи. Такое интегрирование является оптимальным решением для SOHO (Small Office/Home Office — небольшой домашний офис), поскольку позволяет освободить площадь и экономить на приобретении компонентов в комплексе, которые по отдельности стоят дороже. Основные недостатки таких систем — невысокое качество и сравнительно высокая стоимость копирования страницы.
Цветные сканеры
Современные сканеры в основном предназначены для сканирования цветных оригиналов, но имеют режимы сканирования черно-белых и полутоновых изображений.
Задача цветного сканера сводится к различению основных цветов: красного (Red), зеленого (Green) и синего (Blue) — RGB. Для этого применяются различные технологии.
Например, в цветном сканере с одним источником света сканирование оригинала может осуществляться в три прохода с последовательным применением различных фильтров: красного (R), зеленого (G), синего (В), поочередно размещаемых между источником света и оригиналом. Сканируемое изображение освещается белым светом не непосредственно, а через вращающийся RGB светофильтр. Для каждого из основных цветов последовательность операций практически не отличается от последовательности oneраций при сканировании полутонового изображения. Существенными недостатками данного метода являются увеличение времени сканирования в три раза и необходимость точного совмещения цветовых слоев, чтобы не допустить размывания отдельных деталей изображения.
В сканерах другого типа используются три источника света красный, зеленый, синий, действующие поочередно для кратковременного освещения оригинала. Сканирование при этом производится однократно, что позволяет избежать несовмещений цветов, но требует подбора источников света со стабильными характеристиками.
В некоторых конструктивных решениях цветных сканеров пользуется один источник света, но сканирование цветных оригиналов осуществляется за один проход благодаря тому, что фотоприемник выполнен в виде фототранзисторов, размещенных три линейки, а три цветных фильтра расположены перед ним так, что каждая линейка фототранзисторов освещается только своим цветом.
Однако наибольшее распространение получили цветные сканеры, оборудованные системой, состоящей из трех независимых фотодатчиков для каждого цвета. Оригинал освещается белым светом, а отраженный оригиналом свет попадает на фотоприемник через систему специальных фильтров, которые и разделяют свет на три составляющие. Принцип работы таких фильтров основан на использовании явления дихроизма, заключающеюся в изменении окраски кристаллов в проходящем белом свете и зависимости от положения их оптической оси. После прохождения системы фильтров разделенные красный, зеленый и синий гнет попадают каждый на свой фотоприемник, например ФЭУ. Путем последовательно выполняемых операций считывания топового распределения по основным цветам получают информацию, необходимую для воспроизведения цветов изображения.
Вопросы для самоконтроля:
1.
Классификация сканеров;
2.
Принцип работы и способы формирования изображения;
3.
Основные узлы сканера;
4.
Кинематический механизм сканера;
5.
Технические характеристики сканеров;
6.
Особенности применения сканеров;
7.
Обзор основных современных моделей.
Практическая работа 12. Сканер
Студент должен:
иметь представление:
· об устройствах ввода информации
знать:
· классификацию сканеров;
· принцип работы и способы формирования изображения;
· технические характеристики сканеров;
уметь:
· подключать и инсталлировать сканеры;
· настраивать параметры работы сканера
Тема 8.3 Аппаратный и программный интерфейсы сканеров
Студент должен:
иметь представление:
· об устройствах ввода информации
знать:
· классификацию сканеров;
· принцип работы и способы формирования изображения;
· технические характеристики сканеров;
· программный интерфейс, программное обеспечение сканеров.
Принцип работы и способы формирования изображения. Программный интерфейс, программное обеспечение сканеров.
Методические указания
Аппаратный и программный интерфейсы сканеров
Сканеры с интерфейсом SCSI требуют установки в компьютер дополнительной платы SCSI-адаптера, которая поставляется в комплекте со сканером. Преимуществом интерфейса SCSI является обеспечение высокой скорости сканирования.
К компьютерам, оснащенным USB-портом, лучше подключать сканер с USB-интерфейсом. Скорость при этом несколько уступает интерфейсу SCSI, однако простота подключения сканера искупает этот недостаток.
Сканеры с интерфейсом параллельного порта подключаются к уже имеющемуся параллельному порту. Пропускная способность параллельного порта значительно меньше по сравнению с интерфейсом SCSI. Однако при этом нет необходимости устанавливать .дополнительную плату.
В комплект поставки сканера входит специальная программа — драйвер, предназначенная для управления процедурой сканирования и настройки основных параметров сканера. Ведущие производители аппаратных и программных средств — компании Aldus, Eastman Kodak, Hewlett-Packard и Logitech — объединили свои усилия для создания собственного формата драйвера TWAIN. Стандарт TWAIN определяет порядок обмена данными между прикладной программой и драйвером сканера, что позволило решить проблему совместимости различных компьютерных платформ, сканеров разных моделей и форматов представления данных. С помощью TWAIN-совместимого сканера можно сканировать изображения из любой программы, например Photoshop, СorelDRAW, PageMaker, PhotoStyler и др.
Характеристики сканеров
Ниже описаны основные характеристики, которые следует принимать во внимание при выборе типа и модели сканера.
