Внешние устройства персонального компьютера

 

Плоттеры прямого  вывода изображения.

 Изображение в ППВИ создается  на специальной  термобумаге  (бумаге, пропитанной теплочувствительным   веществом)  длинной  на  всю   ширину

плоттера ”гребенкой” миниатюрных нагревателей.  Термобумага,  которая

обычно подается  с  рулона,  движется вдоль ”гребенки” и меняет цвет в

местах нагрева.  Изображение получается высококачественным (разрешение

до 800 dpi, но, увы, только монохромным.

 

Плоттеры на основе термопередачи.

Отличие этих  плоттеров  от  ППВИ состоит в том,  что  в них между

термонагревателями и бумагой (или прозрачной  пленкой)  размещается

”донорный цветоноситель” - тонкая, толщиной 5-10 мкм, лента (например,

лавсановая), обращенная к бумаге красящим слоем, выполненным на восковой основе с низкой (менее 100° С) температурой плавления.

На донорной ленте последовательно нанесены области каждого из основных цветов размером, соответствующим листу используемого формата. В процессе вывода информации бумажный лист с наложенной на него донорной лентой проходит  под  печатающей  головкой,  которая  состоит из тысяч мельчайших нагревательных элементов.  Воск в местах нагрева расплавляется, и пигмент остается на листе. За один проход наносится один цвет. Все изображение получается за четыре прохода.                                                                                                       

 

      Лазерные (светодиодные) плоттеры.

Эти плоттеры базируются на электрографической технологии, в основу которой положены физические процессы внутреннего фотоэффекта в светочувствительных полупроводниковых слоях селено содержащих материалов и силовое воздействие  электростатического поля. Промежуточный носитель изображения (вращающийся селеновый барабан) в темноте может быть заряжен до потенциала в сотни вольт.  Луч света снимает этот заряд, создавая скрытое электростатическое изображение, которое притягивает намагниченный мелкодисперсный  тонер,  переносимый затем механическим путем на бумагу. После этого бумага с нанесенным тонером проходит через нагреватель, в результате чего частицы тонера запекаются,  создавая изображение.

CD-ROM.

Принцип работы дисковода напоминает принцип работы обычных дисководов для гибких дисков. Поверхность оптического диска (CD-ROM) перемещается относительно лазерной головки постоянной линейной скоростью,  а угловая скорость меняется в зависимости от радиального положения головки. Луч лазера направляется на дорожку, фокусируясь при этом с помощью катушки. Луч проникает сквозь защитный слой пластика и попадает на отражающий слой алюминия на поверхности диска. При попадании его на выступ, он отражается на детектор и проходит через призму, отклоняющую его на светочувствительный диод. Если луч попадает в ямку, он рассеивается, и лишь малая часть излучения отражается обратно и доходит до светочувствительного диода. На диоде световые импульсы преобразуются в электрические, яркое излучение преобразуется в нули слабое - в единицы. Таким образом, ямки воспринимаются дисководом как логические нули, а гладкая поверхность как логические единицы.

