|
Читайте также: |
Тема 2.1 Дисковая подсистема
Основные понятия и термины по теме: НГМД, НЖМД, парковочная зона, магнитная головка, среднее время доступа, наработка на отказ, компакт диск, CD ROM, CD R, CD RW, накопитель Jaz, накопитель Zip, домен, стример.
План изучения темы:
1. Накопитель на гибких магнитных дисках (НГМД).
2. Накопители на жестких магнитных дисках (НЖМД).
3. Накопители на компакт-дисках.
4. Магнитооптические диски (МО).
5. Накопители со сменными носителями.
6. Стримеры
Краткое изложение теоретических вопросов:
Накопители на гибких магнитных дисках
Накопители на гибких дисках относятся к устройствам долговременного хранения информации. Первый гибкий магнитный диск (ГМД) был создан в 1971 г/ имел диаметр 8".
Для записи и считывания информации с ГМД используются периферийные устройства ПК — дисководы (Floppy Dick Drive — FDD).
Конструктивно дисковод состоит из механических и электронных узлов: рабочего двигателя, рабочей головки, шагового двигателя 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..
Рабочие головки служат для чтения и записи информации и располагаются над рабочей поверхностью дискеты. Поскольку обычно дискеты являются двухсторонними, т. е. имеют две рабочие поверхности, одна головка предназначена для верхней, а другая — для нижней поверхности дискеты.
Шаговые двигатели обеспечивают позиционирование и движение рабочих головок.
Управляющие электронные элементы дисковода чаще всего размещаются с его нижней стороны. Они выполняют функции передачи сигналов к контроллеру, т.е. отвечают за преобразование информации, которую считывают или записывают головки.
В качестве посредника между дисководом и ПК служит контроллер. В современных ПК на материнских платах контроллер уже установлен.
Дискеты (Floppe Disk Driver, сокращенно Floppy) формата 3,5" являются современными носителями информации для приводов FDD.
Внутри футляра (корпуса) находится пластмассовый диск с нанесенным на него магнитным слоем — магнитный диск. На всех футлярах имеется вырез, защищенный легко перемещаемой шторкой для защиты диска от механических повреждений. После установки дискеты в дисковод шторка автоматически сдвигается и предоставляет доступ к диску для головок чтения/записи. Поскольку сам диск постоянно вращается внутри футляра, головки «просматривают» всю область дискеты, находясь при этом в постоянном контакте с ее поверхностью. Дискета снабжена отверстием со скользящей пластиковой задвижкой. Если задвижка не закрывает отверстие, то дискета защищена от записи. В основном в компьютерах применяются накопители на дискетах 3,5" емкостью 1,44 Мбайт — стандарт HD (High Density)
Накопители на жестких магнитных дисках
Первый накопитель на жестких дисках (Hard Disk Drive — HDD) был создан в 1973 г.
IDE и SCSI — интерфейсы, в которых контроллер выполнен в виде микросхемы, установленной на плате накопителя. Эти интерфейсы используются для подключению жестких дисков. В интерфейсе SCSIмежду контроллером и системной шиной введен еще один уровень организации данных и управления, а интерфейс IDE взаимодействует с системной шиной непосредственно.
Основные элементы конструкции накопителя 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 (гермоблока) и платы электронного блока.
Габаритные размеры винчестеров стандартизованы по параметру, называемому формфактор (Form-Factor). Например, все HDD с формфактором 3,5" имеют стандартные размеры корпуса 41,6x101x146 мм.
Подложки магнитных дисков первых винчестеров изготовлялись из алюминиевого сплава с добавлением магния.
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.
Механизм привода головок обеспечивает перемещение головок от центра дисков к краям и фактически определяет надежность накопителя, его температурную стабильность и вибрационную устойчивость.
Современные диски имеют функцию автоматической парковки. При парковке головки автоматически блокируются, и их дальнейшая работа невозможна.
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).
Печатная плата с электронной схемой управления. На печатной плате монтируются электронные схемы управления двигателем и приводом головок, схема для обмена данными с контроллером. Иногда контроллер устанавливается непосредственно на этой плате.
Основные характеристики HDD
Емкость винчестера определяется максимальным объемом данных, которые можно записать на носитель
Среднее время доступа - 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 секторе, число секторов на дорожке, скорость вращения дисков.