Разрешающая способность определяется плотностью расположения распознаваемых точек и выражается в точках на дюйм (dpi). Сканеры имеют два параметра разрешающей способности: оптическое разрешение и программное. Оптическое разрешение — показатель первичного сканирования. Программными методами можно в дальнейшем повысить разрешение. Например,оптическое разрешение сканера может быть 300 х 600 dpi, а программное — до 4800 х 4800 dpi. Оптическое разрешение имеет более важное значение для пользователя.
Оптическое разрешение зависит от размера элемента ПЗС-датчика и характеризует плотность, с которой производится выбору ка информации в заданной области оригинала.
Разрешение сканера имеет два показателя: по горизонтали и вертикали. Например, 600 х 300; 600 х 600; 800 х 800. Однако чаше всего употребляют первое значение: 600, 800 dpi.
Область сканирования — максимальный размер оригинала для данного сканера.
Метод сканирования определяет одно- или трехпроходный способ считывания информации в цветных сканерах.
Скорость сканирования — количество страниц черно-белого оригинала, сканируемых в минуту с максимальным оптическим разрешением сканера.
Разрядность сканера измеряется в бит и определяет то количество информации, которое необходимо для оцифровки каждой точки изображения, а также количество цветов, которое способен распознать сканер. 24 бит соответствуют 16,7 миллионам цветов, а 30 бит — миллиарду. Несмотря на то что человеческий глаз уже не в состоянии отличить 16-битный цвет от 24-битного, В новейших моделях сканеров заявлена 48-битная разрядность.
Совокупность характеристик модели сканера определяет принадлежность к одному из трех классов, на которые условно можно подразделить все модели сканеров.
Сканеры простых моделей используются для подготовки деловой документации, создания прайс-листов и рекламных объявлений, а также для подготовки электронных публикаций (Web-страниц, графических баз данных). Обычно такие сканеры обеспечивают оптическое разрешение в диапазоне 300 — 600 dpi, передачи 256 оттенков серого цвета для полутоновых изображений.
Сканеры промежуточного класса планшетного типа обладают оптическим разрешением 600— 1800 dpi, высоким динамическим диапазоном, имеют возможность работы с прозрачными оригиналами и применяются в издательской деятельности.
Сканеры высокого класса обеспечивают разрешение свыше 4000 dpi, используются при необходимости оцифровки большого объема информации с высоким качеством и производительностью.
Вопросы для самоконтроля:
1.
Принцип работы и способы формирования изображения;
2.
Программный интерфейс, программное обеспечение сканеров.
Практическая работа 13. Программный интерфейсы сканеров
Студент должен:
иметь представление:
· об устройствах ввода информации
знать:
· классификацию сканеров;
· принцип работы и способы формирования изображения;
· технические характеристики сканеров;
· программный интерфейс, программное обеспечение сканеров.
уметь:
· работать с программами сканирования и распознавания текстовых и графических материалов
Тема 8.4 Цифровые фото- и видеокамеры
Студент должен:
иметь представление:
· о назначении ц
ифровых фото- и видеокамер
знать:
· принцип работы и основные технические характеристики ц
ифровых фото- и видеокамер;
· классификацию цифровых фото- и видеокамер;
· технические характеристики цифровых фото- и видеокамер
Классификация цифровых фото- и видеокамер. Принцип работы и способы формирования изображения. Технические характеристики. Программный интерфейс, программное обеспечение. Обзор основных современных моделей.
Методические рекомендации
Цифровая камера — устройство для фотосъемки, в котором изображение регистрируется на систему ПЗС-матриц и сохраняется в цифровом виде.
Цифровая камера может не только фиксировать и преобразовывать в цифровую форму изображение, но и записывать звук, параметры съемки.
В зависимости от конструктивного исполнения различают следующие цифровые камеры:
· с задней разверткой;
· трехкадровые;
· однокадровые с одной матрицей;
· однокадровые с тремя матрицами.
Принцип действия камеры с задней разверткой. Фотоприемник изображения в виде ПЗС-линейки перемещается в фокальной плоскости камеры вертикально, регистрируя изображение построчно. Камеры такого типа довольно инерционны, что не позволяет использовать их для регистрации движущихся объектов, однако они обладают высоким разрешением.
В трехкадровых камерах в качестве фотоприемника используется ПЗС-матрица. Для регистрации цветного изображения выполняют три экспозиции, регистрируя каждый раз изображении через отдельный светофильтр (красный, зеленый, синий). Такие камеры дают меньшее разрешение, чем камеры с задней разверткой, но экспозиция производится со скоростью, достаточной для использования вспышки.
В однокадровой камере с одной матрицей регистрация информации о цвете производится через нанесенный на поверхность ПЗИ матрицы пленочный фильтр, состоящий из RGB-элементов. Дни регистрации изображения производится всего одна экспозиция, что позволяет производить съемку движущихся объектов, однако цветопередача в таких камерах уступает по качеству много экспозиционной технологии.
Принцип действия однокадровой камеры с тремя матрицами, состоит в расщеплении с помощью специальной призмы изображения на красную, зеленую и синюю составляющие. Каждая монохромная составляющая изображения регистрируется своей ПЗС-матрицей. Цифровые камеры такого типа не обеспечивают высокого разрешения.
