Накопители на жестких магнитных дисках

Накопители на жестких дисках (винчестеры) – это внешняя память большого объема, предназначенная для долговременного хранения информации, объединяющая в одном корпусе сам носитель информации и устройство записи/чтения. По сравнению с флоппи-дисководами, винчестеры обладают рядом очень ценных преимуществ: объем хранимых данных неизмеримо больше (достигает 500 Гбайт), время доступа у винчестера на порядок меньше. Единственный недостаток: они не предназначены для обмена информацией (это касается стационарных, т.е. встраиваемых в корпус компьютера винчестеров; в настоящее время существуют сменные винчестеры).

Винчестер состоит из нескольких жестких дисков с нанесенным на поверхность магнитным слоем, расположенных друг под другом. Каждому диску соответствует пара головок записи/ чтения. Зазор между головками и поверхностью дисков составляет 0,5-1 мкм. Скорость вращения дисков в зависимости от модели находится в пределах 3600-7800 об/мин. При включенном компьютере диски винчестера постоянно крутятся, даже когда нет обращения к винчестеру, таким образом экономится время на его разгон. К настоящему времени разработаны следующие типы винчестеров: MFM, RLL, SDI, IDE, SCSI, SATA.

Накопители на гибких магнитных дисках

Дисководы флоппи-дисков (Floppy Disk Drive – FDD) являются самыми старыми внешними устройствами персональных компьютеров. В качестве носителя информации в них применяются дискеты. FDD бывают двух размеров, рассчитанные на дискеты 3,5" и 5,25" с плотностью записи DD (двойной плотности) и HD (высокой плотности). Стандартные размеры дисковода 3,5": 10,16*2,54*15 см, дисковода 5,25": 14,6*4,1* 20,3 см.

Способ записи на дискеты – намагничивание отдельных участков. В дисководе имеются четыре основных элемента: рабочий двигатель, рабочие головки, шаговые двигатели и управляющая электроника. Двигатель обеспечивает постоянную скорость вращения дискеты – 360 об/мин для привода 5,25" и 300 об/мин для 3,5". Время запуска двигателя – около 400 мс. Две рабочие головки (для чтения и записи каждая) предназначены для верхней и нижней поверхностей дискеты. Движение и позиционирование головок происходит с помощью двух шаговых двигателей. Электронные схемы дисковода обмениваются информацией с контроллером дисковода, установленном на системной плате. Скорость обмена данными для дисковода двойной плотности – 250 Кбит/с, для дисковода высокой плотности – 500 Кбит/с. Привод флоппи-дисков при работе должен находиться либо в вертикальном, либо в горизонтальном положении. Существуют комбинированные дисководы, объединяющие в одном корпусе приводы размером 3,5" и размером 5,25". В комбинированных дисководах приоритет устанавливается жестко следующим образом: устройство А: – привод 5,25", устройство В: – привод 3,5".

Для компьютеров типа Notebook устанавливаются преимущественно дисководы размера Slimline, имеющие уменьшенную высоту – 1,95 см. В настоящее время существует еще один стандарт дискет 3,5" емкостью 2,88 Мбайт (ED-дискеты, Extra High Density), которые требуют специального дисковода.

Накопители на компакт-дисках

Приводы компакт-дисков (Compact Disc Drive – CDD) – необходимый атрибут современного персонального компьютера. Применительно к компьютерам, CD-ROM – это практически неизнашиваемое компактное устройство для хранения большого объема информации. Наиболее удачные области их применения – запись мультимедийных программ (использующих звуки, рисунки, анимацию, графики, видео), а также хранение архивных данных и программных дистрибутивов. По оценкам специалистов, в ближайшем будущем CD-ROM будет стандартным типом внешней памяти для персональных компьютеров.

Первые компакт-диски (CD) возникли как альтернатива виниловых дисков при записи музыки. Диски, используемые для записи цифровой информации в компьютерных форматах, называются CD-ROM (Compact Disk – Read Only Memory) и имеют такую же физическую природу. Они представляют собой диск диаметром 120 мм, толщиной 1,2 мм с центральным отверстием диаметром 15 мм. Средняя область диска шириной 33 мм, предназначенная для хранения данных, представляет собой единый трек, закрученный в виде спирали. Цифровые данные хранятся в виде чередующихся между собой по ходу спирали ямок, нанесенных на поверхности полиуглеродного пластика, и ровных областей. Поверх этого пластикового слоя для лучшего отражения напыляется тонкий слой алюминия или золота, который также покрывается защитным слоем прозрачного пластика. Стандартные CD могут хранить до 650 Мбайт цифровой информации.