Время безотказной работы для накопителей определяется расчетным среднестатистическим временем между отказами и характеризует надежность устройства, указывается в документации и обычно составляет 20 000 — 500 000 ч.
Накопители на компакт дисках CD, DVD)
Компакт-диск (англ. Compact Disc) — оптический носитель информации в виде пластикового диска с отверстием в центре, процесс записи и считывания информации которого осуществляется при помощи лазера.
Компакт-диск представляет собой поликарбонатную подложку толщиной 1,2 мм и диаметром 120 мм, покрытую тончайшим слоем металла (алюминий, золото, серебро и др.), защищенного слоем лака, на который обычно наносится графическое представление содержания диска. Принцип считывания через подложку позволяет весьма просто и эффективно осуществить защиту информационной структуры и удалить её от внешней поверхности диска. Диаметр пучка на внешней поверхности диска составляет порядка 0,7 мм, что повышает помехоустойчивость системы к пыли и царапинам. Кроме того, на внешней поверхности имеется кольцевой выступ высотой 0,2 мм, позволяющий диску, положенному на ровную поверхность, не касаться этой поверхности. В центре диска расположено отверстие диаметром 15 мм (диаметр пальца человека).
Данные с диска читаются при помощи лазерного луча с длиной волны 780 нм, излучаемого полупроводниковым лазером. Принцип считывания информации лазером для всех типов носителей заключается в регистрации изменения интенсивности отражённого света. Лазерный луч фокусируется на информационном слое в пятно диаметром ~1,2 мкм. Если свет сфокусировался между питами, то приёмный фотодиод регистрирует максимальный сигнал. В случае, если свет попадает на пит, фотодиод регистрирует меньшую интенсивность света.
Для решения широкого круга задач информатизации используются следующие оптические накопители информации:
• CD-ROM (Compact Disk Read-Only Memory) — запоминающие устройства только для считывания с них информации;
• CD-RW (Compact Disc ReWritable) — запоминающие устройства для многократного считывания и многократной записи информации;
• CD-R (CD-Recordable) — запоминающие устройства для многократного считывания и однократной записи информации;
Принцип действия всех оптических накопителей информации основан на лазерной технологии. Луч лазера используется как для записи на носитель информации, так и для считывания ранее записанных данных, и является, по сути, дела своеобразным носителем информации.
Привод CD-ROM содержит следующие основные функциональные узлы:
• загрузочное устройство;
• оптико-механический блок;
• системы управления приводом и автоматического регулирования;
• универсальный декодер и интерфейсный блок.
Характеристики компакт дисков
1. Скорость передачи данных (Data Transfer Rate — DTR) — максимальная скорость, с которой данные пересылаются от носителя информации в оперативную память компьютера.
2. Качество считывания характеризуется коэффициентом ошибок (Eror Rate) и представляет собой вероятность получения искаженного информационного бита при его считывании.
3. Среднее время доступа (Access Time — AT) — это время (в миллисекундах), которое требуется приводу, чтобы найти на носителе нужные данные.
4. Средняя наработка на отказ — среднее время в часах, характеризующее безотказность работы привода CD-ROM.
Качество изображения, хранимого в формате DVD, соизмеримо с качеством профессиональных студийных видеозаписей, причем качество звука также не уступает студийному. Считывание звуковой информации в формате DVD производится со скоростью 384 Кбайт/с, что позволяет организовать многоканальное звуковое сопровождение.
Такие возможности дисков формата DVD обусловлены улучшенными параметрами рабочей поверхности дисков. На рис. 3. приведены параметры элементов рабочей поверхности дисков, записанных в форматах CD и DVD..
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 возможность 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 долгоиграющих пластинках.
Накопители на магнитооптических дисках
Магнитооптический (МО) привод представляет собой накопитель информации, в основу которого положен магнитный носитель с оптическим (лазерным) управлением. Односторонний магнитооптический диск представляет собой последовательность слоев: защитного, диэлектрического, магнитооптического, диэлектрического, отражающего и подложки.
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.
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) (рис. 3.13, а). 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 отличие от компакт-диска данные на МО-диск теоретически можно записывать бесконечно, поскольку никаких необратимых процессов в материале носителя не происходит. Если нужно удалить старые данные, достаточно нагреть лазерным лучом соответствующие дорожки (секторы) и размагнитить их внешним магнитным полем.
