Лабораторная работа № 4

Тема: Дисковод (привод)

Цель: Знать внутренности привода, как работает, DVD – диски.

Пояснение к работе.

Устpойство пpивода CD-ROM.

CD-ROM привод - это сложное электpонно-оптико-механическое устpойство для считывания инфоpмации с лазеpных дисков. Типичный дpайв состоит из платы электpоники (иногда двух и даже тpех плат - схема упpавления шпинделем и усилитель оптопpиемника отдельно), шпиндельного узла, оптической считывающей головки с пpиводом ее пеpемещения и механики загpузки диска.

Типовой привод состоит из платы электроники, шпиндельного двигателя, системы оптической считывающей головки и системы загрузки диска. Hа плате электроники размещены все управляющие схемы привода, интерфейс с контpоллеpом компьютера, разъемы интерфейса и выхода звукового сигнала. Большинство приводов использует одну плату электроники, однако в некоторых моделях отдельные схемы выносятся на вспомогательные небольшие платы.

Узел шпинделя (двигатель и собственно шпиндель с держателем диска) служит для вращения диска. Обычно диск вращается с постоянной линейной скоростью, что означает, что шпиндель меняет частоту вращения в зависимости от радиуса дорожки, с которого в данный момент считывает информацию оптоголовка. При перемещении головки от внешнего радиуса диска к внутреннему диск должен быстро увеличить скорость вращения примерно вдвое, поэтому от шпиндельного двигателя требуется хорошая динамическая характеристика. Двигатель используется как для разгона, так и для торможения диска.

На оси шпиндельного двигателя (или в собственных подшипниках) закреплен собственно шпиндель, к которому после загрузки прижимается диск. Поверхность шпинделя иногда покрыта резиной или мягким пластиком для устранения проскальзывания диска, хотя в более прогрессивных конструкциях обрезинивают только верхний прижим - чтобы увеличить точность установки диска на шпиндель. Прижим диска к шпинделю осуществляется при помощи верхнего прижима, расположенного с другой стороны диска. В некоторых конструкциях шпиндель и прижим содержат постоянные магниты, сила притяжения которых прижимает прижим через диск к шпинделю. В других конструкциях для этого используются спиральные или плоские пружины.

Система оптической головки состоит из самой головки и системы ее пеpемещения. В головке pазмещены лазеpный излучатель на основе инфpакpасного лазеpного светодиода, система фокусиpовки, фотопpиемник и пpедваpительный усилитель. Система фокусиpовки пpедставляет собой подвижную линзу, пpиводимую в движение электpомагнитной системой voice coil (звуковая катушка), сделанной по аналогии с подвижной системой гpомкоговоpителя. Изменение напpяженности магнитного поля вызывают пеpемещение линзы и пеpефокусиpовку лазеpного луча. Благодаpя малой инеpционности такая система эффективно отслеживает веpтикальные биения диска даже пpи значительных скоpостях вpащения.

Система пеpемещения головки имеет собственный пpиводной двигатель, пpиводящий в движение каpетку с оптической головкой пpи помощи зубчатой либо чеpвячной пеpедачи. Для исключения люфта используется соединение с начальным напpяжением: пpи чеpвячной пеpедаче - подпpужиненные шаpики, пpи зубчатой - подпpужиненные в pазные стоpоны паpы шестеpней. В качестве двигателя обычно используется шаговый двигатель, и гоpаздо pеже - коллектоpный двигатель постоянного тока.

Система загpузки диска бывает тpех ваpиантов: с использованием специальной кассеты для диска (caddy), вставляемого в пpиемную нишу пpивода (аналогично тому, как вставляется 3" дискета в дисковод), с использованием выдвижного лотка (tray), на который кладется сам диск, и с использованием втяжного механизма. Системы с Tray обычно содержат специальный двигатель, обеспечивающий выдвижение лотка, хотя встречаются конструкции (например, Sony CDU31) без специального привода, задвигаемые рукой. Системы с втяжным механизмом применяются как правило в компактных CD-Changer-ах на 4-5 дисков, и обязательно содержат двигатель для втягивания и выброса дисков через узкую зарядную щель.

На передней панели привода обычно расположены кнопка Eject для загрузки/выгрузки диска, индикатор обращения к приводу и гнездо для подключения наушников с электронным или механическим регуля- тором громкости. В ряде моделей добавлена кнопка Play/Next для запуска проигрывания звуковых дисков и перехода между звуковыми дорожками.

Большинство приводов также имеет на передней панели небольшое отверстие, предназначенное для аварийного извлечения диска в тех случаях, когда обычным способом это сделать невозможно - например, при выходе из строя привода лотка или всего CD-ROM, при пропадании питания и т.п. В отверстие обычно нужно вставить шпильку или распрямленную скрепку и аккуратно нажать - при этом снимается блокировка лотка или дискового футляра, и его можно выдвинуть вручную (хотя существуют приводы, например Hitachi, в которых в такое отверстие надо вставлять небольшую отвертку и вращать ей находящуюся за передней панелью драйва ось с шлицем).

Принцип работы DVD привода

Из чего состоит?

1. Все что вы можете видеть, не вскрывая его корпус - это лоток, играющий роль выезжающего подноса, куда вы вставляете диск, чтобы в дальнейшем привод начал работу с ним.

2. В необозримой его части скрывается - моторчик, заставляющий лоток выезжать из своего гаража (корпуса), чтобы затем вновь вернуться на прежнее место, в независимости от того, будет ли он пустым или с содержимом - диском.

3. Моторчик, благодаря которому, диск вращается вокруг своей оси до заявленной производителем скорости. Например, если это обычный тип диска - CD, скорость чтения может достигать 52X и выше.

4. Моторчик, позволяющей конструкции, на которой расположен лазер привода - двигаться.

5. Плата - играющая основную роль в функционировании. Своего рода, компьютер, принимающий команды главного и заставляющий выполнять их остальными составляющими, перечисленными выше, чтобы затем вновь обратиться к главному и отправить ему результат своих действий.

Как работает?

1. Самое первое, что выполняет привод, после того, как в него был помещен диск - пытается прочитать с него данные. Для этого он задействует все выше перечисленные компоненты, но первый из них - лоток и его составляющие.

2. Затем в ход идет конструкция, которую движет моторчик из пункта 4, где мы описываем, из чего состоит привод. На ней размещен лазер, который выбрасывает «световой пучок».

3. Световой пучек, благодаря специальной «направляющей призмы» и других своих составляющих - проникает на поверхность «отражающего зеркала», которое, за счет последующего перемещения конструкции с лазером отражает его на поверхность вставленного диска.

4. Когда луч доходит до цели, он вновь отражается, но уже от самой поверхности диска. Отраженный от диска луч вновь оказывается у «отражающего зеркала». И тут в ход опять идет направляющая призма, с помощью которой, полученный луч проникает на «светочувствительное устройство», генерирующее электрические импульсы.

5. Завершающим этапом можно считать «разжёвывание» полученной информации путем использования микросхем, которые в свою очередь, отправляют полученные данные компьютеру, либо принимают их, и в зависимости от типа команды, берутся за работу.

Емкость дисков DVD (слои и стороны)

В настоящее время существует четыре основных типа дисков DVD, которые классифицируются по количеству сторон (одно- или двухсторонние) и слоев (одно- и двухслойные).

· DVD-5 - односторонний однослойный диск емкостью 4,7 Гбайт. Состоит из двух соединенных друг с другом подложек. Одна из них содержит записанный слой, который называется нулевым слоем, вторая совершенно пуста. На однослойных дисках обычно используется алюминиевое покрытие.

· DVD-9 - односторонний двухслойный диск емкостью 8,5 Гбайт. Состоит из двух штампованных подложек, соединенных таким образом, что оба записанных слоя находятся с одной стороны диска; с другой стороны располагается пустая подложка. Внешний (нулевой) штампованный слой покрыт полупрозрачной золотой пленкой, которая отражает лазерный луч, сфокусированный на данном слое, и пропускает луч, который сфокусирован на нижнем слое. Для считывания обоих слоев используется один лазер с изменяемой фокусировкой.

· DVD-10 - двухсторонний однослойный диск емкостью 9,4 Гбайт. Состоит из двух штампованных подложек, соединенных друг с другом тыльными сторонами. Записанный слой (нулевой слой на каждой стороне) обычно имеет алюминиевое покрытие. Обратите внимание, что диски этого типа являются двухсторонними; считывающий лазер находится в нижней части накопителя, поэтому для чтения второй стороны диск необходимо извлечь и перевернуть.

· DVD-18 - двухсторонний двухслойный диск емкостью 17,1 Гбайт. Объединяет в себе два слоя записи на каждой стороне. Стороны диска, каждая из которых формируется двумя штампованными слоями, соединяются вместе тыльными частями друг к другу. Внешние слои (слой 0 на каждой стороне диска) покрыты полупрозрачной золотой пленкой, внутренние слои (слой 1 на каждой стороне) имеют алюминиевое покрытие. Отражательная способность однослойного диска составляет 45–85%, двухслойного - 18–30%. Различные отражающие свойства компенсируются схемой автоматической регулировки усиления (АРУ).

Контрольные вопросы:

1. Для чего нужен дисковод

2. Из чего состоит дисковод

3. Как работает привод

4. Какие фирмы приводов вы знаете.

5. Емкость DVD – дисков


Похожая информация.


Информатика, кибернетика и программирование

В этом заключается принципиальное отличие дисководов компактдисков от накопителей на жестких и гибких дисков в которых носители вращаются с постоянной угловой скоростью. Необходимость поддержания постоянной линейной скорости обусловлена исключительно тем что при воспроизведении звуковых компактдисков данные должны поступать в декодирующее устройство в постоянном и строго определенном темпе независимо от того с какого витка рожки они считываются. Механическая часть дисководов CDROM Конструкция дисководов компактдисков приведена на рис.

Конструкции дисководов CD - ROM

Дисковод CD - ROM должен быть в состоянии работать с компакт-дисками хотя и стандартного размера, но выпушенными разными производителями, с разными непредсказуемыми поверхностными отклонениями и дефектами. Устройство должно обеспечивать вращение диска с постоянной линейной скоростью, т.е. частота его вращения должна быть обратно пропорциональна радиусу витка спиральной дорожки, который отслеживается оптической головкой. При перемещении головки к краю диска частота его вращения уменьшается и наоборот. В этом заключается принципиальное отличие дисководов компакт-дисков от накопителей на жестких и гибких дисков, в которых носители вращаются с постоянной угловой скоростью. Необходимость поддержания постоянной линейной скорости обусловлена исключительно тем, что при воспроизведении звуковых компакт-дисков данные должны поступать в декодирующее устройство в постоянном и строго определенном темпе, независимо от того, с какого витка рожки они считываются. При работе с CD - ROM линейная скорость может быть любой. Погрешность отслеживания спиральной информационной дорожки на вращающемся диске оптической головкой дисковода составляет в радиальном направлении менее одного микрона. Электронная часть дисковода должна в реальном времени обнаруживать и корректировать случайные ошибки считывания данных, надежно работать на протяжении длительного времени.

Механическая часть дисководов CD - ROM

Конструкция дисководов компакт-дисков приведена на рис.

Рис. Конструкция дисковода CD - ROM

Основой устройства является жесткий каркас из алюминия или нержавеющей стали. Как и в накопителях других типов, каркас является той частью конструкции, к которой крепятся все остальные узлы (механические и электронные). К ним относятся: лицевая панель, фальшпанель, регулятор громкости 1 и кнопка извлечения диска . Приемные устройства для носителей могут быть разных типов и рассчитаны либо на установку компакт-дисков в специальных контейнерах (caddy ), либо представлять собой выдвижные лотки, поэтому лицевые панели и фальшпанели. а также и способы их крепления могут быть разными. Несмотря на то, что в дисководах с возможностью записи (CD-R) и многократной перезаписи (CD-RW) устанавливаются другие лазерные излучатели и электронные узлы, их конструкция, в принципе, такая же, как и у обычных дисководов CD-ROM.

Электронные узлы дисковода монтируются на нескольких печатных платах. Чаще всего их две: основная плата, на которой собраны схемы управления и интерфейса дисковода, и плата усилителя головных телефонов; на ней же обычно монтируется и гнездо для их подключения. Практически все механические узлы дисковода объединены в механизме привода диска и головки. Они выпускаются лишь несколькими фирмами, среди которых, в первую очередь, надо назвать компании Sony , Philips , Toshiba , IBM . Поэтому все имеющиеся в продаже многочисленные модели дисководов компакт-дисков собраны на базе лишь нескольких разновидностей приводных механизмов, выполняющих около 80% функций этих устройств. Такая стандартизация и, как следствие, взаимозаменяемость является одной из характерных черт дисководов этого типа.

Конструкция типичного механизма привода показана на следующем рисунке. В верхней его части располагаются устройства, обеспечивающие прием, фиксацию и извлечение компакт-диска. Основой механизма привода является блок ВС-7С, представляющий собой рамку, к которой крепятся все другие детали. Она устанавливается в корпусе на четырех резиновых опорах, предохраняющих механизм привода от сотрясений и вибраций, неизбежно возникающих при работе дисковода в составе системы. Однако несмотря на наличие амортизирующей подвески, дисковод компакт-дисков является деликатным и весьма хрупким механизмом. Подвижный узел, шасси загрузочного механизма и экранирующая крышка составляют устройство, выполняющее механические операции по приему и фиксации компакт-диска на роторе шпиндельного двигателя, а также его выгрузку.

Плавное и безопасное выполнение этих операций обеспечивается несколькими рыч_ . ми и гидравлическими демпферами. Перемещение подвижных деталей осуществляете I с помощью двигателями привода загрузки и выгрузки диска.

