Занятие 1. Накопители на магнитных носителях

Занятие 1. Накопители на магнитных носителях

 

Цели и задачи:

Цели и задачи изученияданной темы – получение сведений о назначении и принципах работы устройств хранения данных на магнитных носителях, физических основах чтения/записи на магнитные носители, классификации и технических параметрах соответствующего аппаратного обеспечения и носителей.

 

В результате успешного изучения темы Вы:

Узнаете:

· классификацию накопителей на магнитных носителях;

· устройство и принципы работы накопителей на магнитных носителях;

· содержание понятия «эффект Бернулли»;

· технические параметры накопителей на магнитных носителях;

· интерфейсы накопителей на магнитных и оптических носителях: ATA, IDE, ATAPI, SATA, SCSI, SAS;

· правила эксплуатации накопителей с магнитной основой.

 

Приобретете следующие профессиональные компетенции:

· умение определять наиболее оптимальный интерфейс для подключения устройства хранения данных на магнитных носителях;

· умение определять технические параметры устройства хранения данных на магнитных носителях по его описанию из прайс-листа;

· способность формировать комплекс устройств хранения данных на магнитных носителях исходя из критериев стоимости, сохранности данных и обеспечения безопасности доступа.

 

В процессе освоения темы акцентируйте внимание на следующих ключевых понятиях:

Стример - это устройство хранения данных на магнитных лентах, размещаемых в специальных кассетах.

 

Форматирование – разметка жесткого диска и нанесение на него информации об используемой файловой системе. Форматирование включает два этапа:

· низкоуровневое, которое выполняется на заводе – изготовителе и состоит в физической разметке секторов и дрожек диска;

· высокоуровневое, которое выполняется операционной системой (или программой инсталлятором операционной системы) и состоит в создании загрузочного сектора и таблицы размещения файлов - ( File Allocation Table (FAT).

Повторное высокоуровневое форматирование приводит к удалению информации о том, в какие секторы были записаны файлы. При полном форматировании дополнительно осуществляется проверка корректности чтения/записи каждого сектора. Если проверка проходит неудачно, то данный сектор помечается в FAT как плохой (сбойный) и в последующем запись данных в него не осуществляется. При быстром форматировании данная операция не выполняется и происходит только удаление данных из FAT.

 

Эффект Бернулли заключается в том, что в процессе работы накопителя на магнитных жестких дисках (НМЖД) головки чтения/записи приподнимаются над дорожками дисков воздушным потоком, который создается при вращении дисков.

 

RAID (Redundat Array of Inexpensive Disks) – избыточный массив недорогих дисков, позволяющий повысить степень сохранности данных, например за счет параллельного чтения/записи на два диска, т.н. «зазеркаливание».

Жесткие диски (Винчестеры)

Жесткий диск (Hard Disk Drive - HDD) устроен следующим образом (рис. 1.2): на шпинделе, соединенным с мотором, находится блок из нескольких дисков (пластин). Эти диски и есть та самая магнитная поверхность, покрытая доменами, причем над каждой из пластин находятся головки для чтения/записи информации (почти как в магнитофоне).

 

 

Рис. 1.2 Устройство жесткого диска

 

Условно каждый диск разбивается на дорожки (треки) и секторы. Каждый сектор – часть трека. При работе, головки "летят" над дорожками дисков в воздушном потоке, который создается при вращении дисков. Это явление получило название «эффект Бернулли». При необходимости, головки записывают или считывают с диска домены и передают полученную информацию на дальнейшую обработку. Если этого не требуется, диски не перестают крутиться и только при отключении электропитания, головки отводятся специально предназначенное место. Таким образом, пластины вертятся всегда, пока включен компьютер.

Сам жесткий диск представляет из себя пластину с напылением высококачественного ферромагнетика. В качестве материала для пластины применяют алюминий, керамику или стекло, а в качестве магнитного слоя наносят окись хрома или тонкопленочное металлическое покрытие.

Для записи или считывания информации с поверхности диска, головка создает магнитное поле, намагничивая тем самым участок диска - при считывании намагниченный участок диска возбуждает сигнал в головке. Для того, чтобы можно было воспользоваться эффектом Бернулли, им придают специальную аэродинамическую форму наподобие крыла самолета. Расстояние от головки до поверхности диска весьма мало и составляет около 0,5 мкм над поверхностью диска, поэтому обращаться с этим устройством следует осторожно.