Существует несколько технологий записи CD-ROM:

– технология массового производства, напоминающая технологию производства грампластинок (методом штамповки);

– технология записи с использованием устройства CD-Recorder (CD-R), в которых информация прожигается высокоэнергетическим лазерным лучом. Диски, которые можно записывать на CD-R, значительно дороже, чем штампованные диски. Существуют CD-R, поддерживающие режим многократной дозаписи на один диск (информация записывается на свободное пространство диска). Для чтения такого CD-ROM необходим специальный CDD. CD-ROM разрешает только однократную запись информации, считывание ее производится оптическим методом с помощью лазерного луча.

Известны следующие стандарты на компакт-диски: Red Book, Yellow Book, Green Book, XА, Orange Book, White Bоок. Приводы CD-ROM впервые появились как внешние устройства. В настоящее время их делают, в основном, как внутренние компоненты РС размером 5,25".

В настоящее время большинство производимых CDD имеют возможность подключения через интерфейсы IDE, EIDE, SCSI. Подключение производится либо через специальную карту сопряжения, либо к одной из имеющихся в персональном компьютере карт расширения, поддерживающих работу CDD. Такую возможность предоставляют, например, звуковые карты, а также контроллеры IDE, EIDE или SCSI, встроенные в системную плату. Важной характеристикой приводов CD-ROM является скорость обмена данными, которая определяется скоростью вращения диска. Первые дисководы имели ту же скорость вращения, что и аудиодисководы, что соответствует скорости передачи данных 150 Кбайт/с. Поскольку такой скорости оказалось явно недостаточно для работы с разнородной информацией, используемой в мультимедиа-приложениях, вскоре появились CDD с удвоенной, утроенной и т.д. скоростью вращения. В настоящее время специалисты рекомендуют использовать 4-х или 6-скоростные CDD, возможностей которых вполне хватает для большинства современных программных продуктов.

Практически каждый CDD имеет встроенный цифро-аналоговый преобразователь и выходной разъем для вывода стереофонических сигналов. Внешние CDD также имеют разъем для подключения высококачественных наушников. Подобные устройства позволяют прослушивать на персональном компьютере аудио-CD.

Магнитооптические диски

Магнитооптический (Magneto-Optical) дисковод предназначен для записи/чтения специальных магнитооптических дисков (МОД) большой емкости. Принцип устройства MOД подобен CD-ROM, но между слоем носителя и рефлектором нанесено дополнительное напыление. В качестве головки записи/чтения у дисковода служит лазер, который при записи нагревает отдельные участки поверхности диска до температуры около 150 °С. Вследствие этого, элементы промежуточного слоя взаимодействуют друг с другом и после охлаждения намагничиваются. Запись осуществляется за два прохода. В первый проход мощный луч лазера стирает ранее записанную информацию. При чтении применяют лазерный луч небольшой мощности. Механизм чтения основан на эффекте Керра, заключающемся в том, что свет, отраженный от участков, имеющих различную поляризацию магнитного поля, тоже поляризован по-разному. Существует два основных формата магнитооптических дисков – односторонние 3,5" и двусторонние 5,25". Кроме того, существуют диски MD Data размером 2,5", разработанные фирмой Sопу и 12" – фирмы Maxell. 3.5" MOД похожи на соответствующие дискеты, только в 2 раза толще. Стандартные емкости для них - 128 и 230 Мбайт. Уже появились образцы емкостью 640 Мбайт.

У 5,25" дисков обе стороны рабочие. Их стандартные емкости 600 и 650 Мбайт, 1,2 и 1,3 Гбайт (двойной плотности). Минидиски 2,5" имеют емкость140 Мбайт, а 12" - до 7 Гбайт.

Магнитооптические диски могут быть перезаписываемыми, записываемыми однократно, только читаемыми и частично читаемыми (то есть часть диска перезаписываемая, а часть служит только для чтения после однократной записи). К достоинствам MOД относятся их прочность, устойчивость к электромагнитным полям, большое время хранения, небольшие размеры при большой емкости. К недостаткам относятся достаточно высокая цена и большое время доступа к данным.