Рис. 14.8

Конструкция механизма привода диска и головки

Устройства, обеспечивающие вращение носителя с необходимой скоростью и счит; ваниес негаданных, располагаются под загрузочным механизмом (рис. 14.9). Шпинде.: ; ный двигатель смонтирован на раме блока ВС-7С и подключен к печатной тате со схем ... управления. Виброгасящая подвеска способствует его более равномерному вращению. На. более ответственной деталью дисководов компакт-дисков является оптическая голов?.. в состав которой входит алюмоарсенидгаллиевый (GaAlAs ) лазерный диодный излучате." :

Рис. 14.9 Вид снизу на блок ВС-7С

(длина волны 780 нм, мощность излучения около 0,6 мВт), фотодатчик, оптическая система автоматической фокусировки луча и механизм точного слежения за дорожкой. Оптическая головка может перемешаться по двум направляющим: лазерный луч попадает на поверхность диска через прорезь в раме блока ВС-7С. Узел, состоящий из оптической головки и направляющих, иногда называют салазками { sled ).

В дисководах CD - ROM , CD - R и CD - RW используются лазерные излучатели с различными характеристиками. Но внешне они мало чем отличаются друг от друга.

Салазки должны отслеживать положение витков спиральной информационной дорожки на поверхности диска. В отличие от дисководов гибких дисков, в которых магнитные головки записи/воспроизведення можно с достаточной точностью «наводить» на дорожки с помошью обычного шагового двигателя, в подаачяюшем большинстве дисководов компакт-дисков для этого используются линейные электродвигатели с подвижной катушкой, подобные тем, что используются для перемещения головок в накопителях на жестких дисках. Дело в том, что положения концентрических дорожек на дискетах строго фиксированы, что хорошо согласуется с принципом работы шагового двигателя: его ротор может занимать лишь несколько дискретных положений. Кроме того, сами дорожки достаточно широкие, что исключает необходимость точной подстройки положения головок. Радиус же спирали узкой информационной дорожки CD изменяется непрерывно, поэтому положение головки необходимо постоянно корректировать. Осуществляется это за счет изменения управляющего тока в подвижной катушке линейного двигателя. Тем не менее, в некоторых дисководах компакт-дисков все же используются шаговые электродвигатели с чрезвычайно малым шагом вращения ротора. Электронные узлы, обеспечивающие перемещение салазок в нужном направлении, смонтированы на основной печатной плате дисковода".

Электронные узлы дисководов CD - ROM

На рис. 14.10 приведена блок-схема типичного дисковода CD - ROM . Ее условно можно разделить на две части — подсистему контроллера и подсистему управления дисководом. Подсистема контроллера осуществляет взаимодействие с интерфейсом периферийных устройств системы, а именно — с контроллером накопителей. Большинство наиболее сложных электронных узлов дисковода имеет отношение к этой подсистеме. Контроллер, схема которого изображена на рис. 14.10, предназначен для работы с интерфейсом SCSI 2 , хотя большинство современных дисководов CD - ROM подключается к тем же интерфейсам (Ultra - DMA или E 1 DE ), что и накопители на жестких дисках. И в том, и в другом случае устройство является достаточно «интеллектуальным», что позволяет просто подсоединить дисковод к системному интерфейсу (адаптеру SCSI или контроллеру накопителей типа IDE , ЕЮЕили Ultra - DMA ), присвоить ему буквенное обозначение и получить работающую систему.

Подсистема управления дисководом вырабатывает команды для его механической части (обеспечивающие прием и извлечение компакт-диска, регулировку его частоты вращения, перемещение салазок и т.п.), а также осуществляет декодирование данных (из EFM в обычный двоичный формат) и коррекцию ошибок. Аналоговые сигналы с выхода

" За счет перемещения салазок осуществляется лишь грубое наведение оптической головки на дорожку. Точное слежение за ней и коррекция быстрых отклонений в ту или иную сторону (возникающих из-за неидеальности носителей) осуществляется оптическим устройством самой головки. Масса салазок слишком велика для того, чтобы они были в состоянии реагировать на такие отклонения. — Прим. ред. SCSI { Small Computer System Interface ) — системный интерфейс малыхкомпьютеров. — Прим.ред.

Рис. 14.10

Блок-схема типичного дисковода CD - ROM (УРЧ — усилитель радиочастоты, предназначен для усиления сигнала с фотодатчика; ЦАП — цифро-аналоговый преобразователь; ФНЧ — фильтр нижних частот)

фотодатчика преобразуются сначала в EFM -сигналы, а затем в поток двоичных данных и кодов CIRC (Cross - InterleavedReed - Solomon Code — перекрывающиеся коды Рида-Соломона). Все операции по фокусировке лазерного луча, слежению за дорожкой, управлению приводом салазок (с использованием обратной связи), шпиндельным двигателем и механизмом приема и извлечения диска осущестлзляются схемой управления дисководом и процессором сервопривода.

Если вам понадобится более подробно разобраться в электронных узлах дисководов компакт-дисков, то учтите, что изображенную на рис. 14.10 функциональную схему можно рассматривать лишь как иллюстрацию, поясняющую общие принципы функционирования рассматриваемых устройств. Разновидностей электронных узлов дисководов немного — но они существуют, и это надо учитывать. В первую очередь это относится к интерфейсам. Как уже было сказано выше, в большинстве устройств используются интерфейсы Ultra - DMA или EIDE . Некоторые фирмы выпускают дисководы SCSI , и лишь немногие производители разрабатывают собственные интерфейсы (в большинстве случаев они лишь незначительно отличаются от стандартных интерфейсов SCSI и IDE ). Но в любом случае постарайтесь, по возможности, найти полную документацию фирмы-изготовителя на интересующий вас дисковод.

1 В настоящее время устанавливаются редко

PAGE 4


А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать
81593. Расчет устройства на базе транзисторов разного типа 457.11 KB
Статические характеристики транзисторов бывают двух видов: входные и выходные. Входные характеристики – это зависимость входного тока от входного напряжения при постоянном выходном напряжении. Для схемы с общей базой IЭ = f (UБЭ) при UБК = const. Входные характеристики представляют собой прямую ветвь открытого p-n перехода.
81594. Крылатые выражения из советских кинофильмов и их употребление в современном русском языке 1.46 MB
Включает в себя знание языковых единиц в том числе с национально-культурным компонентом и умение использовать их в соответствии с социально-речевыми ситуациями; Социолингвистическая компетенция знание особенностей национального речевого этикета и невербального поведения а также навыки...
81595. СОЦИАЛЬНО-ПСИХОЛОГИЧЕСКИЙ КЛИМАТ ПЕРВИЧНЫХ ТРУДОВЫХ КОЛЛЕКТИВОВ И УДОВЛЕТВОРЕННОСТЬ ТРУДОМ МЕДИЦИНСКИХ РАБОТНИКОВ 150.5 KB
В современной российской социальной психологии существует множество исследований по проблеме социально-психологического климата коллектива и удовлетворенности человека трудом, однако, данная проблема практически не исследована в первичных трудовых коллективах медицинских работников.
81596. Контроль сформованості граматичних навичок англійської мови учнів початкової школи за допомогою комп’ютерних технологій 264.5 KB
Мета роботи полягає в розробці та оптимізації серії вправ з контролю сформованості граматичних навичок за допомогою комп’ютерних технологій. Для досягнення поставленої мети передбачається вирішити наступні задачі: виявлення психологічних особливостей молодших школярів, які необхідно враховувати...
81597. Русская военая проза и ее литературные традиции 362 KB
Предметом нашего научного исследования являются: специфика авторского восприятия войны в том числе локальной образ современного молодого человека на войне классификация военной прозы и литературные традиции в военной прозе конца XX начала XXI вв.
81598. Визуализация семантического анализа текстов 4.68 MB
Основная часть ранних работ в области представления знаний, то есть науки о том, как преобразовать знания в такую форму, с которой может легко оперировать компьютер, была привязана к языку и подпитывалась исследованиями в области лингвистики, которые, в свою очередь, основывались на...
81599. Оценка защищённости практической квантово-криптографической системы на основе волоконно-оптических линий связи от несанкционированного доступа 350 KB
В данной работе исследуется новая стратегия несанкционированного доступа к квантово-криптографическим системам, исключающая необходимость прямого взаимодействия с передаваемыми квантовыми состояниями.
81600. Создание метода сравнения изображений, обеспечиющего правильные результаты для любого монитора 796.5 KB
Изображения приходится сравнивать в системах распознавания образов. Это может потребоваться при обработке запросов к базам данных содержащим изображения при синтезе изображений по геометрической модели так называемый рендеринг для автоматического управления этим процессом.
81601. Организация взаимодействия трехмерного редактора и визуализатора на основе трассировки лучей 4.71 MB
Данная дипломная работа заключается в организации взаимодействия трехмерного редактора и визуализатора на основе трассировки лучей путем добавления в визуализатор возможности импорта информации о трехмерной сцене из XML-файлов и написания программы-модуля для трехмерного редактора...

Основные функциональные узлы и принцип работы.

ТЕМА 3.3 Накопители на компакт – дисках

Существуют следующие носители на компакт-дисках (оптические):

¾ CD-ROM - устройство только для считывания информации

¾ CD-R – для считывания и однократной записи

¾ CD-RW – для считывания и многократной записи

¾ Магнитооптические накопители

Приводы: CD-R, CD-RW, CD-ROM, DVD-R, DVD-RW

Принцип действия всœех оптических накопителœей информации основан на лазерной технологии: луч лазера используется как для считывания так и для записи информации. Приводы CD-ROM.

Носители информации на диске CD-ROM является рельефная подложка. Запись информации представляет собой процесс формирование рельефа на подложке путем прожигания миниатюрных штрихов лазерным лучом. Считывание производится насчет регистрации отражения луча лазера. Сигнал от штриха 1, от поверхности без штриха 0.

Приводы CD-ROM

· Загрузочное устройство

· Оптико-механический блок

· Системы управления приводом и автономного регулирования

· Универсальный декодер

· Интерфейсный блок

Электромеханический привод приводит во вращение диск, помещенный в загрузочное устройство. Полупроводниковый лазер генерирует маломощный инфракрасный луч, который попадает на разделительную призму, отражается от зеркала и фокусируется на поверхности диска. К нужной дорожке луч перемещается следующим образом: сперва двигатель по ком от встроенного микропроцессора перемещает подвижную каретку с отражающим зеркалом и нужной дорожке. Отраженный луч фокусируется линзой, отражается от зеркала, попадает на разделительную призму, и направляет луч на вторую фокусируемую линзу, далее луч попадает на фотодатчик, преобразует световую энергию в электрические импульсы. Сигналы с фотодатчика поступают на универсальный декодер, который и необходим для преобразования импульсов в понятную компьютеру цифровую информацию, представляет собой процессор.

Система автономного слежения за поверхностью диска и дорожки записи данных обеспечивают высокую точность считывания информации. Сигнал с фотодатчика в виде импульсов поступает в систему автономного регулирования, где выделяются сигналы ошибок слежения. Эти сигналы с усилителя поступают в систему автономного регулирования: фокуса, системы автономного регулирования мощности излучаемого лазера, скорость вращения диска, радиальной подачи, мощность излучения лазера, линœейной скорости вращения диска.

Накопители DVD

DVD-диски конструктивно выполняется односторонними и двусторонними.

В отличие от CD в DVD дисках расстояние между дорожками записи меньше и уменьшены размеры штрихов записи. В результате чего увеличена емкость. Количество изображений хранимых в формате DVD соизмеримо с качеством профессиональных студийных видеозаписей, а качество звука не уступает студийному.

Накопители с однократной и многократной записью

Для однократной записи используются диски CD-R, представляющие собой диск, регистрационный слой которого выполнен из материала темнеющего при нагревании. Темные и светлые участки CD-R аналогичны штрихам и ровным поверхностям CD-ROM.

CD-RW- перезаписываемые диски, регистрирующий слой которого выполнен из органических соединœений, способных изменять свое фазовое состояние с аморфного на кристаллическое под воздействием лазерного луча.

При нагревании лазерным лучом выше некоторой критической температуры, материал регистрирующего слоя переходит в аморфное состояние и остается в нем после остывания. При нагревании до температуры значительно ниже критической восстанавливает свое первоначальное состояние (кристаллическое).

Лазерный луч Лазерный луч

Отражающий слой Регистрирующий слой

CD-ROM Защитный лаковый слой

Раздел 4. УСТРОЙСТВА ОТОБРАЖЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ

Несмотря на большое разнообразие моделей винчестеров прин­цип их действия и основные конструктивные элементы одинаковы. На рисунке 5 показаны основные элементы конструкции накопите­ля на жестком диске:

  • магнитные диски;

  • головки чтения/записи;

  • механизм привода головок;

  • двигатель привода дисков;

  • печатная плата с электронной схемой управления.
Типовой накопитель состоит из герметичного корпуса (гермоблока) и платы электронного блока. В гермоблоке размещены все механические части, на плате - вся управляющая электроника. Внутри гермоблока установлен шпиндель с одним или несколь­кими магнитными дисками. Под ними расположен двигатель. Бли­же к разъемам, с левой или правой стороны от шпинделя нахо­дится поворотный позиционер магнитных головок. Позиционер соединен с печатной платой гибким ленточным кабелем (иногда одножильными проводами).

Гермоблок заполняется воздухом под давлением в одну атмос­феру. В крышках гермоблоков некоторых винчестеров имеется спе­циальное отверстие, заклеенное фильтрующей пленкой, которое служит для выравнивания давления внутри блока и снаружи, а также для поглощения пыли.

Рисунок 5 - Основные элементы конструкции накопителя на жестких дисках

Габаритные размеры винчестеров стандартизованы по парамет­ру, называемому формфактор (Form-Factor). Например, все HDD с формфактором 3,5" имеют стандартные размеры корпуса 41,6x101x146 мм.

Подложки магнитных дисков первых винчестеров из­готовлялись из алюминиевого сплава с добавлением магния. В со­временных моделях в качестве основного материала для дисковых пластин используется композиционный материал из стекла и ке­рамики с малым температурным коэффициентом расширения, что делает их менее восприимчивыми к изменениям температу­ры, более прочными. Магнитные диски выпускаются следующих размеров: 3,5"; 5,25"; 2,5"; 1,8".

Диски покрываются магнитным веществом - рабочим слоем. Он может быть либо оксидный, либо на основе тонких пленок.