Производительность CD-ROM обычно определяется его скоростными характеристиками при непрерывной передаче данных в течение некоторого промежутка времени и средним временем доступа к данным, измеряемыми соответственно в Кбайт/с. Существуют одно-, двух-, трех-, четырех-, пяти, шести и восьмискоростные дисководы, обеспечивающие считывание данных со скоростью 150, 300, 450, 600, 750, 900, 1200 Кбайт/с соответственно. В настоящий момент распространены двух- и четырехскоростные дисководы. В общем случае дисководы с четырехкратной скоростью обладают более высокой производительностью, однако, оценить чистое преимущество дисковода с четырехкратной скоростью по сравнению с дисководом с удвоенной скоростью бывает не так просто. Прежде всего, это зависит от того с какой операционной системой и с каким типом приложения ведется работа. При высокой интенсивности повторяющегося доступа к CD-ROM и считывании небольшого количества данных (например, при работе с базами данных) ”импульсная” скорость считывания информации приобретает важное значение. Например, по данным журнала InfoWorld, производительность дисководов с четырехкратной скоростью, по сравнению с дисководами с удвоенной скоростью, в случае операции доступа к базе данных в среднем повышается вдвое. В случае простого копирования данных выигрыш составляет от 10 до 30%. Однако, наибольшее преимущество получится при работе с полноформатным видео. Для повышения производительности дисководов их снабжают буферной памятью (стандартные объемы КЭШа: 64, 128, 256, 512, 1024 Кбайт). Буфер дисковода представляет собой память для кратковременного хранения данных, после считывания их с CD-ROM, но до пересылки в плату контролера, а затем в ЦП. Такая буферизация дает возможность дисковому устройству передавать данные в процессор небольшими порциями, а не занимать его время медленной пересылкой постоянного потока данных. Например, согласно требованиям стандарта MPC уровня 2 накопитель CD-ROM удвоенной скоростью должен занимать не более 60% ресурсов ЦП. Важной характеристикой дисковода является степень заполнения буфера, которая влияет на качество воспроизведения анимационных изображений и видеофильмов. Эта величина определяется как отношение числа блоков данных, переданных в буфер из накопителя и хранящихся в нем до момента начала их выдачи на системную шину, к общему числу блоков, которые способен вмещать буфер. Слишком большая степень заполнения может привести к задержкам при выдаче из буфера на шину; с дугой стороны, буфер со слишком малой степенью заполнения будет требовать больше внимания со стороны процессора. Обе эти ситуации приводят к скачкам и срывам изображения во время воспроизведения.

DVD-ROM

DVD -  оптических диски, подобны CD. Под таким девизом уже начат выпуск новых устройств, знаменующих переход к 17-гигабайтным носителям данных и цифровому видео. О  том, что обычные диски CD-ROM, рожденные для записи звука, не так уж хорошо подходят для компьютеров. 8 декабря 1995 года крупнейшие производители приводов CD-ROM и связанных с ними устройств подписали окончательное соглашение, утвердив не только ”тонкости” формата, но и название новинки DVD (Digital Video Disk), HDCD (High Den city CD - диск высокой плотности записи), MMCD (MultiMedia CD), SD (Super Density - сверхвысокой плотности). Впрочем, споры вокруг нового стандарта не завершились с принятием соглашения - даже название не находит единогласной поддержки в рядах основателей: весьма распространенной является версия расшифровки аббревиатуры как Digital Versatile Disk - цифровой многофункциональный диск.

Аппаратные  средства.

DVD может существовать в нескольких модификациях. Самая простая из них отличается от обычного диска только тем, что отражающий слой расположен не на составляющем почти полную толщину (1,2 мм) слое поликарбоната, а на слое половинной толщины (0,6 мм). Вторая половина - это плоский верхний слой. Емкость такого диска достигает 4,7 ГБ и обеспечивает более двух часов видео телевизионного качества (компрессия MPEG-2). Кроме того, без особого труда на диске могут дополнительно сохраняться высококачественный стереозвук (на нескольких языках) и титры (также многоязычные). Если оба слоя несут информацию, то суммарная емкость составляет 8,5 ГБ (некоторое уменьшение емкости каждого слоя вызывается необходимостью сократить взаимные помехи при считывании дальнего слоя). Toshiba и Time Warner предлагают использовать также двухсторонний двухслойный диск. В этом случае его емкость составит 17 ГБ.

Уже этой характеристики достаточно, чтобы представить себе воздействие, которое может оказать такой диск на кино/видеоиндустрию. Цифровые системы, как известно, сохраняют качество сигнала при копировании и уже не служат препятствием для создания нелицензионных копий. Радикальная мера - модификация архитектуры ПК с целью принципиального исключения возможности попадания DVD-данных на системную шину, откуда они далее могут быть скопированы емкости самого простого однослойного DVD достаточно для воспроизведения более 2 часов видео телевизионного (студийного.) качества, при этом количество информации на диске составляет 4,7 ГБ. Двухслойный диск хранит 8,5 ГБ. Как же достигается столь значительное увеличение объема информации на DVD диске? Для ответа на этот вопрос сравним его со знакомым нам CD-ROM. Главное отличие, конечно, в повышенной плотности записи информации. За счет перевода считывающего лазера из инфракрасного диапазона (длина волны 780 нм) в красный (с длиной волны 650 нм или 635 нм) и увеличения числовой аппаратуры объектива до 0,6 (против 0,45 в CD) достигается более чем двух кратное уплотнение дорожек и укорочение длины питов (отражающих выступов/впадин).

