Накопители на оптических дисках

Рисунок 9. Компакт-диск однократной записи фирмы Verbatim

Принцип действия накопителя на оптическом диске таков: Точно сфокусированный лазерный луч отражается от поверхности пластмассового диска. Информация записывается в виде углублений на спиральной дорожке. Отраженный модулированный свет попадает в фотоприемник и затем преобразуется в стандартный сигнал. На диске данные записываются на очень узкую (в 100 раз тоньше человеческого волоса) спиральную дорожку, полная длина которой составляет 5 км. Любой диск имеет прозрачную поликарбонатную подложку, которая придает ему жесткость, отражающий металлический слой и защитный слой акрилового пластика (на нем печатается этикетка). Технология лазерных дисков развивается в нескольких направлениях. Это CD и DVD-носители.

· CD-ROM (Compact Disk – Read Only Memory, или компакт-диск, на который невозможно что-либо дописать или что-либо с него стереть). Основное предназначение CD-ROM – «вечное» хранение единожды записанной на него информации, ну а для считывания данных, что на него записаны, используются соответствующие устройства – приводы или накопители CD-ROM.

Рисунок 10
. Накопитель CD-ROM Samsung SC-152L 52x

На компакт-диске может храниться самая разнообразная информация. Например, системное и прикладное программное обеспечение, справочники и мультимедиа-энциклопедии, различные книги и учебные программы, компьютерные игры и архивы баз данных, фото или видеоизображения, звуковые файлы и т. д. и т. п. Любая информация, которая хранится на CD-ROM, практически не подвержена разрушительному воздействию магнитных и электрических полей, а также в значительно меньшей степени подвергается разрушению в результате естественного старения материала носителя, чем магнитные носители информации.

Организация данных на CD-ROM ничем не отличается от магнитных носителей. Все та же двоичная форма представления файлов и все та же древовидная структура файловой системы. На один компакт-диск диаметром 120 мм можно уместить 650-700 Мбайт информации, а на диск диаметром 80 мм – 180-200 Мбайт. Стандартная толщина CD-ROM-диска равна 1, 2 мм. Сами диски изготавливают из прозрачного пластика, который одновременно является дополнительным защитным слоем. На пластиковую поверхность напыляют отражающий металлический слой из алюминия или, что достаточно редко, из золота. Фабричная запись информации на диск происходит путем штамповки, выдавливания несущих информацию дорожек. Для этого применяется специальная матрица, так называемый «мастер-диск». После чего поверхность диска защищают защитной пленкой из специального прозрачного лака.

Представление информации на диске, чтобы она была понятна компьютеру, происходит в виде чередования углублений в дорожках диска. Сами дорожки наносятся на металлическую поверхность диска. Такие углубления называют «питами» (от англ. Pit), а поверхность металлического слоя – «лэнд» (Land). Как известно, информация представляется в виде нолей и единиц. Так вот, логический ноль может быть представлен на диске как в виде пита, так и в виде лэнда. Логическая же единица представляется в виде перехода между ними.

Через весь компакт-диск, от центра к краю, проходит единственная дорожка спиралевидной формы. Ширина этой «тропинки» равна 0, 4 мкм, а промежуток между витками – 1, 6 мкм. Поверхность CD-ROM, в соответствии со стандартом ISO 9660, разбита на три области. Область ближе к центру называется входной директорией (Lead-In). Именно она считывается первой. Ширина этой области равна 4 мм. На ней записано оглавление диска ТОС (Table of Contents), таблица адресов всех записей а также метка диска и некоторая другая информация. Каждый Lead-In занимает 4500 секторов (около 9 Мб) на СD. Основная информация, то есть сама файловая система, записана в средней области диска шириной 33 мм. И выходная директория (Lead-Out), которая содержит лишь метку конца диска образует завершающее, третье кольцо CD-ROM. Lead-Out диска занимает 6750 секторов (около 13 Мб).

Что касается самого привода CD-ROM, то его основными элементами являются: электродвигатель, лазерный излучатель, блок оптических линз и датчиков и электронная схема, выполненная на базе микропроцессора. Именно она отвечает за считывание и декодирование информационных потоков, а также за управление механикой привода.