Головки чтения/записи предусмотрены для каждой сто­роны диска. Когда накопитель выключен, головки касаются диска. При раскручивании дисков возрастает аэродинамическое давле­ние воздуха на головки, что приводит к их отрыву от рабочих поверхностей дисков. Чем ближе располагается головка к повер­хности диска, тем выше амплитуда воспроизводимого сигнала.

Механизм привода головок обеспечивает перемеще­ние головок от центра дисков к краям и фактически определяет надежность накопителя, его температурную стабильность и виб­рационную устойчивость. Все существующие механизмы привода головок делятся на два основных типа: с шаговым двигателем и подвижной катушкой.

Двигатель привода дисков приводит пакет дисков во вращение, скорость которого в зависимости от модели находится в пределах 3600 - 7200 об/мин (т.е. головки движутся с относи­тельной скоростью 60 - 80 км/ч). Скорость вращения дисков не­которых винчестеров достигает 15 000 об/мин. Жесткий диск вра­щается непрерывно даже тогда, когда не происходит обращения к нему, поэтому винчестер должен быть установлен только верти­кально или горизонтально.

Печатная плата с электронной схемой управ­ления и прочие узлы накопителя (лицевая панель, элементы конфигурации и монтажные детали) являются съемными. На пе­чатной плате монтируются электронные схемы управления двига­телем и приводом головок, схема для обмена данными с кон­троллером. Иногда контроллер устанавливается непосредственно на этой плате.

Вопросы для самоконтроля:


  1. Накопители на гибких дисках. Конструкция, принцип действия, основные компоненты, технические характеристики FDD;

  2. Логическая структура дискет;

  3. Накопители на жестких магнитных дисках. Конструкция и принцип работы HDD, форм-факторы, типы;

  4. Основные характеристики и режимы работы накопителей на жестких магнитных дисках. Контроллеры и подключение HDD;

  5. Современные модели накопителей;

  6. Логическая структура жесткого диска;

  7. Форматирование жестких дисков;

  8. Утилиты обслуживания жестких магнитных дисков.

Тема 4.2 Приводы CD-R (RW). DVD-R (RW)

Студент должен:

иметь представление:


  • о назначении приводов CD-R (RW). DVD-R (RW)

знать:


  • принцип действия и основные компоненты привода CD-ROM;

  • эксплуатационные характеристики привода CD-ROM;

  • принцип действия и основные компоненты привода DVD;

уметь:


  • подключать приводы CD и DVD дисков;

Приводы CD-R, (RW), DVD-R (RW): принцип работы, конструкция и основные компоненты, технические характеристики.

Методические указания

Приводы CD-ROM

CD-ROM - компакт-диск (CD), предназначенный для хране­ния в цифровом виде предварительно записанной на него инфор­мации и считывания ее с помощью специального устройства, называемого CD-ROM-driver, - дисковода для чтения компакт-дисков.

Процесс изготовления CD-дисков включает несколько этапов.

На первом этапе создается информационный файл для последу­ющей записи на носитель. На втором этапе с помощью лазерного луча производится запись информации на носитель, в качестве которого используется стеклопластиковый диск с покрытием из фоторезистивного материала. Информация записывается в виде последовательности расположенных по спирали углублений (штри­хов), как показано на рисунке 6. Глубина каждого штриха-пита (pit) равна 0,12 мкм, ширина (в направлении, перпендикулярном плос­кости рисунка) - 0,8 - 3,0 мкм. Они расположены вдоль спираль­ной дорожки, расстояние между соседними витками которой со­ставляет 1,6 мкм, что соответствует плотности 16000 витков/дюйм (625 витков/мм). Длина штрихов вдоль дорожки записи колеблет­ся от 0,83 до 3,1 мкм.

Рисунок 6 - Геометрические характеристики компакт-диска (а) и его поперечное сечение (б)

На следующем этапе производятся проявление фоторезистивного слоя и металлизация диска. Изготовленный по такой техно­логии диск называется мастер-диском. Для тиражирования ком­пакт-дисков с мастер-диска методом гальванопластики снимает­ся несколько рабочих копий. Рабочие копии покрываются более прочным металлическим слоем (например, никелем), чем мас­тер-диск, и могут использоваться в качестве матриц для тиражи­рования CD-дисков до 10 тыс. шт. с каждой матрицы. Тиражирова­ние осуществляется методом горячей штамповки, после которой информационную сторону основы диска, выполненную из поли­карбоната, подвергают вакуумной металлизации слоем алюминия и диск покрывают слоем лака. Диски, выполненные методом го­рячей штамповки, в соответствии с паспортными данными обес­печивают до 10 000 циклов безошибочного считывания данных. Толщина CD-диска 1,2 мм, диаметр - 120 мм.

Привод CD-ROM содержит следующие основные функциональ­ные узлы:


  • загрузочное устройство;

  • оптико-механический блок;

  • системы управления приводом и автоматического регулиро­вания;

  • универсальный декодер и интерфейсный блок.
На рисунке 7 дана конструкция оптико-механического блока при­вода CD-ROM, который работает следующим образом. Электро­механический привод приводит во вращение диск, помещенный в загрузочное устройство. Оптико-механический блок обеспечивает перемещение оптико-механической головки считывания порадиусу диска и считывание информации. Полупроводниковый лазер генерирует маломощный инфракрасный луч (типовая длина волны 780 нм, мощность излучения 0,2 - 5,0 мВт), который попадает на разделительную призму, отражается от зеркала и фокусируется линзой на поверхности диска. Серводвигатель по командам, по­ступающим от встроенного микропроцессора, перемещает под­вижную каретку с отражающим зеркалом к нужной дорожке на компакт-диске. Отраженный от диска луч фокусируется линзой, расположенной под диском, отражается от зеркала и попадает на разделительную призму, которая направляет луч на вторую фоку­сирующую линзу. Далее луч попадает на фотодатчик, преобразую­щий световую энергию в электрические импульсы. Сигналы с фо­тодатчика поступают на универсальный декодер.

Рисунок 9 - Конструкция оптико-механического блока привода CD-ROM

Системы автоматического слежения за поверхностью диска и дорожки записи данных обеспечивают высокую точность считы­вания информации. Сигнал с фотодатчика в виде последователь­ности импульсов поступает в усилитель системы автоматического регулирования, где выделяются сигналы ошибок слежения. Эти сигналы поступают в системы автоматического регулирования: фокуса, радиальной подачи, мощности излучения лазера, линей­ной скорости вращения диска.

Универсальный декодер представляет собой процессор для об­работки сигналов, считанных с CD. В его состав входят два декоде­ра, оперативное запоминающее устройство и контроллер управле­ния декодером. Применение двойного декодирования дает возмож­ность восстановить потерянную информацию объемом до 500 байт. Оперативное запоминающее устройство выполняет функцию бу­ферной памяти, а контроллер управляет режимами исправления ошибок.

Интерфейсный блок состоит из преобразователя цифровых дан­ных в аналоговые сигналы, фильтра нижних частот и интерфейса для связи с компьютером. При воспроизведении аудиоинформа­ции ЦАП преобразует закодированную информацию в аналого­вый сигнал, который поступает на усилитель с активным фильт­ром низких частот и далее на звуковую карту, которая связана с наушниками или акустическими колонками.

Ниже приводятся эксплуатационные характеристики, которые необходимо учитывать при выборе CD-ROM применительно к кон­кретным задачам.

Скорость передачи данных (Data Transfer Rate - DTK) - Максимальная скорость, с которой данные пересылаются от но­сителя информации в оперативную память компьютера. Высокая скорость передачи данных привода CD-ROM необхо­дима прежде всего для синхронизации изображения и звука. При недостаточной скорости передачи возможны пропуск кадров ви­деоизображения и искажение звука.

Качество считывания характеризуется коэффици­ентом ошибок (Eror Rate) и представляет собой вероятность получения искаженного информационного бита при его считыва­нии.

Среднее время доступа (Access Time - AT) - это вре­мя (в миллисекундах), которое требуется приводу, чтобы найти на носителе нужные данные.

Объем буферной памяти - это объем оперативного запоминающего устройства привода CD-ROM, используемого для увеличения скорости доступа к данным, записанным на носителе. Буферная память (кэш-память) представляет собой устанавливаемые на плате накопителя микросхемы памяти для хранения счи­танных данных.

Средняя наработка на отказ - среднее время в ча­сах, характеризующее безотказность работы привода CD-ROM.

В процессе развития накопителей на оптических дисках разра­ботан целый ряд основных форматов записи информации на CD.

Формат CD-DA (Digital Audio) - цифровой аудио-компакт диск со временем звучания 74 мин.

Формат ISO 9660 - наиболее распространенный стандарт ло­гической организации данных.

Формат High Sierra (HSG) предложен в 1995,г. и обеспечивает чтение данных, записанных на диск в формате ISO 9660, с помо­щью приводов всех типов, что привело к широкому тиражирова­нию программ на CD и способствовало созданию компакт-дис­ков, ориентированных на различные операционные системы.

Формат Photo-CD разработан в 1990- 1992 гг. и предназначен для записи на CD, хранения и воспроизведения статической ви­деоинформации в виде высококачественных фотоизображений. Диск формата Photo-CD вмещает от 100 до 800 фотоизображений соответствующих разрешений - 2048 х 3072 и 256 х 384, а также сохраняет звуковую информацию.

Любой диск CD-ROM, содержащий текст и графические дан­ные, аудио- или видеоинформацию, относится к категории муль­тимедиа. Мультимедиа CD существуют в различных форматах для различных операционных систем: DOS, Windows, OS/2, UNIX, Macintosh.

Формат CD-I (Jntractive) разработан для широкого круга пользо­вателей как стандарт мультимедийного диска, содержащего раз­личную текстовую, графическую, аудио- и видеоинформацию. Диск формата CD-I позволяет хранить видеоизображение со звуковым сопровождением (стерео) и длительностью воспроизведения до 20 мин.

Формат CD-DV(Digital Video) обеспечивает запись и хранение высококачественного видеоизображения со стереозвуком в течение 74 мин. При хранении обеспечивается сжатие по методу MPEG-1 (Motion Picture Expert Group).

Чтение диска возможно с использованием аппаратного или программного декодера стандарта MPEG.

Формат 3DO разработан для игровых приставок.

Приводы CD-ROM могут работать как со стандартным интер­фейсом для подключения к разъему IDE (E-IDE), так и с высо­коскоростным интерфейсом SCSI.

Самые популярные дисководы CD-ROM в России - изделия с торговыми марками Panasonic, Craetive, Samsung, Pioneer, Hitachi, Teac, LG.

Накопители DVD

Решение проблемы увеличения емкости оптических носителей информации на базе совершенствования технологии производ­ства CD и приводов, а также имеющихся научно-технических ре­шений в области высококачественного цифрового видео привело к созданию CD-дисков повышенной емкости.

Качество изображения, хранимого в формате DVD, соизмеримо с качеством профессиональных студийных видеозаписей, причем качество звука также не уступает студийному. Считывание звуко­вой информации в формате DVD производится со скоростью 384 Кбайт/с, что позволяет организовать многоканальное звуко­вое сопровождение.

Такие возможности дисков формата DVD обусловлены улуч­шенными параметрами рабочей поверхности дисков. Так же как и CD, диск формата DVD имеет диаметр 120 мм. В приводе DVD используется полу­проводниковый лазер с длиной волны излучения в видимой об­ласти 0,63 - 0,65 мкм. Такое снижение длины волны (по сравне­нию с 0,78 мкм у обычного CD-привода) обеспечило возмож­ность уменьшения размеров штрихов записи (пит) практически в два раза, а расстояние между дорожками записи - с 1,6 до 0,74 мкм. Питы располагаются по спирали, как на виниловых долгоигра­ющих пластинках.

Приводы DVD-ROM поставляются как с аппаратным декоде­ром MPEG-2 в виде карты расширения для шины PCI, так и с программным декодером. Записывающие DVD-R и перезаписы­вающие дисководы DVD-RW способны работать с однослойными односторонними дисками емкостью до 4,7 - 5,2 Гбайт при скоро­сти записи информации около 1 Мбайт/с.

Вопросы для самоконтроля:


  1. Приводы CD-R, (RW), принцип работы, конструкция и основные компоненты, технические характеристики;

  2. DVD-R (RW): принцип работы, конструкция и основные компоненты, технические характеристики.

Тема 4.3 Магнитооптические накопители. Накопители на магнитных дисках. Внешние устройства хранения информации

Студент должен:

иметь представление:


  • о назначении накопителей на компакт дисках;

  • о назначении магнитооптических накопителей;

  • о назначении накопителей на магнитных дисках;

  • о назначении внешних устройств хранения информации

знать:


  • форматы оптических и магнитооптических дисков;

  • принцип работы стримера

уметь:


  • записывать информацию на оптические и магнитооптические диски

Накопители на компакт – дисках: форматы записи информации, процесс изготовления CD – дисков, накопители с однократной и многократной записью. Магнитооптические накопители: принципы работы, конструкция и основные компоненты, технические характеристики. Логическая структура и формат магнитооптических дисков. Накопители на магнитных лентах. Принцип размещения информации на магнитных лентах. Конструкция лентопротяжных механизмов. Структура данных на магнитных лентах. Устройства записи считывания информации с магнитных лент. Катриджы с магнитными лентами. Современные модели стримеров. Внешние устройства хранения информации: флэш- накопители, ZIP-накопители. Принцип работы и основные технические характеристики.

Методические указания

Накопители на магнитооптических дисках

Магнитооптический (МО) привод представляет собой нако­питель информации, в основу которого положен магнитный но­ситель с оптическим (лазерным) управлением.