Среднее время доступа к данным в МО-накопителях около 30 мс, а гарантийный срок работы (средняя наработка на отказ) — 75 000 ч.
Накопители со сменными носителями
— Приводы Jaz и Zip разработки компании iOmega благодаря хорошему соотношению цена/производительность превосходят по своим характеристикам существующие на рынке накопители со сменными носителями. В этих устройствах применяется традиционная технология магнитных носителей, но с более совершенной системой позиционирования головок чтения/записи и надежной механикой привода. В приводе Jaz в качестве носителя используется жесткая дисковая пластина, а в Zip —гибкий диск, аналогичный обычным пластинам флоппи-дисков.
Накопители Jaz и накопители Zi p бывают двух видов — внутренние и внешние. Внутренний привод устанавливается в один из отсеков для установки дисководов. В комплект такого устройства входит адаптер SCSI. Внешний привод Zip подключается непосредственно к параллельному порту ПК. Привод Jaz является SCSI-устройством, в комплект которого входит адаптер SCSI.
— Флэш-накопитель — портативный носитель информации с интерфейсом USB.
У этого типа памяти есть много преимуществ:
быстрое время доступа;
высокая надежность (в силу отсутствия движущихся частей);
компактность;
долговечность.
Стример
Стример (от англ. streamer), также ленточный накопитель — запоминающее устройство на принципемагнитной записи на ленточном носителе, с последовательным доступом к данным, по принципу действия аналогичен бытовому магнитофону.
Основное назначение: запись и воспроизведение информации, архивация и резервное копирование данных.
Технология хранения данных на магнитной ленте в ходе развития вычислительной техники претерпела значительные изменения, и в разные периоды характеризовалась различными потребительскими свойствами. Использование современных стримеров имеет следующие отличительные черты.
Достоинства:
· большая ёмкость;
· низкая стоимость и широкие условия хранения информационного носителя;
· стабильность работы;
· надёжность;
· низкое энергопотребление у ленточной библиотеки большого объёма.
Недостатки:
· низкая скорость произвольного доступа к данным из-за последовательного доступа (лента должна прокрутиться к нужному месту);
· сравнительно высокая стоимость накопителя (стримера).
Лабораторные работы:
1. Исследование работы НГМД.
2. Исследование работы НЖМД.
3. Исследование работы CD ROM.
4. Исследование работы устройств архивации.
Задания для самостоятельного выполнения:
1. Поиск, подбор материала для изготовления плаката «Жесткий диск».
2. Поиск и подборка видеоматериала: «Все о жестком диске».
3. Изучение теоретического материала с подготовкой презентации по теме: Bly Ray диски.
Форма контроля самостоятельной работы:
1. Проверка изготовления плаката
2. Проверка (просмотр) видеоматериала (ролика).
3. Защита презентации.
4. Отчет по лабораторной работе.
5. Самостоятельная работа «Дисковая подсистема».
Вопросы для самоконтроля по теме:
1. Из каких основных конструктивных элементов состоит дисковод для гибких магнитных дисков и как он функционирует?
2. Назовите основные конструктивные элементы накопителя на жестких магнитных дисках. Объясните их функциональное назначение.
3. Какие интерфейсы используются при подключении жёстких дисков?
4. Из каких конструктивных частей состоит привод CD ROM? Их назначение.
5. Как производится запись информации на дисках CD-WORM, CD-R и CD-RW?
6. В чем основное преимущество накопителей DVD?
7. Как производятся запись и считывание информации с магнитооптических дисков?
8. Перечислите области применения, преимущества и недостатки накопителей на магнитной ленте.
9. Какие существуют внешние устройства хранения информации?
10.Какими конструктивными особенностями и характеристиками обладает флеш – накопитель?
Тема 2.2 Видеоподсистемы
Основные понятия и термины по теме: Монитор, люминофор, разрешение, цветоделительная маска, жидкокристаллическое вещество, время отклика, OLED технология, TFT технология, кадровый буфер.
План изучения темы:
1. Мониторы на основе электронно-лучевой трубки (ЭЛТ).
2. Жидкокристаллические мониторы.
3. Прочие типы мониторов.
4. Видеоадаптер.