Носителем информации в цифровых камерах обычно служит карты флэш-памяти, данные из которой не исчезают при отключении питания, а могут быть стерты только специальным электрическим импульсом. Современные цифровые камеры в болыиинстве своем комплектуются картами флэш-памяти объемом от 8 до 128 Мбайт.
Новейшие модели цифровых камер позволяют сохранить изображение на CD-R объемом 650 или 700 Мбайт либо использовать миниатюрный диск IBM MicroDrive емкостью до 1 Гбайт.
Конструктивные решения некоторых моделей камер позволяют одновременно использовать многокадровую и однокадровую технологий экспонирования.
К числу важнейших характеристик цифровых камер можно отнести следующие:
1.
разрешение, обеспечиваемое самой простой бытовой камеры, 640x480 Dpi, а профессиональных — 2100х 1600 ppi;
2.
поддержка интерфейсов SCSI, WireFire, USB;
3.
объем носителя информации.
Цифровые камеры удобны в использовании, поскольку имеют жидкокристаллический экран, позволяют вести запись как отдельных кадров, так и их последовательности, имеют возможность непосредственного подключения к принтеру.
По назначению цифровые камеры подразделяют на студийные, питые и бытовые. Разрешение бытовых камер достаточно для просмотра на мониторе или экране телевизора, но не удовлетворительно для печати. Полевые и студийные камеры с высокой разрешающей способностью за счет использования ПЗС-матрицы дорогостоящие для широкого применения. Первым интерактивным направлением совершенствования цифровых камер является использование вместо дорогостоящих ПЗС-матриц интегральных микросхем APS (Activ Pixel Sensor) на основе КМОП-технологий (КМОП — Complementary Metal Oxyde Semiconductor), с высоким разрешением, более низким. Они позволяют по новому строить систему изображения.
Высоким качеством отличаются цифровые камеры Olympus, Nikon, Sony. Недорогие модели производят Casio, Fuji и Minolta.
Дигитайзеры (Digitazer), или графический планшет, — устройство для оцифровки графических изображений, позволяющее преобразовывать в векторный формат изображение, полученное в результате движения руки оператора.
Дигитайзеры используются в системах автоматизированного проектирования (САПР) для ввода в компьютер графической формации в виде чертежей и рисунков: проектировщик водит курсором по планшету, а изображение фиксируется в виде файла. Дигитайзер состоит из двух элементов: основания (планшет) и устройства указания(пера или курсора), перемещаемого по поверхности основания. При нажатии на кнопку курсора его положение на поверхности планшета фиксируется и координаты передаются в компьютер.
Принцип действия дигитайзера основан на регистрации положения курсора с помощью встроенной в планшет сети состоящей из печатных проводников с шагом между соседними проводниками от 3 до 6 мм. Механизм регистрации обеспечивает получение высокого разрешения дигитайзера, определяемого шагом считывания информации, достигающим до 100 линий на миллиметр. Скорость обмена дигитайзера с компьютером зависит оти оператора и достигает 100 — 200 точек в секунду.
Дигитайзеры подразделяются на электростатические и электромагнитные в зависимости от механизма определения местоположения устройства указания.
В электростатических дигитайзерах регистрируется изменение электростатического потенциала сетки под курсором.
В электромагнитных дигитайзерах курсор является источником излучения электромагнитного сигнала, что делает дигитайзеры этого типа чувствительными к помехам, создаваемым внешними источниками, например мониторами.
Графические планшеты дигитайзеров выполняются на твердя (планшетные дигитайзеры) и гибкой основах (гибкие дигитайзеры). Дигитайзеры на гибкой основе имеют меньший вес, более компактны, удобны при транспортировке и более дешевые.
Размеры рабочего поля планшетов от (6 х 80)" до (44 х 62)". Погрешность в определении координат устройства регистрации 0,1—0,7 мм, причем в среднем погрешность электромагнитных дигитайзеров меньше, чем электростатических. Устройства указания в дигитайзерах выполняются в виде кур-i ора или пера.
Перо представляет собой указку, снабженную одной, двумя или тремя кнопками. Существуют перья, определяющие усилие, которым наконечник пера прижимается к планшету, и имеющим 256 градаций степени нажима. От степени нажима зависит толщина линии, цвет в палитре и его оттенок. Для реализации художественных возможностей необходимо программное обеспечение типа Adobe Photoshop, Aldus PhotoStyler, Autodesk Animator 'm, CorelDRAW и др.
Вопросы для самоконтроля:
1.
Классификация цифровых
фото- и видеокамер;
2.
Принцип работы и способы формирования изображения цифровых
фото- и видеокамер;
3.
Технические характеристики цифровых
фото- и видеокамер;
4.
Программный интерфейс, программное обеспечение цифровых
фото- и видеокамер;
5.
Обзор основных современных моделей цифровых
фото- и видеокамер.
Практическая работа 14. Цифровые фото- и видеокамеры
Студент должен:
иметь представление:
· о назначении ц
ифровых фото- и видеокамер
знать:
· принцип работы и основные технические характеристики ц
ифровых фото- и видеокамер;
· классификацию цифровых фото- и видеокамер;
· технические характеристики цифровых фото- и видеокамер
уметь:
· подключать и инсталлировать цифровые фото- и видеокамеры;
· работать с программным обеспечением цифровые фото- и видеокамер
Тема 8.5 Нестандартные периферийные устройства
Студент должен:
иметь представление:
· о назначении н
естандартных периферийных устройств
знать:
· интерфейсы нестандартных периферийных устройств ПК;
· принцип работы и основные технические характеристики карманных ПК и смартфонов
Интерфейсы нестандартных периферийных устройств ПК. Комбинированные периферийные устройства ПК.
