26. (1)Основным свойством и назначением накопителей информации является ее хранение и воспроизведение. Запоминающие устройства принято делить на виды и категории в связи с их принципами функционирования, эксплуатационно-техническими, физическими, программными и др. характеристиками. Так, например, по принципам функционирования различают следующие виды устройств: электронные, магнитные, оптические и смешанные – магнитооптические. Каждый тип устройств организован на основе соответствующей технологии хранения/воспроизведения/записи цифровой информации. Поэтому, в связи с видом и техническим исполнением носителя информации различают: электронные, дисковые и ленточные устройства. Обратим особое внимание на дисковые магнитные накопители – накопители на жестких и гибких магнитных дисках.

(2) Любой дисковый накопитель информации использует принцип независимого перемещения диска и головок считывания/записи. Диск имеет двустороннее ферромагнитное покрытие и вращается специальным двигателем со строго постоянной скоростью. С каждой стороны диска к ферромагнитному слою тесно прилегают по одной головке считывания/записи (см. рис.3.1).

Головки могут перемещаться в радиальном направлении отдельным шаговым приводом и фиксироваться в любом новом положении. Собственно говоря, только возможностью перемещения головок относительно диска дисковые накопители радикально отличаются от обычных бытовых магнитофонов, во всем остальном принципы их действия очень схожи:

головки взаимодействуют с вращающимся ферромагнитным слоем диска и записывают или считывают информацию подобно тому, как записывается или считывается звук на магнитной ленте. Однако в отличие от магнитофонов для поиска нужной информации на диске не требуется просматривать всю записанную информацию от самого начала, а достаточно

просто сместить головки к нужной дорожке. Такой способ доступа к информации называется произвольным, в то время как используемый в ленточных накопителях последовательный просмотр ленты для поиска информации называется последовательным способом доступа.

Рис.3.1. Головки и дорожки дискового накопителя

Головки взаимодействуют с покрытием только после прекращения радиального перемещения и фиксации в новом положении, поэтому каждое новое положение головки оставляет на поверхности вращающегося диска невидимые следы в виде концентрических окружностей. Эти следы называются дорожками. Каждая дорожка по окружности делится на одинаковое количество секторов, в пределах которых и осуществляется запись/считывание информации. Программы дисковой операционной системы MS-DOS записывают в любой сектор информацию объемом не более 512 байт. Таким образом, общая емкость D любого гибкого диска, используемого ДОС, составляет

D = 512*Nt*Ns*2 байта,

где Nt — количество дорожек, Ns — количество секторов на дорожке, а множитель 2 учитывает две поверхности дискеты. Например, для широко распространенных дискет диаметром 133 мм (5'/4 дюйма) для формата DSDD [Double Side, Double Density — две стороны, двойная плотность) Nt = 40, Ns = 9, поэтому емкость равна

D == 512*40*9*2 = 360*1024 = 360 Кбайт,

а для формата DSHD (Double Side, High Density — две стороны, высокая плотность) Nt = 80, Ns = 15 и емкость дискеты составляет

D = 512*80*15*2 = 1200*1024 1.2 Мбайт.

В конструктивном отношении различают накопители на гибких дискетах (ГД) и на жестких дисках (ЖД). Принцип действия обоих устройств одинаков, однако ЖД имеют значительно большую емкость и существенно меньшее время доступа (т.е. время поиска нужного сектора и обмена информации), чем ГД. С другой стороны, ГД могут легко выниматься и вставляться в накопитель, что делает их незаменимым средством обмена данными и программами между ПК. Увеличенная емкость ЖД достигается значительным по сравнению с ГД увеличением скорости вращения диска, что позволяет записывать на нем данные с большей плотностью. В результате ЖД обычно имеет больше дорожек и секторов. Кроме того, в накопителях этого типа, как правило, используется несколько дисков, закрепленных на одном шпинделе. С каждым диском взаимодействует своя пара головок (по Одной на каждую поверхность). Головки закрепляются на одном держателе и одновременно перемещаются в радиальном направлении. Совокупность всех дорожек на всех дисках для одного какого-либо положения головок называется цилиндром.