Представить, как работает CD-ROM-привод, несложно. Понятно, что электродвигатель раскручивает диск, лазерный излучатель посылает световой пучок, который, проходя через оптическую систему привода, фокусируется на отражающей поверхности диска. Отражаясь от металлического слоя диска, луч проходит через призму, после чего улавливается специальным датчиком. Далее луч анализируется и преобразуется в понятный машине код из нулей и единиц. Наверное, ясно, что отраженный от пита и от лэнда луч имеет различную интенсивность, за счет чего и распознается обработчиком по-разному. Основные характеристики CD-приводов:

· CD-R (Compact Disk – Recordable или компакт-диск однократной записи), CD-RW (Compact Disk – ReWritable или компакт-диск многократной перезаписи).

Рисунок 11. Накопитель CD-RW Plextor PX-W2410TA 24x/10x/40x

Ресурс перезаписи одного диска для CD-RW составляет примерно несколько тысяч циклов. Диски однократной и многократной записи в обиходе называют " болванками" и внешне они ничем не отличаются от обычных компакт-дисков, но устройство у них разное.

У CD-R/RW-дисков отражающий слой чаще всего состоит из золотой или серебряной пленки. Между такой пленкой и основой из поликарбоната расположен специальный слой из органического материала. Изменения структуры специального слоя происходят под действием лазерного луча. При нагревании он темнеет и перестает пропускать луч лазера к отражающему слою. Образовавшиеся темные участки называют питами.

Отличие структуры дисков CD-R от CD-RW – в разнице материалов органической пленки промежуточного слоя. Возможность перезаписи заключается в использовании физических свойств этой пленки. Нагреваясь под действием лазера выше критической температуры, она переходит в аморфное состояние и остается в нем после остывания. При нагреве до температуры значительно ниже критической происходит кристаллизация, и пленка восстанавливает свое изначальное состояние. В результате этих физических процессов меняется прозрачность слоя.

Органический материал специального слоя очень чувствителен к солнечному свету. При длительном воздействии он окисляется и теряет свои свойства. Также он чувствителен к ударам и деформациям.

Для проигрывания этих дисков используются CD-RW-приводы. Сейчас распространены, в основном, CD-RW+DVD-накопители, которые позволяют записывать CD-R, CD-RW-диски, а также считывать DVD-диски.

· DVD-ROM

Первоначально аббревиатура DVD расшифровывалась, как digital video disc, это оптические диски с большой емкостью. Эти диски используются для хранения компьютерных программ и приложений, а так же полнометражных фильмов и высококачественного звука. Поэтому, появившаяся несколько позже расшифровка аббревиатуры DVD, как digital versatile disc, т.е. универсальный цифровой диск – более логична.

Рисунок 12. Накопитель DVD-ROM ASUS E612 12x

Способ хранения информации у DVD такой же, что и у CD, да и внешне диски и дисководы не отличаются друг от друга. Вдоль спиральной дорожки на отражающей металлической подложке расположены углубления и выступы. При считывании луч лазера скользит вдоль этих выступов и углублений, а отраженный луч интерпретируется приемным устройством в виде последовательности нолей и единиц. Сама отражающая подложка покрыта защитным слоем пластика, предохраняющего рабочий слой от повреждения. Отличие DVD-диска от CD – в плотности записанной информации. Для DVD был разработан новый полупроводниковый лазерный излучатель, использующий для работы меньшую длину волны (650-635 нм), чем лазер дисковода CD (780 нм). После этого удалось значительно уменьшить минимальный размер углубления (0, 4 мкм вместо 0, 83 мкм) и расстояние между витками спирали (0, 74 мкм вместо 1, 6 мкм). Дополнительно был разработан новый протокол коррекции ошибок.

Снаружи, диски DVD выглядят также как и CD-диски. Однако возможностей у DVD гораздо больше. Диски DVD могут хранить в 26 раз больше данных, по сравнению с обычным CD-ROM. Имея физические размеры и внешний вид, как у обычного компакт-диска или CD-ROM, диски DVD стали огромным скачком в области емкости для хранения информации. По сравнению со своим предком, вмещающим 700 MB данных, стандартный однослойный, односторонний диск DVD может хранить 4.7GB данных. Но это не предел – DVD могут изготавливаться по двухслойному стандарту, который позволяет увеличить емкость хранимых на одной стороне данных до 8.5GB. Кроме этого, диски DVD могут быть двухсторонними, что увеличивает емкость одного диска до 17GB.