Если хоть немного повредить покрытие пластины, то мельчайшие крошки покрытия начнут разлетаться по всей поверхности диска. Учитывая то, что скорость вращения пластин составляет тысячи оборотов в минуту, осколки на большой скорости будут царапать головку и покрытие пластины, а разогрев головки из-за трения об осколки приведет к постепенной поломке. Это, еще не говоря о потерянных данных. Конструкция жесткого диска весьма неустойчива к различного вида ударам и повреждениям, поэтому он является устройством наиболее подверженным порче и механическому износу.

Для обеспечения сохранности данных и повышения производительности часто на компьютер устанавливается несколько жестких дисков. При этом реализуются различные технологии.

В настоящий момент наиболее экономичным решением является параллельное использование нескольких дисков – дискового массива RAID (Redundat Array of Inexpensive Disks – избыточный массив недорогих дисков). Подключение нескольких, как правило, однотипных дисков к RAID-контроллеру позволяет сформировать массив с улучшенными свойствами: отказоустойчивость, дублирование данных (mirroring - зеркальное отражение), запись проверочных кодов и так далее в зависимости от используемого алгоритма представления диска (уровня RAID массива). RAID массивы реализуются аппаратными, программными и программно-аппаратными средствами.

Основными техническими параметрами жестких дисков являются:

1. Cкорость вращения (для современных дисков от 7200 оборотов в минуту).

2. Объем жесткого диска (для современных дисков от 150 Гб до 3000 Гб), примечательно, что на самих винчестерах емкость указывается миллиардах байт (приставка Г), тогда как 1 гигабайт содержит 1 073 741 824 байт и некоторые люди сильно удивляются, обнаружив, что указанная на упаковке емкость «не соответствует» реальным показателям.

3. Объем встроенной кэш памяти жесткого диска (как правило, 8 или 16 Мб).

4. Ударостойкость (измеряется в специальных единицах G, которые указываются в документации или маркируются на самом жестком диске; чувствительность к ударным воздействиям приводится для выключенного диска и для режимов чтения и записи). Жесткие диски нельзя подвергать механическому воздействию (ударам, тряске, вибрации), а также воздействию магнитных волн, так как все это может привести к потери данных и физическому выходу устройства из строя.

5. Поддерживаемые типы интерфейсов.

Интерфейсы жестких дисков регламентируют порядок и скорость обмена данными с системной шиной. В настоящее время используются следующие интерфейсы (по убыванию производительности): ATA, SATA, SCSI, SAS.

ATA (Advanced Technology Attachment) был разработан в 1989 году. Использование интерфейса ATA подразумевается при упоминании аббревиатур IDE, UDMA и ATAPI. В прайс-листах жесткие диски с этим интерфейсом обозначаются как IDE (Integrated Drive Electronics, т. е. э лектроника, встроенная в привод), это означает, что в таких устройствах контроллер привода является встроенным, а не выполнен в виде отдельной платы расширения, как в предшествующих интерфейсах. Этапами развития интерфейса были реализация механизма прямого доступа к оперативной памяти - UDMA (Ultra Direct Memory А ccess) и возможностиподключения не только жестких дисков, но и других внешних запоминающих устройств - ATAPI (Advanced Technology Attachment Packet Interface).

SATA (Serial ATA) является развитием интерфейса ATA (IDE), который после появления SATA был переименован в PATA (Parallel ATA). На рисунке 1.3 представлены разъемы интерфейса SATA.

 

 

 

разъём питания SATA       разъём данных SATA         разъёмы SATA на МП

 

Рис. 1.3. Разъемы интерфейса SATA

SCSI (Small Computer Systems Interface) – интерфейс, разработанный для объединения на одной шине различных по своему назначению устройств, таких как жесткие диски, накопители на магнитооптических дисках, приводы CD, DVD, стримеры, сканеры, принтеры и т. д. Теоретически возможен выпуск устройства любого типа на шине SCSI.

После стандартизации в 1986 году, SCSI начал широко применяться в компьютерах Apple Macintosh, Sun Microsystems. В IBM совместимых ПК 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).