Технология изготовления магнитооптического диска состоит в следующем. На стеклопластиковую подложку наносится алюми­ниевое (либо золотое) покрытие, обеспечивающее отражение лазерного луча. Диэлектрические слои, окружающие с двух сто­рон магнитооптический слой, изготовлены из прозрачного поли­мера и защищают диск от перегрева, повышают чувствительность при записи и отражающую способность при считывании инфор­мации. Магнитооптический слой создается на основе порошка из сплава кобальта, железа и тербия. Свойства такого покрытия ме­няются как при температурном воздействии, так и при действии магнитного поля. Если нагреть диск свыше определенной темпе­ратуры, возможно изменение магнитной поляризации посредством небольшого магнитного поля. Верхний защитный слой из про­зрачного полимера, выполненный методом ультрафиолетового от­верждения, предохраняет рабочую поверхность от механических повреждений. Благодаря такой технологии и помещению в специ­альный пластиковый конверт - картридж, магнитооптические диски обладают повышенной надежностью и не боятся воздей­ствия неблагоприятных условий окружающей среды.

Запись данных на МО-диск производится с использованием лазерной технологии. Луч лазера, сфокусированный на поверх­ности магнитооптического слоя в пятно с диаметром около 1 мкм, направляется в магнитооптический слой и нагревает его в точке фокусировки до температуры точки Кюри (около 200 °С). При этой температуре резко падает магнитная проницаемость, и изменение магнитного состояния частиц выполняется относитель­но небольшим по величине магнитным полем магнитной головки. После охлаждения материала магнитная ориентация доменов в данной точке сохраняется. В зависимости от магнитной ориента­ции участка магнитного материала он интерпретируется как ло­гический нуль или логическая единица. Данные записываются бло­ками по 512 байт.

Для изменения части информации в блоке необходимо переза­писывать его полностью, поэтому при первом проходе инициали­зируется (разогревается) весь блок, а при подходе сектора под магнитную головку происходит запись новых данных.

Считывание данных с диска происходит поляризованным ла­зерным лучом пониженной мощности, которой недостаточно для разогрева рабочего слоя: мощность лазера при считывании состав­ляет 25 % мощности лазера при записи. Попадание луча на упорядоченно ориентированные при записи данных магнитные части­цы диска приводит к тому, что их магнитное поле незначительно изменяет поляризацию луча, т.е. наблюдается эффект Керра.

Стандартные емкости МО-дисков: односторонних дисков 3,5" - 128, 230 и 640 Мбайт, двухсторонних - 600 и 650 Мбайт. Диски размером 5,25" выпускаются емкостью от 1,7 до 4,6 Гбайт.

Быстродействие МО-накопителей ниже, чем накопителей со сменными магнитными носителями, хотя быстродействие новых моделей неуклонно возрастает. Одна из причин сравнительно низ­кого быстродействия МО-накопителей заключается в том, что скорость вращения диска всего 2000 об/мин. Кроме того, в МО-накопителях используется довольно массивная головка чтения/ записи, совмещающая в одном устройстве оптический и магнит­ный узлы.

Среднее время доступа к данным в МО-накопителях около 30 мс, а гарантийный срок работы (средняя наработка на отказ) - 75 000 ч.

Технология магнитооптической записи непрерывно совершен­ствуется. Несколько фирм выпускают МО-накопители с частотой вращения МО-диска 3600 об/мин, но их стоимость довольно вы­сока. Лидерами рынка накопителей на МО-дисках являются ком­пании Sony, Fujitsu и Hewlett-Packard.

Магнитооптические диски и накопители большинства фирм-изготовителей соответствуют требованиям международных стан­дартов, выпускаются как в виде встраиваемых устройств, так и во внешнем автономном исполнении с интерфейсами IDE и SCSI.

Помимо обычных дисководов широкое распространение полу­чили так называемые оптические библиотеки с автоматической сменой дисков, емкость которых достигает сотен гигабайт и даже нескольких терабайт. Время автоматической смены диска - не­сколько секунд, а время доступа и скорость обмена данными - такие же, как у обычных дисководов.

Накопители на магнитной ленте

Накопители на магнитной ленте применяются в системах ре­зервного копирования. Резервное копирование данных необходимо, если емкость используемого накопителя на жестких дисках невелика и при этом на нем хранится много программ; результа­ты работы представлены большими массивами данных; отсутствует свободное место на жестком диске.

В качестве устройств записи данных на магнитную ленту (стри­меров) сначала использовались катушечные накопители, анало­гичные бытовым катушечным магнитофонам. В 1972 г. фирма ЗМ разработала первую кассету размером 15x10x1,6 см, предназна­ченную для хранения данных. Внутри кассеты находились две ка­тушки, на которые лентопротяжным механизмом наматывалась лента в процессе чтения/записи. В 1983 г. был выпущен первый стандартный QIC (Quarter-Inch-Catridge - накопитель на магнит­ной ленте), емкость которого составляла 60 Мбайт. Запись данных производилась на девяти дорожках, а магнитная лента имела дли­ну около 90 м. В дальнейшем был разработан стандарт на мини-кассеты (формат МС). Габариты мини-кассеты, согласно этому стандарту, 8,25 х 6,35 х 1,5 см. Основу магнитного слоя лент QIC составляет оксид железа.

Внешние устройства хранения информации

При современных объемах программного обеспечения и раз­мерах файлов носитель информации на гибких дисках емкостью всего 1,44 Мбайт не в состоянии обеспечить обмен данными меж­ду PC и тем более не может использоваться для хранения резерв­ных копий и архивов.

Решение этой проблемы связано с созданием таких накопите­лей, как LS-120, SyQuest, Zip, Jaz, МО, ORB и др. Важнейшим параметром оценки этих устройств является совместимость с FDD, т.е. способность устройства читать и записывать данные на гибкий диск 3,5" емкостью 1,44 Мбайт. Все перечисленные устройства не­совместимы с FDD, поскольку работают только со своими дис­ками. Исключение составляет дисковод LS-120, который в состо­янии читать кроме своих дискет емкостью 120 Мбайт стандартные дискеты емкостью 1,44 Мбайт.

Дисководы LS-120 выпускаются фирмами как внешние уст­ройства с интерфейсом LPT или внутренние с интерфейсом IDE. Несомненным преимуществом дисковода LS-120 является высо­кая емкость дискеты (120 Мбайт) при достаточно низкой цене накопителя с интерфейсом IDE. При этом скорость чтения/запи­си в несколько раз выше, чем у FDD (80- 100 Кбайт/с в DOS и 200 - 300 Кбайт/с в Windows по сравнению с 60 Кбайт/с у FDD). Дисководы LS-120 являются магнитными накопителями инфор­мации и имеют такие же недостатки, как и все магнитные носи­тели информации: чувствительность к магнитным полям, пыли и механическим деформациям.

Сменные жесткие диски используются при необходимости раз­мещения больших объемов данных на малогабаритных носителях. У сменного винчестера переносным является не только носитель информации, но и весь дисковод, который вынимается из своих направляющих в корпусе ПК. Чаще всего это IDE диски, которые устанавливаются в корпус компьютера. Для извлечения дисковода на передней панели имеется специальная ручка. С обратной его стороны находится адаптер, который обычно обеспечивает сило­вое питание и связь для приема/передачи данных. Использование сменного жесткого диска такого рода для частого обмена инфор­мацией между удаленными ПК не дает желаемых результатов в связи с недостаточной защищенностью от внешних воздействий, возникающих при их транспортировке. Рекомендуется использо­вать сменные жесткие диски главным образом для целей архиви­рования данных.

Вопросы для самоконтроля:


  1. Накопители на компакт – дисках: форматы записи информации, процесс изготовления CD – дисков, накопители с однократной и многократной записью.

  2. Магнитооптические накопители: принципы работы, конструкция и основные компоненты, технические характеристики.

  3. Логическая структура и формат магнитооптических дисков.

  4. Накопители на магнитных лентах.

  5. Принцип размещения информации на магнитных лентах. Конструкция лентопротяжных механизмов. Структура данных на магнитных лентах.

  6. Устройства записи считывания информации с магнитных лент. Катриджы с магнитными лентами. Современные модели стримеров.

  7. Внешние устройства хранения информации: флэш- накопители, ZIP-накопители. Принцип работы и основные технические характеристики.

Раздел 5. Видеоподсистема: мониторы, видеоадаптеры, видеопроекторы

Тема 5.1 Мониторы ЭЛТ

Студент должен:

иметь представление:


знать:


  • принцип работы мониторов на основе ЭЛТ;

  • основные характеристики ЭЛТ мониторов.

уметь:


  • подключать мониторы на основе ЭЛТ;

  • устанавливать режимы работы мониторов на основе ЭЛТ;

Мониторы на основе электронно- лучевой трубки (ЭЛТ): основные принципы работы, типы ЭЛТ, конструкция, технические характеристики. Стандарты ТСО. Обзор основных моделей.

Методические указания

Мониторы на основе ЭЛТ - наиболее распространенные уст­ройства отображения информации. Используемая в этом типе мо­ниторов технология была разработана много лет назад и первона­чально создавалась в качестве специального инструментария для измерения переменного тока, т. е. для осциллографа.

Конструкция ЭЛТ-монитора представляет собой стеклянную трубку, внутри которой находится вакуум. С фронтальной сторо­ны внутренняя часть стекла трубки покрыта люминофором. В ка­честве люминофоров для цветных ЭЛТ используются довольно сложные составы на основе редкоземельных металлов - иттрия, эрбия и др. Люминофор - это вещество, которое испускает свет при бомбардировке его заряженными частицами. Для создания изображения в ЭЛТ-мониторе используется электронная пушка, которая испускает поток электронов сквозь металлическую маску или решетку на внутреннюю поверхность стеклянного экрана монитора, которая покрыта разноцветными люминофорными точ­ками. Электроны попадают на люминофорный слой, после чего энергия электронов преобразуется в свет, т.е. поток электронов заставляет точки люминофора светиться. Эти светящиеся точки люминофора формируют изображение на мониторе. Как правило, в цветном ЭЛТ-мониторе используются три электронные пушки, в отличие от одной пушки, применяемой в монохромных мони­торах.

На пути пучка электронов обычно находятся дополнительные электроды: модулятор, регулирующий интенсивность пучка элек­тронов и связанную с ней яркость изображения; фокусирующий электрод, определяющий размер светового пятна; размещенные на основании ЭЛТ катушки отклоняющей системы, которые из­меняют направление пучка. Любое текстовое или графическое изоб­ражение на экране монитора состоит из множества дискретных точек люминофора, называемых пикселами и представляющих со­бой минимальный элемент изображения-растра.

Формирование растра в мониторе производится с помощью специальных сигналов, поступающих на отклоняющую систему. Под действием этих сигналов производится сканирование луча по поверхности экрана по зигзагообразной траектории от левого верх­него угла до правого нижнего. Ход луча по горизонтали осуществляется сигналом строчной (горизонталь­ной) развертки, а по вертикали - кадровой (вертикальной) раз­вертки. Перевод луча из крайней правой точки строки в крайнюю левую точку следующей строки (обратный ход луча по горизонта­ли) и из крайней правой позиции последней строки экрана в крайнюю левую позицию первой строки (обратный ход луча по вертикали) производится посредством специальных сигналов об­ратного хода. Мониторы такого типа называются растровыми. Элек­тронный луч в этом случае периодически сканирует экран, обра­зуя на нем близко расположенные строки развертки. По мере дви­жения луча по строкам видеосигнал, подаваемый на модулятор, изменяет яркость светового пятна и образует видимое на экране изображение. Разрешающая способность монитора определяется числом элементов изображения, которые он способен воспро­изводить по горизонтали и вер­тикали, например, 640x480 или 1024 х 768 пикселов.

В электронно-лучевой трубке цветного монитора расположены три электронные пушки с независимыми схемами управления, а на внутреннюю поверхность экрана нанесен люминофор трех основных цветов: красного, синего и зеленого.

Электронный луч каждой пушки возбуждает точки лю­минофора, и они начинают светиться. Точки светятся по-разному и представляют собой мозаичное изображение с чрезвычайно ма­лыми размерами каждого элемента. Интенсивность свечения каж­дой точки зависит от управляющего сигнала электронной пушки. В человеческом глазу точки с тремя основными цветами пересека­ются и накладываются друг на друга. Изменением соотношения интенсивностей точек трех основных цветов получают требуемый оттенок на экране монитора. Для того чтобы каждая пушка на­правляла поток электронов только на пятна люминофора соот­ветствующего цвета, в каждом цветном кинескопе имеется спе­циальная цветоделительная маска.

В зависимости от расположения электронных пушек и конст­рукции цветоделительной маски (рисунок 8) различают ЭЛТ четы­рех типов, используемые в современных мониторах:

ЭЛТ с теневой маской (Shadow Mask) (см. рисунок 8, а) наибо­лее распространены в большинстве мониторов, производимых LG, Samsung, Viewsonic, Hitachi, Belinea, Panasonic, Daewoo, Nokia;

ЭЛТ с улучшенной теневой маской (EDP - Enhenced Dot Pitch) (см. рисунок 8, 6);

ЭЛТ со щелевой маской (Slot Mask) (см. рисунок 8, в), в которой люминофорные элементы расположены в вертикальных ячейках, а маска сделана из вертикальных линий. Вертикальные полосы разделены на ячейки, содержащие группы из трех люминофорных элементов трех основных цветов. Этот тип маски применяется фирмами NEC и Panasonic;

ЭЛТ с апертурной решеткой из вертикальных линий (Aperture Grill) (см. рисунок 8, г). Вместо точек с люминофорными элемента­ми трех основных цветов апертурная решетка содержит серию нитей, состоящих из люминофорных элементов, выстроенных в виде вертикальных полос трех основных цветов. По этой техноло­гии производятся трубки Sony и Mitsubishi.

Рисунок 8 - Типы цветоделительных масок ЭЛТ: а – ЭЛТ с теневой маской; б – ЭЛТ с улучшенной теневой маской; в- ЭЛТ с щелевой маской; г – ЭЛТ с апертурой решеткой

ЭЛТ-мониторы имеют следующие основные характеристики.

Диагональ экрана монитора - расстояние между левым нижним и правым верхним углом экрана, измеряемое в дюймах.

Размер зерна экрана определяет расстояние между ближайши­ми отверстиями в цветоделительной маске используемого типа. Расстояние между отверстиями маски измеряется в миллиметрах. Чем меньше расстояние между отверстиями в теневой маске и чем больше этих отверстий, тем выше качество изображения.

