Накопители на компакт-дисках

Цифровая информация представляется на CD чередованием впадин (не отражающих пятен) и отражающих свет островков. Компакт-диск имеет всего одну физическую дорожку в форме непрерывной спирали, идущей от наружного диаметра диска к внутреннему. Считывание информации с компакт-диска происходит при помощи лазерного луча, который, попадая на отражающий свет островок, отклоняется на фотодетектор, интерпретирующий это как двоичную единицу. Луч лазера, попадающий во впадину, рассеивается и поглощается: фотодетектор фиксирует двоичный ноль.

Скорость передачи данных для привода определяется скоростью вращения диска. Обычно она указывается в сравнении со стандартом Audio CD, для которого скорость считывания данных составляет порядка 150 Кбайт/с. Т.е. CDx2 означает, что скорость обмена данными с таким диском вдвое больше, чем 150 Kбайт/с. Максимальная скорость вращения CD диска превышает скорость чтения Audio CD в 52 раза. 52х150 Kбайт/с=7800 Kбайт/с.

В настоящее время массовому пользователю стали доступны приводы с возможностью однократной записи (CD-R) и перезаписи (CD-RW) информации. Благодаря невысокой цене носителей для однократной записи, эти устройства стали широко применяться для архивирования данных, резервного копирования, хранения больших объемов информации и т. п.

Для однократной записи применяют диски, называемые «золотыми» по цвету наиболее распространенного покрытия. Под покрытием находится отражающая поверхность, сделанная из тончайшей золотой пленки. При записи луч лазера с длиной волны 780 нм (как и при чтении, но с большей в 10 раз мощностью) «прожигает» эту пленку, так что прозрачность слоя изменяется, формируя последовательность нулей и единиц. Очевидно, что однажды записанный диск уже невозможно перезаписать. Золото в качестве подложки применяется потому, что оно имеет максимальную отражательную способность.

Носители на CD с однократной записью обладают очень высокой надежностью. Важным достоинством CD-R дисков является возможность их чтения на любом приводе CD-ROM.

Технология перезаписываемых компакт-дисков CD-RW позволяет не только записывать, но и стирать информацию. Она основана на записи с изменением фазы, заключающейся в переходах рабочего слоя диска под действием луча лазера в кристаллическое или аморфное состояние с разной отражательной способностью. Выглядят носители CD-RW подобно CD-R, но их покрытие обычно имеет темно-серый цвет. Недостатком CD-RW является тот факт, что диски CD-RW могут считываться только на новых (как правило, не хуже 16-скоростных) устройствах CD-ROM, поддерживающих технологию MultiRead. Дело в том, что считывающий лазер для CD-RW должен иметь другую длину волны, так как при 780 нм отраженный сигнал слишком слаб. Максимальное число циклов чтения-записи не превышает десятков тысяч.

Накопители на DVD дисках

Рис. 26. Сравнение плотности записи на CD и DVD.

DVD (Digital Versatile Disc, цифровой многоцелевой, или универсальный, диск) — это оптические диски большой емкости, которые применяются для хранения полнометражных фильмов, музыки высокого качества, компьютерных программ.

Существует несколько вариантов DVD, отличающихся по емкости: односторонние и двухсторонние, однослойные и двухслойные.

Односторонние однослойные DVD имеют емкость 4,7 Гбайт информации, двухслойные — 8,5 Гбайт; двухсторонние однослойные вмещают 9,4 Гбайт, двухслойные — 17 Гбайт.

Луч лазера в обычном приводе CD-ROM имеет длину волны 780 нм, а в устройствах DVD — от 635 нм до 650 нм, благодаря чему плотность записи DVD существенно выше.

Разработчики DVD ориентировались, прежде всего, на возможность записи целого видеофильма с качеством MPEG-2 на один диск, поэтому средняя скорость считывания видеоинформации составляет 4,692 Мбит/с (примерно 600 Кбайт/с), из которых собственно видео считывается со скоростью 3,5 Мбит/с, аудиопоток на трех языках в шестиканальном стандарте Dolby Surround — со скоростью 1,16 Мбит/с, а субтитры на 4 языках (из 32 возможных) — со скоростью 40 Кбит/с. Эта скорость в DVD принята за однократную (1x). Умножив скорость 1x потока на стандартную продолжительность фильма (133 минуты), получаем минимальный объем DVD — 4,7 Гбайт.

Помимо чтения данных с DVD со скоростью порядка 1,2 Мбайт/с, накопители DVD способны читать обычные CD-ROM со скоростью, примерно соответствующей 8-10-скоростным приводам CD-ROM.

В настоящее время уже массово эксплуатируются устройства DVD, позволяющие записывать и перезаписывать данные.

Флэш-память

Флэш-память (flash) — разновидность полупроводниковой энергонезависимой перезаписываемой памяти.

Флэш-память может быть прочитана сколько угодно раз, но писать в такую память можно лишь ограниченное число раз (обычно около 10 тысяч). Причина в том, что для записи в память необходимо сначала стереть участок памяти, а участок может выдержать лишь ограниченное число стираний.