SAS (Serial Attached SCSI) – интерфейс, являющийся развитием SCSI и совместимый с SATA (совместимость с SATA обратная, т.е. устройства с интерфейсом SATA можно подключить к SAS, но не наоборот).

Рассмотрим следующее описание жесткого диска: 

Жесткий диск 300ГБ Western Digital "VelociRaptor WD3000HLFS" 10000об./мин., 16МБ (SATA II)

Спецификация:

1. объем (емкость) жесткого диска: 300 Гбайт;

2. производитель: Western Digital;

3. маркировка: VelociRaptor WD3000HLFS;

4. поддерживаемый интерфейс: Serial ATA II;

5. скорость вращения пластин в диске: 10000 оборотов в минуту;

6. объем встроенной кэш памяти: 16 Мбайт.

Флоппи-диски (Дискеты)

FDD (Floppy Disk Drive) - один из первых носителей сменного типа и они изначально были предназначены для хранения и переноса информации отдельно от компьютера. Впервые появившись в 1971 году, дискеты сейчас практически не используются в виду малой емкости (их успешно заменяют Flash накопители).

Состоят дискеты из круглой полимерной подложки, помещенной в пластиковую упаковку. В ней c двух сторон сделаны круговые прорези, через которые головки считывания/записи накопителя получают доступ к диску.

Так же как и в жестком диске, поверхность, содержащая информацию, разбита на дорожки, а дорожки на секторы, но в отличие от HDD, скорость получения данных с дискеты настолько мала, что это становится заметным даже при копировании небольших файлов.

Наибольшее распространение получили дискеты со следующими характеристиками: диаметр 3,5 дюйма (89 мм – что в точности совпадает с размером кармана на рубашке), ёмкость 1,44 Мбайт, число дорожек 80, количество секторов на дорожках 18.

 

Стримеры

Стример - это устройство для резервного копирования данных винчестера на случай их возможной потери (вирус, поломка). Стример быстро записывает данные на магнитную ленту в специальной кассете. Новейшие разработки позволяют использовать для этой цели обычные видеокассеты, но это может потребовать длительного времени. Быстродействие, т.е. скорость записи-считывания у стримера значительно меньше, чем у винчестера. Но зато кассету с пленкой, содержащей эти данные, можно хранить как угодно долго.

На сегодняшний день, ленточные накопители используются для архивации и резервного копирования больших объемов данных. Например, одна кассета типа SAIT-1 способна вместить до 500 Гбайт данных без сжатия (со сжатием – 1,3 Тбайт), SAIT-4 10,4 Тбайт со сжатием. Компании IBM Research и FujiFilm разработали технологию, позволяющую записывать до 35 Тбайт (со сжатием) данных на одном ленточном картридже. Тем, кто использует подобные системы, приходится сталкиваться с проблемой хранения и учета картриджей, но это ничто по сравнению с экономической выгодой использования лент. Также можно отметить отсутствие единого стандарта для данного типа носителей. Это связано с тем, что ленты перестали быть средством для обмена данными (как, например, устройства flash памяти или дискеты) и используются локально, «по месту прописки».

Потенциал использования лент огромен. Например, подсистема «IBM Magstar 3494 Тape Lirary» хранит данные объемом до 748 Тбайт.

Основные стимулы к повышению производительности ленточных устройств - это широкое использование Интернета и распространение корпоративных интрасетей, увеличение числа серверов (нужных, чтобы обеспечить рост этих сетей), а также ужесточение требований к хранению информации и ее восстановлению в случае аварий. Спрос на системы резервного копирования и хранения данных особенно подстегивается все более активным использованием таких приложений, как мультимедиа, видео по запросу, звуковое информационное наполнение, обработка изображений и т.п. В сочетании с дешевизной, в ближайшие 10 лет весьма сложно будет подобрать лентам замену.

 

Мобильные жесткие диски (Microdrive)

Мобильный жесткий диск это ни что иное, как обыкновенный HDD в уменьшенных размерах. Технология записи, чтения и хранения данных здесь абсолютно такая же, как и в любом обычном жестком диске. Большие объемы хранимой памяти, характерные для жестких дисков, точно так же сочетаются с характерными проблемами в их эксплуатации: выход из строя при ударе, большое энергопотребление и нагрев.