Из неназванных  еще характеристик отметим номинальную  скорость передачи данных — 1108 Кб/с, поддерживаемую при постоянной линейной скорости (CLV — constant lineal velocity) 4 м/с. Но не следует особо обольщаться - увеличивается на порядок также и объем данных, которые нам хотелось бы прочитать без ошибок. Кроме того, резкое уменьшение отдельных элементов на отражающей поверхности неизбежно приведет к увеличению количества случайных сбоев при чтении.

Подавляющее большинство  производителей готовит устройства способные считывать CD-ROM за счет использования специально сконструированной оптической головки, обладающей возможностью перенастройки, или даже за счет установки дополнительного объектива. Во всех случаях можно полагать, что новые устройства смогут читать привычные для нас ”старые” диски.

WORM-устройства.

Хотя дисководы WORM похожи на CD ROM, они способны записывать ”внутрь” диска. Как и в CD ROM, WORM-устройства запоминают данные с помощью физических изменений поверхности диска, но делают они это по-другому. Нанести ямки в WORM-среде трудно, так как поверхность защищена прозрачным пластиком. Вместо образования ямок в WORM-дисках применяется затемнение. То есть, WORM-системы просто затемняют поверхность или, точнее, испаряют ее часть. Однажды записав на диск информацию, в дальнейшем можно будет только считывать информацию с WORM-диска. Долговечность WORM-дисков оценивается, как минимум, в 10 лет. Объем данных, хранимых на одном диске WORM и CD ROM, составляет 650 Мбайт.

3. Запоминающие устройства:

Накопители на дискетах.

Гибкие диски (дискеты) позволяют переносить документы и программы с одного компьютера на другой, хранить информацию, не используемую постоянно на компьютере, делать архивные копии информации, содержащейся на жёстком диске.

Существуют  два типа дисководов: дисковод  рассчитанный на дискеты размером 3,5 дюйма и устаревшая модель рассчитанная на дискеты 5,25 дюйма.

      Дискеты размером 3,5 дюйма.

 Сейчас в  компьютерах используются накопители  для дискет размером 3,5 дюйма (89 мм) и ёмкостью 0,7 и 1,44  Мбайта. Эти дискеты заключены в жёсткий пластмассовый конверт, что значительно повышает их надёжность и долговечность. Поэтому дискеты 5,25 дюйма практически вытеснены. На дискетах 3,5 дюйма имеется специальный переключатель - защёлка, разрешающая или запрещающая запись на дискету. Запись разрешена, если отверстие закрыто, а запрещена, если оно открыто. Перед первым использованием дискету необходимо специальным образом инициализировать. Это делается с помощью программы DOS Format.

Накопители на жёстких  дисках.