Краткое изложение теоретических вопросов:
Современный монитор состоит из экрана (дисплея), блока питания, плат управления и корпуса. Информация для отображения на мониторе поступает с электронного устройства, формирующего видеосигнал (в компьютере — видеокарта).
ЭЛТ мониторы
Электронно-лучевая технология была разработана немецким ученым Фердинандом Брауном в 1897 году и первоначально создавалась в качестве специального инструмента для измерения переменного тока, то есть для осциллографа.
Электронно-лучевая трубка, или кинескоп, — самый важный элемент монитора. Кинескоп состоит из герметичной стеклянной колбы, внутри которой находится вакуум. Один из концов колбы узкий и длинный — это горловина. Другой — широкий и достаточно плоский — экран. Внутренняя стеклянная поверхность экрана покрыта люминофором (luminophor). В качестве люминофоров для цветных ЭЛТ используются довольно сложные составы на основе редкоземельных металлов — иттрия, эрбия и т. п. Люминофор — это вещество, которое при бомбардировке заряженными частицами испускает свет.
Для создания изображения в ЭЛТ-мониторе используется электронная пушка, откуда под действием сильного электростатического поля исходит поток электронов. Сквозь металлическую маску или решетку они попадают на внутреннюю поверхность стеклянного экрана монитора, которая покрыта разноцветными люминофорными точками. Поток электронов (луч) может отклоняться в вертикальной и горизонтальной плоскости, что обеспечивает последовательное попадание его на все поле экрана. Отклонение луча происходит посредством отклоняющей системы.
Отклоняющая система состоит из нескольких катушек индуктивности, размещенных у горловины кинескопа. С помощью переменного магнитного поля две катушки создают отклонение пучка электронов в горизонтальной плоскости, а две другие — в вертикальной.
Изменение магнитного поля возникает под действием переменного тока, протекающего через катушки и изменяющегося по определенному закону (это, как правило, пилообразное изменение напряжения во времени), при этом катушки придают лучу нужное направление. Сплошные линии — это активный ход луча, пунктир — обратный.
Частота перехода на новую линию называется частотой строчной (или горизонтальной) развертки. Частота перехода из нижнего правого угла в левый верхний называется частотой вертикальной (или кадровой) развертки.
Электроны попадают на люминофорный слой, после чего энергия электронов преобразуется в свет, то есть поток электронов заставляет точки люминофора светиться. Эти светящиеся точки люминофора формируют изображение, которое вы видите на вашем мониторе. В цветном CRT мониторе используется три электронные пушки.
Люминофор начинает светиться, под воздействием ускоренных электронов, которые создаются тремя электронными пушками. Каждая из трех пушек соответствует одному из основных цветов и посылает пучок электронов на различные люминофорные частицы, чье свечение основными цветами с различной интенсивностью комбинируется и в результате формируется изображение с требуемым цветом.
Итак, каждая пушка излучает электронный луч (или поток, или пучок), который влияет на люминофорные элементы разного цвета (зеленого, красного или синего). Чтобы электроны «бомбили» нужные зерна люминофора, применяются цветоделительные маски. Существует 3 вида масок:
1. 
Теневая маска (shadow mask) — самый распространенный тип масок. Она применяется со времени изобретения первых цветных кинескопов.
Теневая маска состоит из металлической пластины с круглыми отверстиями, которые занимают примерно 25% площади. Находится маска перед стеклянной трубкой с люминофорным слоем. Как правило, большинство современных теневых масок изготавливают из инвара.
2. 
Aperture Grille (апертурная решетка) - это тип маски, имеющей металлическую решетку с отверстиями. Вместо точек с люминофорными элементами трех основных цветов, апертурная решетка содержит серию нитей, состоящих из люминофорных элементов выстроенных в виде вертикальных полос трех основных цветов. Такая система обеспечивает высокую контрастность изображения и хорошую насыщенность цветов, что вместе обеспечивает высокое качество мониторов с трубками на основе этой технологии.
3. 
Щелевая маска (slot mask) имеет люминофорные элементы расположенные в вертикальных эллиптических ячейках, а маска сделана из вертикальных линий. Фактически вертикальные полосы разделены на эллиптические ячейки, которые содержат группы из трех люминофорных элементов трех основных цветов.
Основные характеристики ЭЛТ мониторов
Дата добавления: 2015-12-01; просмотров: 31 | Нарушение авторских прав