Проблемы с энергопотреблением связаны в первую очередь с тем, что микровинчестеры используют в цифровых фотоаппаратах, фотокамерах, мобильных телефонах и прочих устройствах с электропитанием, ограниченным аккумуляторами. Зато весит подобное устройство около 16 грамм, имеет размеры около 40х40х3 миллиметров, и совместим со стандартом CompactFlash Type II, причем только крайне редко устройства для CompactFlash не работают с Microdrive.

Порядка 4/5 от всего объема микровинчестеров, производящихся сегодня – это устройства накопителей со средним объемом памяти порядка 10Гбайт, а в качестве интерфейса для них используется USB 2.0

Iomega ZIP

Iomega ZIP – это логическое продолжение флоппи-дисков. В их основе лежит та же технология, что и в использовании дискет, однако емкость увеличена до 100-120 Мбайт за счет того, что диск ZIP – драйва вращается со скоростью в восемь раз превосходящей скорость вращения обычной дискеты. Центробежная сила до предела растягивает поверхность гибкого диска, что позволяет плотнее и точнее размещать на нем дорожки.

 

Iomega JAZ

Jaz проектировался как сменный накопитель для работы с файлами мультимедиа и в целом очень напоминает Zip, но есть существенные отличия:

1. емкость одного Jaz-диска в десять раз больше и составляет 1ГБ и более;

2. производительность Jaz-дисковода выше, чем даже у некоторых жестких дисков: среднее время поиска 10мс/12 мс (чтение/запись), скорость передачи данных 10МБ/с.

SuperDisk (LS - 120)

Технология LS-120 появилась заметно позже, чем Zip и первоначально называлась Floptical.

На поверхности диска LS-120 лучом лазера нанесены тонкие отражающие дорожки, не несущие никакой полезной информации, но за ними следит лазерная головка чтобы более точно установить магнитную головку на дорожках. Это позволяет резко повысить плотность записи со 135 дорожек на дюйм у обычных флоппи-дисков до 2490 у LS-120.

У LS-120 есть одна приятная особенность: его привод способен работать и с обычными дискетами емкостью 720 Кбайт и 1,44 Мбайт, для чего используется совмещенная двухэлементная головка чтения/записи. Объем хранимой информации в среднем составляет 120 Мбайт (отсюда, кстати и число в названии). LS-диски гораздо надежней дискет, и их не приходится часто форматировать.

 

UHC (Ultra High Capacity)

UHC воспринимает как обычные дискеты размером 1,44 Мбайт, так и Zip – диски. Емкость составляет 130 Мбайт.

Принцип работы этого устройства, также как и принцип работы жесткого диска, основан на ранее упомянутом эффекте Бернулли. Но есть существенное различие. Как вы уже знаете, в жестком диске, головка чтения/записи немного приподнимается за счет проходящего между ней и диском с информацией воздухом. В UHC все наоборот – головка остается неподвижной, а диск под нее прогибается.

Данный тип накопителей называется оптическим потому, что в основе своей работы они используют свойства материалов, связанные с отражением или преломлением световых лучей. Для считывания или записи информации используется луч лазера, поэтому оптический носитель совершенно невозможно размагнитить. Кроме того, не требуется и абсолютной чистоты носителя. Всем хорошо известный CD не пострадает от небольшого количества пыли на нем, в отличие от дисков HDD (последние вообще приходится помещать в герметичную упаковку).

Если же говорить о принципе восприятия информации устройством, то тут все и везде одинаково. Все те же нули и единицы, только если в магнитных накопителях они определялись по направлению «магнитной стрелки», то здесь мы можем условно принять за единицу тот факт, что луч отразился, а за ноль – то, что он рассеялся или поглотился.

Основными накопителями на оптических носителях являются:

· CD - Compact Disc (компактный диск);

· DVD - Digital Versatile Disc (цифровой многоцелевой диск);

· Blu-Ray Disc;

· FMD Fluorescent Multilayer Disc.

 

СD - диски

Compact Disc (рис. 2.1) представляет собой пластмассовый диск со специальным покрытием, на котором записана информация. Это покрытие состоит из цианина (Cyanine) или фталоцианина (phtalocyanine). По оценке производителей первые из них имеют срок жизни 50, а вторые 100 лет.