 Накопители на жёстком диске (винчестеры) предназначены для постоянного хранения информации, используемой при работе с компьютером: программ операционной системы, часто используемых пакетов программ, редакторов документов, трансляторов с языков программирования и т.д. Наличие жёсткого диска значительно повышает удобство работы с компьютером. Для пользователя накопители не жёстком диске отличаются друг от друга, прежде всего, своей ёмкостью, т.е. тем, сколько информации помещается на диске. Сейчас компьютеры в основном оснащаются винчестерами от 520 Мбайт и более. Компьютеры, работающие, как файл серверы, могут оснащаться винчестером 4 - 8 Мбайт и не одним.                              Скорость работы диска характеризуется двумя показателями: временем доступа к данным на диске и скоростью чтения и записи данных на диск. Эти характеристики соотносятся друг с другом приблизительно так же, как время разгона и максимальная скорость автомобиля. При чтении или записи коротких блоков данных, расположенных в разных участках диска, скорость работы определяется временем доступа к данным - подобно тому, как при движении автомобиля по городу в час пик с постоянными разгонами и торможениями не так уж важна максимальная скорость, развиваемая автомобилем. Зато при чтении или записи данных (в десятки и сотни килобайт) файлов гораздо важнее пропускная способность тракта обмена с диском - точно также, как при движении автомобиля по скоростному шоссе важнее скорость автомобиля, чем время разгона. Диски хранят данные в последовательной форме, а процессор считывает и записывает данные по параллельной шине данных. Функции преобразования данных выполняет интерфейсная система. В семействе IBM PC накопителями управляет контроллер диска, подключенный плоским кабелем к накопителю. Перед передачей данных накопитель подает сигнал на одну из четырех линий запроса контроллера. Контроллер отвечает выходным сигналом на соответствующей линии подтверждения. После этого контроллер передает сигнал в остальные устройства ввода-вывода. Затем в контроллер загружаются начальный адрес и число передаваемых байтов. Данные начинают передаваться  с диска через плату контроллера на шину данных и в запоминающее устройство. После передачи данных управление шиной данных возвращается процессору. В интерфейсе диска необходима микросхема, которая преобразует данные из последовательной формы в параллельную и наоборот. С одной стороны платы имеется вход с шины данных компьютера, а с другой - вход от дискового накопителя. Между ними находится микросхема сдвига, которая преобразует данные.

4. Аудио.

АУДИО.

Любой мультимедиа-ПК имеет в своем составе плату-аудио  адаптер. Для чего она нужна? С легкой руки фирмы Creative Labs  (Сингапур), назвавшей свои первые аудио адаптеры звонким словом Sound Blaster, эти устройства часто именуются ”саундбластерами”. Аудио адаптер дал компьютеру не только стереофоническое звучание, но и возможность записи на внешние носители звуковых сигналов. Дисковые накопители ПК совсем не подходят для записи обычных (аналоговых) звуковых сигналов, так как рассчитаны для записи только цифровых сигналов, которые практически не искажаются при их передаче по линиям связи.

Аудио адаптер  имеет аналогово-цифровой преобразователь (АЦП), периодически определяющий уровень  звукового сигнала и превращающий этот отсчет в цифровой код. Он и  записывается на внешний носитель уже  как цифровой сигнал. Цифровые выборки реального звукового сигнала хранятся в памяти компьютера (например, в виде WAV-файлов). Считанный с диска цифровой сигнал подается на цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП), который преобразует цифровые сигналы в аналоговые. После фильтрации их можно усилить и подать на акустические колонки для воспроизведения. Важными параметрами аудио адаптера являются частота квантования звуковых сигналов и разрядность квантования. Частоты квантования показывают, сколько раз в секунду берутся выборки сигнала для преобразования в цифровой код. Обычно они лежат в пределах от 4–5 Кгц до 45–48 Кгц. Разрядность квантования характеризует число ступеней квантования и изменяется степенью числа 2. Так, 8-разрядные аудио адаптеры имеют 2⁸=256 степеней, что явно недостаточно для высококачественного кодирования звуковых сигналов. Поэтому сейчас применяются в основном 16-разрядные аудио адаптеры, имеющие 2¹⁶ =65536 ступеней квантования -  как у звукового компакт-диска.

 

Таблица 1.

 

Частотный диапазон	Вид сигнала	Частота квантования
400 - 3500 Гц	Речь (едва разборчива)	5.5       Кгц
250 - 5500 Гц	Речь (среднее  качество)	11.025 Кгц
40 -10000 Гц	Качество звучания               УКВ–приемника	22.040 Кгц
20 - 20000 Гц	Звук высокого качества	44.100 Кгц

 

Другой способ воспроизведения звука заключается  в его синтезе. При поступлении  на синтезатор некоторой управляющей  информации по ней формируется соответствующий  выходной сигнал. Современные аудио  адаптеры синтезируют музыкальные звуки двумя способами: методом частотной модуляции FM (Frequency Modulation) и с помощью волнового синтеза (выбирая звуки из таблицы звуков, Wave Table). Второй способ обеспечивает более натуральное звучание.