Преимуществом флэш-памяти над оперативной является её энергонезависимость — при выключении энергии содержимое памяти сохраняется.

Преимуществом флэш-памяти над жёсткими дисками, CD и DVD дисками является отсутствие движущихся частей. Поэтому флэш-память более компактна, дешева (с учётом стоимости устройств чтения-записи) и обеспечивает более быстрый доступ.

Недостатком, по сравнению с жёсткими дисками, является относительно малый объём: объём самых больших флэш-карт составляет около 8 Гб.

Благодаря своей компактности, дешевизне и отсутствию потребности в энергии, флэш-память широко используется в портативных устройствах, работающих на батарейках и аккумуляторах — цифровых фотокамерах и видеокамерах, цифровых диктофонах, MP3-плеерах, и с успехом вытесняет дискету в качестве портативного носителя информации.

Периферийные устройства

Периферийными называются устройства внешние по отношению к системному блоку. Обычно они служат для ввода/вывода информации при взаимодействии человек-компьютер.

К основным устройствам ввода относятся клавиатура, мышь, сканер, к основным устройствам вывода – монитор, принтер.

Клавиатура

Клавиатура (keyboard) содержит 101 или 104 клавиши. Стандартом расположения символьных клавиш является раскладка QWERTY (ЙЦУКЕН) по названию клавиш верхнего символьного ряда слева направо.

Рис. 27. Разделение клавиатуры на области.

Области клавиатуры

1. Алфавитно-цифровая

2. Специальных клавиш <Alt> <Ctrl> <Shift> <Cups Lock> <Enter> <Delete> <←> <Insert> <Print Screen>…

3. Управления курсором.

4. Переключаемая (цифровая/ управления курсором). Режимы переключаются клавишей <Num Lock>.

5. Функциональная <F1> – <F12>.

6. Индикаторов.

Предназначение некоторых специальных клавиш:

1. Esc - отмена, отказ.

2. Tab - табулирование.

3. Del - удаление символа справа от курсора.

4. ← - "забой", удаление символа слева от курсора.

5. Ins - клавиша переключения режима вставки / замены символов.

6. Home - перевод курсора в начало строки.

7. End - перевод курсора в конец строки.

8. PgUp - переход на страницу вверх.

9. PgDn - переход на страницу вниз.

10. Enter - клавиша ввода.

11. Break -прерывание.

12. Shift – смена верхнего / нижнего регистра при удержании.

13. Саps Lock - смена верхнего / нижнего регистра.

14. Print Screen – копирование текущего состояния экрана монитора в буфер обмена.

Манипуляторы

Манипуляторы, или координатные устройства ввода информации, являются неотъемлемой частью современного компьютера. Наиболее известны следующие типы манипуляторов: мышь, трекбол, графические планшеты, устройства ввода, применяемые в ноутбуках — тачпад и трэкпойнт, а также джойстики.

Подключение мыши к компьютеру

Изначально для подключения мыши к компьютеру использовался провод (в обиходной речи «хвост») который подключался в один из портов компьютера. Первым из широко применяемых стандартных портов стал COM-порт, в последствии его сменил порт PS/2, который в настоящее время всё больше вытесняется портом USB.

Провод часто являлся помехой при работе с мышью, поэтому от него неоднократно пытались избавиться. Первыми попытками было внедрение инфракрасной связи между мышью и специальным приёмным устройством, которое, в свою очередь, подключалось к порту компьютера. Но оптическая связь, как показала практика, тоже не лишена недостатка, любое препятствие между мышью и датчиком мешало работе.

Радиосвязь между мышью и приёмным устройством, подключённым к компьютеру, позволила избавиться от недостатков инфракрасной связи.

Сейчас для связи стало всё более широко применяться Bluetooth-соединение, это позволяет избавиться от приёмного устройства, так как некоторые компьютеры уже оснащены Bluetooth-адаптером. Хотя на данный момент (конец 2006 года) Bluetooth-мыши всё ещё дороги.

Графический планшет (или дигитайзер, диджитайзер) — это устройство для ввода рисунков от руки непосредственно в компьютер. Состоит из пера и плоского планшета, чувствительного к нажатию пера. Также к планшету может прилагаться специальная мышь.

К наиболее известным производителям манипуляторов относятся компании Genius, Logitech, Microsoft, Mitsumi.

Сканер

Ска́нер (англ. scanner) — устройство, которое создаёт цифровое изображение сканируемого объекта.Полученное изображение может быть сохранено как графический файл, или, если оригинал содержал текст, распознано посредством программы распознавания текста и сохранено как текстовый файл.

Рассмотрим принцип действия планшетных сканеров, как наиболее распространённых моделей. Сканируемый объект кладётся на стекло планшета сканируемой поверхностью вниз. Под стеклом располагается подвижная лампа, движение которой регулируется шаговым двигателем.