 

 

Рис. 2.1 Устройство CD диска

 

Диаметр компакт-диска равен 120 мм, толщина – 1,2 мм, диаметр центрального отверстия – 15 мм. Центральная область вокруг отверстия шириной 6 мм называется зоной крепления (clamping area). За ней следует заголовочная область (lead in area), содержащая оглавление диска (table of content). Далее расположена область шириной 33 мм, предназначенная для хранения данных и физически представляющая собой единый трек. Завершающей является терминальная область (lead out) шириной 1 мм. Внешний обод диска имеет ширину 3 мм. Общая длина концентрических дорожек диска равна 5 км. Воспроизведение CD производится по спиральной дорожке от центра диска (50 мм) против часовой стрелки. Благодаря изменению скорости вращения диска дорожка относительно считывающего луча лазера движется с постоянной линейной скоростью. У центра диска скорость его вращения больше, у края – медленнее (1,2–1,4 м/сек). Кстати, когда говорят про скорость CD-привода (напр. 4x или 8х), то имеется ввиду не скорость вращения диска, а скорость передачи данных с диска на компьютер. Скорость в 1х соответствует 150 кб/сек.

Существует четыре основных вида CD:

· CD-ROM, на которые запись осуществляется фабрично методом штамповки с матрицы;

· CD-R, используемые для однократной или многократной лазерной записи сессиями;

· CD-RW, предназначенные для многократных циклов записи-стирания;

· Mini-CD – те же CD, но уменьшенные в размерах.

 

CD-ROM – Compact Disc Read Only Memory - компакт-диск только для чтения.

Их изготовляют из прозрачного пластика диаметром 120 мм и толщиной 1,2 мм. На поверхность напыляется слой алюминия, реже серебра или золота. При массовом производстве запись информации происходит путем выдавливания на поверхности диска ряда углублений. Логический нуль может быть представлен как питом (pit — углубление), так и лэндом (land — поверхность). От центра к краю компакт-диска нанесена одна-единственная дорожка в виде спирали шириной 4 микрона с шагом 1,4 микрона.

CD-R – Compact Disc Recordable - записываемый компакт диск, точнее сказать, однократно записываемый.

Запись производится лазером за счет потемнения (изменения прозрачности) участков материала, который находится между покрытием и поликарбонатной основой. При записи лазер нагревает участки материала, они меняют прозрачность, и образуют подобие питов. На CD-R организуется такая же информационная структура, как на CD-ROM. Отличие заключается в том, что запись таких дисков можно производить с помощью домашней бытовой техники.

CD-RW – Compact Disc Rewritable - перезаписываемый компакт-диск.

При его изготовлении используется промежуточный слой из органической пленки, способной менять свое фазовое состояние (с аморфного на кристаллическое и обратно) под воздействием луча лазера. При нагреве свыше критической температуры материал переходит в стабильное аморфное состояние и остается в нем, а при нагреве значительно ниже критической возвращается в стабильное кристаллическое состояние. За счет этого изменяется прозрачность материала.

На данный момент CD-RW-диски поддерживают несколько тысяч перезаписей. Однако их отражающая способность ниже, чем у CD-R-дисков, так что для чтения этих дисков необходим привод с Auto Gain Control — автоматической регулировкой усиления фотоприемника. Некоторые бытовые проигрыватели (на данный момент почти все) также способны читать CD-RW-диски. Что касается формата данных, то CD-RW имеет аналогичную CD-R структуру, но также может быть отформатирован под файловую систему UDF (Universal Disc Format), позволяющую работать с диском как с обычной дискетой, т. е. динамически создавать и уничтожать файлы. Срок жизни CD-RW в среднем составляет 2-3 года со дня изготовления.

Некоторые наверняка встречались с обозначением на CD-RW приводе, которое выглядело приблизительно как 8х/4x/32x. Полезно знать, что соответственно этим обозначениям, 8х - максимальная скорость записи, 4х-максимальная скорость перезаписи и 32х-максимальная скорость чтения данных.

Mini-CD - это компакт-диски диаметром 80 мм (размером со стандартную трёхдюймовую дискету). Такие диски прекрасно считываются большинством компьютерных CD-приводов и музыкальных центров (исключение составляют приводы с фронтальной загрузкой, как, например, во многих CD-автомагнитолах). Кстати, существуют устройства, которые работают только с мини-CD - например, некоторые портативные MP3-плееры. Объём информации - до 200 мегабайт.