Принцип работы и основные технические характеристики карманных ПК и смартфонов. Обзор основных моделей.
Методические указания
Смартфон
Смартфо́н
, реже смартофо́н
(англ.
smartphone — интеллектуальный телефон) — устройство, совмещающее функции мобильного телефона и карманного персонального компьютера (КПК).
Отличительной особенностью смартфона от телефона является наличие достаточно развитой операционной системы. Это дает возможность устанавливать дополнительные приложения, расширяющие возможности устройства, которые могут создаваться как фирмой, выпускающей смартфон, так и сторонними разработчиками. КПК, оснащённый функциями GSM-связи называется коммуникатором, смартфон - телефон, оснащённый функциями карманного персонального компьютера.
Наиболее распространенные операционные системы для смартфонов:
Symbian
Palm OS
Windows CE, Windows Mobile
Linux
Мобильный телефон
— мобильное коммуникационное устройство, предназначенное преимущественно для голосового общения.
Технологическую основу мобильной связи составляет радиосвязь.
В настоящее время сотовая связь самая распространенная из всех видов мобильной связи, поэтому обычно мобильным телефоном называют сотовый телефон.
В просторечии — «мобильник» (моск.) или «труба» (питерск.), «мобила» (сочинск). История мобильной связи
6 марта 1983 — Компания Motorolla выпустила первый в мире коммерческий портативный сотовый телефон. Аппарат DynaTAC 8000X, на который было потрачено более $100 млн, разрабатывался 15 лет. Телефон весил 794 грамма и имел размеры 33 x 4,4 x 8,9 см. Заряда аккумуляторов хватало на 8 часов работы в режиме ожидания или на один час в режиме разговора. В розницу телефон стоил 3995 долларов США.
В 1984 году пользователей мобильной связи было около 300 тысяч человек, в 2003 уже более чем 1,2 млрд.
История мобильной связи в России
1992 г. — основание компании БИЛАЙН. 53,3 млн. абонентов на 30.11.2006.
1993 г. — основание компании Мобильные ТелеСистемы. Более 73,41 млн. абонентов на 31.01.2007.
2002 г. — основание компании МегаФон. 29,748 млн. абонентов на 01.01.2007
2003 г. — основание компании Tele2 в России. На конец 2006 года
Карманный персональный компьютер
Карма́нный персона́льный компью́тер
(КПК, наладо́нник, палмто́п) — собирательное название класса портативных электронных вычислительных устройств, изначально предложенных к использованию в качестве электронных органайзеров.
В английском языке словосочетание «карманный ПК» (Pocket PC) не является обозначением всего класса устройств, а является торговой маркой фирмы Майкрософт, то есть, относится лишь к одной из разновидностей КПК. Английское словосочетание Palm PC (наладонный компьютер) также ассоциируется с совершенно конкретной торговой маркой. Для обозначения всего класса устройств в английском языке используется словосочетание Personal Digital Assistant, PDA, что на русский можно перевести как «личный цифровой секретарь».
Оригинальный термин был впервые применён 7 января 1992 года Джоном Скалли (John Sculley) на выставке Consumer Electronics Show в Лас-Вегасе, применительно к Apple Newton. Применения
Общие
Чтение: книг; справочных текстов: словарей, энциклопедий и тому подобного; электронной почты, веб-страниц, журналов и иных документов в разных текстовых форматах.
Карты местности. Особенно эффективны при наличии модуля GPS (глобальная система позиционирования) и специальных программ для планирования маршрутов.
Ежедневник и расписания. Компьютер может автоматически напоминать о пунктах расписаний.
Всевозможные записи: памятки, контактные сведения, списки, базы данных.
Звуковой проигрыватель. В отличие от карманных аудиопроигрывателей, функция звукового проигрывателя на КПК полностью настраивается программным обеспечением: можно выбрать программу с подходящим интерфейсом и функциональностью.
Диктофон. При использовании дополнительного ПО обретает практически безграничные возможности звукозаписи.
Записи от руки. Позволяют быстро набросать памятку, с возможностью рисования от руки.
Набор текстов. Доступна экранная клавиатура, рукописный ввод и полноценная подключаемая клавиатура. В современных моделях КПК так же имеется выдвижная клавиатура.
Просмотр изображений. Фотоальбомы, коллекции изображений.
Просмотр видеороликов, фильмов. Объём современных флешкарт и скорость процессоров позволяет просматривать видео со звуком, без конвертации.
Выход в Интернет. Подключаться можно через мобильный телефон (Bluetooth / IrDA) или беспроводную сеть Wi-Fi.
Игры. Логические, аркады, шутеры, стратегии, ролевые игры.
Графический редактор. Функциональность существенно ограничена размером экрана карманного компьютера.
Дистанционное управление. Вся бытовая техника, имеющая инфракрасный порт, поддается управлению при помощи специализированных программ.
Офисные приложения. В зависимости от модели КПК в распоряжении пользователя есть различные наборы программ — от утилит для просмотра документов до полноценных офисных пакетов.
