Устройства сканирования

Термин "сканирование" происходит от английского слова to scan, что означает "пристально всматриваться". Изображение преобразуется в цифровую форму для дальнейшей обработки компьютером или воспроизведение на экране монитора.

Сканер Сканер распознает изображение, автоматически создает его электронную копию, которая может быть сохранена в памяти компьютера. Отличительные черты сканеров:

глубина распознавания цвета: черно-белые, с градацией серого, цветные; оптическое разрешение, измеряющееся в точках на дюйм и определяющее количество точек, которые сканер различает на каждом дюйме; стандартные разрешения-200, 300, 600, 1200 точек на дюйм; программное обеспечение: обучаемые сканеры имеют образцы почерков рукописного текста, интеллектуальные сами обучаются; конструкция: ручные, страничные и планшетные.

К важнейшим характеристикам сканера также относятся время сканирования и максимальный размер сканируемого документа.

С канеры находят широкое применение в издательской деятельности, системах проектирования, анимации, а также при создании иллюстративных материалов для презентаций, докладов, рекламы.

Устройства распознавания символов

К устройствам распознавания символов относятся, например, терминалы больших универмагов. Они оснащены разнообразными устройствами считывания штрих-кодов, специальных символов и меток для определения условий приобретения товара. Считанная информация, после преобразования, позволяет однозначно идентифицировать товар и, затем, выводится на экран или бумажный чек.

Сканеры штрих-кодов используются в медицине для считывания информации о медикаментах, биологических пробах, партиях крови и кровезаменителей и т.д. На соседнем рисунке показано использование сканера для считывания номера партии химического реагента, используемого газоанализатором ABL-700.

 

Устройства вывода информации

Устройства вывода преобразуют машинное представление информации в форму, понимаемую человеком. К основным устройствам вывода относятся мониторы, принтеры, плоттеры, а также устройства вывода звуковой информации.

Мониторы

Монитор, или видеотерминал, предназначен для отображения символьной и графической информации. Большинство мониторов реализовано на базе электронно-лучевых трубок. Все мониторы портативных компьютеров реализуются на основе жидкокристаллических индикаторов.

Основными характеристиками мониторов реализованных на базе электронно-лучевых трубок являются: разрешающая способность экрана, расстояние между точками на экране, величина диагонали экрана.

Разрешающая способность экрана

Любое изображение на экране представляется набором точек, которые называют пикселями (от английского словосочетания PICture's ELement-элемент картинки). Число точек по горизонтали и вертикали экрана определяет разрешающую способность монитора. Стандартный режим работы монитора поддерживает разрешение 800 на 600, 1024 на 768 точек. Чем выше разрешающая способность, тем качественнее изображение.

Мониторы бывают черно-белые и цветные.

Расстояние между точками на экране

Расстояние между точками на экране, или величина шага, определяет четкость изображения на мониторе. Эта величина колеблется от 0,22 до 0,43 мм. Чем меньше величина шага, тем качественнее изображение.

Величина диагонали экрана

Величина диагонали экрана измеряется в дюймах и колеблется в диапазоне от 9" до 41". Выбор размера экрана монитора зависит от сферы использования персонального компьютера.

Видеокарта Реальные режимы работы монитора зависят от типа видеокарты, которая обеспечивает управление и взаимодействие монитора с персональным компьютером. Видеокарта устанавливается в слот расширения на системной плате компьютера и поставляется с набором программ-драйверов. Монитор, видеокарта и набор программ-драйверов образуют видеосистему.

Принтеры

Принтер предназначен для вывода данных на бумагу. Формирование изображения осуществляется головкой печатного устройства.

По способу формирования изображения на бумаге принтеры делятся на последовательные строчные и страничные.

По количеству цветов, используемых при печати, принтеры бывают черно-белые и цветные.

По способу печати принтеры бывают ударные и безударные.

Важнейшими характеристиками принтеров являются ширина каретки принтера, определяющая максимально возможный формат документа: А4 или А3; скорость печати; разрешающая способность принтера.

По способу получения изображения на бумаге, способу нанесения красящего материала принтеры бывают: матричные, струйные, лазерные, термические, литерные. Рассмотрим основные виды принтеров.

Матричные принтеры Матричные принтеры относятся к ударным печатающим устройствам. Изображение ф ормируется с помощью иголок, ударяющих по бумаге через красящую ленту. Матричные принтеры бывают 9- 18- и 24- игольчатые.

