ным, внешняя скорость передачи данных.
Объем жесткого диска определяет количество информации, которое имеет возможность хранить пользователь на ПК. В настоящее время объем измеряется в сотнях Гбайт.
Рис. 3.20. «Жесткий диск» персонального компьютера
Скорость вращения шпинделя диска определяет скоростные показатели чтения/записи информации. У современных моделей скорость вращения шпинделя достигает 7200 об/мин, среднее время поиска данных 10 мс, максимальная скорость передачи данных до 40 МБ/с.
Внешняя скорость передачи данных (external data transfer rate или burst data transfer rate) показывает, с какой скоростью данные считываются из буфера, расположенного на накопителе в оперативную память компьютера. Данный параметр определяется, в первую очередь, типом интерфейса винчестера. В настоящее время, накопители с интерфейсами EIDE или Fast ATA, обычно, имеют внешнюю скорость передачи данных от 11,1 до 16,6 МБ/с, а для накопителей с интерфейсами SCSI-2 – этот параметр находится в пределах от 10 до 40 МБ/с.
По величине диаметра носителя чаще других производятся 3,14” и 2,3” диски.
Накопители на оптических дисках являются относительно «моло-
дым» видом запоминающих устройств, разработанных в восьмидесятых годах XX столетия. Как и некоторые другие технологические новинки, опти-
115
ческие диски появились в вычислительной технике из другой области – из цифровой звукозаписи, однако им удалось довольно быстро занять прочное место в общей иерархии памяти ЭВМ в качестве устройств, используемых для долговременного хранения больших объемов информации.
В отличие от жестких дисков, в которых привод и носитель входят в состав одного устройства, оптические диски съемные и являются самостоятельными компонентами, а привод представляет собой отдельное устройство.
Существующие приводы оптических дисков различаются по ряду признаков:
–по выполняемым действиям: чтение, запись, перезапись;
–по типу дисков, с которыми они работают: CD, DVD, комбинированные приводы, позволяющие работать с дисками разных типов;
–по исполнению: внутренние, внешние, портативные;
–по способу загрузки диска: с выдвигающимся загрузочным лотком, со щелевой загрузкой и с загрузкой в футляре (caddy);
–по количеству загружаемых дисков: с одним диском и со сменой нескольких дисков (disk changer);
–по виду интерфейса: IDE, SCSI, USB (для внешних);
–по реализуемым стандартам записи (особенно для DVD дисков) и др. признакам.
Типовой привод состоит из основания, электромеханической, оптической и электронной частей.
Электромеханическая часть, в общем аналогична жестким дискам, но имеет некоторые особенности. Она включает в себя двигатель, вращающий шпиндель, систему позиционирования оптической головки (головок при использовании двусторонних дисков) чтения (и записи в записывающих приводах) и систему загрузки дисков.
Скорость вращения шпинделя у разных CD-приводов различна. Для Audio CD скорость считывания, соответствующая нормальному воспроизведению звука, составляет 150 КБ/с. Эта скорость была принята за единицу измерения скорости передачи данных приводов оптических дисков. Для стандартной плотности записи на CD, при которой на нем размещается порядка 650 Мбайт на 22 тысячах с лишним витков спиральной дорожки, такая скорость передачи достигается при средней скорости вращения шпинделя порядка 250-300 об/мин. Для высокоскоростных приводов, работающих со скоростями 48х (в 48 раз больше, чем 150 Кбайт/с, т.е. около 7200 МБ/с) скорость вращения шпинделя может достигать 12000 об/мин. Шумы
ивибрации при таких скоростях очень велики, а сам диск подвергается воздействию очень больших центробежных сил, которые в некоторых случаях приводили к разрыву некачественных дисков. Поэтому скорости приводов
иперестали увеличивать, остановившись на 48-56-кратных. Скорости вращения шпинделей приводов DVD-дисков при одинаковых скоростях передачи данных ниже, чем у приводов компакт-дисков, так как плотность записи у DVD существенно выше.
116
Радиальное позиционирование оптической головки (которую часто называют световой иглой – optical stylus) чаще производится с помощью двигателя, приводящего в движение каретку с головкой с помощью зубчатой или червячной передачи.
Оптическая часть включает в себя лазерный светодиод, систему фокусировки, фотоприемник и усилитель.
Система фокусировки обеспечивает фокусирование лазерного луча на отражающем слое (в том числе, и в двухслойных DVD дисках) и состоит из пластмассовой линзы, подвижной в направлении, перпендикулярном плоскости диска. Эта система позволяет отслеживать поперечные биения оптического диска даже при относительно высоких скоростях его вращения.