На основе мини-CD также создана такая замечательная вещь, как CD – визитка. С технической точки зрения - это обыкновенный компакт диск, вырезанный по форме пластиковой карточки. А, по сути, это огромное "хранилище", где возможно разместить сотни страниц текста и иллюстраций, рисунки, графики, таблицы. Все это может сопровождаться музыкой анимацией и дикторским текстом. Но самое главное, что вся эта информация легко считывается обыкновенным CD-приводом, даже самым "древним".

 

DVD - диски

DVD, ныне именуемый как Digital Versatile Disc на самом деле изначально назывался Digital Video Disc но эта расшифровка так и не устоялась, поскольку DVD подходит для хранения не только видео но и вообще любой мультимедийной информации.

Этот носитель имеет до 4-х регистрирующих слоёв и ёмкость от единиц до десятков Гб. При этом длительность записи видеоинформации возрастает до 8 часов. 4-х слойные DVD изготавливаются из двух склеенных дисков толщиной по 0,6 мм каждый. Повышение информационной ёмкости диска достигается за счёт использования лазера с более короткой длиной волны излучения (0,635–0,66 вместо 0,78 мкм), что позволяет повысить плотность записи, т.е. уменьшить геометрические размеры пит (с 0,28 до 0,15 мкм) и шаг дорожки (с 1,6 до 0,74 мкм), а также за счёт использования технологии сжатия данных, чего нет на обычных CD. В основном для сжатия видеоинформации используется стандарт MPEG-2, а для сжатия аудио – форматы AC-3 или PCM.

Поскольку на DVD можно разместить значительный объем компаниями-производителями предпринимаются попытки изначально взять под свой контроль процессы копирования информации, записанной на DVD. Основным средством защиты от несанкционированного копирования является региональное кодирование DVD.

Региональное кодирование предполагает под собой следующее: на каждом DVD находится 1 байт, который соответствует тому региону, в котором был произведен диск. Если, например, региональный код DVD диска с музыкой не будет соответствовать региональному коду плеера, то последний не будет проигрывать диск. Кроме того, существует возможность не устанавливать региональный код вообще, тогда в этом случае диск будет возможно проиграть на любом плеере.

Некоторые плееры могут быть модифицированы таким образом, чтобы они могли воспроизводить диски независимо от указанной зоны. Такая модификация ведет к потере гарантии на устройство, но не является противозаконной. Некоторые диски от «Fox», «Buena Vista/Touchstone/Miramax», «MGS/Universal» и «Polygram» содержат программные фрагменты, которые проверяют региональный код плеера. У плеера, "освобожденного" от региональной защиты, код равен 0, и такие диски отказываются воспроизводиться. Проигрыватели, в которых можно самостоятельно переключать регион, могут без проблем решить это препятствие.

Почти так же, как и CD, DVD имеет три основных вида:

· DVD-ROM (только чтение)

· DVD-R (возможность одноразовой записи)

· DVD-RW (возможность многократной перезаписи)

Для работы с DVD применяют DV-магнитофоны (в том числе компактные, например DV Walkman с ЖК-мониторами) и DVD драйверы, устанавливаемые в ПК. DV-магнитофоны, оснащённые специальными монтажными устройствами, позволяют осуществлять полнофункциональный монтаж аудиовидеоданных.

Blu - Ray Disc

Технология Blu - ray Disc разработана в конце 2001 года. Её спецификация с февраля 2002 года поддерживается рядом известных зарубежных компаний. Диски диаметром 12 мм имеют ёмкость 23,3; 25 и 27 Гбайт. Такой диск имеет толщину прозрачного защитного слоя 0,1 мм, а ширину дорожки – 0,32 мм, что позволило не только обеспечить большую ёмкость, но и повысить скорость чтения/записи. Его базовая скорость (1х) составляет 36 Мбит/с (5580 Кбайт/с). У DVD этот параметр составляет 1385, а у CD – 150 Кбайт/с соответственно. По мнению разработчиков, эти диски хорошо подходят для записи телевизионных и видеопрограмм, транслируемых в цифровом формате.