Существуют следующие структурные типы DVD-дисков:

1. Single Side/Single Layer (односторонний/однослойный) – это самая простая структура DVD диска. На таком диске можно разместить до 4.7 Гб данных.

2. Single Side/Dual Layer (односторонний/двуслойный) – на непрозрачный первый слой нанесен полупрозрачный второй, а считывание происходит путем поочередной фокусировки луча лазера на одном из слоев. На таком диске можно разместить 8.5 Гб данных, т.е. на 3.5 Гб больше, чем на однослойном/одностороннем диске.

3. Double Side/Single Layer (двусторонний/однослойный) – на таком диске помещается 9.4 Гб данных (по 4.7 Гб на каждой стороне). Нетрудно заметить, что емкость такого диска вдвое больше одностороннего/однослойного DVD диска. Между тем, из-за того, что данные располагаются с двух сторон, придется переворачивать диск или использовать устройство, которое может прочитать данные с обеих сторон диска самостоятельно.

· DVD-R, DVD-RW(DVD+RW), DVD-RAM, DVD-Video, DVD-Audio

В производстве и DVD-R точно так же как и при изготовлении CD-R, используются органические полимеры. Такие диски легко совмещаются практически со всеми моделями DVD-приводов и плейеров. Емкость первого поколения таких дисков была 3, 95 Гбайт, но этого изготовителям показалось мало, и чуть позже для новых дисков емкость удалось довести до 4, 7 Гбайт.

DVD-RW, известные ранее под именем DVD-R/W или DVD-ER, – стираемые диски со сменой фазы, разработанные фирмой Pioneer на основе DVD-R. Этот вид дисков использует ту же плотность дорожек, длину битов и воспроизводится почти во всех относительно новых DVD-приводах, а первоначальная емкость таких дисков составляла 4, 7 Гбайт.

DVD-RAM, со своей «смешной» первоначальной емкостью 2, 58 Гбайт, использует технологию, которая применяется при изготовлении магнитооптических дисков, а потому – не совместим с существующим оборудованием. Односторонние диски DVD-RAM выпускаются как в картриджах, запечатанных и позволяющих извлечь диск, так и без картриджей. (Кстати говоря, записать диск можно только тогда, когда он находится в картридже.) Двухсторонние диски DVD-RAM бывают только в запечатанных картриджах. Сегодняшняя емкость 9, 4 Гб.

DVD+RW. Еще одна разновидность перезаписываемых дисков, предложенная фирмами Philips, Sony и Hewlett-Packard, основывается на технологиях DVD и CD-RW. Накопители DVD+RW читают диски DVD и CD, а также позволяют записывать CD-R/RW. Накопители DVD+RW несовместимы с DVD-RAM. Сегодня эти накопители получают наибольшее распространение.

DVD+R. Простая, записываемая болванка формата DVD+R, появилась после DVD+RW. DVD+R по сути своей мало, чем отличается от DVD+RW.

DVD-Video. Появился самым первым и содержит в себе видеоинформацию

DVD-Audio. Аналог DVD-Video, использующий аудиоинформацию.

· Накопители на магнитной ленте  

Рисунок 13. Накопитель на магнитной ленте

Стример (англ. tape streamer) – устройство для резервного копирования больших объёмов информации. В качестве носителя здесь применяются кассеты с магнитной лентой ёмкостью 1 – 2 Гбайта и больше.

Стримеры позволяют записать на небольшую кассету с магнитной лентой некоторое количество информации. Встроенные в стример средства аппаратного сжатия позволяют автоматически уплотнять информацию перед её записью и восстанавливать после считывания, что увеличивает объём сохраняемой информации.

Недостатком стримеров является их сравнительно низкая скорость записи, поиска и считывания информации.

В последнее время всё шире используются накопители на сменных дисках, которые позволяют не только увеличивать объём хранимой информации, но и переносить информацию между компьютерами. Объём сменных дисков – от сотен Мбайт до нескольких десятков Гигабайт.