Электронная часть представляет собой контроллер, обеспечивающий управление всеми процессами работы привода и интерфейс с шинами ЭВМ. Как правило, в ней также имеется цифро-аналоговый преобразователь, позволяющий воспроизводить звук, записанный на Audio CD.
Оптические диски (рис. 3.21) изготавливаются из пластмассы, на поверхность которой наносится тонкая металлическая пленка, выполняющая роль отражающего слоя. Для записи информации используется различие интенсивности (или фазы) отраженного света, соответствующего нулю и единице данных, возникающее за счет углублений (ямок, pits), формируемых в отражающем слое, либо за счет изменения коэффициента отражения света от этого слоя. Отражающий слой покрывается полимером, защищающим данные от повреждения. CD-ROM является односторонним носителем информации.
Рис. 3.21. Компакт-диск (I) и его сечение (II):
a) поликарбонатная основа, б) отражающий слой; в) защитный слой лака; г) витки спиральной дорожки с ямками в месте сечения; д) виток спиральной дорожки без ямки в месте сечения; е) направление считывающего луча лазера
Первые оптические диски получили название компакт-дисков или CD (Compact Disk), а поскольку они не допускали записи (изменения хранимой) информации, то их, по аналогии с постоянными запоминающими устройствами, стали называть CD-ROM, хотя это название точнее отнести к паре диск-привод, считывающий с диска информацию.
В настоящее время используются различные типы оптических дис-
117
ков.
CD-ROM (или CD-R) – это оптический носитель информации c однократной возможностью записи. Емкость стандартного CD-R – 650 МБ данных.
CD – RW (Read/Write) – это оптический носитель информации c возможностью перезаписи информации. Емкость стандартного CD-RW - 650 МБ данных.
Диски DVD явились следующим поколением оптических дисков. Аббревиатура DVD расшифровывается как Digital Versatile Disk (вначале – Digital Video Disk), т.е. универсальный цифровой диск. Имея те же габариты, что обычный компакт-диск, и весьма похожий принцип работы, он вмещает от 4,7 до 17 Гбайт информации. В настоящее время существует несколько форматов DVD:
–DVD-R – был первым форматом записываемых DVD, предназначен для однократной записи;
–DVD-RW – перезаписываемая версия стандарта DVD-R, носители DVD-RW могут быть перезаписаны около 1000 раз;
–DVD-RAM – перезаписываемый формат, DVD-RAM может быть виден как съемный жесткий диск. Однако этот носитель не совместим с большинством приводов DVD-ROM и проигрывателями DVD-Video; лишь несколько пишущих DVD поддерживают формат DVD-RAM;
–DVD+RW – перезаписываемый формат, созданный DVD+RW Alliance. Носитель DVD+RW может быть перезаписан около 1000 раз;
–DVD+R – однократно записываемая версия формата DVD+RW;
–HD DVD – стандарт высокой плотности, при котором на одностороннем диске размещается 15 Гбайт.
Вотличие от CD-ROM, диски DVD могут быть записаны с обеих сторон (Double Side – DS), более того, с каждой стороны могут быть нанесены один или два слоя (Dual Layer - DL) информации. Таким образом, односторонние однослойные диски имеют объем 4,7 Гбайт (их часто называют DVD-5, т.е. диски емкостью около 5 Гбайт), двусторонние однослойные
–9,4 Гбайт (DVD-10), односторонние двухслойные – 8,5 Гбайт (DVD-9), а двусторонние двухслойные – 17 Гбайт (DVD-18).
Blu-ray Disc, или сокращённо BD (от англ. blue ray – голубой луч) – следующий за DVD формат оптических дисков, разработанный Ассоциацией BDA – группой компаний по производству бытовой электроники во главе с фирмой Sony.
Формат BD Blu-ray получил своё название от коротковолнового (405 нм) «синего» (технически сине-фиолето-вого) лазера, позволяющего записывать и считывать намного больше данных, чем на DVD, который имеет те же физические объёмы, но использует для записи и воспроизведения красный лазер большей длины волны (650 нм). Такое уменьшение позволило сузить дорожку вдвое по сравнению с обычным DVD-диском – до 0,32 микрон – и увеличить плотность записи данных. В дополнение к оптическим улучшениям диски Blu-ray также имеют улучшенную технологию ко-
118
дирования данных, позволяющую хранить больший объём информации
(рис. 3.22).
Таблица 3.3 Характеристики оптических дисков
Тип диска |
Кол - во |
Диаметр, |
Кол - во |
Емкость |
Возможность |
|
|
сторон |
см |
слоев |
|
|
перезаписи |
|
|
|
|
|
|
|
CD-R |
1 |
12 |
1 |
700 |
Мб |
--- |
CD-R |
1 |
8 |
1 |
190 |
Мб |
--- |
CD-RW |
1 |
12 |
1 |
700 |
Мб |
+ |
CD-RW |
1 |
8 |
1 |
190 |
Мб |
+ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
DVD-R |
1 |
12 |
1 |
4,7 |
Гб |
--- |
DVD-R |
1 |
12 |
2 |
8,5 |
Гб |
--- |
DVD-R |
2 |
12 |
1 |
9,5 |
Гб |
--- |
DVD-R |
2 |
12 |
2 |
17 Гб |
--- |
|
DVD-R |
1 |
8 |
1 |
1,46 Гб |
--- |
|
DVD-R |
1 |
8 |
2 |
2,66 Гб |
--- |
|
DVD-R |
2 |
8 |
1 |
2,92 Гб |
--- |
|
DVD-R |
2 |
8 |
2 |
5,32 Гб |
--- |
|
DVD-RW |
1 |
12 |
1 |
4,7 |
Гб |
+ |
DVD-RW |
1 |
12 |
2 |
8,5 |
Гб |
+ |
DVD-RW |
2 |
12 |
1 |
9,5 |
Гб |
+ |
DVD-RW |
2 |
12 |
2 |
17 Гб |
+ |
|
DVD-RW |
1 |
8 |
1 |
1,46 Гб |
+ |
|
DVD-RW |
1 |
8 |
2 |
2,66 Гб |
+ |
|
DVD-RW |
2 |
8 |
1 |
2,92 Гб |
+ |
|
DVD-RW |
2 |
8 |
2 |
5,32 Гб |
+ |
|
|
|
|
|
|
|
|
BD |
1 |
12 |
1 |
25 Гб |
--- |
|
BD |
1 |
12 |
2 |
50 Гб |
--- |
|
BD |
1 |
8 |
1 |
7,79 Гб |
--- |
|
BD |
1 |
8 |
2 |
15,58 Гб |
--- |
|
Blu-ray Disc подобен соперничающей технологии HD DVD, которая также использует такие же диски стандартного размера (120 миллиметров в диаметре) и синий лазер с длиной волны 405 нанометров, однако Blu-ray имеет большую информационную ёмкость на слой — 25 вместо 15 Гбайт, хотя он и более дорогой в использовании и поддержке. Оба формата обратно совместимы с DVD и оба используют одни и те же методики сжатия ви-
део: MPEG-2, Video Codec 1 (VC1, базируется на формате Windows Media 9) и H.264/MPEG-4 AVC.
119
Сфера использования BD– хранение цифровых данных, включая видео высокой чёткости с повышенной плотностью.
Рис. 3.22. Blu-ray Disc и его логотип
Однослойный диск BD имеет емкость 23,3, 25, или 27 Гб, двухслойный может вместить 46,6, 50, или 54 Гб — достаточно для записи на него приблизительно восьми часов HD-видео. В разработке BD-ROM'ы емкостью 200 Гб со скоростью записи и считывания до 216 Мбит/с с использованием соответственно четырёх и восьми слоёв.
Флэш-память, флэш-накопитель, ЭСППЗУ (EEPROM, Electrically Erasable PROM, flash memory, flash storage) – энергонезависимое, полупро-
водниковое, электрически стираемое, перепрограммируемое ПЗУ. Данные во флэш-памяти перезаписываются целыми блоками и могут храниться сколь угодно долго. Стирание производится электрическим разрядом, после чего можно записывать новые данные. Некоторые виды ЭСППЗУ для стирания и перепрограммирования требуют использования специальных устройств. Другие, собственно относящиеся к категории флэш-памяти, могут стираться и перепрограммироваться непосредственно в ЭВМ.
По отношению к флэш-памяти также используются термины: «Перезаписываемое полупроводниковое ЗУ (ППЗУ)» и «Стираемое программи-
руемое ПЗУ» – EPROM (Erasable Programmable Read-Only Memory).