Программирование. Несмотря на доступность трансляторов различных языков, программирование непосредственно на карманном компьютере остаётся затруднённым из-за малого количества доступных сред разработки. Небольшой размер экранов наладонников также мешает полноценному программированию.
Фотоаппарат, видеокамера — встроенная или подключаемая.
К КПК, оснащенному хост-контроллером USB, можно напрямую подключать различные USB устройства, в том числе клавиатуру, мышь, жесткие диски и флэш-накопители.
Операционные системы
Представитель КПК под управлением PalmOS - модель LifeDrive, оснащенная жестким диском
В отличие от настольных ПК, которые подразделяются на несколько крупных классов и в остальном достаточно универсальны, карманные компьютеры более жёстко привязаны к собственным операционным системам (ОС).
На сегодняшний день основными ОС для КПК являются:
· Windows Mobile (ранее Pocket PC и Windows CE) фирмы Майкрософт;
· Palm OS фирмы
PalmSource;
· BlackBerry фирмы
Research In Motion;
· Symbian OS (ранее
EPOC);
· Linux.
В последнее время получили большое распространение т. н. коммуникаторы (или смартфоны), которые совмещают в себе функции КПК с функциями мобильного телефона. Эти устройства имеют практически идентичные обычным КПК операционные системы с незначительными отличиями — дополнительным программным обеспечением для работы с мобильной связью.
Негативная черта смартфонов - короткое время автономной работы. Тогда как КПК при умеренном использовании требует подзарядки раз в 4-6 дней, смартфон необходимо заряжать раз в 1-2 дня. Поэтому многие предпочитают связку КПК + мобильный телефон (при этом технические характеристики мобильного телефона уходят на второй план).
Популярные КПК
· Palm Tungsten.
Zire, Treo и
LifeDrive
· HP iPAQ
· Dell Axim
· Sharp Zaurus
· Fujitsu-Siemens LOOX
Вопросы для самоконтроля:
1.
Интерфейсы нестандартных периферийных устройств ПК;
2.
Комбинированные периферийные устройства ПК;
3.
Принцип работы и основные технические характеристики карманных ПК и смартфонов;
4.
Обзор основных моделей.
Практическая работа 15. Нестандартные периферийные устройства
Студент должен:
иметь представление:
· о назначении н
естандартных периферийных устройств
знать:
· интерфейсы нестандартных периферийных устройств ПК;
· принцип работы и основные технические характеристики карманных ПК и смартфонов
уметь:
· подключать нестандартные устройства к ПК; работать с нестандартными периферийными устройствами ПК
4 ПЕРЕЧЕНЬ ПРАКТИЧЕСКИХ РАБОТ
| № темы
|
Номер и наименование занятия
|
| 2.2
|
Практическая работа 1.
|
| 3.4
|
Практическая работа 2.
|
| 4.1
|
Практическая работа 3.
|
| 4.3
|
Практическая работа 4.
|
| 5.2
|
Практическая работа 5. Мониторы |
| 5.3
|
Практическая работа 6. Проекционные аппараты
|
| 5.5
|
Практическая работа 7. Видеоадаптеры |
| 6.2
|
Практическая работа 8. Звуковая система ПК
|
| 7.1
|
Практическая работа 9. Устройства вывода информации на печать: принтеры |
| 7.2
|
Практическая работа 10. Устройства вывода информации на печать: плоттеры
|
| 7.3
|
Практическая работа 11. Ксерокс, ризограф
|
| 8.2
|
Практическая работа 12. Сканер
|
| 8.3
|
Практическая работа 14. Цифровые фото- и видеокамеры
|
| 8.5
|
Практическая работа 15. Нестандартные периферийные устройства
|
5 ЗАДАНИЯ ДЛЯ КОНТРОЛЬНЫХ РАБОТ
5.1 Контрольная работа – это отчет студента заочника о проделанной работе по изучению программы дисциплины «Периферийные устройства вычислительной техники». Учебный материал состоит из восьми разделов. Студенту необходимо выполнить одну контрольную работу в сроки, установленные учебным планом.
Цель контрольной работы – привить навыки самостоятельной работы, выявить знания студентов по данной дисциплине и умение применять эти знания в практических работах по выбранной ими специальности.
В процессе выполнения контрольной работы студент должен проявить способность к самостоятельной работе с научно-технической литературой, умение обобщать полученные знания, и делать научно-обоснованные выводы и формулировать рекомендации, показать навыки владения ПЭВМ, комплектующими ПЭВМ и ППП.
В ходе выполнения контрольной работы должны быть изучены вопросы, связанные с различными аспектами использования электронно-вычислительной техники, в том числе для решения экономических и управленческих задач по месту работы студента.
Организация выполнения контрольной работы включает ряд этапов.
Прежде всего, студент должен внимательно изучить:
· программу курса “Периферийные устройства вычислительной техники”;
· рекомендуемую литературу;
· конспект прослушанных лекций;
· методические указания по написанию контрольной работы по дисциплине ”Периферийные устройства вычислительной техники”.
Выбор варианта задания контрольной работы осуществляется путем выбора варианта из таблицы.