4. Контроллеры (адаптеры)  

Формы представления данных и управляющих сигналов, используемые в разных устройствах ПК, существенно различаются. Это естественно, так как существенно различны функции устройств, физические принципы их работы, формы взаимодействия с человеком. Так, данные, считываемые с дискеты, представляются последовательностью электрических импульсов, каждый из которых несет значение одного бита.

Те же данные в системной шине изображаются комбинацией тридцати двух одновременно передаваемых импульсов.

Ясно, что для поддержки взаимодействия устройств необходимо выполнять преобразование форм представления информации. Эту задачу решают специальные устройства, называемые адаптерами. Конструктивно они оформляются в виде печатных плат, которые, с одной стороны, имеют стандартный разъем для сопряжения с шиной, а с другой – специфический разъем (или разъемы) для связи с соответствующим устройством. На самой плате размещаются микросхемы и другие элементы, которые и выполняют необходимые преобразования. Следует отметить, что по мере совершенствования элементной базы складываются предпосылки уменьшения потребности в адаптерах, так как часть «обязанностей» по преобразованию сигналов берут на себя электронные схемы управления самих устройств (к примеру, тех же накопителей), а некоторые из согласований выполняют микросхемы, установленные на системной плате. Тем не менее, сегодня в номенклатуре адаптеров устойчиво фигурируют: видеоадаптеры (они же – видеокарты, видеоплаты), адаптеры ввода-вывода, сетевые адаптеры (сетевые карты), звуковые платы (аудиокарты), модемы.

Итак, контроллер (адаптер) – устройство, которое связывает внутренние и внешние устройства компьютера с центральным процессором, освобождая процессор от непосредственного управления функционированием данного оборудования.

Контроллеры существуют для всех устройств, не расположенных на материнской плате. Рассмотрим самые важные и часто используемые контроллеры:

· Видеокарта  

Рисунок 14. Видеокарта Ge Force3 Ti 200 128 Mb

Видеокарта (видеоадаптер, видеоконтроллер) – это электронная плата, которая обрабатывает видеоданные (текст и графику) и управляет работой дисплея: посылает в дисплей сигналы управления яркостью лучей и сигналы развертки изображения. Видеоконтроллер отвечает за вывод изображения из видеопамяти, регенерацию ее содержимого, формирование сигналов развертки для монитора и обработку запросов центрального процессора.

Видеоадаптер – это устройство, преобразующее набор данных, подлежащих отображению на экране, в видеосигнал, посылаемый монитору по кабелю.

 

 

 

На экране необходимо

сформировать изображение

буквы (темное на светлом фоне)   

Видеосигнал           

        Строчные синхроимпульсы

Рисунок 15.  Принцип преобразования кодов символов в видеосигнал

В чем суть этого преобразования? Известно, что изображение на экране монитора, так же как и телевизора, складывается из отдельных точек. Точки формируются электронным лучом, траектория которого на экране в результате воздействия горизонтальной и вертикальной разверток представляет собой несколько сот горизонтальных линий[7]. Управляя интенсивностью электронного луча, можно управлять яркостью отображаемой точки. Таким образом, для создания на экране требуемого изображения, (например, буквы) необходимо соответствующим образом модулировать электронный луч, а для этого хранимые в ОЗУ коды символов приходится предварительно преобразовывать в видеосигнал. Схематически этот процесс показан на рисунке 15.

Компьютер на одной плате – так с полным основанием можно назвать, пожалуй, самую сложную и многофункциональную из входящих в состав компьютера плат. Конечно же, речь идет именно о видеокарте.

Работа с графикой – одна из самых трудных задач, которые приходится решать компьютеру. Сложные изображения, миллионы цветов и оттенков …. Поэтому нет ничего удивительного, что для этой работы приходится устанавливать в компьютер фактически второй мощный процессор, «разгружающий» центральный процессор.

Современная видеокарта, кроме работы с обычной (двухмерной, 2D) графикой поддерживает объемную, трехмерную графику (3D). Кроме того, у многих видеокарт есть множество дополнительных функций – например, прием изображения с внешнего источника – видеокамеры, видеомагнитофона или телевизионной антенны (эти операции выполняют соответственно видеовход и ТV-тюнер), вывод изображения на внешние устройства – телевизор или видеомагнитофон (видеовыход). Наконец, современной видеокарте приходится заниматься еще и декодированием «сжатого» видеосигнала», поступающего с дисков VideoCD или DVD.