Конструктивно флэш-память выполняется в виде флэш-карт (Flashcards) или модулей памяти, которые используются в различных устройствах, например, мобильных ПК, цифровых фотокамерах, сотовых телефонах, пейджерах, плейерах, портативных навигационных приборах и т.д., а также флэш-дисков.
Флэш-диск (flash disc), USB-флэш-память, USB-память – тип флэшнакопителей, появившихся на рынке в 2001 г., конструктивно представляет собой «брелок» продолговатой формы, состоящий из защитного колпачка и собственно накопителя с USB-разъемом (одна или две микросхемы флэшпамяти и USB-контроллер).
Достоинствами накопителей этого вида являются:
–возможность подключения их непосредственно к настольному ПК для переноса данных без помощи каких-либо других устройств;
–подключение может производиться «на горячую», т.е. во время работы ПК, ОС старше Win 98 не требует драйверов;
120
– значительный объем памяти (от 32 Мбайт до 4 Гбайт). Современные флэш-диски имеют интерфейсы USB 1.1 или USB 2.0.
При выборе флэш-диска важно учитывать имеется ли в ПК соответствующий разъем USB. USB-память постепенно становится основным средством переноса небольших объемов записей данных.
Существуют различные типы и стандарты флэш-памяти: Compact Flash (CF), C-Flash, Memory Stick (MS, MultiMediaCard (MMC, MMC-card), MultiMediaCard Micro (MMC-Micro), M1/4-Card, SmartMedia, TransFlash, xD-Picture (xD, eXtreme Digital Picture), U3, SecureDigital Card (SD).
В России наибольшее распространение приобрели СF, SD, MMC, MS, SD флэш-карты. Все они имеют различные технологии изготовления и различные характеристики, часто форматы карт несовместимы. Для чтения карт в ПК устанавливаются специальные устройства чтения – Card-reader, которые имеют возможность работать со многими типами ЭСППЗУ. Для форматов карт, совместимых электрически, но несовместимых по геометрическим размерам, существуют специальные переносные карт-ридеры.
Рис. 3.23. Флэш-носители: 1) SF; 2) SD; 3) Memory Stick; 4) micro Memory stick; 5) Card - reader
За время своего существования (первая серийная карта CF была выпущена корпорацией SanDisk в 1994 г.) карты и диски флэш-памяти прошли большой путь развития. В настоящее время регулярно появляются новые типы и стандарты памяти, которые призваны в дальнейшем заменить как флэш-память, так и ОЗУ. Так, например, корпорация Intel совместно с
121
Thin Film Electronics ведут разработку PFRAM (Polimer Memory, Polimer Ferroelectric RAM) – «Полимерная память», или «Полимерная сегнетоэлектрическая память». По оценкам аналитиков фирмы Web-Feet Research, удельный объем памяти PFRAM, отнесенный к одному квадратному сантиметру площади, почти в 20 раз больше, чем у обычной флэш-памяти.
Если для функционирования обычной кремниевой схемы памяти объемом 1 ГБ требуется 1,5-6,5 млрд транзисторов, то для такого же объема памяти PFRAM их нужно только 500 тыс. При этом объем полимерной памяти размером с кредитную карту эквивалентен объему 400 тыс. CDдисков, 60 тыс. DVD или объему устройства, хранящего достаточно данных для воспроизведения в течение 126 лет музыки в формате MPEG.
Адаптеры устройств (карты расширения). Как уже упоминалось
(п. 3.3), в настоящее время в России большинство используемых ПК имеет открытую архитектуру. Открытость архитектуры во многом определяется возможностью добавления к существующей конфигурации каких-либо дополнительных устройств. Подобное «расширение» обеспечивается за счет специальных (AGP) или универсальных (PCI) разъемов, расположенных на главной (материнской) плате. В универсальные PCI-разъемы (называемые слотами расширения) могут быть включены различные по назначению устройства, расширяющие функциональные возможности ПК.
Видеоконтроллеры (видеоадаптеры) являются внутрисистемными устройствами, непосредственно управляющими мониторами и выводом информации на их экран. Видеоконтроллер содержит: схему управления монитором, растровую память (видеопамять, хранящую воспроизводимую на экране информацию и использующую поле видеобуфера в ОП), микросхемы ПЗУ (матрицы знаков), порты ввода-вывода.