Стримеры

Стримеры (рис. 9.2.) являются наиболее простым и доступным средством для создания резервных копий файлов. Запись информации производится на магнитную ленту с помощью лентопротяжного механизма, работающего в инерционном режиме. При этом стоимость хранения информации очень низка. Однако на поиск конкретных разделов на магнитной ленте уходит достаточно много времени. Существует несколько стандартов записи информации в стримерах. Стримеры, соответствующие стандарту QIC-40 или QIC-80, часто называют просто «floppy tape». Такой стример может подключаться к компьютеру, используя для этого уже существующий в самом компьютере контроллер флоппи-дисков. Преимущества такого технического решения очевидны. Во-первых, в этом случае отпадает нужда в собственном контроллере для стримера и, во-вторых, экономятся слоты расширения на системной плате. Скорость передачи данных при этом не превышает 500 Кбайт/c.

Рисунок 9.2.

Стриммер

 

Стримеры, соответствующие другим стандартам QIC, например, QIC-120, QIC-150, QIC-525, QIC-3040 используют SCSI-контроллеры, а отвечающие QIC-3010 – IDE. Это позволяет достигать более высоких скоростей обмена (от 2 до 10 Мбайт/c) и довести объём хранимых на ленте данных до 340 Мбайт, а при использовании компрессии – до 680 Мбайт. Стандарт QIC-3020 определяет ёмкость картриджа до 670 Мбайт без компрессии и 1,3 Гбайта при её использовании. Спецификация Wide QIC увеличивает ёмкость картриджа в 1,7 раза. Технология TRAVAN предусматривает увеличение ёмкости картриджа свыше 15 Гбайт.

Дигитайзеры

Дигитайзер (рис. 9.3.) предназначен для профессиональных графических работ.

Рисунок 9.3.

Дигитайзер

С помощью специального программного обеспечения он позволяет преобразовывать движение руки оператора в формат векторной графики. Первоначально дигитайзер был разработан для приложений систем автоматизированного проектирования, так как в этом случае необходимо определять и задавать точное значение координат большого количества точек. В отличие от мыши дигитайзер способен точно определять и обрабатывать абсолютные координаты. Дигитайзер состоит из специального планшета являющегося рабочей поверхностью и, кроме этого, выполняющего разнообразные функции управления соответствующим программным обеспечением, и светового пера или, чаще, кругового курсора, являющихся устройствами ввода информации. Одной из разновидностей дигитайзера является графический или рисовальный планшет. Он представляет собой панель, под которой расположена электромагнитная решетка. Если провести по его поверхности специальным пером, то на экране монитора появится штрих. В планшете реализован принцип абсолютного позиционирования: изображение, нарисованное в левом нижнем угла планшета, появится в левом нижнем углу экрана монитора. Обычно рисовальные планшеты имеют размеры коврика для мыши, но рабочая поверхность несколько меньше.

Имеются планшеты, обладающие чувствительностью к нажиму, с помощью которых, регулируя нажим, можно получать на экране линии различной толщины. Специальная пластмассовая пленка, прилагаемая к планшету, позволяет копировать подложенные под нее изображения на бумажных оригиналах. Планшеты подключаются к последовательному порту персонального компьютера. Графический планшет может иметь различные форматы: от А2 – для профессиональной деятельности и меньше – для более простых работ.

Плоттеры

Плоттер (графопостроитель) – это устройство (рис.9.4.) автоматического построения диаграмм или других изображений, вырисовываемых линиями. Его появление обязано развитию систем автоматизированного проектирования, так как результат работы практически любого такого пакета программ – это комплект конструкторской и технологической документации.

Рисунок 9.4.

Плоттер

Плоттеры можно разбить на два большие класса:

– планшетные, для формата А3 - А2, с фиксацией листа электростатическим способом и пишущим узлом, перемещающимся в двух координатах (на плоскости);

– стоечные (рулонные), с шириной бумаги формата А1 или А0, роликовой подачей листа, механическим или вакуумным прижимом и с пишущим инструментом, перемещающимся по одной координате.

Такие плоттеры используют рулоны бумаги длиной до нескольких десятков метров. Плоттеры различаются также по типу пишущего узла. Большинство плоттеров имеют пишущий узел перьевого типа (Pen-plotter). Они используют специальные фломастеры или ручки с возможностью их автоматической замены.