В технологии Blu-Ray используется синий лазер с длиной волны 405 нм. Такое уменьшение позволило сузить дорожку в два раза больше, чем у обычного DVD-диска до 0,32 микрон, и увеличить плотность записи данных.

Одновременно с Blu-ray Disc компании NEC Toshiba предложили диск с названием Advanced Optical Disk System. Он использует тот же тип лазера (сине-фиолетовый), но прозрачный защитный слой шире (0,6 мм, как у DVD), при этом ёмкость однослойного такого носителя составляет 15 и 20 Гбайт. В дальнейшем предполагается создать односторонний двухслойный диск с ёмкостью 40 Гбайт. Эти диски будут максимально совместимы с DVD-носителями.

FMD

Другим способом увеличения ёмкости является принцип фотохромизма, используемый во флуоресцентных дисках FMD (Fluorescent Multilayer Disk) и заключающийся в изменении физических свойств (появление флуоресцентного свечения) некоторых химических веществ под воздействием лазерного луча (рис 2.2).

 

 

 

 

Рис. 2.2 Принцип чтения/записи во флуоресцентных дисках FMD

 

Такие диски изготавливаются из прозрачного фотохрома. Под воздействием мощного лазерного излучения в них происходит химическая реакция, в результате которой отдельные участки информационного слоя (по аналогии с CD – «питы») приобретают флуоресцентные свойства (в отличие от CD и DVD свет не отражается, а излучается непосредственно информационным слоем).

Данная технология позволяет создавать 120 мм диски ёмкостью в десятки терабайт. Кроме того, возможно параллельное считывание данных с разных слоёв, что позволяет увеличить скорость считывания информации до 1 Гбита в секунду. Таким образом, этот метод может считаться методом объёмной записи данных. В большей степени такая запись возможна при использовании трёхмерной голографии, позволяющей в кристалле размером с сахарный кубик, разместить до 1 Тб. Заметим, что голографический метод не требует применения систем вращения.

Предполагается, что в данной технологии будет поддержана совместимость с форматами CD и DVD за счёт использования аналогичной системы распределения данных на каждом слое дисков.

 

Занятие 3. Видеосистемы

Цели и задачи:

Цели и задачи изученияданной темы – получение сведений о назначении и принципах работы устройств воспроизведения изображения в вычислительных системах, физических основах восприятия света человеком, принципах хранения и обработки на компьютере видеоинформации, а также технических параметрах соответствующего аппаратного обеспечения.

В результате успешного изучения темы Вы:

Узнаете:

· основные направления работы с изображениями;

· способ восприятия света и цвета человеком;

· способ эмуляции цветов монитором;

· основы цифрового кодирования изображений;

· типы современных мониторов и их характеристики;

· основные характеристики видеоадаптеров;

· назначение видеостраниц;

· принцип формирования компьютерной анимации.

Приобретете следующие профессиональные компетенции:

· умение определять технические параметры видеоадаптера по его описанию;

· умение определять технические параметры монитора по его описанию;

· умение рассчитывать объем видеопамяти исходя из заданного количества видеостраниц и параметров изображения;

· умение рассчитывать объем графического файла в формате без сжатия (.bmp) по заданным условиям;

· способность формировать комплекс устройств воспроизведения видеоинформации исходя из критериев стоимости и качества воспроизведения.

В процессе освоения темы акцентируйте внимание на следующих ключевых понятиях:

        RGB (аббревиатура английских слов Red, Green, Blue — красный, зелёный, синий) цветовая модель, описывающая способ синтеза цвета для цветовоспроизведения. Суть модели заключается в том, что, смешивая данные цвета с различной степенью интенсивности можно получить любой цвет, воспринимаемый человеком. Для цветопередачи могут использоваться и другие модели. Например, в профессиональной полиграфии широко применятся модель CMYK (аббревиатура английских слов Cyan, Magenta, Yellow, Key color или BlacK).

 

        WYSIWYG (от англ. What You See Is What You Get) – концепция максимально точной передачи изображения, которое пользователь видит на мониторе при выводе этого же изображения, например на печать.

    Первой программой, использующей WYSIWYG считается текстовый редактор Bravo. Bravo был разработан в Xerox PARC для компьютеров Alto. Программа была разработана Батлером Лемпсом (Butler Lampson), Чарльзом Симони (Charles Simonyi) и др. в 1974 году.