Основными характеристиками видеоконтроллера являются: режимы работы (текстовый и графический), воспроизведение цветов (монохромный и цветной), число цветов или число полутонов (в монохромном), разрешающая способность (число адресуемых на экране монитора пикселей по горизонтали и вертикали), емкость и число страниц в буферной памяти (число страниц – это число запоминаемых текстовых экранов, любой из которых путем прямой адресации может быть выведен на отображение в мониторе), размер матрицы символа (количество пикселей в строке и столбце матрицы, формирующей символ на экране монитора), разрядность шины данных, определяющая скорость обмена данными с системной шиной, и др.
Важная характеристика – емкость видеопамяти, которая определяет количество хранимых в памяти пикселей и их атрибутов. Разрядность атрибута пикселя определяет, в частности, максимально возможное число полутонов или цветовых оттенков, учитываемых при отображении пикселя (например, для отображения 65 тыс. цветовых оттенков стандарт High Color, каждый пиксель должен иметь 2-байтовый атрибут, а для отображения 16,7 млн. цветовых оттенков, стандарт True Color, – 3-байтовый атрибут). Необходимую емкость видеопамяти можно приблизительно сосчитать, умножив количество байтов атрибута на количество пикселей экрана.
122
За всю историю персональных компьютеров сформировался общепринятый стандарт на видеоконтроллеры:
−Hercules – монохромный графический адаптер;
−MDA (Monochrome Display Adapter) – монохромный дисплейный
адаптер;
−MGA (Monochrome Graphics Adapter) –монохромный графический
адаптер;
−CGA (Color Graphics Adapter) – цветной графический адаптер;
−EGA (Enhanced Graphics Adapter) – улучшенный графический
адаптер;
−VGA (Video Graphics Adapter) – видеографический адаптер, иногда его называют видеографической матрицей (Video Graphics Array);
−SVGA (Super VGA) – улучшенный видеографический адаптер;
−PGA (Professional GA) – профессиональный графический адаптер. В настоящее время первые четыре стандарта практически не упот-
ребляются (исключение составляют мониторы, применяемые для технологических целей в промышленности). Основным стандартом стал SVGA, позволяющий за счет увеличения видеопамяти добиваться как высокой разрешающей способности, так и большой глубины экрана. Кроме этого, большинство современных видеокарт имеют собственные микропроцессоры, позволяющие с высокой скоростью обрабатывать трехмерные изображения. Подобные видеокарты оснащены большим объемом ОЗУ (128 - 512МВ) и имеют большую разрядность шины данных.
Фирма Intell разработала собственный графический чипсет, позволяющий в качестве видеопамяти использовать основную оперативную память. Такие видеокарты интегрируются непосредственно в материнскую плату и для простейших графических приложений вполне достаточны (например для бухгалтерских программ или для работы с текстовыми документами).
Аудиоконтроллеры – предназначены для создания, записи и воспроизведения звука в цифровом формате (рис. 3.24). Именно такие контроллеры, совместно с приводом CD, делают из обычного ПК мультимедийный. В режиме создания звука плата действует как музыкальный синтезатор. Мощность карты в данном случае определяется количеством музыкальных инструментов, которые способна имитировать аудиокарта. В режиме записи звука плата производит оцифровку звуковых сигналов с последующей их записью в аудиофайл. В режиме воспроизведения звука плата преобразует цифровой сигнал, записанный в аудиофайле, в аналоговый сигнал.
В настоящее время большинство материнских плат имеют мощные встроенные аудиоконтроллеры, обеспечивающие стерео- и квадрозвучание. Нередко встречаются и шестиканальные контроллеры. Однако меломаны имеют возможность установить в PCI-слот специальную звуковую карту (предварительно отключив встроенную), удовлетворяющую их изысканный слух.
123
Рис.3.24. PCI аудиоконтроллер (звуковая карта)
Кроме видео- и звуковой карты в PCI-слоты можно включать еще множество различного оборудования. Как пример на рис. 3.25 показан FM, TV тюнер. Установив такое устройство в ПК пользователь получает возможность просмотра телепередач и прослушивания радиостанций во время работы. Многие подобные платы так же позволяют проводить операции видеозахвата как неподвижных, так и подвижных изображений.
Рис. 3.25. TV, FM тюнер
Необходимо отметить, что практически все дополнительные устройства имеют собственное программное обеспечение, поставляемое производителем в комплекте с картами. Как правило, такое программное обеспечение содержит драйвер устанавливаемого устройства и графическую оболочку (интерфейс), позволяющую пользователю работать с устройствами. Для приведения устройства в работоспособное состояние необходимо установить его в PCI-слот и провести его инсталляцию, которая заключается в установке программного обеспечения.
124