Существуют разновидности плоттеров с пишущим узлом струйного типа, а также использующие эффект притягивания частиц краски электростатическим зарядом. Большинство струйных аппаратов обеспечивают печать графических файлов формата TIFF, BMP, PCX. Стандартным языком управления для плоттеров является HP-GL (Hewlett-Packard Grafics Language), а типовым интерфейсом – последовательный RS232 (скорость передачи данных до 38,4 Кбайт/с). На базе перьевых плоттеров было создано еще одно периферийное устройство – cutter, в котором пишущий узел заменен на режущий инструмент. Такое устройство использует специальную полимерную пленку или бумагу на самоклеющейся основе и применяется для создания рекламно-информационной продукции (ярлыки, наклейки и т.п.).

Видеобластеры

Видеобластер (видеокарта ввода-вывода) – это устройство, предназначенное для ввода в персональный компьютер видеоинформации, а также для вывода из компьютера видеоинформации на внешние устройства (например, видеомагнитофон). Видеобластер не заменяет видеоадаптер, служащий для вывода информации на экран монитора, а устанавливается дополнительно.

Некоторые видеобластеры, называемые мультимедиа-ускорителями, кроме ускорения обычных графических операций, могут выполнять ряд функций по обработке видеоданных. Мультимедиа-ускорители, как правило, представляют собой 32-х и 64-разрядные графические контроллеры. Эти карты оснащаются объемом видеопамяти более 2 Мбайт, характеризуются поддержкой повышенных частот вертикальной развертки (более 100 Гц), стандартов DPMS, DDC и DCI, поддержкой воспроизведения цифрового видео и ускорением трехмерных графических операций.

Ниже перечислены наиболее важные функции, выполняемые видеобластером.

1) Frame Grabbing – оцифровка и сохранение отдельного кадра. Характеристики функции: разрешение, количество цветов, наличие цифровых фильтров, количество поддерживаемых форматов графических файлов, способы компрессии оцифрованного кадра.

2) Movie Grabbing – оцифровка и сохранение движущегося изображения (последовательности кадров). Характеристики функции: разрешение, количество кадров в секунду, количество цветов, наличие/отсутствие аппаратного ускорителя (Motion-JPEG, Indeo, AVI), возможность продолжительной записи на диск, совместимость с форматами AVI и QuickTime.

3) Live Video in a Window – функция позволяет оперативно просматривать созданные видеосюжеты или исходный материал на экране монитора. В этом режиме видеобластер управляет работой видеоадаптера без участия центрального процессора.

4) TV-тюнер, телетекст – функция позволяет превратить компьютер в телевизор. Характеристики функции: возможность выбора ТВ-программ через программное обеспечение, поддерживаемые телевизионные стандарты, возможность захвата телевизионных кадров.

5) Hard Disk Editing – нелинейный (цифровой) монтаж. Когда видео оцифровано и находится на винчестере, то появляется возможность его редактирования, создания спецэффектов, внутрикадрового и межкадрового изменения. Подобная функция реализуется совместно со специальным программным обеспечением. Простые видеоэффекты, например микширование, может осуществляться в реальном масштабе времени с аналоговым сигналом за счет аппаратных возможностей видеобластера.

6) Tape Editing – линейный (аналоговый) монтаж. Эта функция позволяет работать непосредственно с аналоговым сигналом, записанным на видеопленку. Компьютер при этом используется только в качестве генератора спецэффектов, титров, графики. Характеристики данной функции: возможность микширования и создания спецэффектов, качество изображения, возможность воспроизведения Video-CD.

7) MPEG Decoding – представляет возможность воспроизведения Video-CD, кодированной по технологии MPEG. Характеристики функции: качество воспроизводимого изображения, возможность просмотра видео на мониторе.

Одна из основых проблем, которые приходится решать при работе с видеоинформацией, это проблема сжатия огромных массивов данных. Сжатие данных производится для того, чтобы согласовать их потоки с производительностью компьютера. Существуют два способа сжатия (компрессии) данных:

– сжатие без потери информации, при котором объем данных уменьшается так, что при его восстановлении (декомпрессии) достигается исходное качество;

– сжатие с потерей информации, при котором достигается большая степень сжатия, но восстановить исходное качество не удается. К этому методу сжатия данных относятся Video 1, Indeo, JPEG, MPEG.

Звуковые платы

Звуковая карта – неотъемлемая принадлежность мультимедийного компьютера. Ее наличие позволяет не только озвучивать игры, но и превратить персональный компьютер в музыкальную студию.

Звуковая карта вставляется в свободный слот расширения компьютера и позволяет осуществлять запись, воспроизведение и синтез звука. Встроенный синтезатор помогает воспроизводить сложные звуковые эффекты, не загружая при этом центральный процессор. К таким картам обычно можно подключить микрофон, колонки, наушники, джойстик и привод компакт-диска.