Если порядковый номер студента от 1-9, то перед ним ставиться ноль. Например, номер студента по журналу 5, значит, вперед добавляем 0 и получаем 05. Выбираем по таблице свой вариант на пересечении этих цифр.
Задание для контрольной работы №1
| Предпоследняя цифра номера по журналу |
Последняя цифра номера студента по журналу
|
|||||||||
| 0
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
6
|
7
|
8
|
9
|
|
| 0
|
- |
2, 29, 45, 103 |
11, 42, 82, 100
|
12, 50, 70, 34
|
26, 51, 71, 98
|
7, 65, 57, 102
|
24, 54, 79, 95
|
4, 37, 62, 106
|
15, 41, 69, 112
|
16, 46, 111, 73
|
| 1
|
19, 48, 67, 93
|
25, 55, 83, 42
|
30, 66, 92, 27
|
1, 8,
39, 78
|
28, 53, 77, 18
|
20, 56, 90, 39
|
3, 33, 86, 52
|
21, 44, 89, 67
|
32, 59, 91, 108
|
36, 64, 88, 109
|
| 2
|
5, 72, 96, 43
|
17, 47, 74, 94
|
22, 49, 75, 97
|
9, 31,
84, 99
|
10, 60, 34, 110
|
6, 13, 35, 81
|
14, 40, 68, 80
|
58, 18, 104, 76
|
27, 61, 85, 101
|
29, 63, 103, 44
|
Общая постановка задачи
Ответить на вопросы дисциплины по вариантам
Решить задачи по вариантам
Темы для Контрольной работы
1.
Роль и значение периферийных устройств вычислительной техники в современном обществе и профессиональной деятельности.
2.
Области применения периферийных устройств вычислительной техники.
3.
Обзор развития периферийных устройств вычислительной техники.
4.
Периферийные устройства: назначение и классификация.
5.
Общие принципы построения периферийных устройств вычислительной техники.
6.
Устройства вывода.
7.
Организация систем ввода- вывода информации.
8.
Понятие интерфейса. Унифицированные интерфейсы.
9.
Классификация интерфейсов.
10.
Архитектура шин и ее основные характеристики.
11.
Аппаратные средства поддержки работы периферийных устройств: контроллеры, адаптеры, мосты.
12.
Программная поддержка работы периферийных устройств ПК.
13.
Прямой доступ к памяти.
14.
Приостановки. Прерывания. Драйверы периферийного устройства ПК.
15.
Спецификация
P&
P.
16.
Интерфейсные подключения периферийных устройств ПК.
17.
Функции интерфейсов.
18.
Типы интерфейсов.
19.
Структура разъемов шин.
20.
Основные характеристики интерфейсов подключения периферийных устройств.
21.
Внутренние интерфейсы
ISA,
EISA,
PCI,
AGP. Назначение и технические характеристики. Структура разъемов шин. Подключение карт расширения.
22.
Внутренние интерфейсы
RS-232,
LPT,
USB,
FireWire. Назначение и технические характеристики. Структура разъемов шин
23.
Накопители на гибких дисках.
24.
Конструкция, принцип действия, основные компоненты, технические характеристики
FDD. Логическая структура дискет.
25.
Накопители на жестких магнитных дисках.
26.
Конструкция и принцип работы
HDD, форм-факторы, типы.
27.
Основные характеристики и режимы работы накопителей на жестких магнитных дисках.
28.
Контроллеры и подключение
HDD.
29.
Современные модели накопителей.
30.
Логическая структура жесткого диска.
31.
Форматирование жестких дисков. Утилиты обслуживания жестких магнитных дисков.
32.
Приводы
CD-
R, (
RW),
DVD-
R (
RW): принцип работы, конструкция и основные компоненты, технические характеристики.
33.
Накопители на компакт – дисках: форматы записи информации, процесс изготовления
CD – дисков, накопители с однократной и многократной записью.
34.
Магнитооптические накопители: принципы работы, конструкция и основные компоненты, технические характеристики.
35.
Логическая структура и формат магнитооптических дисков.
36.
Накопители на магнитных лентах.
37.
Принцип размещения информации на магнитных лентах.
38.
Конструкция лентопротяжных механизмов.
39.
Структура данных на магнитных лентах.
40.
Устройства записи считывания информации с магнитных лент.
41.
Катриджы с магнитными лентами.
42.
Современные модели стримеров.
43.
Внешние устройства хранения информации: флэш- накопители,
ZIP-накопители. Принцип работы и основные технические характеристики.
44.
Мониторы на основе электронно- лучевой трубки (ЭЛТ): основные принципы работы, типы ЭЛТ, конструкция, технические характеристики. Стандарты ТСО.
45.
Обзор основных моделей ЭЛТ - мониторов.
46.
Жидкокристаллические мониторы.
47.
Принцип действия и технологии ЖК- мониторов.
48.
Контроллер ЖК экрана. Технические характеристики ЖК мониторов.
49.
Сравнительный анализ ЖК мониторов и мониторов на основе ЭЛТ.
50.
Обзор основных моделей ЖК - мониторов.
51.
Плоскопанельные мониторы: плазменные дисплеи. Принцип действия, основные преимущества и недостатки.
52.
Плоскопанельные мониторы: электролюминесцентные мониторы. Принцип действия, основные преимущества и недостатки.
53.