Разрешающая способность монитора определяется количеством элементов изображения, которые он способен воспроизводить по горизонтали и вертикали.

Тип электронно-лучевой трубки следует принимать во внимание при выборе монитора. Наиболее предпочтительны такие типы кинескопов, как Black Trinitron, Black Matrix или Black Planar. Мо­ниторы этих типов имеют особое люминофорное покрытие.

Потребляемая мощность монитора указывается в его техниче­ских характеристиках. У мониторов 14" потребляемая мощность не должна превышать 60 Вт.

Покрытия экрана необходимы для придания ему антибликовых и антистатических свойств. Антибликовое покрытие позво­ляет наблюдать на экране монитора только изображение, форми­руемое компьютером, и не утомлять глаза наблюдением отражен­ных объектов. Существует несколько способов получения анти­бликовой (не отражающей) поверхности. Самый дешевый из них - протравливание. Оно придает поверхности шероховатость. Однако графика на таком экране выглядит нерезко, качество изображе­ния низкое. Наиболее популярен способ нанесения кварцевого покрытия, рассеивающего падающий свет; этот способ реализо­ван фирмами Hitachi и Samsung. Антистатическое покры­тие необходимо для предотвращения прилипания к экрану пыли вследствие накопления статического электричества.

Защитный экран (фильтр) должен быть непременным атрибу­том ЭЛТ-монитора, поскольку медицинские исследования пока­зали, что излучение, содержащее лучи в широком диапазоне (рент­геновское, инфракрасное и радиоизлучение), а также электро­статические поля, сопровождающие работу монитора, могут весьма отрицательно сказываться на здоровье человека.

По технологии изготовления защитные фильтры бывают: се­точные, пленочные и стеклянные.

Безопасность монитора для человека регламентируется стан­дартами ТСО: ТСО 92, ТСО 95, ТСО 99, предложенными Швед­ской конфедерацией профсоюзов. ТСО 92, выпущенный в 1992 г., определяет параметры электромагнитного излучения, дает опре­деленную гарантию противопожарной безопасности, обеспечива­ет электрическую безопасность и определяет параметры энерго­сбережения. В 1995 г. стандарт существенно расширили (ТСО 95), включив в него требования к эргономике мониторов. В ТСО 99 требования к мониторам еще более ужесточили. В частности, ста­ли жестче требования к излучениям, эргономике, энергосбере­жению, пожаробезопасности. Присутствуют здесь и экологические требования, которые ограничивают наличие в деталях монитора различных опасных веществ и элементов, например тяжелых ме­таллов.

Вопросы для самоконтроля:


  1. Принцип работы мониторов на основе ЭЛТ;

  2. Основные характеристики ЭЛТ мониторов.

  3. Подключение монитора на основе ЭЛТ;

  4. Установка режимов работы мониторов на основе ЭЛТ

Тема 5.2 Жидкокристаллические мониторы

Студент должен:

иметь представление:


  • об устройствах отображения информации

знать:


  • принцип работы жидкокристаллических мониторов;

  • основные характеристики жидкокристаллических мониторов.

уметь:


  • подключать мониторы на основе ЖК;

  • устанавливать режимы работы жидкокристаллических мониторов.

Жидкокристаллические мониторы. Принцип действия и технологии ЖК- мониторов. Контроллер ЖК экрана. Технические характеристики ЖК мониторов. Сравнительный анализ ЖК мониторов и мониторов на основе ЭЛТ. Обзор основных моделей. Плоскопанельные мониторы: плазменные дисплеи, электролюминесцентные мониторы, мониторы электростатической эмиссии, органические светодиодные мониторы. Принцип действия, основные преимущества и недостатки.

Методические указания

ЖК-мониторы (LCD - Liquid Crystal Display) составляют ос­новную долю рынка плоскопанельных мониторов с экраном раз­мером 13-17". Первое свое применение жидкие кристаллы на­шли в дисплеях для калькуляторов и в кварцевых часах, затем их стали использовать в мониторах для портативных компьютеров. Сегодня в результате прогресса в этой области начинают полу­чать все большее распространение LCD-мониторы для настоль­ных компьютеров.

Основным элементом ЖК-монитора является ЖК-экран, со­стоящий из двух панелей, выполненных из стекла, между кото­рыми размещен слой жидкокристаллического вещества, которое находится в жидком состоянии, но при этом обладает некоторы­ми свойствами, присущими кристаллическим телам. Фактически это жидкости, обладающие анизотропией свойств (в частности, оптических), связанных с упорядоченностью ориентации моле­кул. Молекулы жидких кристаллов под воздействием электриче­ства могут изменять свою ориентацию и вследствие этого изме­нять свойства светового луча, проходящего сквозь них. Следова­тельно, формирование изображения в ЖК-мониторах основано на взаимосвязи между изменением электрического напряжения, приложенного к жидкокристаллическому веществу, и изменени­ем ориентации его молекул.

Экран ЖК-монитора представляет собой массив отдельных ячеек (называемых пикселами), оптические свойства которых могут меняться при отображении информации. Панели ЖК-монитора имеют несколько слоев, среди которых ключевую роль играют две панели, выполненные из свободного от натрия и очень чистого стеклянного материала, между которыми и расположен тонкий слой жидких кристаллов. На панелях нанесены параллельные бо­роздки, вдоль которых ориентируются кристаллы. Панели распо­ложены так, что бороздки на подложках перпендикулярны между собой. Технология получения бороздок состоит в нанесении на стеклянную поверхность тонких пленок из прозрачного пластика. Соприкасаясь с бороздками, молекулы в жидких кристаллах ори­ентируются одинаково во всех ячейках.

Жидкокристаллическая панель освещается источником света (в зависимости от того, где он расположен, жидкокристалличе­ские панели работают на отражение или на прохождение света). В качестве источников света используются специальные элект­ролюминесцентные лампы с холодным катодом, характеризую­щиеся низким энергопотреблением. Молекулы одной из разно­видностей жидких кристаллов (нематиков) в отсутствие напря­жения на подложках поворачивают вектор электрической напря­женности электромагнитного поля в световой волне, проходящей через ячейку, на некоторый угол в плоскости, перпендикулярной оси распространения пучка. Нанесение бороздок позволяет обес­печить одинаковые углы поворота для всех ячеек. Фактически каж­дая ЖК-ячейка представляет собой электронно управляемый све­тофильтр, принцип действия которого основан на эффекте поля­ризации световой волны.

Чтобы поворот плоскости поляризации светового луча был за­метен для глаза, на стеклянные панели дополнительно наносят два слоя, представляющих собой поляризационные фильтры. Эти фильтры выполняют функции поляризатора и анализатора.

Принцип действия ячейки ЖК-монитора в следую­щем. При отсутствии напряжения между подложками ячейка ЖК-монитора прозрачна, поскольку вследствие перпендикулярного расположения бороздок на подложках и соответствующего закру­чивания оптических осей жидких кристаллов вектор поляризации света поворачивается и проходит без изменения через систему поляризатор -анализатор. Ячейки, у которых ориентирующие канавки, обеспечивающие соответствующее закру­чивание молекул жидкокристаллического вещества, расположе­ны под углом 90°, называются твистированными нематическими. При создании между подложками напряжения 3- 10 В молекулы жидкокристаллического вещества располагаются параллельно си­ловым линиям поля. Твистированная структура жидкокристаллического вещества нарушается, и поворота плос­кости поляризации проходящего через него света не происходит. В результате плоскость поляризации света не совпадает с плоско­стью поляризации анализатора, и ЖК-ячейка оказывается непро­зрачной. Напряжение, приложенное к каждой ЖК-ячейке, фор­мируется ПК.

Для вывода цветного изображения на экран выполняется под­светка монитора сзади, так чтобы свет порождался в задней части ЖК-дисплея. Цвет формируется в результате объединения ЖК-ячеек в триады, каждая из которых снабжена светофильтром, про­пускающим один из трех основных цветов.

Технология, при которой закручивание молекул составляет 90°, называется твистированной нематической (TN - Twisted Nematic). Недостатки ЖК-мониторов, реализующих эту технологию, свя­заны с низким быстродействием; зависимостью качества изобра­жения (яркости, контрастности) от внешних засветок; значитель­ным взаимным влиянием ячеек; ограниченным утлом зрения, под которым изображение хорошо видно, а также низкими яркостью и насыщенностью изображения.

Следующим этапом на пути совершенствования ЖК-монито­ров было увеличение угла закручивания молекул ЖК-вещества с 90 до 270° с помощью STN-технологии (Super-Twisted Nematic). Использование двух ячеек, одновременно поворачивающих плос­кости поляризации в противоположных направлениях, согласно DSTN-технологии (Dual Super-Twisted Nematic), позволило значи­тельно улучшить характеристики ЖК-мониторов.

Для повышения быстродействия ЖК-ячеек используется тех­нология двойного сканирования (DSS- Dual Scan Screens), когда весь ЖК-экран разбивается на четные и нечетные строки, обнов­ление которых выполняется одновременно. Двойное сканирова­ние совместно с использованием более подвижных молекул по­зволило снизить время реакции ЖК-ячейки с 500 мс (у ЖК-мо­ниторов, реализующих технологию TN) до 150 мс и значительно повысить частоту обновления экрана.

Для получения лучших результатов с точки зрения стабильно­сти, качества, разрешения и яркости изображения используются мониторы с активной матрицей в отличие от применявшихся ра­нее с пассивной матрицей. Термин пассивная матрица (Passive Matrix) относится к такому конструктивному решению монитора, согласно которому монитор разделен на отдельные ячейки, каждая из которых функционирует независимо от осталь­ных, так что в результате каждый такой элемент может быть под­свечен индивидуально для создания изображения. Матрица назы­вается пассивной, потому что рассмотренные выше технологии создания ЖК-мониторов не могут обеспечить быстродействие при отображении информации на экране. Изображение формируется строка за строкой путем последовательного подвода управляюще­го напряжения на отдельные ячейки. Вследствие большой элект­рической емкости отдельных ячеек напряжение на них не может изменяться достаточно быстро, поэтому изображение не отобра­жается плавно и дрожит на экране. При этом между соседними электродами возникает некоторое взаимное влияние, которое может проявляться в виде колец на экране.

В активной матрице используются отдельные усилитель­ные элементы для каждой ячейки экрана, компенсирующие вли­яние емкости ячеек и позволяющие значительно увеличить быст­родействие. Активная матрица (active matrix) имеет следующие преимуще­ства по сравнению с пассивной матрицей:


  • высокая яркость;

  • угол обзора, достигающий 120-160°, в то время как у мони­торов с пассивной матрицей качественное изображение можно наблюдать только с фронтальной позиции по отношению к экрану;

  • высокое быстродействие, обусловленное временем реакции монитора около 50 мс.
Функциональные возможности ЖК-мониторов с активной матрицей почти такие же, как у дисплеев с пассивной матрицей. Разница заключается в матрице электродов, которая управляет ячейками жидких кристаллов дисплея. В случае с пассивной мат­рицей разные электроды получают электрический заряд цикли­ческим методом при построчной регенерации дисплея, а в ре­зультате разряда емкостей элементов изображение исчезает, так как кристаллы возвращаются к своей изначальной конфигурации. В случае с активной матрицей к каждому электроду добавлен за­поминающий транзистор, который может хранить цифровую ин­формацию (двоичные значения 0 или 1), и в результате изобра­жение сохраняется до тех пор, пока не поступит другой сигнал. Такой транзистор, выполняя роль своеобразного коммутирующе­го ключа, позволяет коммутировать более высокое (до десятков вольт) напряжение, используя сигнал низкого уровня (около 0,7 В). Благодаря применению активных ЖК-ячеек стало возможным значительно снизить уровень сигнала управления и тем самым решить проблему частичной засветки соседних ячеек.

Запоминающие транзисторы производятся из прозрачных ма­териалов, что позволяет световому лучу проходить сквозь них, и располагаются на тыльной части дисплея, на стеклянной панели, которая содержит жидкие кристаллы. Поскольку запоминающие транзисторы выполняются по тонкопленочной технологии, по­добные ЖК-мониторы получили название TFT-мониторы (Thin Film Transistor - тонкопленочный транзистор). Тонкопленочный транзистор имеет толщину в диапазоне от 0,1 до 0,01 мкм. Техно­логия TFT была разработана специалистами фирмы Toshiba. Она позволила не только значительно улучшить показатели ЖК-мо­ниторов (яркость, контрастность, угол зрения), но и создать на основе активной ЖК-матрицы цветной монитор.

К основным характеристикам жидкокристаллических монито­ров относятся следующие.

Размер экрана ЖК-мониторов находится в пределах от 13 до 16". В отличие от ЭЛТ-мониторов, номинальный размер экрана и раз­мер его видимой области (растра) практически совпадают.

Ориентация экрана у ЖК-монитора в отличие от ЭЛТ-монито­ра может быть как портретная, так и ландшафтная. В то время как традиционные экраны ЭЛТ-мониторов и ЖК-экраны компьюте- ров типа Notebook имеют только ландшафтную ориентацию, обус­ловленную тем, что поле зрения человека в горизонтальном на­правлении шире, чем в вертикальном, в ряде случаев (работа с текстами большого объема, Web-страницами) намного удобнее работать с экраном портретной ориентации. ЖК-монитор можно легко развернуть на 90°, при этом ориентация изображения оста­нется прежней.

Поле обзора ЖК-мониторов обычно характеризуется углами обзор а, отсчитываемыми от перпендикуляра к плоскости экра­на по горизонтали и вертикали.

Разрешение ЖК-монитора определяется размером отдельной ЖК-ячейки, т.е. фиксированным размером пикселов.

Метод «Centering» (центрирование) состоит в том, что для отображения изображения используется только то количество пикселов, которое необходимо для формирования изображения с более низким разрешением. В результате изображение получает­ся не во весь экран, а только в середине: все неиспользуемые пикселы остаются черными, образуя вокруг изображения широ­кую черную рамку.

Метод «Expansion» (растяжение) основан на растяжении изоб­ражения на весь экран, что приводит к возникновению некото­рых искажений и ухудшению резкости.