Струйные принтеры С труйные принтеры относятся к безударным устройствам, т. к. головка печатающего устройства не касается бумаги. Для получения изображения используют чернила. Головка принтера представляет собой чернильницу, в которой из дырочек-сопел выбрасываются тонкие струи чернил. Количество сопел колеблется от 12 до 64. чем меньше диаметр сопел, тем выше качество печати.

 

Лазерные принтеры Лазерные принтеры для формирования изображения используют лазерный луч. С помощью систем линз тонкий луч лазера формирует скрытое электронное изображение на светочувствительном барабане. К заряженным участкам электронного изображения притягиваются частички порошка-красителя, который затем переносится на бумагу.

 

Плоттеры Плоттеры предназначены для вывода графической информации, создания схем и т.д. Плоттеры используются для производства высококачественной, цветной документации. К основным характеристикам плоттеров относятся скорость вычерчивания, скорость вывода, разрешающая способность.

Внешняя память компьютера. Основные типы носителей информации и их важнейшие характеристики

Основное назначение внешней памяти компьютера — долговременное хранение большого количества различных файлов (программ, данных и т. д.). Устройство, которое обеспечивает запись/считывание информации, называется накопителем, а хранится информация на носителях. Наиболее распространенными являются накопители следующих типов:

• накопители на гибких магнитных дисках (НГМД) двух различных типов, рассчитанные на диски диаметром 5,25" (емкость 1,2 Мб) и диски диаметром 3,5" (емкость 1,44 Мб);

• накопители на жестких магнитных дисках (НЖМД) информационной емкостью от 1 Гб;

• накопители CD-ROM для CD-ROM-дисков емкостью 640…700 Мб;

• накопители DVD-RW для DVD-дисков емкостью 4,7 … 14 Гб.

Для пользователя имеют существенное значение некоторые технико-экономические показатели: информационная емкость, скорость обмена информацией, надежность ее хранения и, наконец, стоимость накопителя и носителей к нему.

Тип накопителя	Емкость носителя	Скорость обмена	Опасные воздействия
НГМД 5,25"	1,2 Мб	Низкая	Магнитные поля, нагревание
НГМД 3,5"	1,44 Мб	Низкая
НЖМД	от 1 Гб	от З Мб/с.	Удары
CD-ROM	700 Мб	до 3,6 Мб/с	Загрязнение
DVD-ROM	От 2,6 Гб	От 1,1 Мб/с	Загрязнение

В основу записи, хранения и считывания информации положены два физических принципа, магнитный и оптический. В НГМД и НЖМД используется магнитный принцип. При магнитном способе запись информации производится на магнитный носитель (диск, покрытый ферромагнитным лаком) с помощью магнитных головок.

В процессе записи магнитная головка перемещается вдоль магнитного слоя носителя, электрические импульсы создают в головке магнитное поле, которое последовательно намагничивает (1) или не намагничивает (0) элементы носителя.

При считывании информации намагниченные участки носителя вызывают в магнитной головке импульс тока (явление электромагнитной индукции).

Схема размещения данных на жестком диске

Минимальная единица хранения информации это сектор (Sector) который имеет определенный размер. Это уровень, на котором производятся операции ввода вывода на диск. Записать меньше информации, чем сектор нельзя. Отсюда есть много выводов. Например, что если размер сектора 512 а файл будет 513 то занимать на диске этот файла будет 512+512=1024. Сектора собираются в дорожки (Track), а набор дорожек это цилиндр (Cylinder) он соответствует фактической пластине диска. Информация с пластин на диске считывается головками (Head). Цилиндры в наборе составляют весь диск.

На двух следующих рисунках показаны схематическое устройство жесткого диска с четырьмя дисками (слева) и фотография реального устройства, имеющего четыре диска и, соответственно, восемь магнитных головок (справа).

Физически информация на диске храниться в секторах, которые для MS-DOS имеют размер 512 байт. Сектор - минимальный элемент данных, читаемый с диска или записываемый на диск. Для работы с файлами операционная система пользуется элементами данных, называемых кластерами. Кластер - это совокупность секторов, имеющих смежные номера. Кластер может состоять из одного сектора (для дискет) или содержать несколько секторов (для жёсткого диска).

Диск должен быть форматирован, т. е. должна быть создана физическая и логическая структура диска. В процессе форматирования на диске образуются концентрические дорожки, которые делятся на сектора, для этого головка дисковода расставляет в определенных местах диска метки дорожек и секторов.

Например, на гибком диске формата 3,5":

• размер сектора—512 байт;

• количество секторов на дорожке — 18;

• дорожек на одной стороне — 80;

• сторон — 2.

Операционная система выделяет для записываемых на диск файлов некоторое количество кластеров, в зависимости от размера файла. Номер первого выделенного файлу кластера хранится в дескрипторе файла. Для каждого нового файла операционной системой распределяются любые свободные кластеры, даже если они расположены в разных местах диска. Номера всех занимаемых файлом кластеров хранятся в специальной таблице - таблице размещения файлов - FAT (File Allocation Table).

При удалении файла все кластеры, принадлежащие файлу, помечаются как свободные - в соответствующие элементы FAT записывается нулевое значение. Те кластеры, которые раньше занимал удалённый файл, становятся доступными для записи новых файлов. Такой метод хранения файлов позволяет использовать всё имеющееся на диске свободное место, т.к. если длина записываемого файла больше, чем размеры непрерывных свободных участков, то файл просто расположится в нескольких несмежных участках.

Однако при использовании описанного выше метода файл становится фрагментированным - он как бы "размазан" по диску. Это приводит к тому, что для доступа к файлу необходимо перемещать магнитные головки от одного участка файла к другому. А на это требуется время, и весьма значительное. Таким образом, реальное время чтения сильно фрагментированного файла по сравнению с файлом, занимающим непрерывную область на диске, может отличаться в несколько раз. Внешне это выглядит так, как будто все программы стали работать в несколько раз медленнее, при этом наблюдается интенсивное перемещение головок диска от одного участка файла к другому.

Для исправления этой ситуации служат специальные программы – дефрагментаторы, входящие в состав операционной системы. Они переписывают фрагментированные файлы на новое место на диске так, чтобы файл занимал соседние кластеры, т.е. был непрерывным. В результате время считывания файла резко сокращается. Дефрагментация файлов жесткого диска входит в обязательный перечень действий по обслуживанию

На представленной ниже схеме показан механизм образования фрагментированных файлов (файлы 4 и 5) и результат работы программы –дефрагментатора.

Схема возникновения фрагментированных файлов и их дефрагментации

Последовательность записи файлов

Кластер 1	Кластер 2	Кластер 3	Кластер 4	Кластер 5
Файл 1
Файл 1		Файл 2
Файл 1		Файл 2	Файл 3
		Файл 2
Файл 4		Файл 2	Файл 4
Файл 4			Файл 4
Файл 4		Файл 5	Файл 4	Файл 5

Результат дефрагментации: файлы 4 и 5 занимают соседние кластеры.

Файл 4

Файл 5

Гибкие магнитные диски являются наиболее распространенными носителями информации. Наиболее популярны 3-х дюймовые диски. Дискета состоит из круглой полимерной подложки, покрытой с обеих сторон магнитным окислом и помещенной в пластиковую упаковку, на внутреннюю поверхность которой нанесено очищающее покрытие. В упаковке сделаны с двух сторон радиальные прорези, через которые головки считывания/записи накопителя получают доступ к диску.

Информация записывается с двух сторон диска по дорожкам. В центре диска имеется отверстие (или приспособление для захвата) для обеспечения вращения диска в дисководе, которое производится с постоянной угловой скоростью 300 бо/с.

На боковой кромке дискет (5,25") находится маленький вырез, позволяющий производить запись, если вырез заклеить непрозрачной наклейкой, запись становится невозможной (диск защищен). В дискетах 3,5" защиту от записи обеспечивает предохранительная защелка в левом нижнем углу пластмассового корпуса.

Жесткие магнитные диски

Жесткие магнитные диски, или винчестеры являются обязательным компонентом персонального компьютера. Жесткий диск - это несколько алюминиевых пластин покрытых магнитным слоем, который вместе с механизмом считывания и записи заключены в корпус внутри системного блока.

Эти диски аналогичны гибким дискам, но имеют некоторые преимущества над последними: объем жестких дисков значительно выше и колеблется от нескольких сотен мегабайт до нескольких десятков гигабайт; скорость обмена информацией в 10 раз больше.

Большая информационная емкость жестких дисков достигается за счет увеличения количества дорожек на каждом диске до нескольких тысяч, а количества секторов на дорожке — до нескольких десятков. Большая угловая скорость вращения дисков позволяет достигать высокой скорости считывания/записи информации (более 5 Мб/с).