Плоскопанельные мониторы: мониторы электростатической эмиссии. Принцип действия, основные преимущества и недостатки.
54.
Плоскопанельные мониторы: органические светодиодные мониторы. Принцип действия, основные преимущества и недостатки.
55.
Проекционные аппараты.
56.
Оверхед- проекторы и ЖК панели.
57.
Мультимедийные проекторы: принцип действия и классификация.
58.
Принципиальные схемы
TFT
- проекторов. Их достоинства и недостатки.
59.
Принципиальные схемы полисиликоновых проекторов. Их достоинства и недостатки.
60.
Принципиальные схемы
D
-
ILA
,
DMD
/
DLP
- проекторов. Их достоинства и недостатки.
61.
Принцип действия 3
D
- проекторов.
62.
Основные характеристики мультимедийных проекторов.
63.
Устройства формирования объемных изображений: назначение, принцип действия стереоскопа, способы селекции.
64.
VR
-шлемы.
65.
3
D
- очки.
66.
3
D
мониторы.
67.
3
D
- проекторы
68.
Видеоадаптеры: назначение, функции и типы.
69.
Режимы работы и характеристики видеоадаптеров, их основные компоненты и характеристики.
70.
Выбор видеоадаптера.
71.
Звуковая система ПК.
72.
Состав звуковой системы ПК.
73.
Принцип работы и технические характеристики звуковых плат.
74.
Направления совершенствования звуковой системы.
75.
Принцип обработки звуковой информации.
76.
Спецификация звуковых систем.
77.
Состав звуковой подсистемы ПК.
78.
Модуль записи и воспроизведения.
79.
Модуля синтезатора.
80.
Модуль интерфейсов.
81.
Модуль микшера.
82.
Принцип работы и технические характеристики акустических систем. Программное обеспечение.
83.
Форматы звуковых файлов.
84.
Средства распознавания речи.
85.
Общие характеристики устройств вывода на печать. Классификация печатающих устройств.
86.
Принтеры ударного типа: принцип действия, механические узлы, особенности работы, технические характеристики, правила эксплуатации. Основные современные модели.
87.
Струйные принтеры: принцип действия, механические узлы, особенности работы, технические характеристики, правила эксплуатации. Основные современные модели.
88.
Лазерные принтеры: принцип действия, механические узлы, особенности работы, технические характеристики, правила эксплуатации. Основные современные модели.
89.
Плоттеры: назначение, принцип действия, классификация. Конструктивные особенности и основные технические характеристики плоттеров.
90.
Ксерокс: назначение, принцип действия, классификация. Конструктивные особенности и основные технические характеристики ксероксов.
91.
Ризограф: назначение, принцип действия, классификация. Конструктивные особенности и основные технические характеристики ризографа.
92.
Клавиатура: принцип действия, конструктивные исполнения. Подключение клавиатуры. Драйвер клавиатуры. Настройка параметров работы клавиатуры.
93.
Оптико- механические манипуляторы.
94.
Мышь: принцип действия, способы подключения, основные характеристики.
95.
Принципиальные схемы оптико- механической и оптической мыши. Драйвер мыши.
96.
Особенности инфракрасной и радиомыши.
97.
Настройка параметров работы мыши.
98.
Джойстик, трекбол, дигитайзер. Их назначение, принцип действия, основные особенности, подключение.
99.
Классификация сканеров.
100.
Принцип работы и способы формирования изображения.
101.
Основные узлы сканера. Кинематический механизм.
102.
Технические характеристики сканеров. Особенности применения.
103.
Обзор основных современных моделей. Принцип работы и способы формирования изображения.
104.
Программный интерфейс, программное обеспечение сканеров.
105.
Классификация цифровых фото- и видеокамер.
106.
Принцип работы и способы формирования изображения фото- и видеокамер.
107.
Технические характеристики фото- и видеокамер.
108.
Программный интерфейс, программное обеспечение фото- и видеокамер.
109.
Обзор основных современных моделей фото- и видеокамер.
110.
Интерфейсы нестандартных периферийных устройств ПК.
111.
Комбинированные периферийные устройства ПК.
112.
Принцип работы и основные технические характеристики карманных ПК и смартфонов. Обзор основных моделей.
5.2 Общие требования к выполнению заданий для контрольных работ
При оформлении работ следует руководствоваться следующим:
· необходимо стремиться к ясности и самостоятельности изложения;
· все цитаты, заимствованные цифры и факты должны иметь ссылки на источники, которые указываются в списке использованной литературы;
· приводимые в работе таблицы, схемы, рисунки должны быть выполнены четко, аккуратно, разборчиво и иметь наименование и под рисуночные подписи;
· в тексте допускаются только общепринятые сокращения;
· объем контрольной работы должен составлять около не менее 15 листов рукописного или 10 листов машинописного текста формата А4;
· страницы должны быть пронумерованы и иметь поля для подшивки;
· контрольная работа представляется в сброшюрованном виде (листы должны быть скреплены по левому краю);
· при оформлении рукописи желательно использовать текстовые редакторы на ПЭВМ.
Структура контрольной работы
При выполнении контрольной работы необходимо придерживаться следующей структуры:
Титульный лист
Содержание (оглавление)
Здание на контрольную работу
Отчет по контрольной работе
Список использованной литературы
Приложения
Содержание (оглавление)
контрольной работы включает все выделенные в тексте заголовки частей и разделов с указанием начальных страниц, включая список литературы и приложения. Названия частей и разделов должны полностью соответствовать, указанным в тексте.
Отчет по контрольной работе должен содержать:
1 Ответы на вопросы.
- Вопрос №1. Ответ на вопрос №1
- …
- Вопрос №
N. Ответ на вопрос №
N.
ПРАКТИЧЕСКИЕ РАБОТЫ
Общая постановка задачи
Выполнить практические работы на ПЭВМ и сохранить на дискете 3,5.
Оформить каждую практическую работу на формате А4 с рамкой с соблюдением ГОСТа.
Каждая практическая работа должна содержать код всех выполненных листингов.
По каждой работе сделать вывод.
Практические работы (отчет)
Должен содержать:
1.
Титульный лист
2.
Содержание
3.
Практические работы
6 АУДИОВИЗУАЛЬНЫЕ СРЕДСТВА ОБУЧЕНИЯ
1.
Компьютерный класс;
2.
Принтер;
3.
Сканер;
4.
Плоттер;
5.
Ризограф;
6.
Ксерокс;
7.
Цифровая фото- и видеокамера.
7 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Основная
1. Гребенюк Е.Н. Техничекие средства информатизации: Учебник для сред.проф.образования/ Е.И.Гребенюк, Н.А.Гребенюк.- 2-е изд., стер.- М.: Издательский центр "Академия", 2005,- 272 с.
2. Киселев С.В., Киселев Л.И. Современные офисные технологии: Учебное пособие для 10-11 кл.- М.: Издательский центр "Академия", 2002.- 208 с.
3. Кузин А.В. Микропроцессорная техника: Учебник для сред.проф.образования/ А.В.Кузин, М.А.Жаворонков.- М.: Издательский центр "Академия", 2004.- 304 с.
Дополнительная
4. Корнее И.Е., Машурцев В.А. Информационные технологии в управлении.- М.: ИНФРА- М, 2001.- 158с.- (Серия "Вопрос- ответ")
5. Стрыгин В.В., Гребенщикова Е.А. Основы автоматики и вычислительной техники: Учебник для техникумов.- М.: Энергоатомиздат, 1996.- 608 с.: ил.
Р Е Ц Е Н З И Я
на методические указания и контрольные задания для студентов-заочников Салаватского индустриального колледжа специальности №230106 «Техническое обслуживание средств вычислительной техники и компьютерных сетей»
по дисциплине «Периферийные устройства вычислительной техники»
В данной разработке присутствуют все необходимые элементы: введение, тематический план учебной дисциплины, содержание учебной дисциплины и методические указания, перечень практических работ, задания для контрольных работ, перечень литературы.
Разделы разработаны конкретно, тематически грамотно и позволяют обеспечить подготовку специалистов по специальности №230106 «Техническое обслуживание средств вычислительной техники и компьютерных сетей». Тематическим планом предусмотрено аудиторных часов 86, в том числе 30 часов практических работ и 27 часов самостоятельной работы студентов (для дневного отделения).
Предлагаемые программой разделы учебной дисциплины позволят студентам изучить: организацию системы ввода – вывода информации, классификацию периферийных устройств; аппаратную и программную поддержку работы периферийных устройств: контроллеры, адаптеры, мосты, прямой доступ к памяти, приостановки, прерывания, драйверы; современные и перспективные интерфейсы и шины ввода – вывода; накопители на магнитных и оптических носителях; видеоподсистему: мониторы, видеоадаптеры, видеопроекторы; принципы обработки звуковой информации; устройства вывода информации на печать; устройства ввода информации.
Изучение и усвоение дисциплины «Периферийные устройства вычислительной техники» в объеме рекомендуемой программы позволит специалистам данной профессии овладеть совокупностью знаний и умений необходимых специалисту для практической деятельности в последующей работе.
Рецензент
преподаватель Салаватского
индустриального колледжа М.А.Цуканова
АННОТАЦИЯ
на методические указания и контрольные задания для студентов-заочников Салаватского индустриального колледжа
специальности №230106 «Техническое обслуживание средств вычислительной техники и компьютерных сетей»
по дисциплине «Периферийные устройства вычислительной техники», выполненную Кувайцевой Н.А., преподавателем СИК в 2007 году.
Цель разработки
– в помощь студентам заочного отделения, изучающим теоретический и практический материал по дисциплине «Периферийные устройства вычислительной техники» и выполняющим контрольные работы по данному учебному курсу.
Назначение
– для студентов заочного отделения специальности №230106 «Техническое обслуживание средств вычислительной техники и компьютерных сетей»
Краткое
содержание –методическая разработка содержит: тематический план учебной дисциплины специальности №230106 «Техническое обслуживание средств вычислительной техники и компьютерных сетей»; содержание учебной дисциплины включает теоретическую часть и вопросы для самоконтроля, методические указания к изучению учебного курса, перечень практических работ, задания для контрольных работ, список литературы.
Результаты внедрения
– данная разработка была использована в процессе изучения дисциплины «Периферийные устройства вычислительной техники» на заочном отделении.
Необходимые для использования технические средства обучения
– компьютерный класс; Комплектующие ПК.