Яркость - важнейший параметр при выборе ЖК-монитора. Ти­повая яркость ЖК-монитора 150 - 200 кд/м 2 . При этом в центре яркость ЖК-монитора может быть на 25 % выше, чем у краев эк­рана.

Контрастность изображения ЖК-монитора показывает, во сколько раз его яркость изменяется при изменении уровня видео­сигнала от минимального до максимального. Приемлемая цвето­передача обеспечивается при контрастности не менее 130:1, а высококачественная - при 350:1.

Инерционность ЖК-монитора характеризуется минимальным временем, необходимым для активизации его ячейки, и состав­ляет 30 - 70 мс, соответствуя аналогичным параметрам ЭЛТ-мо-ниторов.

Палитра ЖК-мониторов, по сравнению с обычными, ограни­чена определенным количеством воспроизводимых на экране от­тенков цветов. Типовой размер палитры современных ЖК-мони­торов составляет 262 144 или 16 777 216 оттенков цветов.

Массогабаритные характеристики и энергопотребление выгодно отличают ЖК-мониторы от ЭЛТ-мониторов. Масса большинства моделей не превышает нескольких килограмм, а толщина экрана - 20 мм. Потребляемая мощность в рабочем режиме не превышает 35-40 Вт.

Плазменные дисплеи (Plasma Display Panel - PDF) создаются путем заполнения пространства между двумя стеклянными по­верхностями инертным газом, например аргоном или неоном. За­тем на стеклянную поверхность наносят миниатюрные прозрач­ные электроды, на которые подается высокочастотное напряже­ние. Под действием этого напряжения в прилегающей к электроду газовой области возникает электрический разряд. Плазма газового разряда излучает свет в ультрафиолетовом диапазоне, который вызывает свечение частиц люминофора в диапазоне, видимом человеком.

Электролюминесцентные мониторы (Electric Luminiescent Displays - ELD) no своей конструкции аналогичны ЖК-мониторам. Прин­цип действия электролюминесцентных мониторов основан на яв­лении испускании света при возникновении туннельного эффек­та в полупроводниковом p-n- переходе. Такие мониторы имеют высокие частоты развертки и яркость свечения, кроме того, они надежны в работе. Однако они уступают ЖК-мониторам по энер­гопотреблению, поскольку на ячейки подается относительно вы­сокое напряжение - около 100 В. При ярком освещении цвета электролюминесцентных мониторов тускнеют.

Мониторы электростатической эмиссии (Field Emission Displays - FED) являются сочетанием традиционной технологии, основанной на использовании ЭЛТ, и жидкокристаллической техноло­гии. Мониторы FED основаны на процессе, который несколько похож на тот, что применяется в ЭЛТ-мониторах, так как в обо­их методах применяется люминофор, светящийся под воздействием электронного луча. В качестве пикселов применяются такие же зерна люминофора, как и в ЭЛТ-мониторе, что позволяет получить чистые и сочные цвета, свойственные обычным мониторам. Однако активизация этих зерен производится не электронным лучом, а элек­тронными ключами, подобными тем, что используются в ЖК-мо­ниторах, построенных по TFT-технологии. Управление этими клю­чами осуществляется специальной схемой, принцип действия ко­торой аналогичен принципу действия контроллера ЖК-монитора.

Органические светодиодные мониторы (Organic Light-Emitting Diode Displays - OLEDs), или LEP-мониторы {Light Emission Plastics - светоизлучающий пластик), по своей технологии похожи на ЖК-и ELD-мониторы, но отличаются материалом, из которого изго­тавливается экран: в LEP-мониторах используется специальный органический полимер (пластик), обладающий свойством полу­проводимости. При пропускании электрического тока такой мате­риал начинает светиться.

Основные преимущества технологии LEP по сравнению с рас­смотренными:


  • низкое энергопотребление (подводимое к пикселу напряжение менее 3 В);

  • простота конструкции и технологии изготовления;

  • тонкий (около 2 мм) экран;

  • малая инерционность (менее 1 мкс).
К существенным недостаткам этой технологии следует отнести малую яркость свечения экрана; малый размер экрана. LEP-мони­торы используются пока только в портативных устройствах, на­пример, в сотовых телефонах.

Выбор той или иной модели монитора зависит от характера информации, с которой будет работать пользователь, и задач, которые он ставит перед собой, а также от суммы выделенных средств на приобретение монитора. Российский рынок мониторов Постоянно пополняется новыми моделями. Если модель уже вы­брана, при выборе конкретного экземпляра полезно следовать Приведенным ниже рекомендациям.

Вопросы для самоконтроля:


  1. Принцип работы жидкокристаллических мониторов;

  2. Основные характеристики жидкокристаллических мониторов;

  3. Подключение мониторов на основе ЖК;

  4. Установка режимов работы жидкокристаллических мониторов;

  5. Принцип работы плазменных дисплеев;

  6. Принцип работы электролюминесцентных мониторов;

  7. Принцип работы мониторов электростатической эмиссии;

  8. Принцип работы органических светодиодных мониторов.

Тема 5.3 Проекционные аппараты

Студент должен:

иметь представление:


  • об устройствах отображения информации

знать:




Проекционные аппараты. Оверхед- проекторы и ЖК панели. Мультимедийные проекторы: принцип действия и классификация. Принципиальные схемы TFT- проекторов, полисиликоновых проекторов, D-ILA, DMD/DLP- проекторов. Их достоинства и недостатки. Принцип действия 3D- проекторов. Основные характеристики мультимедийных проекторов.

Методические указания

Проекционный аппарат (проектор) (от латинского projicio - бросаю вперед) - оптико-механический прибор для проециро­вания на экран увеличенных изображений различных объектов.

Принцип действия проекционных аппаратов заключается в проецировании с помощью оптической системы на экран изоб­ражения объекта, нанесенного на тонкой полупрозрачной плен­ке, при освещении его мощной проекционной лампой. В результа­те изображение может быть показано большой аудитории.

Современные проекционные аппараты служат для демонстра­ции прозрачных объектов: диапозитивов (кодопроекторы), диа­фильмов (диапроекторы), непрозрачных (эпипроекторы), а так­же тех и других (эпидиапроекторы). Проекционные аппараты при­меняются для презентаций, в качестве технических средств обуче­ния. Поскольку в настоящее время весомая часть информации на­ходится в электронном виде, возникла необходимость проециро­вания на экран изображения с экрана монитора.

Конструкции и принципы действия модуляторов отличаются большим разнообразием, хотя в основном они построены на базе ЖК-панелей. Все компьютерные проекторы можно разбить на две группы:

универсальные проекторы (оверхед-проекторы) об­щего назначения; в качестве источника изображения в них ис­пользуется специальный внешний модулятор - ЖК-панель;

мультимедийные проекторы со встроенным моду­лятором.

На компьютерный проектор подается RGB-сигнал, снимаемый с выхода видеоадаптера ПК, а также обычный видеосигнал, ис­точником которого может быть бытовая или полупрофессиональ­ная видеоаппаратура. Проекторы, в которых в качестве входного используется только видеосигнал, называются видеопроекторами.

Оверхед-проектор (Over Head Projector - проектор, располо­женный над головой) - проекционный аппарат, в котором изоб­ражение от источника проецируется на экран при помощи на­клонного проекционного зеркала. Конструктивно в зависимости от места размещения проекционной лампы оверхед-проекторы разделяются на отражательные и просветные.

Отражательные проекторы представляют собой ма­логабаритные устройства, предназначенные для проецирования изображений, нанесенных на специальную прозрачную пленку. Отражательные проекторы не могут использоваться совместно с ЖК-панелями, поскольку мощность проекционной лампы у них невелика.

Просветные проекторы отличаются тем, что у них проекционная лампа размещается под рабочей поверхностью устройства внутри его основания, мощность лампы уве­личена в десятки раз и имеется ее принудительное охлаждение с помощью вентилятора, как показано на оптической схем. Это позволяет использовать в качестве источника изображения не только прозрачные пленки, но и менее про­зрачные ЖК-панели.

ЖК-панель, подключенную к видеоадаптеру ПК, устанавли­вают на прозрачную рабочую поверхность проектора как про­зрачную пленку. Световой поток от проекционной лампы через специальную фокусирующую линзу освещает ЖК-панель и, про­ходя через нее и рассеивающую линзу, поступает на проекцион­ное зеркало.

По конструкции и габаритам ЖК-панель напоминает дисплей ПК типа Notebook, причем на ее корпусе расположены органы управления параметрами изображения.

Качество изображения, формируемого оверхед-проектором, подключаемым к компьютеру, определяется характеристиками ЖК-панели, которые аналогичны характеристикам плоскопанель­ных ЖК-мониторов: размер, максимальное разрешение, количе­ство воспроизводимых оттенков цветов, яркость. В зависимости от разрешения экрана различают ЖК-панели следующих типов с соответствующим максимальным разрешением экрана: VGA-па­нели (640x480); SVGA-панели (800 х 600); XGA-панели (1024x768); SXGA-панели (1280х 1024).

В VGA-панелях, рассчитанных на небольшую аудиторию, в качестве экрана используется пассивная ЖК-матрица, основан­ная на применении технологии DSTN; в более качественных па­нелях используется активный TFT-экран.

В мультимедийном проекторе проекционная лампа, ЖК-матрица и оптическая система конструктивно размещаются в одном корпусе, что делает их похожими на диапроекторы, предназна­ченные для просмотра слайдов или диафильмов. По принципу действия мультимедийный проектор не отличается от оверхед-проектора: изображение создается с помощью мощной проекци­онной лампы и встроенного в проектор электронно-оптического модулятора, управляемого сигналом видеоадаптера ПК, а затем посредством оптической системы проецируется на внешний эк­ран. Основным отличием в мультимедийных проекторах является конструкция модулятора и способы построения и переноса изоб­ражения на экран. В зависимости от конструкции модулятора про­екторы бывают следующих типов: TFT-проекторы; полисилико­новые проекторы и DMD/DLP-проекторы.

В зависимости от способа освещения модулятора мультимедий­ные проекторы подразделяют на проекторы просветного и отражательного типов.

В TFT-проекторах, относящихся к проекторам просветного типа, в качестве модулятора используется малогабаритная цветная ак­тивная ЖК-матрица, выполненная по технологии TFT.

Основным элементом установки является миниатюрная ЖК-матрица, выполненная по технологии TFT, как и ЖК-экран плос­копанельного цветного монитора. Равномерное освещение поверх­ности ЖК-матрицы достигается за счет применения системы линз, называемой конденсором.

Полисиликоновые мультимедийные проекторы также относятся к проекторам просветного типа и применяются в том случае, когда необходимо получить более яркое изображение. В них используется не одна цветная TFT-матрица, а три монохромных миниатюр­ных ЖК-матрицы размером около 1,3". Каждая из матриц форми­рует монохромное изображение красного, зеленого или синего цвета. Оптическая система проектора, обеспечивает совмещение трех монохромных изображений, в ре­зультате чего формируется цветное изображение. Такая техноло­гия получила название полисиликоновой (p-Si). Каждый элемент полисиликоновой матрицы содержит только один тон­копленочный транзистор, поэтому его размер меньше, чем раз­мер элемента TFT-матрицы, что позволяет повысить четкость изображения.

Цветоделительная система полисиликонового проектора, со­стоящая из двух дихроичных (D u D 2) и одного обычного (Ni) зеркал, используется для разложения белого света проекционной лампы на три составляющие основных цветов (красный, зеленый, синий). Цветоделение необходимо выполнить для того, чтобы по­дать на каждую из трех монохромных матриц световой поток соот­ветствующего цвета. Дихроичное (цветоделительное) зеркало пропус­кает свет только одной длины волны (один цвет) и представляет собой хорошо отполированную стеклянную подложку с нанесен­ной на него тонкой пленкой из диэлектрического материала.

Система цветосмешения полисиликонового проектора состоит из двух дихроичных (D 3 , D 4) и одного отражающего (N 2) зеркал и служит для получения цветного изображения путем наложения одного на другой трех монохромных изображений, создаваемых соответствующими ЖК-матрицами.

Полисиликоновые проекторы обеспечивают более высокое ка­чество изображения, яркость и насыщенность цветов по сравнению с проекторами на основе TFT-матриц. Они более надежны в работе и долговечны, поскольку три ЖК-матрицы работают в менее напряженном тепловом режиме, чем одна. Благодаря этому поли­силиконовые проекторы можно использовать при проецировании изображения на большой экран в таких помещениях, как конфе­ренц-залы, кинотеатры.

ЖК-проекторы отражательного типа предназначены для рабо­ты в больших аудиториях и отличаются по принципу действия: модуляции подвергается не проходящий, а отраженный световой поток.

В настоящее время наиболее используемой в конструкциях ЖК-проекторов отражательного типа является технология DMD/DLP, разработанная фирмой Texas Instruments.

В DMD/DLP-проекторах отражательного типа излучение ис­точника света модулируется изображением при отражении от мат­рицы. В DMD/DLP-проекторах в качестве отражающей поверхно­сти используется матрица, состоящая из множества электронно-управляемых микрозеркал, размер каждого из которых около 1 мкм. Каждое микрозеркало имеет возможность отражать падающий на него свет либо в объектив, либо в поглотитель, что определяется уровнем поданного на него электрического сигнала. При попада­нии света в объектив образуется яркий пиксел экрана, а в поглоти­тель - темный. Такие матрицы обозначаются аббревиатурой DMD (Digital Micromirror Device - цифровой микрозеркальный прибор), а технология, на которой основан их принцип действия, - DLP (Digital Light Processing - цифровая обработка света).

Для получения цветного изображения используются проекто­ры двух вариантов: с тремя или одной DMD-матрицей.

В одноматричных DMD/DLP-проекторах полный цветной кадр формируется в результате последовательного наложения трех бы­стро меняющихся монохромных кадров: черно-красного, черно-зеленого и черно-синего. Смена монохромных кадров на экране незаметна благодаря инерционности человеческого зрения. Мо­нохромные кадры образуются при последовательном освещении DMD-матрицы лучом красного, зеленого и синего цветов. Луч каждого цвета образуется за счет пропускания светового потока от проекционной лампы через вращающийся диск с красным, зеленым и синим светофильтрами. Управление микрозеркалами синхронизировано с поворотом светофильтра.

По сравнению с ЖК-технологиями технология DLP обладает следующими преимуществами: практически полным отсутствием зернистости изображения, высокой яркостью и равномерностью ее распределения. К недостаткам одноматричных DMD-проекторов следует отнести заметное мелькание кадров.

Вопросы для самоконтроля:


  1. Проекционные аппараты;

  2. Оверхед- проекторы и ЖК панели;

  3. Мультимедийные проекторы: принцип действия и классификация;

  4. Принципиальные схемы TFT- проекторов;

  5. Принципиальные схемы полисиликоновых проекторов;

  6. Принципиальные схемы D-ILA, DMD/DLP- проекторов. Их достоинства и недостатки;

  7. Принцип действия 3D- проекторов;

  8. Основные характеристики мультимедийных проекторов.

Практическая работа 6. Проекционные аппараты

Студент должен:

иметь представление:


  • об устройствах отображения информации

знать:


  • назначение, типы, функции проекционных аппаратов;

  • назначение и принцип работы оверхед- проектора и ЖК панели;

  • назначение и принцип работы мультимедийного проектора.

уметь:


  • подключать проекционные аппараты;

  • настраивать проекционные аппараты;

  • работать с проекционными аппаратами.

Тема 5.4 Устройства формирования объемных изображений

Студент должен:

иметь представление:


  • об устройствах отображения информации

знать:


  • назначение, виды устройств формирования объемных изображений

Устройства формирования объемных изображений: назначение, принцип действия стереоскопа, способы селекции. VR-шлемы. 3D- очки. 3D мониторы. 3D- проекторы

Методические указания

Устройства формирования объемных (трехмерных) изображе­ний появились в качестве весьма дорогостоящих и недостаточно совершенных элементов системы виртуальной реальности. Одна­ко в настоящее время эти устройства интенсивно совершенству­ются, постепенно превращаясь в непременный атрибут домашне­го мультимедийного ПК, поскольку объемный характер изобра­жения имеет важнейшее значение для создания у пользователя подсознательного ощущения реальности наблюдаемой сцены.

По своей конструкции такие устройства принципиально отли­чаются от традиционных мониторов, поскольку в их основе ле­жит способ формирования трехмерных изображений, основанный на эффекте бинокулярного зрения, или стереозрения.

Шлемы виртуальной реальности (VR-шлемы)

Шлемы виртуальной реальности (VR-шлемы), называемые так­же кибершлемами, являются в настоящее время наиболее совер­шенными устройствами формирования трехмерных изображений. Помимо наличия двух индивидуальных экранов для каждого глаза VR-шлемы, благодаря своей конструкции, обеспечивают отсече­ние поля периферийного зрения человека, что усиливает эффект проникновения в виртуальный компьютерный мир.

В VR-шлемах используются миниатюрные экраны, выполнен­ные на основе активных ЖК-матриц. Каждая из ЖК-матриц фор­мирует цветное изображение, которое, благодаря особой конст­рукции шлема, видит только один глаз. Помимо экранов VR-шлем снабжен стереофоническими головными телефонами и микрофо­ном. Узел шлема, объединяющий в себе эти матрицы и органы регулировки, называют в и з о р о м. Визор дает возможность ре­гулировать расстояние между матрицами по горизонтали, кото­рое должно соответствовать расстоянию между зрачками пользо­вателя, называемому IPD (Inter Pupil Distance). Визоры некоторых моделей шлемов оборудованы специальной оптической системой автоматического определения IPD, исключающей необходимость в индивидуальной настройке шлема.

Основным недостатком VR-шлема является недостаточно высо­кое разрешение стереоскопического изображения. Это обусловлено ограниченным количеством элементов ЖК-матрицы и малым рас­стоянием между глазом и визором, что делает зернистость ЖК-матриц заметной.

Важнейшей особенностью VR-шлемов является наличие так называемой системы виртуальной ориентации (СВО) (Virtual Orientation System - VOS), которая отслеживает движение голо­вы и в соответствии с ним корректирует изображение на экра­нах. В случае поворота головы в одну сторону панорамное изобра­жение «прокручивается» через ЖК-матрицы в противоположном направлении. В результате у пользователя возникает иллюзия ста­бильности наблюдаемой картины, ощущение реальности изобра­жения. В зависимости от принципа действия и типа используемого поля различают магнитные, ультразвуковые и инерциальные СВО. Магнитные СВО распространены наиболее широко. В них ис­пользуются миниатюрные магнитные датчики (катушки индук­тивности). Магнитная СВО включает в себя блок внешних непо­движных передатчиков, выполняющих роль радиомаяков; датчик-приемник, расположенный на шлеме; системный электронный блок, который формирует электрические сигналы, поступающие на передатчик, и обрабатывает сигналы, принятые приемником. Интенсивность и фаза принятых сигналов зависят от расстояния между передающими и приемными катушками, а также от их вза­имной ориентации. Обрабатывая передаваемые и принимаемые сигналы, системный электронный блок вычисляет пространствен­ные координаты приемника относительно передатчика. Результа­ты вычислений передаются в PC через стандартный последова­тельный интерфейс RS-232 с частотой 50 - 60 Гц.

В ультразвуковых СВО вместо магнитных используются мало­габаритные пьезокерамические преобразователи, выполняющие функции передатчиков и приемников. Обычно используются три передатчика и приемника, размещенные в шлеме. Системный блок посылает на передатчики электрический сигнал и регистрирует ультразвуковой сигнал. Измеряя временную задержку между по­сланным и принятым сигналом, а также зная скорость распрост­ранения звуковой волны (около 330 м/с), можно достаточно точ­но определить расстояние между передатчиком и приемником. Путем обработки результатов измерений расстояния между тремя парами датчиков рассчитывают положение и ориентацию шлема (головы пользователя) в пространстве.

Инерциальные СВО используются в VR-шлемах моделей, пред­назначенных в основном для профессионального применения. Свое название они получили благодаря использованию в них инерци-альных датчиков - гироскопов и акселерометров, не требующих для своей работы магнитных или ультразвуковых полей. С их по­мощью создается независимая инерциальная система координат, в которой отслеживается положение головы пользователя.

В качестве входного сигнала для VR-шлема может использо­ваться либо видеосигнал от бытовой видеоаппаратуры, либо RGB-сигнал видеоадаптера ПК. VR-шлемы с визорами, способными обеспечить разрешение не хуже 640 х 480, обычно рассчитаны на подключение непосредственно к видеоадаптеру ПК.

Помимо визора VR-шлем оборудован высококачественной сте­реофонической аудиосистемой. Источником звука может быть либо телевизор (видеомагнитофон), либо звуковая карта компью­тера.

3 D -очки являются наиболее распространенными и доступными по цене устройствами формирования трехмерных изображений. Принцип их действия основан на использовании затворного ме­тода разделения элементов стереопары. ЗD-очки используются в качестве дополнения к обычному монитору и могут подсоеди­няться к видеоадаптеру ПК при помощи гибкого провода длиной 2-3 м.

Принцип действия ЗD-очков заключается в том, что при по­следовательном отображении на мониторе левой и правой час­тей стереопары синхронно меняется прозрачность стекол оч­ков. В результате каждый глаз видит только свою часть стереопа­ры, что обеспечивает стереоэффект. Чтобы стекла ЗD-очков мог­ ли «терять прозрачность» по командам компьютера, их выпол­няют по технологии ЖК-ячейки просветного типа, использую­щей эффект поляризации. Поэтому 3D-очков иногда называют поляризационными. Поскольку прозрачность стекол 3D-очков изменяется синхронно со сменой изображения на экране вслед­ствие управления сигналами видеоадаптера, их называют ак­тивными.

Таким образом, термины «активные поляризационные очки», «3D-очки» - синонимы; они обозначают устройства, работаю­щие на одинаковом принципе.

Между ЗD-очками и шлемами виртуальной реальности есть принципиальные различия:

3D-очки изображения не создают, хотя также содержат ЖК-линзы, которые используются в качестве электронно-управляе­мого фильтра (затвора), поэтому качество формируемого изобра­жения определяется монитором;

3D-очки лишены системы виртуальной ориентации, поэтому изображение на экране монитора никак не корректируется в зави­симости от положения головы наблюдателя. В связи с этим при использовании ЗD-очков нет смысла перекрывать зону периферий­ного зрения, поэтому они выполняются в форме обычных очков. Подключение 3 D -очков к ПК производится в большинстве слу­чаев с помощью дополнительного устройства - контроллера, ко­торый формирует синхросигнал для 3D-очков, управляющий по­очередным затемнением стекол, и преобразует (при необходимо­сти) выходной видеосигнал и синхросигналы видеоадаптера та­ким образом, чтобы обеспечить раздельный последовательный показ элементов стереопары на экране монитора.

В большинстве моделей 3D-очков контроллер выполняется в виде отдельного внешнего блока, хотя в настоящее время появи­лось много видеоадаптеров с интегрированными контроллерами для 3D-очков.

Современный рынок 3D-очков достаточно разнообразен. Пре­имущественно используются беспроводные модели, обеспечива­ющие связь с ПК с помощью инфракрасного передатчика, ана­логичного телевизионному пульту управления.

  • Основные характеристики спецификаций пк
  • Основные характеристики различных категорий пк согласно спецификации pc 99a
  • Тема 2.2. Внутренняя структура вычислительной машины.
  • 1. Материнские платы
  • Основные типоразмеры материнских плат различных стандартов
  • 2. Структура и стандарты шин пк
  • 2.1. Основные характеристики шины
  • 2.2. Стандарты шин пк
  • Характеристики шин ввода/вывода
  • 2.3. Последовательный и параллельный порты
  • 3. Основные характеристики процессоров
  • 3.1. Особенности процессоров различных поколений
  • 4. Оперативная память
  • 4.1. Характеристики микросхем памяти
  • 4.2. Распространенные типы памяти
  • Раздел 3. Накопители информации.
  • Тема 3.1. Накопители на магнитных дисках.
  • 1. Накопители на гибких магнитных дисках.
  • 2. Накопители на жестких магнитных дисках
  • 2.1. Конструкция и принцип действия
  • 2.2. Интерфейсы жестких дисков
  • 2.3. Основные характеристики
  • Тема 3.2. Накопители на компакт-дисках
  • 1. Приводы cd-rom
  • 2. Накопители с однократной записью cd-worm / cd-r и многократной записью информации cd-rw
  • 3. Накопители dvd
  • 4. Накопители на магнитооптических дисках
  • Тема 3.3. Другие виды накопителей.
  • 1. Накопители на магнитной ленте
  • 2. Внешние устройства хранения информации
  • 3. Флэш-накопитель.
  • Раздел 4. Устройства обработки и отображения видеоинформации. Устройства обработки и воспроизведения аудиоинформации. Тема 4.1 Мониторы.
  • 1. Мониторы на основе элт
  • 1.1. Типы элт-мониторов.
  • 1.2. Принцип работы мониторов
  • 1.3. Характеристики элт-мониторов.
  • 2. Плоскопанельные мониторы
  • 2.1. Принципы действия жк-мониторов.
  • 2.2. Характеристики жидкокристаллических мониторов
  • 2.3. Альтернативные технологии изготовления плоскопанельных мониторов.
  • 3. Выбор монитора.
  • Тема 4.2. Проекционные аппараты.
  • 1. Оверхед-проекторы и жк-панели
  • 2. Мультимедийные проекторы.
  • 2.2. Полисиликоновые мультимедийные проекторы
  • Тема 4.3. Видеоадаптеры.
  • 1. Режимы работы видеоадаптера
  • 2. Основные типы видеоадаптеров.
  • 2.1. Адаптер mda.
  • 2.2. Адаптер cga.
  • 2.3. Адаптер hgc.
  • 2.4. Адаптер ega.
  • 2.5. Адаптеры vga.
  • 2.6. Адаптер Super vga.
  • 4. Синтез трехмерного изображения. 3d-конвейер.
  • 5. Устройство и характеристики видеоадаптера
  • Тема 4.4. Устройства обработки и воспроизведения аудиоинформации.
  • 1. Звуковая система пк
  • 2. Модуль записи и воспроизведения
  • 3. Модуль синтезатора
  • 4. Модуль интерфейсов.
  • 5. Модуль микшера
  • 6. Акустическая система
  • 7. Направления совершенствования звуковой системы
  • Раздел 5. Печатающие устройства.
  • Тема 5.1. Принтеры ударного типа
  • 1. Типовый принтер.
  • 2. Игольчатый принтер
  • 3. Характеристики печати принтеров ударного типа.
  • Тема 5.2. Струйные принтеры.
  • 1. Принципы работы струйных принтеров.
  • 2. Основные параметры печати струйных принтеров.
  • Тема 5.3. Фотоэлектронные и термические принтеры.
  • 1. Принцип действия лазерного принтера.
  • 2. Основные характеристики лазерного принтера.
  • 3. Термические принтеры
  • 4. Рекомендации по выбору принтера.
  • Тема 5.4. Плоттеры.
  • 1. Планшетные и рулонные плоттеры.
  • 2. Классификация плоттеров по типы пишущего блока.
  • Раздел 6 Устройства подготовки и ввода информации
  • Тема 6.1. Клавиатура.
  • 1. Назначение и принцип действия клавиатуры.
  • 2. Виды клавиатур.
  • Некоторые примеры беспроводных клавиатур
  • Тема 6.2. Оптико-механические манипуляторы
  • 1. Мышь
  • 2. Трэкбол
  • 3. Джойстик
  • Тема 6.3. Сканеры
  • 1. Принцип действия и классификация сканеров
  • 2. Фотодатчики, применяемые в сканерах
  • 3. Типы сканеров
  • 4. Цветные сканеры
  • 5. Аппаратный и программный интерфейсы сканеров
  • 6. Характеристики сканеров
  • Тема 6.4. Цифровые камеры и дигитайзеры.
  • 1. Цифровые камеры.
  • 2. Дигитайзеры
  • Раздел 7. Средства копирования и размножения. Офисное оборудование.
  • Тема 7.1. Копировальная техника. Цифровые технологии копироания.
  • 1. Копировальная техника.
  • 1.1. Электрографическое копирование
  • 1.2. Термографическое копирование
  • 1.3. Диазографическое копирование
  • 1.4. Фотографическое копирование
  • 1.5. Электронографическое копирование
  • 1.6. Трафаретная и электронотрафаретная печать
  • 2. Цифровые технологии копирования
  • Тема 7.2. Уничтожители документов - шредеры.
  • 1. Понятие шредера.
  • 2. Внутренняя структура и принципы работы шредера.
  • 3. Классификация шредеров.
  • Раздел 8. Технические средства систем дистанционной передачи информации. Тема 8.1. Структура и основные характеристики систем передачи.
  • 1. Понятие системы передачи. Параметры качества.
  • 2. Каналы связи.
  • 3. Обмен информацией через модем
  • 4. Факсимильная связь
  • Тема 8.2. Локальные вычислительные сети.
  • 1. Аппаратная реализация. Классификация топологических элементов сетей.
  • 2. Топология, методы доступа к среде.
  • Тема 8.3. Системы пейджинговой, сотовой и спутниковой связи.
  • 1. Системы пейджинговой радиотелефонной связи.
  • 2. Системы сотовой подвижной связи
  • Характеристики цифрового стандарта сотовой связи gsm
  • 3. Спутниковые системы связи
  • Список литературы
  • Приложение 1 Организация рабочих мест и обслуживание технических средств информатизации
  • 1. Организация профессионально-ориентированных комплексов технических средств информатизации
  • Технические средства информатизации, используемые в ряде областей профессиональной деятельности
  • 2. Обслуживание технических средств информатизации

    • Тема 3.2. Накопители на компакт-дисках

    План:

      Приводы CD ROM.

      Накопители с однократной записью CD-WORM / CD-R и многократной записью информации CD-RW.

      Накопители DVD.

      Накопители на магнитооптических дисках.

    Для решения широкого круга задач информатизации используются следующие оптические накопители информации:

      CD-ROM (Compact Disk Read - Only Memory ) - запоминающие устройства только для считывания с них информации;

      CD-WORM (Write Once Read Many ) - запоминающие устройства для считывания и однократной записи информации;

      CD-R (CD - Recordable ) - запоминающие устройства для считывания и многократной записи информации;

      МО - магнитооптические накопители, на которые возможна многократная запись.

    Принцип действия всех оптических накопителей информации основан на лазерной технологии. Луч лазера используется как для записи на носитель информации, так и для считывания ранее записанных данных, и является, по сути, дела своеобразным носителем информации.

    1. Приводы cd-rom

    CD-ROM - компакт-диск (CD), предназначенный для хранения в цифровом виде предварительно записанной на него информации и считывания ее с помощью специального устройства, называемого CD-ROM-driver, - дисковода для чтения компакт-дисков.

    К числу задач, для решения которых предназначается устройство CD-ROM, можно отнести: установку и обновление программного обеспечения; поиск информации в базах данных; запуск и работу с игровыми и образовательными программами; просмотр видеофильмов; прослушивание музыкальных CD.

    История создания CD-ROM начинается с 1980 г., когда фирмы Sony и Philips объединили свои усилия по созданию технологии записи и производства компакт-дисков с использованием лазеров. Начиная с 1994 г., дисководы CD-ROM становятся неотъемлемой частью стандартной конфигурации ПК. Носителем информации на CD-диске является рельефная подложка, на которую нанесен тонкий слой отражающего свет материала, как правило, алюминия. Запись информации на компакт-диск представляет собой процесс формирования рельефа на подложке путем «прожигания» миниатюрных штрихов-питов лазерным лучом. Считывание информации производится за счет регистрации луча лазера, отраженного от рельефа подложки. Отражающий участок поверхности диска дает сигнал «нуль», а сигнал от штриха - «единицу».

    Хранение данных на CD-дисках, как и на магнитных дисках, организуется в двоичной форме.

    По сравнению с винчестерами CD значительно надежнее в транспортировке. Объем данных, располагаемых на CD, достигает 700 - 800 Мбайт, причем при соблюдении правил эксплуатации CD практически не изнашивается.

    Рис. 3.7 . Геометрические характеристики компакт-диска (а) и его поперечное сечение (б)

    Процесс изготовления CD-дисков включает несколько этапов. На первом этапе создается информационный файл для последующей записи на носитель. На втором этапе с помощью лазерного луча производится запись информации на носитель, в качестве которого используется стеклопластиковый диск с покрытием из фоторезистивного материала. Информация записывается в виде последовательности расположенных по спирали углублений (штрихов), как показано на рис. 3.7. Глубина каждого штриха-пита (pit ) равна 0,12 мкм, ширина (в направлении, перпендикулярном плоскости рисунка) - 0,8 - 3,0 мкм. Они расположены вдоль спиральной дорожки, расстояние между соседними витками которой составляет 1,6 мкм, что соответствует плотности 16000 витков/дюйм (625 витков/мм). Длина штрихов вдоль дорожки записи колеблется от 0,83 до 3,1 мкм.

    На следующем этапе производятся проявление фоторезистивного слоя и металлизация диска. Изготовленный по такой технологии диск называется мастер-диском. Для тиражирования компакт-дисков с мастер-диска методом гальванопластики снимается несколько рабочих копий. Рабочие копии покрываются более прочным металлическим слоем (например, никелем), чем мастер-диск, и могут использоваться в качестве матриц для тиражирования CD-дисков до 10 тыс. шт. с каждой матрицы. Тиражирование осуществляется методом горячей штамповки, после которой информационную сторону основы диска, выполненную из поликарбоната, подвергают вакуумной металлизации слоем алюминия и диск покрывают слоем лака. Диски, выполненные методом горячей штамповки, в соответствии с паспортными данными обеспечивают до 10 000 циклов безошибочного считывания данных. Толщина CD-диска 1,2 мм, диаметр - 120 мм.

    Привод CD-ROM содержит следующие основные функциональные узлы:

      загрузочное устройство;

      оптико-механический блок;

      системы управления приводом и автоматического регулирования;

      универсальный декодер и интерфейсный блок.

    На рис. 3.8 дана конструкция оптико-механического блока привода CD-ROM, который работает следующим образом. Электромеханический привод приводит во вращение диск, помещенный в загрузочное устройство. Оптико-механический блок обеспечивает перемещение оптико-механической головки считывания по радиусу диска и считывание информации.
    Рис. 3.8. Конструкция оптико-механического блока привода CD-ROM

    Полупроводниковый лазер генерирует маломощный инфракрасный луч (типовая длина волны 780 нм, мощность излучения 0,2 - 5,0 мВт), который попадает на разделительную призму, отражается от зеркала и фокусируется линзой на поверхности диска. Серводвигатель по командам, поступающим от встроенного микропроцессора, перемещает подвижную каретку с отражающим зеркалом к нужной дорожке на компакт-диске. Отраженный от диска луч фокусируется линзой, расположенной под диском, отражается от зеркала и попадает на разделительную призму, которая направляет луч на вторую фокусирующую линзу. Далее луч попадает на фотодатчик, преобразующий световую энергию в электрические импульсы. Сигналы с фотодатчика поступают на универсальный декодер.

    Системы автоматического слежения за поверхностью диска и дорожки записи данных обеспечивают высокую точность считывания информации. Сигнал с фотодатчика в виде последовательности импульсов поступает в усилитель системы автоматического регулирования, где выделяются сигналы ошибок слежения. Эти сигналы поступают в системы автоматического регулирования: фокуса, радиальной подачи, мощности излучения лазера, линейной скорости вращения диска.

    Универсальный декодер представляет собой процессор для обработки сигналов, считанных с CD. В его состав входят два декодера, оперативное запоминающее устройство и контроллер управления декодером. Применение двойного декодирования дает возможность восстановить потерянную информацию объемом до 500 байт. Оперативное запоминающее устройство выполняет функцию буферной памяти, а контроллер управляет режимами исправления ошибок.

    Интерфейсный блок состоит из преобразователя цифровых данных в аналоговые сигналы, фильтра нижних частот и интерфейса для связи с компьютером. При воспроизведении аудиоинформации ЦАП преобразует закодированную информацию в аналоговый сигнал, который поступает на усилитель с активным фильтром низких частот и далее на звуковую карту, которая связана с наушниками или акустическими колонками.

    Ниже приводятся эксплуатационные характеристики, которые необходимо учитывать при выборе CD-ROM применительно к конкретным задачам.

    Скорость передачи данных (Data Transfer Rate - DTR ) - максимальная скорость, с которой данные пересылаются от носителя информации в оперативную память компьютера. Это наиболее важная характеристика привода CD-ROM, которая практически всегда упоминается вместе с названием модели. Непосредственно со скоростью передачи данных связана скорость вращения диска. Первые приводы CD-ROM передавали данные со скоростью 150 Кбайт/с, как и проигрыватели аудиокомпакт-дисков. Скорость передачи данных следующих поколений устройств, как правило, кратна этому числу (150 Кбайт/с). Такие приводы получили название накопителей с двух-, трех-, четырехкратной скоростью и т.д. Например, 60-скоростной привод CD-ROM обеспечивает считывание информации со скоростью 9000 Кбайт/с.

    Высокая скорость передачи данных привода CD-ROM необходима прежде всего для синхронизации изображения и звука. При недостаточной скорости передачи возможны пропуск кадров видеоизображения и искажение звука.

    Однако дальнейшее, свыше 72-кратности, повышение скорости считывания приводов CD-ROM нецелесообразно, поскольку при дальнейшем повышении скорости вращения CD не обеспечивается требуемый уровень качества считывания. И, кроме того, появилась более перспективная технология - DVD.

    Качество считывания характеризуется коэффициентом ошибок (Eror Rate ) и представляет собой вероятность получения искаженного информационного бита при его считывании. Данный параметр отражает способность устройства CD-ROM корректировать ошибки чтения/записи. Паспортные значения этого коэффициента - 10 -10 -10 -12 . Когда считываются данные с загрязненного или поцарапанного участка диска, регистрируются группы ошибочных битов. Если ошибку не удается устранить с помощью помехоустойчивого кода (применяемого при чтении/записи), скорость считывания данных понижается и происходит многократный повтор чтения.

    Среднее время доступа (Access Time - AT ) - это время (в миллисекундах), которое требуется приводу, чтобы найти на носителе нужные данные. Очевидно, что при работе на внутренних участках диска время доступа будет меньше, чем при считывании информации с внешних участков. Поэтому в паспорте накопителя приводится среднее время доступа, определяемое как среднее значение при выполнении нескольких считываний данных с различных участков диска. По мере совершенствования приводов CD-ROM среднее время доступа уменьшается, но тем не менее этот параметр значительно отличается от аналогичного для накопителей на жестких дисках (100 - 200 мс для CD-ROM и 7 - 9 мс для жестких дисков). Это объясняется принципиальными различиями конструкций: в накопителях на жестких дисках используется несколько магнитных головок и диапазон их механического перемещения меньше, чем диапазон перемещения оптической головки привода CD-ROM.

    Объем буферной памяти - это объем оперативного запоминающего устройства привода CD-ROM, используемого для увеличения скорости доступа к данным, записанным на носителе. Буферная память (кэш-память) представляет собой устанавливаемые на плате накопителя микросхемы памяти для хранения считанных данных. Благодаря буферной памяти, данные, размещенные в различных областях диска, могут передаваться в компьютер с постоянной скоростью. Объем буферной памяти отдельных моделей привода CD-ROM - 512 Кбайт.

    Средняя наработка на отказ - среднее время в часах, характеризующее безотказность работы привода CD-ROM. Средняя наработка на отказ различных моделей приводов CD-ROM 50-125 тыс. ч, или 6 - 14,5 лет круглосуточной работы, что значительно превышает срок морального старения накопителя.

    В процессе развития накопителей на оптических дисках разработан целый ряд основных форматов записи информации на CD .

    Формат CD - DA (Digital Audio ) - цифровой аудио-компакт диск со временем звучания 74 мин.

    Формат ISO 9660 - наиболее распространенный стандарт логической организации данных.

    Формат High Sierra (HSG ) предложен в 1995 г. и обеспечивает чтение данных, записанных на диск в формате ISO 9660, с помощью приводов всех типов, что привело к широкому тиражированию программ на CD и способствовало созданию компакт-дисков, ориентированных на различные операционные системы.

    Формат Photo - CD разработан в 1990-1992 гг. и предназначен для записи на CD, хранения и воспроизведения статической видеоинформации в виде высококачественных фотоизображений. Диск формата Photo-CD вмещает от 100 до 800 фотоизображений соответствующих разрешений - 2048x3072 и 256x384, а также сохраняет звуковую информацию.

    Любой диск CD-ROM, содержащий текст и графические данные, аудио- или видеоинформацию, относится к категории мультимедиа. Мультимедиа CD существуют в различных форматах для различных операционных систем: DOS, Windows, OS/2, UNIX, Macintosh.

    Формат CD - I (Intractive ) разработан для широкого круга пользователей как стандарт мультимедийного диска, содержащего различную текстовую, графическую, аудио- и видеоинформацию. Диск формата CD-I позволяет хранить видеоизображение со звуковым сопровождением (стерео) и длительностью воспроизведения до 20 мин.

    Формат CD - DV (Digital Video ) обеспечивает запись и хранение высококачественного видеоизображения со стереозвуком в течение 74 мин. При хранении обеспечивается сжатие по методу MPEG-1 (Motion Picture Expert Group ).

    Чтение диска возможно с использованием аппаратного или программного декодера стандарта MPEG.

    Формат 3D О разработан для игровых приставок.

    Приводы CD-ROM могут работать как со стандартным интерфейсом для подключения к разъему IDE (E-IDE), так и с высокоскоростным интерфейсом SCSI.

    Самые популярные дисководы CD-ROM в России - изделия с торговыми марками Panasonic, Craetive, Samsung, Pioneer, Hitachi, Teac, LG.