· Аудиокарта  

Рисунок 16. Аудиокарта Sound Blaster Audigy

Аудиоадаптер (аудиокарта или звуковая плата) – это специальная электронная плата, которая позволяет записывать звук, воспроизводить его и создавать программными средствами с помощью микрофона, наушников, динамиков, встроенного синтезатора и другого оборудования.

Аудиоадаптер содержит в себе два преобразователя информации:

· аналого-цифровой, который преобразует непрерывные (то есть аналоговые) звуковые сигналы (речь, музыку, шум) в цифровой двоичный код и записывает его на магнитный носитель;

· цифро-аналоговый, выполняющий обратное преобразование сохранённого в цифровом виде звука в аналоговый сигнал, который затем воспроизводится с помощью акустической системы, синтезатора звука или наушников.

 

· Сетевая карта  

Рисунок 17. Сетевая карта

Сетевая карта (сетевой адаптер) – это плата расширения, вставляемая в разъем материнской платы компьютера, которая служит для подключения компьютера к сети.

Блок питания

Основной характеристикой БП является мощность. Стандартная мощность блока питания современного компьютера составляет 300 Вт или 400 Вт.

Задача блока питания – это преобразование напряжения сети 220 Вт (110 Вт) в напряжения питания конструктивных элементов компьютера: +12 В при токе 3, 5 –10 А для питания двигателей устройств (флоппи-дисковода, винчестера, CD-ROM и др.) и +5 В при токе от 10А до 20А для питания всех электронных цепей компьютера.

Блок питания преобразует переменное напряжение электросети в постоянное напряжение различной полярности и величины, необходимое для питания системной платы и внутренних устройств.

Рисунок 18. Стандартный блок питания ПК

6. Корпус

Рисунок 19. Корпус EuroСase MD606

Корпус – это часть системного блока компьютера, его оболочка, в которой находятся все основные устройства ПК. Корпус обычно поставляется вместе с блоком питания.

Порты

Порт – это разъём, через который можно соединить системную плату компьютера с внешним устройством.

Для согласования интерфейсов периферийные устройства подключаются к шине не напрямую, а через свои контроллеры (адаптеры) и порты примерно по такой схеме:

Порты устройств представляют собой некие электронные схемы, содержащие один или несколько регистров ввода-вывода и позволяющие подключать периферийные устройства компьютера к внешним шинам микропроцессора.

Различают следующие типы портов:

· Последовательный (COM) порт. Служит для подключения к компьютеру достаточно " медленных" устройств – мыши, модема и т.д. Разъемы последовательных портов могут быть двух типов: 25-контактные и 9-контактные. для перехода от 9 к 25 контактному разъему используют переходники. Различные переходники могут использоваться и в некоторых других случаях.

· Параллельный(LPT) порт. Служит для подключения к компьютеру более " быстрых" устройств – принтера, сканера и т.д.

· Порт PS/2. Служит для подключения клавиатуры и мыши.

· Игровой(MIDI) порт. Служит для подключения джойстика, руля и др. игровых устройств.

· USB порт. Высокоскоростная шина и порт для подключения самых разнообразных устройств, который сейчас призван заменить все остальные.

8. Кабели

С помощью кабелей практически все внешние устройства компьютера: клавиатура, монитор, мышь, модем, принтер и т.д. подсоединяются к системному блоку, а сам системный блок – к розетке электропитания. Также внутри системного блока с помощью кабелей все устройства соединяются с материнской платой и блоком питания. Приводы накопителей подключаются к соответствующим контроллерам также через кабели, правда, несколько иные.

Друг от друга кабели могут отличаться типами соединителей на обоих концах кабеля, количеством используемых в кабеле проводников, тем, как эти проводники связаны с контактами разных соединителей. Причем все проводники могут быть тем или иным образом заключены в металлическую оболочку (экран), а весь кабель может быть покрыт пластиковой защитной оболочкой. Достаточно грубо все кабели различаются на две большие группы:

1. сигнальные кабели (информационные шлейфы), предназначенные в основном для передачи информационных сигналов;

2. кабели питания (power cord), обеспечивающие только электропитание соответствующего устройства.

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться: