(51) Накопители на оптических дисках Blu - Ray. Назначение, принцип работы и технические характеристики.

Blu-ray Disc, BD (англ. blue ray — синий луч) — формат оптического носителя, используемый для записи с повышенной плотностью и хранения цифровых данных, включая видео высокой чёткости, получил своё название от использования для записи и чтения коротковолнового (405 нм) «синего» (технически сине-фиолетового) лазера.

Вариации и размеры

• Однослойный диск Blu-ray (BD) (25 ГБ);

• Двухслойный диск может вместить (50 ГБ)

• Трёхслойный диск может вместить 100 ГБ;

• Четырёхслойный диск может вместить 128 ГБ.

Ещё в конце 2008 года японская компания Pioneer демонстрировала 16- и 20-слойные диски на 400 и 500 ГБ, способные работать с тем же самым 405-нм лазером, что и обычные BD-плееры.

На данный момент доступны:

• BD-R (одноразовая запись);

• BD-RE (многоразовая запись),

• BD-RE DL (многоразовая запись) (50 ГБ)

• BD-RW

к стандартным дискам размером 120 мм, выпущены варианты дисков размером 80 мм для использования в цифровых фото- и видеокамерах

ТЕХНИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ

• Объем (20 Gb и более (в зависимости от слоев и количества сторон))

• Скорость чтения/записи (в зависимости от скорости привода)

• Количество слоев (однослойные и многослойные)

• Количество сторон (односторонние и двухсторонние)

• Способность перезаписи (BD – только чтение, BD-R – запись один раз, с возможностью дозаписать на оставшееся место, BD-RW – можно перезаписать n-ое количество раз)

В технологии Blu-ray для чтения и записи используется сине-фиолетовый лазер с длиной 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.

Из-за того, что на дисках Blu-Ray данные расположены слишком близко к поверхности, первые версии дисков были крайне чувствительны к царапинам и прочим внешним механическим воздействиям, из-за чего они были заключены в пластиковые картриджи.

Решение этой проблемы появилось в январе 2004 года с появлением нового полимерного покрытия, которое дало дискам более качественную защиту от царапин и пыли. Это покрытие, разработанное корпорацией TDK, получило название «Durabis». Оно позволяет очищать BD при помощи бумажных салфеток, которые могут нанести повреждения CD и DVD. Формат HD DVD имеет те же недостатки, так как эти диски производятся на основе старых оптических носителей.

(52) Печатающие устройства матричного и струйного типа. Назначение, принцип работы и технические характеристики.

Матричный принтер — компьютерный принтер, создающий изображение на бумаге из отдельных маленьких точек ударным способом. В матричном принтере изображение формируется на носителе печатающей головкой, представляющей собой набор иголок, приводимых в действие электромагнитами. Головка располагается на каретке, движущейся по направляющим поперёк листа бумаги; при этом иголки в заданной последовательности наносят удары по бумаге через красящую ленту, аналогичную применяемой в печатных машинках и обычно упакованную в картридж, тем самым формируя точечное изображение. Для перемещения каретки обычно используется ременная передача, реже — зубчатая рейка или винтовая передача. Приводом каретки является шаговый электродвигатель. Такой тип матричных принтеров именуется SIDM (последовательные ударно-матричные принтеры). Скорость печати таких принтеров измеряется в CPS (символах в секунду).

В разное время выпускались принтеры с 9, 12, 14, 18, 24 и 36, 48 иголками в головке; разрешающая способность печати, а также скорость печати графических изображений напрямую зависят от числа иголок. Наибольшее распространение получили 9- и 24-игольчатые принтеры.

9-игольчатые принтеры применяются для высокоскоростной печати с невысокими требованиями к качеству. Для достижения высокой скорости в некоторых принтерах используются сдвоенные (2х9) и счетверенные (4х9) 9-игольчатые печатающие головки. За счет меньшего количества игл 9-игольчатая печатающая головка отличается большей надежностью и меньшим нагревом. Преимуществом 24-игольчатого принтера является высокое качество печати, в графическом режиме максимальное разрешение составляет 360х360 точек на дюйм. При этом скорость печати 24-игольчатого принтера существенно ниже, чем у 9-игольчатого. Основная сфера применения — печать с высокими требованиями к качеству.

Для печати на матричном принтере преимущественно используется рулонная или перфорированная фальцованная бумага. В случае применения листовой бумаги большинство матричных принтеров требует её ручной заправки; во многих моделях имеется возможность использования опционального автоподатчика листовой бумаги.

Преимущества:

• недорогая массовая печать на многослойных бланках или под копирку

• много текстовой информации, при сравнительно низком качестве

• дешевая (рулонная) бумага

• лента долго не высыхает и долго расходуется

Недостатки:

• высокий уровень шума

• низкая скорость и качество печати в графическом режиме

• ограниченные возможности цветной печати

Струйный принтер — один из видов принтеров. Обладает малой скоростью печати по сравнению с лазерными, но отличается высоким качеством печати полутоновых изображений.

В струйных принтерах используется матрица, печатающая жидкими красителями. Печатающая матрица может быть или частью картриджа, или частью принтера (в этом случае картридж – лишь контейнер с краской). При длительном простое принтера (неделя и больше) происходит высыхание остатков красителя на соплах печатающей головки. Принтер умеет сам автоматически чистить печатающую головку. При прочистке сопел печатающей головки происходит интенсивный расход красителя. Если прочистить не удалось, то потребуется ремонт.

Типы подачи красителя:

Непрерывная подача — подача красителя во время печати происходит непрерывно, факт попадания красителя на запечатываемую поверхность определяется модулятором потока красителя. В технической реализации такой печатающей головки в сопло под давлением подаётся краситель, который на выходе из сопла разбивается на последовательность микро капель (объёмом нескольких десятков пиколитров), которым дополнительно сообщается электрический заряд. Разбиение потока красителя на капли происходит расположенным на сопле пьезокристаллом, на котором формируется акустическая волна (частотой в десятки килогерц). Отклонение потока капель производится электростатической отклоняющей системой (дифлектором). Те капли красителя, которые не должны попасть на запечатываемую поверхность, собираются в сборник красителя и, как правило, возвращаются обратно в основной резервуар с красителем.

Подача по требованию — подача красителя из сопла печатающей головки происходит только тогда, когда краситель действительно надо нанести на соответствующую соплу область запечатываемой поверхности.

Пьезоэлектрическая — над соплом расположен пьезокристалл с диафрагмой. Когда на пьезоэлемент подаётся электрический ток, он изгибается и тянет за собой диафрагму — формируется капля, которая впоследствии выталкивается на бумагу. Технология позволяет изменять размер капли.

Термическая (газовые пузырьки) — в сопле расположен микроскопический нагревательный элемент, который при прохождении электрического тока мгновенно нагревается до температуры около 500 °C, при нагревании в чернилах образуются газовые пузырьки, которые выталкивают капли жидкости из сопла на носитель.

Достоинства:

• Невысокая стоимость струйных принтеров, которая стала еще ниже в последнее время

• Огромное разнообразие струйных печатных устройств по их габаритным размерам

• Высокое качество печати цветных изображений

Недостатки:

• Значительные эксплуатационные расходы, что особенно ощущается при выполнении цветной печати на устройствах подобного типа

• Относительно низкая скорость печати по сравнению с лазерными типами печатных устройств

• Невысокая стойкость полученных печатных изображений

(53) Печатающие устройства лазерного типа. Назначение, принцип работы и технические характеристики.

Лазерный принтер — один из видов принтеров, позволяющий быстро изготавливать высококачественные отпечатки текста и графики на обычной (не специальной) бумаге.

3 способа переноса тонера:

• двухкомпонентный

В двухкомпонентной системе девелопер остается на магнитном валу блока проявки и продолжает служить дальше (тонер, естественно, расходуется). В технических описаниях многих аппаратов производители заявляют, что девелопер вообще не требует восполнения, однако на практике его рабочие характеристики со временем ухудшаются, что сказывается на качестве копий.

с раздельным тонером и девелопером

тонер и девелопер уже смешаны заранее в заводском картридже

красящие частицы, предназначенные для переноса на фотобарабан, не могут самостоятельно удерживаться на магнитном валу блока проявки, но прилипают к частицам специального магнитного порошка носителя (девелопера), которые при перемешивании заряжаются из-за взаимного трения.

• однокомпонентный — только тонер без каких-либо примесей, красящие частицы которого сами по себе обладают магнитными свойствами

Процесс печати.

• Зарядка фотовала

Зарядка фотовала — нанесение равномерного электрического заряда на поверхность вращающегося фотобарабана. Наиболее часто применяемый материал фотобарабана — фотоорганика — требует использования отрицательного заряда, однако есть материалы (например, кремний), позволяющие использовать положительный заряд.

• Лазерное сканирование

Лазерное сканирование (засвечивание) — процесс прохождения отрицательно заряженной поверхности фотовала под лазерным лучом. Лазер активизируется только в тех местах, на которые с магнитного вала в дальнейшем должен будет попасть тонер. Под действием лазера участки фоточувствительной поверхности фотовала, которые были засвечены лазером, становятся электропроводящими, и часть заряда на этих участках «стекает» на металлическую основу фотовала. Тем самым на поверхности фотовала создаётся электростатическое изображение будущего отпечатка в виде "рисунка" из участков с менее отрицательным зарядом, чем общий фон.

• Наложение тонера

Отрицательно заряженный ролик при подаче тонера придаёт тонеру отрицательный заряд и подаёт его на ролик проявки. Тонер, находящийся в бункере, притягивается к поверхности магнитного вала под действием магнита, из которого изготовлена сердцевина вала. Во время вращения магнитного вала тонер, находящийся на его поверхности, проходит через узкую щель, образованную между дозирующим лезвием и магнитным валом. После этого тонер входит в контакт с фотовалом и притягивается на него в тех местах, где сохранился отрицательный заряд. Тем самым электростатическое (невидимое) изображение преобразуется в видимое (проявляется). Притянутый к фотовалу тонер движется на нём дальше, пока не приходит в соприкосновение с бумагой.

• Перенос тонера

В месте контакта фотовала с бумагой, под бумагой находится ещё один ролик, называемый роликом переноса (коронатор). На него подаётся положительный заряд, который он сообщает и бумаге, с которой контактирует. Частички тонера, войдя в соприкосновение с положительно заряженной бумагой, переносятся на неё и удерживаются на поверхности за счёт электростатики.

• Закрепление тонера

Бумага с «насыпанным» тонерным изображением двигается далее к узлу закрепления (печке). Закрепляется изображение за счёт нагрева и давления. Печка состоит из двух валов:

1. верхнего, внутри которого находится нагревательный элемент (обычно — галогенная лампа), называемый термовалом;

2. нижнего (прижимной ролик), который прижимает бумагу к верхнему за счёт подпорной пружины.

За температурой термовала следит термодатчик (термистор). Печка представляет собой два соприкасающихся вала, между которыми проходит бумага. При нагреве бумаги (180—220 °C) тонер, притянутый к ней, расплавляется и в жидком виде вжимается в текстуру бумаги. Выйдя из печки, тонер быстро застывает, что создаёт постоянное изображение, устойчивое к внешним воздействиям. Чтобы бумага, на которую нанесён тонер, не прилипала к термовалу, на нём выполнены отделители бумаги.

Преимущества

• высокое качество и экономичность

• лазерные отпечатки более стойкие, четкость отпечатков не нарушается в условиях повышенной влажности

• быстрые

Недостатки

• при работе лазерного принтера выделяется озон.

• пиковая потребляемая мощность лазерного принтера достаточно высока, что делает невозможным подключение его к бытовым источникам бесперебойного питания средней и малой мощности.

• качество печати цветных полутоновых изображений ниже чем при струйной печати.

• лазерные принтеры дороже струйных в среднем в 3 раза, а стоимость комплекта картриджей для лазерного принтера намного дороже, чем комплекта для струйного

(54) Общая структура микропроцессорной системы.

Микропроцессор - центральная часть любой микропроцессорной системы (МПС) - включает в себя АЛУ и ЦУУ, реализующее командный цикл. МП может функционировать только в составе МПС, включающей в себя, кроме МП, память, устройства ввода/вывода, вспомогательные схемы (тактовый генератор, контроллеры прерываний и ПДП, шинные формирователи, регистры-защелки и др.).

Шина - пучок проводов для передачи сигналов определенного назначения.

3 шины:

• шина адреса (ША) - состоит из 24 линий, микропроцессор выставляет адрес байта или слова, которые будут пересылаться по шине данных в процессор или из него. Кроме того, шина адреса используется микропроцессором для указания адресов (номеров) периферийных портов, с которыми производится обмен данными.

• шина данных (ШД) - состоит из 16 линий, по которым возможна передача, как отдельных байтов, так и двухбайтовых слов. При пересылке байтов возможна передача отдельно как по старшим 8 линиям, так и по младшим. Шина данных двунаправленна, т.к. передача байтов и слов может производиться как в микропроцессор, так и из него.

• шина управления (ШУ) - формируется сигналами, поступающими непосредственно от микропроцессора, и сигналами, сформированными системным контроллером, и сигналами, идущими к микропроцессору от других микросхем и периферийных адаптеров

Совокупность указанных шин носит название системной шины микропроцессорной системы и служит для связи микропроцессора с периферийными модулями различного назначения. Системная шина выполняется по международному стандарту и называется шиной ISA.

Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) служит для хранения отлаженного алгоритма управления объектом или для хранения мало меняющейся цифровой информации, используемой в управлении объектом. Микропроцессор может только считывать информацию из ПЗУ.

Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) служит для хранения любой информации, используемой в управлении объектом, в том числе и для хранения программ управления объектом. ОЗУ имеет двустороннюю связь с микропроцессором. ПЗУ и ОЗУ непосредственно связаны по системной шине ISA с микропроцессором, в то время как остальные структурные блоки связываются с ним через дешифратор внешних устройств (ДВУ), который позволяет им поочередно подключаться к микропроцессору. К внешним устройствам относятся программируемый параллельный интерфейс (ППИ) (адаптер параллельной связи), программируемый таймер (ПТ) и последовательный интерфейс (ПосПИ) (адаптер последовательной связи).

Программируемый параллельный интерфейс служит для связи микропроцессора с дискретными или аналоговыми объектами управления, в качестве которых могут быть датчики или исполнительные устройства объектов управления.

Программируемый таймер служит для управления объектами с помощью микропроцессора в функции времени.

Программируемый последовательный интерфейс служит для передачи в последовательном коде цифровых сигналов к объектам управления или к другим микропроцессорным системам, расположенным на значительном расстоянии от микропроцессора. Двусторонняя (дуплексная) передача сигнала по линии последовательной связи осуществляется по некоторым правилам, которые называют протоколом передачи данных.

(55) Архитектуры вычислительных машин.

Архитектура фон-Неймана.

ЗУ - запоминающего устройства (памяти); АЛУ - арифметико-логического устройства; УУ - устройства управления; УВВ - устройства ввода и вывода.

Программы и данные вводятся в память из устройства ввода через арифметико-логическое устройство. Все команды программы записываются в соседние ячейки памяти, а данные для обработки могут содержаться в произвольных ячейках. У любой программы последняя команда должна быть командой завершения работы. Арифметико-логическое устройство выполняет указанные командами операции над указанными данными. Из арифметико-логического устройства результаты выводятся в память или устройство вывода. Принципиальное различие между ЗУ и устройством вывода заключается в том, что в ЗУ данные хранятся в виде, удобном для обработки компьютером, а на устройства вывода (принтер, монитор и др.) поступают так, как удобно человеку. УУ управляет всеми частями компьютера. От управляющего устройства на другие устройства поступают сигналы «что делать», а от других устройств УУ получает информацию об их состоянии. Управляющее устройство содержит специальный регистр (ячейку), который называется «счетчик команд». После загрузки программы и данных в память в счетчик команд записывается адрес первой команды программы. УУ считывает из памяти содержимое ячейки памяти, адрес которой находится в счетчике команд, и помещает его в специальное устройство — «Регистр команд». УУ определяет операцию команды, «отмечает» в памяти данные, адреса которых указаны в команде, и контролирует выполнение команды. Операцию выполняет АЛУ или аппаратные средства компьютера. В результате выполнения любой команды счетчик команд изменяется на единицу и, следовательно, указывает на следующую команду программы. Когда требуется выполнить команду, не следующую по порядку за текущей, а отстоящую от данной на какое-то количество адресов, то специальная команда перехода содержит адрес ячейки, куда требуется передать управление.

Гарвардская архитектура

Типичные операции (сложение и умножение) требуют от любого вычислительного устройства нескольких действий: выборку двух операндов, выбор инструкции и её выполнение, и, наконец, сохранение результата. Идея, реализованная Эйкеном, заключалась в физическом разделении линий передачи команд и данных. В первом компьютере Эйкена «Марк I» для хранения инструкций использовалась перфорированная лента, а для работы с данными — электромеханические регистры. Это позволяло одновременно пересылать и обрабатывать команды и данные, благодаря чему значительно повышалось общее быстродействие.

Архитектура фон-Неймана с прерыванием

Прерывание – первое отличие современных архитектур от машин фон-Неймана. Работа прерывания заключается в том, что при поступлении сигнала прерывания процессор обязан прекратить выполнение текущей программы и немедленно начать обработку процедуры прерывания.

Архитектура фон-Неймана с ПДП

Канал ПДП

Режим, при котором внешнее устройство обменивается непосредственно с ОЗУ без участия центрального процессора, называется прямым доступом к памяти. Для его реализации необходим специальный контроллер. Режим прямого доступа к памяти в машинах первого и второго поколений не существовал. Поэтому встречающаяся иногда схема ЭВМ, на которой данные из устройств ввода напрямую поступают в ОЗУ, не соответствует действительности: данные при отсутствии контроллера прямого доступа к памяти всегда сначала принимаются во внутренние регистры процессора и лишь затем в память.

(56) Передача информации в микропроцессорных системах (МПС).

В МПС существует три способа передачи информации:

• асинхронный - сигналы передаются с произвольными промежутками времени.

• синхронный - сигналы передаются строго периодично во времени.

• смешанный - байты передаются асинхронно, а биты внутри байтов синхронно.

Асинхронный способ.

Асинхронный способ обеспечивает передачу информации по единственной линии. Для надежной синхронизации обмена в асинхронном режиме:

1. передатчик и приемник настраивают на работу с одинаковой частотой;

2) передатчик формирует стартовый и стоповый биты, отмечающие начало и конец посылки;

3) передача ведется короткими посылками (5..9 бит), а частоты передачи выбираются сравнительно низкими.

Асинхронный способ по методу регистрации сигналов делится на:

• стробируемый

Строб – дополнительный сигнал является подтверждением действительности других сигналов. Стробирование может осуществляться по фронту или по уровню.

• «запрос-ответ».

Синхронный способ.

Синхронизация:

• внутренняя

Достоинства:

• достаточно двух линий - сигнал и земля

• высокая частота

• высокая надежность связи

• длина пакета определяется взаимной синхронностью передатчики и приемника.

• внешняя

Сигналы синхронизации поступают вместе с данными. В этом случае форма сигналов может быть неправильной. Поэтому внешняя синхронизация используется только при передаче на небольшие расстояния, т.е. внутри платы.

Изохронный метод

В этом методе передачи информации возможна потеря данных. Здесь сам приемник определяет, какие данные принимать, а какие нет (например, для звуковой информации).

Асинхронно-синхронный способ.

Предположим, что мы умеем преобразовывать каждый байт в поток единиц и нулей, то есть биты, которые могут быть переданы через среду связи. Обычно, в то время как линия находится в режиме ожидания, для демонстрации того, что линия в порядке, по ней передается единица, обозначая незанятость линии. С другой стороны, когда линия находится в состоянии логического нуля, говорится, что она стоит в режиме выдерживания интервалов. Таким образом, логические единица и ноль рассматриваются соответственно как MARK и SPACE. В асинхронной связи изменение условия состояния линии с MARK на SPACE означает начало символа. Это называется стартовым битом. За стартовым битом следует комбинация битов, представляющая символ, и затем бит контроля четности. Наконец, линия переходит в состояние ожидания MARK, которая представляет собой стоповый бит и означает конец текущего символа. Число битов, используемых для представления символа, называется длиной слова и обычно бывает равно семи или восьми. Контрольный бит используется для выполнения элементарной проверки на наличие ошибки. Длительность каждого бита определяется генераторами тактовых импульсов приемника и передатчика. Отметим, однако, что генераторы в приемнике и передатчике должны иметь одну и ту же частоту, но не требуется, чтобы они были синхронизированы.

(57) Методы ввода/вывода информации в МПС и их классификация.

Подсистема ввода/вывода (ПВВ) обеспечивает связь МП с внешними устройствами:

• устройства ввода/вывода (УВВ):

• клавиатура

• дисплей

• принтер

• датчики

• исполнительные механизмы, АЦП, ЦАП, таймеры и т.п.

• внешние запоминающие устройства (ВЗУ):

  • накопители на магнитных дисках

  • "электронные диски" и др.

Обращение к "УВВ" и "ВУ" со стороны процессора осуществляется по одним законам.

ПВВ в общем случае должна обеспечивать выполнение следующих функций:

1) согласование форматов данных, т.к. процессор всегда выдает/принимает данные в параллельной форме, а некоторые ВУ - в последовательной. С этой точки зрения различают устройства параллельного и последовательного обмена. В рамках параллельного обмена не производится преобразование форматов передаваемых слов, в то время как при последовательном обмене осуществляется преобразования параллельного кода в последовательный, и наоборот. Все варианты, когда длина слова ВУ (больше 1 бита) не совпадает с длиной слова МП, сводятся к разновидностям параллельного обмена;

2) организация режима обмена - формирование и прием управляющих сигналов, идентифицирующих наличие информации на различных шинах, ее тип, состояние ВУ (Готово, Занято, Авария), регламентирующих временные параметры обмена. По способу связи процессора и ВУ (активного и пассивного) различают синхронный и асинхронный обмен. При синхронном обмене временные характеристики обмена полностью определяются МП, который не анализирует готовность ВУ к обмену и фактическое время завершения обмена. Синхронный обмен возможен только с устройствами, всегда готовыми к нему (например, двоичная индикация). При асинхронном обмене МП анализирует состояние ВУ и/или момент завершения обмена. Временные характеристики обмена в этом случае могут определяться ВУ;

3) адресную селекцию внешнего устройства.

Классификация методов ввода/вывода

1. Под управлением ЦП.

• По опросу

• По прерыванию

2. Под управлением внешних устройств (прямого доступа к памяти).

Метод по опросу подразумевает регулярную проверку процессором готовности к ответу.

Недостатки:

• быстродействие очень низкое;

• процессор занимается постоянным опросом.

Достоинства:

• не требует дополнительной аппаратуры;

• можно использовать несколько источников.

Необходимо чтобы процессор и устройства были согласованны по скорости. Эффективность низка, если информация поступает редко (процессор опрашивает, а информации нет).

(58) Подсистема прерываний МПС.

Подсистема прерываний - совокупность аппаратных и программных средств, обеспечивающих реакцию программы на события, происходящие вне программы. Такие события возникают, как правило, случайно и асинхронно по отношению к программе и требуют прекращения (чаще временного) выполнения текущей программы и переход на выполнение другой программы (подпрограммы), соответствующей возникшему событию.