Перемещение головок и информационный обмен данными осуществляется под управлением специального устройства, называемого контроллером диска. Обычно в ПК используются два контроллера — для ГД и ЖД, иногда оба типа дисковых накопителей управляются общим контроллером.

(3)

Данные на диски записываются секторами. Сектор — это непрерывный фрагмент трека фиксированной информационной ёмкости. Стандартные сектора содержат по 512 байт (или 256 16-битных слов) информации. Каждый сектор может быть записан независимо от других, но только целиком. Прерванная запись, например, в случае пропадания питания, разрушает информацию в секторе.

Вместе с каждым сектором вычисляется и записывается контрольная сумма, обеспечивающая проверку сохранности данных. При считывании посчитанная контрольная сумма сравнивается с записанной, и несовпадение означает, что данный сектор сбойный, он называется — бэд. Возможно несовпадение суммы и в том случае, когда поверхность сектора нормальная. При подобном сбое информация в секторе оказывается потерянной, но при записи на него сектор восстанавливается. Такие сектора называются софт-бэдами. Тем не менее часто компьютерное программное обеспечение для работы с дисками нередко помечает такие сектора сбойными и выводят их из использования

(4) Характеристики

Интерфейс (англ. interface) — техническое средство взаимодействия 2-х разнородных устройств, что в случае с жёсткими дисками является совокупностью линий связи, сигналов, посылаемых по этим линиям, технических средств, поддерживающих эти линии (контроллеры интерфейсов), и правил (протокола) обмена. Современные серийно выпускаемые внутренние жёсткие диски могут использовать интерфейсы ATA (он же IDE и PATA), SATA, eSATA, SCSI, SAS, FireWire, SDIO и Fibre Channel.

Ёмкость (англ. capacity) — количество данных, которые могут храниться накопителем. С момента создания первых жёстких дисков в результате непрерывного совершенствования технологии записи данных их максимально возможная ёмкость непрерывно увеличивается. Ёмкость современных жёстких дисков (с форм-фактором 3,5 дюйма) на сентябрь 2011 года достигает 4000 Гб (4 терабайт) и близится к 5 Тб.^[5] В отличие от принятой в информатике системы приставок, обозначающих кратную 1024 величину (см.:двоичные приставки), производителями при обозначении ёмкости жёстких дисков используются величины, кратные 1000. Так, ёмкость жёсткого диска, маркированного как «200 ГБ», составляет 186,2 ГиБ.^[6][7]

Физический размер (форм-фактор; англ. dimension) — почти все накопители 2001—2008 годов для персональных компьютеров исерверов имеют ширину либо 3,5, либо 2,5 дюйма — под размер стандартных креплений для них соответственно в настольных компьютерах и ноутбуках. Также получили распространение форматы 1,8, 1,3, 1 и 0,85 дюйма. Прекращено производство накопителей в форм-факторах 8 и 5,25 дюймов.

Время произвольного доступа (англ. random access time) — среднее время, за которое винчестер выполняет операцию позиционирования головки чтения/записи на произвольный участок магнитного диска. Диапазон этого параметра — от 2,5 до 16 мс. Как правило, минимальным временем обладают диски для серверов (например, у Hitachi Ultrastar 15K147 — это 3,7 мс^[8]), самым большим из актуальных — диски для портативных устройств (Seagate Momentus 5400.3 — 12,5 мс^[9]). Для сравнения, у SSD-накопителей этот параметр меньше 1 мс.

Скорость вращения шпинделя (англ. spindle speed) — количество оборотов шпинделя в минуту. От этого параметра в значительной степени зависят время доступа и средняя скорость передачи данных. В настоящее время выпускаются винчестеры со следующими стандартными скоростями вращения: 4200, 5400 и 7200 (ноутбуки), 5400, 5900, 7200 и 10 000 (персональные компьютеры), 10 000 и 15 000 об/мин (серверы и высокопроизводительные рабочие станции). Увеличению скорости вращения шпинделя в винчестерах для ноутбуков препятствует гироскопический эффект, влияние которого пренебрежимо мало в неподвижных компьютерах.

Надёжность (англ. reliability) — определяется как среднее время наработки на отказ (MTBF). Также подавляющее большинство современных дисков поддерживают технологию S.M.A.R.T.

Количество операций ввода-вывода в секунду (англ. IOPS) — у современных дисков это около 50 оп./с при произвольном доступе к накопителю и около 100 оп./сек при последовательном доступе.

Потребление энергии — важный фактор для мобильных устройств.

Сопротивляемость ударам (англ. G-shock rating) — сопротивляемость накопителя резким скачкам давления или ударам, измеряется в единицах допустимой перегрузки во включённом и выключенном состоянии.

Скорость передачи данных (англ. Transfer Rate) при последовательном доступе:

• внутренняя зона диска: от 44,2 до 74,5 Мб/с;

• внешняя зона диска: от 60,0 до 111,4 Мб/с.

Объём буфера — буфером называется промежуточная память, предназначенная для сглаживания различий скорости чтения/записи и передачи по интерфейсу. В современных дисках он обычно варьируется от 8 до 64 Мб.

27. CD-ROM

Формат записи на CD-ROM также предусматривает запись на один диск информации смешанного содержания — одновременно как компьютерных данных (файлы, ПО, чтение доступно только на компьютере), так и аудиозаписей (воспроизводимых на обычномпроигрывателе аудио компакт-дисков), видео, текстов и картинок. Такие диски, в зависимости от порядка следования данных, называются усовершенствованными (англ. Enhanced CD) либоMixed-Mode CD.

Зачастую термин CD-ROM ошибочно используют для обозначения самих приводов (устройств) для чтения этих дисков (правильно — CD-ROM Drive, CD-привод).

Компакт-диск представляет собой поликарбонатную подложку толщиной 1,2 мм, покрытую тончайшим слоем металла (алюминий,золото, серебро и др.) и защитным слоем лака, на котором обычно наносится графическое представление содержания диска. Принцип считывания через подложку был принят, поскольку позволяет весьма просто и эффективно осуществить защиту информационной структуры и удалить её от внешней поверхности диска. Диаметр пучка на внешней поверхности диска составляет порядка 0,7 мм, что повышает помехоустойчивость системы к пыли и царапинам. Кроме того, на внешней поверхности имеется кольцевой выступ высотой 0,2 мм, позволяющий диску, положенному на ровную поверхность, не касаться этой поверхности

DVD-ROM

Для считывания и записи DVD используется красный лазер с длиной волны 650 нм. Шаг дорожки — 0,74 мкм, это более чем в два раза меньше, чем у компакт-диска. Записанный DVD, как и компакт-диск — пример дифракционной решётки с периодом, равным шагу дорожки.

Формат DVD по структуре данных бывают четырёх типов:

• DVD-видео — содержат фильмы (видео и звук);

• DVD-Audio — содержат аудиоданные высокого качества (гораздо выше, чем на аудио-компакт-дисках);

• DVD-Data — содержат любые данные;

• смешанное содержимое.

BR diski

Blu-ray Disc, BD (англ. blue ray — синий луч и disc — диск; написание blu вместо blue — намеренное) — формат оптического носителя, используемый для записи с повышенной плотностью и хранения цифровых данных, включая видео высокой чёткости. Стандарт Blu-ray был совместно разработан консорциумом BDA. Первый прототип нового носителя был представлен в октябре 2000 года. Современный вариант представлен на международной выставке потребительской электроники Consumer Electronics Show (CES), которая прошла в январе 2006 года. Коммерческий запуск формата Blu-ray прошёл весной 2006 года.

Blu-ray (букв. «синий луч») получил своё название от использования для записи и чтениякоротковолнового (405 нм) «синего» (технически сине-фиолетового) лазера. Буква «e» была намеренно исключена из слова «blue», чтобы получить возможность зарегистрировать товарный знак, так как выражение «blue ray» является часто используемым и не может быть зарегистрировано как товарный знак.

В технологии Blu-ray для чтения и записи используется сине-фиолетовый лазер сдлиной волны 405 нм. Обычные DVD и CD используют красный и инфракрасный лазеры с длиной волны 650 нм и 780 нм соответственно (635 нм для DVD-R for Authoring).

Такое уменьшение позволило сузить дорожку вдвое по сравнению с обычным DVD-диском (до 0,32 мкм) и увеличить плотность записи данных.

Более короткая длина волны сине-фиолетового лазера позволяет хранить больше информации на 12-сантиметровых дисках того же размера, что и у CD/DVD. Эффективный «размер пятна», на котором лазер может сфокусироваться, ограничен дифракцией и зависит от длины волны света и числовой апертурылинзы, используемой для его фокусировки. Уменьшение длины волны, использование числовой апертуры (0,85, в сравнении с 0,6 для DVD), высококачественной двухлинзовой системы, а также уменьшение толщины защитного слоя в шесть раз (0,1 мм вместо 0,6 мм) предоставило возможность проведения более качественного и корректного течения операций чтения/записи. Это позволило записывать информацию в меньшие точки на диске, а значит, хранить больше информации в физической области диска, а также увеличить скорость считывания до 432 Мбит/с.

Компакт-диск представляет собой поликарбонатную подложку толщиной 1,2 мм и диаметром 120 мм, покрытую тончайшим слоем металла (алюминий, золото, серебро и др.), защищенного слоем лака, на который обычно наносится графическое представление содержания диска. Принцип считывания через подложку позволяет весьма просто и эффективно осуществить защиту информационной структуры и удалить её от внешней поверхности диска. Диаметр пучка на внешней поверхности диска составляет порядка 0,7 мм, что повышает помехоустойчивостьсистемы к пыли и царапинам. Кроме того, на внешней поверхности имеется кольцевой выступ высотой 0,2 мм, позволяющий диску, положенному на ровную поверхность, не касаться этой поверхности. В центре диска расположено отверстие диаметром 15 мм (диаметр пальца человека). Вес диска без коробки составляет ~15,7 г. Вес диска в обычной jewel-коробке (не slim) равен ~74 г

28. Пользы потребителю от такого ускорителя не было никакой, ведь никто не будет работать с одной-единственной программой, тем более если это игра. Она быстро наскучит. Тогда производители видеокарт решили найти такую программу, с которой работают большинство пользователей, и оптимизировать свои видеоускорители под нее. Искать долго не пришлось — это всем хорошо знакомая система Windows. Ее окна и элементы этих окон совершенно одинаковы на десятках миллионах компьютеров. Видеокарты, позволяющие ускорить отображение стандартных элементов Windows, получили название 2D-ycкopителей (ускорителей двумерной, плоской графики). 2D-ускорители действительно сделали работу с операционной системой и ее приложениями более быстрой. А все, что не укладывалось в рамки окошек Windows (в первую очередь это были мультимедийные программы и компьютерные игры), отнесли к области трехмерной (3D) графики. 3D-ускоритель занимается построением изображения из огромного количества небольших треугольников, определяет, как они взаимодействуют друг с другом, как они затеняют друг друга, затем закрашивает их или заливает заранее заготовленными текстурами.

Если видеоускоритель оптимизирован для работы со стандартной графической библиотекой, фирмы XYZ, значит, все программы этой фирмы будут использовать функции ускорения. Другим фирмам либо придется купить стандартную библиотеку графических подпрограмм у компании XYZ и применять в своих проектах только ее, либо, если она им не нравится, разрабатывать свою библиотеку и убеждать производителей видеокарт, что эта библиотека лучше и им следовало бы оптимизировать видеоускорители под нее.

Графический процессор (Graphics Processing Unit, GPU) — микропроцессор, специализированный для обработки графической информации. Он берет на себя часть функций по формированию трехмерного (3D) изображения и позволяет разгрузить центральный микропроцессор (CPU) от выполнения операций, связанных с расчетами геометрических трансформаций, моделей освещения и т. д. Как правило, графическим процессором (акселератором) оснащены все современные видеокарты; однако он может быть встроен и в чипсет материнской платы.

29. Сегодня самый распространенный тип мониторов - это CRT (Cathode Ray Tube) мониторы. Как видно из названия, в основе всех подобных мониторов лежит катодно-лучевая трубка, но это дословный перевод, технически правильно говорить электронно-лучевая трубка (ЭЛТ). Иногда CRT расшифровывается и как Cathode Ray Terminal, что соответствует уже не самой трубке, а устройству, на ней основанному.  Используемая в этом типе мониторов технология была разработана немецким ученым Фердинандом Брауном в 1897г. и первоначально создавалась в качестве специального инструмента для измерения переменного тока, то есть для осциллографа.

Для создания изображения в ЭЛТ-мониторе используется электронная пушка, откуда под действием сильного электростатического поля исходит поток электронов. Сквозь металлическую маску или решетку они попадают на внутреннюю поверхность стеклянного экрана монитора, которая покрыта разноцветными люминофорными точками.  Поток электронов (луч) может отклоняться в вертикальной и горизонтальной плоскости, что обеспечивает последовательное попадание его на все поле экрана. Отклонение луча происходит посредством отклоняющей системы [см. рис 1.2]. Отклоняющие системы подразделяются на седловидно-тороидальные и седловидные. Последние предпочтительнее, поскольку создают 

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, которое вы видите на вашем мониторе. Как правило, в цветном CRT мониторе используется три электронные пушки, в отличие от одной пушки, применяемой в монохромных мониторах, которые сейчас практически не производятся.  Известно, что глаза человека реагируют на основные цвета: красный (Red), зеленый (Green) и синий (Blue) и на их комбинации, которые создают бесконечное число цветов. Люминофорный слой, покрывающий фронтальную часть электронно-лучевой трубки, состоит из очень маленьких элементов (настолько маленьких, что человеческий глаз не всегда может различить их). Эти люминофорные элементы воспроизводят основные цвета, фактически имеются три типа разноцветных частиц, чьи цвета соответствуют основным цветам RGB (отсюда и название группы из люминофорных элементов - триады). 

Люминофор начинает светиться, как было сказано выше, под воздействием ускоренных электронов, которые создаются тремя электронными пушками. Каждая из трех пушек соответствует одному из основных цветов и посылает пучок электронов на различные люминофорные частицы, чье свечение основными цветами с различной интенсивностью комбинируется и в результате формируется изображение с требуемым цветом. Например, если активировать красную, зеленую и синюю люминофорные частицы, то их комбинация сформирует белый цвет.  Для управления электронно-лучевой трубкой необходима и управляющая электроника, качество которой во многом определяет и качество монитора. Кстати, именно различие в качестве управляющей электроники, создаваемой разными производителями, является одним из критериев определяющих разницу между мониторами с одинаковой электронно-лучевой трубкой.  Итак, каждая пушка излучает электронный луч (или поток, или пучок), который влияет на люминофорные элементы разного цвета (зеленого, красного или синего). Понятно, что электронный луч, предназначенный для красных люминофорных элементов, не должен влиять на люминофор зеленого или синего цвета. Чтобы добиться такого действия используется специальная маска, чья структура зависит от типа кинескопов от разных производителей, обеспечивающая дискретность (растровость) изображения. ЭЛТ можно разбить на два класса - трехлучевые с дельтаобразным расположением электронных пушек и с планарным расположением электронных пушек. В этих трубках применяются щелевые и теневые маски, хотя правильнее сказать, что они все теневые. При этом трубки с планарным расположением электронных пушек еще называют кинескопами с самосведением лучей, так как воздействие магнитного поля Земли на три планарно расположенных луча практически одинаково и при изменении положения трубки относительно поля Земли не требуется производить дополнительные регулировки

ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЭЛТ-мониторов