 

Рис. 28. Устройство планшетного сканера.

Свет, отражённый от объекта, через систему зеркал попадает на чувствительную матрицу (CCD — Couple-Charged Device), далее на АЦП и передаётся в компьютер. За каждый шаг двигателя сканируется полоска объекта, потом все полоски объединяются программным обеспечением в общее изображение.

В зависимости от способа сканирования объекта и самих объектов сканирования существуют следующие виды сканеров:

Планшетные — наиболее распространённые, поскольку обеспечивают максимальное удобство для пользователя — высокое качество и приемлемую скорость сканирования. Представляет собой планшет, внутри которого под прозрачным стеклом расположен механизм сканирования.

Ручные — в них отсутствует двигатель, следовательно, объект приходится сканировать вручную, единственным его плюсом является дешевизна и мобильность, при этом он имеет массу недостатков — низкое разрешение, малую скорость работы, узкая полоса сканирования, возможны перекосы изображения, поскольку пользователю будет трудно перемещать сканер с постоянной скоростью.

Листопротяжные — лист бумаги вставляется в щель и протягивается по направляющим роликам внутри сканера мимо ламы. Имеет меньшие размеры, по сравнению с планшетным, однако может сканировать только отдельные листы. Многие модели имеют устройство автоматической подачи, что позволяет быстро сканировать большое количество документов, причем в ряде моделей – с двух сторон за один прогон.

Планетарные — применяются для сканирования книг или легко повреждающихся документов. При сканировании нет контакта со сканируемым объектом (как в планшетных сканерах).

Барабанные — применяются в полиграфии, имеют большое разрешение (около 10 тысяч точек на дюйм). Оригинал располагается на внутренней или внешней стенке прозрачного цилиндра (барабана).

Слайд-сканеры — как ясно из названия, служат для сканирования плёночных слайдов, выпускаются как самостоятельные устройства, так и в виде дополнительных модулей к обычным сканерам.

Сканеры штрих-кода — небольшие, компактные модели для сканирования штрих-кодов товара в магазинах.

Характеристики сканеров

Формата сканируемой поверхности: А4 (стандартный печатный лист), A3, слайд-сканеры под формат пленки 13х18 и 18х24…

Оптическое разрешение. Разрешение измеряется в точках на дюйм (dots per inch — dpi). Указывается два значения, например 600x1200 dpi, горизонтальное — определяется матрицей CCD, вертикальное — определяется количеством шагов двигателя на дюйм.

Интерполированное разрешение. Искусственное разрешение сканера достигается при помощи программного обеспечения. Его практически не применяют, потому что лучшие результаты можно получить, увеличив разрешение с помощью графических программ после сканирования. Используется производителями в рекламных целях.

Скорость работы. Измеряется в страницах в минуту, при этом имеются в виду страницы определенного формата и определенное разрешение сканнера, из числа возможных.

Глубина цвета. Определяется качеством матрицы CCD и разрядностью АЦП. Измеряется количеством оттенков, которые устройство способно распознать. 24 бита соответствует 16777216 оттенков. Современные сканеры выпускают с глубиной цвета 24, 30, 36 бит. Несмотря на то, что графические адаптеры пока не могут работать с глубиной цвета больше 24 бит, такая избыточность позволяет сохранить больше оттенков при преобразованиях картинки в графических редакторах.

Основные производители: Fujitsu, Mustek, Hewlett-Packard (HP).

Цифровой фотоаппарат

Цифровой фотоаппарат — это устройство для фотографической фиксации изображений.

В плёночном фотоаппарате изображение получается при попадании на пленку света, отраженного от объекта в момент открытия затвора. Роль фиксирующего свет материала вместо пленки выполняет небольшая пластина со светочувствительными датчиками, называемыми «сенсорами» или «пикселями».

Матрица состоит из множества светочувствительных ячеек – пикселей. Ячейка при попадании на нее света вырабатывает электрический сигнал, пропорциональный интенсивности светового потока. Т.к. используется информация только о яркости света, картинка получается в оттенках серого.

Чтобы картинка была цветной, ячейки покрывают цветными фильтрами – в большинстве матриц каждый пиксель покрыт красным, синим или зеленым фильтром.

По так называемому шаблону Байера фильтры на матрице располагаются группами по четыре:

G R

B G

 

Рис. 29. Шаблон матрицы Байера.

Фильтр пропускает в ячейку лучи только своего цвета. Полученная картинка состоит только из пикселей красного, синего и зеленого цвета – именно в таком виде записываются файлы формата RAW (сырой формат).

Для записи файлов JPEG и TIFF процессор камеры анализирует цветовые значения соседних ячеек и рассчитывает цвет пикселей (цветовая интерполяция).

После обработки микропроцессором фотоаппарата данных, полученных от сенсоров, изображение сохраняется в виде файла на карте памяти или встроенной памяти камеры.

Главной характеристикой цифровой камеры является количество пикселей матрицы от 1 до18 мегапикселей.