При записи звука в PC звуковая карта осуществляет преобразование непрерывного электрического аналогового сигнала, несущего информацию о звуке, в двоичный цифровой код. Преобразования аналогового сигнала в цифровую форму осуществляется с помощью аналого-цифрового преобразователя, основными характеристиками которого являются частота и разрядность квантования. Частота квантования показывает, сколько раз в секунду происходит измерение сигнала. Обычно она лежит в пределах от 4 до 48 кГц. Разрядность характеризует, с какой точностью производится измерение. Так, например, 8-разрядные звуковые карты могут измерять сигнал с точностью 1/256 от его максимальной величины. Наибольшее распространение получили 16-разрядные звуковые карты.

На звуковой карте размещены два принципиально различных устройства воспроизведение звука: синтезатор и плеер. Плеер воспроизводит звук аналогично цифровой аудиотехнике, используя обратное преобразование цифрового кода в аналоговый сигнал с помощью цифро-аналогового преобразователя. Синтезатор служит для синтеза звуков и может использовать либо FM-синтез либо WT-синтез. Характеристики синтезатора можно определить по тому, какому стандарту соответствует звуковая карта: GM, GS или XG.

Управляющие сигналы для синтеза звука могут поступать на звуковую карту не только от персонального компьютера, но и от внешнего устройства, подключаемого к звуковой карте через специальный MIDI-интерфейс. MIDI-сообщение содержит не запись музыки, а ссылки на ноты определенных инструментов. В свою очередь персональный компьютер может, используя MIDI-интерфейс, управлять различными электронными инструментами.

Первыми наиболее удачными звуковыми картами, обеспечивающими воспроизведение естественного звука, стали Sound Blaster фирмы Creative Labs. Из-за их широкого распространения так стали называть все звуковые карты.

В новейшие звуковые карты входят специальные процессоры DSP и ASP. Они осуществляют цифровую компрессию/декомпрессию звуковых сигналов, расширяют базу стереозвука, создают различные звуковые эффекты и эффект объемного звучания.

Специальные программы позволяют проигрывать на персональном компьютере музыкальные файлы, записанные в MIDI-формате (c расширением.MID). Во время проигрывания файлов с расширением.MID центральный процессор может выполнять другие операции.

Акустические системы

Колонки (акустические системы) стали использоваться в составе персональных компьютеров относительно недавно – с развитием мультимедийных приложений. Они имеют небольшую мощность (2-15 Вт) и подключаются к внешнему разъему звуковой платы. Компьютерные акустические системы снабжаются регуляторами громкости, высоких и низких частот. На некоторых колонках располагаются выходы на наушники и проходной разъем микрофона.

Для подключения к компьютеру обычных аудиоколонок следует обратить внимание на следующее:

– необходимо согласовать разъемы колонок и звуковой карты;

– при использовании пассивных колонок не удастся добиться хорошего звука, так как звуковая плата не обладает мощным внутренним усилителем;

– высокочастотные и низкочастотные излучатели этих колонок создают магнитные наводки на компьютер, что может отразиться на работе монитора (специальные мультимедийные компьютерные колонки имеют магнитный экран).

В последнее время все более популярными становятся колонки с эффектом пространственного звучания; они создают ощущение направленности звука.

Трекболы

Трекбол (рис. 9.5.) – это устройство ввода информации, которое можно представить в виде перевернутой мыши с шариком большого размера. Принцип действия и способ передачи данных трекбола такой же, как и мыши. Наиболее часто используется оптико-механический принцип регистрации положения шарика. Подключение трекбола, как правило, осуществляется через последовательный порт.

Рисунок 9.5.

Трекбол

 

Основные отличия от мыши:

– стабильность положения за счет неподвижного корпуса;

– отсутствие площадки для движения, так как позиция курсора рассчитывается по вращению шарика.

Трекбол чаще всего используют в компактных компьютерах Laptop или Notebook.

Джойстики

Джойстик является координатным устройством ввода информации и наиболее часто применяется в области компьютерных игр и компьютерных тренажеров. В компьютерных тренажерах обычно используются аналоговые джойстики, в то время как в игровых компьютерах – цифровые. Аналоговые джойстики обеспечивают более точное управление, что очень важно для программных приложений, в которых объекты должны точно позиционироваться.

Для удобства работы конструкция джойстика должна быть достаточно прочной и устойчивой. Джойстик подключают к внешнему разъему карты расширения, имеющей соответствующий порт.