    Параллельно с Bravo, но независимо от Xerox PARC, Hewlett Packard разработала и выпустила в конце 1978 года первую коммерческую программу, использующую WYSIWYG - приложение для создания диапозитивов или то, что сегодня называют презентационной графикой. Первый релиз программы, названной BRUNO, работал на миникомпьютерах HP 1000. BRUNO был портирован на HP 3000 и переиздан как «HP Draw».

    В 1970-х - начале 1980-х популярным домашним компьютерам не хватало графических возможностей, необходимых для отображения WYSIWYG документов. Такие приложения, как правило, использовались достаточно редко, в основном на мощных рабочих станциях, которые были слишком дорогими для широкого распространения. В 1983-84 гг. программы с WYSISWYG стали использоваться на более дешевых и популярных компьютерах.

    Принцип WYSIWYG используется в таких программах как:

· текстовые редакторы: Microsoft Office Word, OpenOffice.org Writer, Pages (iWork) и др.;

· Редакторы HTML-кода: Adobe (Macromedia) Dreamweaver, Microsoft FrontPage, Microsoft SharePoint Designer, Microsoft Expression Web и др.

 

WYSIWYM (от англ. What You See Is What You Mean) - концепция вариативной передачи изображения, которое пользователь видит на мониторе при выводе этого же изображения, например на печать.

В WYSIWYM редакторе пользователь задаёт только логическую структуру документа и собственно контент. Оформление документа, его итоговый внешний вид возложено на отдельное ПО, либо, во всяком случае, вынесено в отдельный блок. Таким образом, достигается полная независимость содержания документа от его формы.

Преимущества WYSIWYM по сравнению с WYSIWYG:

· реализация нескольких визуальных представлений для одного и того же контента, например, одна и та же web-страница, ориентированная для чтения на разных устройствах;

· существенно возрастают возможности автоматического анализа текста по его содержанию;

· внесение изменений в визуальное представление документа не требует изменения самого документа, таким образом значительно сокращается время правок.

       

        Фотон – элементарная безмассовая частица, обладающая свойствами волны и способная существовать, только двигаясь со скоростью света. Поток фотонов собственно и образует свет, который, отражаясь от различных предметов или попадая непосредственно в человеческий глаз, возбуждает специальные рецепторы – колбочки через которые данный поток трансформируется в нервные импульсы, воспринимаемые человеком как изображение.

 

        Пиксел (англ. pixel - сокращение от pix element или piсture cell, т.е. элемент изображений). Пиксел представляет собой наименьший логический элемент двумерного цифрового изображения в растровой графике, а также физический элемент светочувствительной матрицы монитора. Каждый пиксел имеет свой цвет, который при цветопередаче формируется в соответствии с моделью RGB.

 

Занятие 4. Аудиосистемы

 

Цели и задачи:

Цели и задачи изученияданной темы – получение сведений о назначении и принципах работы устройств воспроизведения звука в вычислительных системах, физических основах восприятия звука человеком, принципах его хранения и обработки на компьютере, а также технических параметрах соответствующего аппаратного обеспечения.

 

В результате успешного изучения темы Вы:

Узнаете:

· принципы восприятия звука человеком;

· основные параметры звуковых волн;

· принципы записи и обработки звука;

· технические параметры акустических систем и звуковых карт;

· содержание понятия «эффект Доплера»;

· содержание понятия «закон Шеннона»;

· методы воспроизведения и оцифровывания звука;

 

Приобретете следующие профессиональные компетенции:

· умение определять технические параметры устройств воспроизведения звука (звуковая карта и колонки);

· умение вычислять объем звукового файла в формате.wav по заданным условиям;

· способность формировать комплекс устройств воспроизведения звука исходя из критериев стоимости и качества воспроизведения.

 

В процессе освоения темы акцентируйте внимание на следующих ключевых понятиях:

Закон Шеннона. Клод Элвуд Шеннон (30.04.1916 - 24.02.2001) - американский инженер и математик, совершивший ряд открытий на стыке математики и электротехники. В данном случае речь идет о выявленной закономерности, согласно которой для оцифровки звуки без потери качества необходимо использовать частоту дискретизации (измерения