Характеристики сканеров

Возможности сканера нередко характеризуются двумя ключевыми понятиями — разрешением и глубиной цвета.

Единицей измерения разрешения служит количество пикселов (точек) на дюйм, на которые сканер способен разбить изображение (piхels per inch или dot per inch, сокращенно ppi или dpi), то есть у сканера с разрешением 600 dpi изображение размером 1x1 дюйм будет разбито на 600 точек в 600 строках.

Следует различать разрешение оптическое и интерполяционное. По своей величине интерполяционное разрешение может многократно превышать оптическое. При интерполяции число пикселов увеличивается за счет программной обработки — алгоритма в программе сканирования.

Чем выше глубина цвета, тем большее количество цветов и оттенков будет содержать полученное изображение.

Сканеры весьма разнообразны и их можно классифицировать по различным признакам. Сканеры бывают черон-белыми и цветными. Черно-белые сканеры могут считывать штриховые и полутоновые изображения. Штриховые изображения не передают полутонов (уровней серого). Полутоновые позволяют распознать и передать 16, 64 или 256 уровней серого. Цветные сканеры работают с черно-белыми и цветными оригиналами. В цветных сканерах сканируемое изображение освещается через вращающийся RGB фильтр или от трех последовательно зажигаемых цветных ламп. Сигнал соответствующий каждому основному цвету обрабатывается отдельно. Конструктивно сканеры бывают ручными и настольными. Роликовые сканеры наиболее автоматизированы. В них оригинал автоматически перемещается относительно сканирующей головки. Проекционные камеры внешне напоминают фотоувеличитель.

7. Устройство схемы планшетного и барабанного сканеров, принципы функционирования.

Как работает сканер. Ссd и cis

Современные сканеры для дома и малого офиса используют два основных типа приемных элементов — CCD и CIS. CCD (Charge Coupled Device, ПЗС) — это прибор с зарядовой связью, который содержит множество датчиков, объединенных в матрицу, реагирующих на интенсивность направленного светового потока и запоминающих характеристики отсканированного элемента в виде определенного аналогового заряда. Когда оригинал расположен на стекле и надежно прижат крышкой, мощный источник направляет поток света снизу через стекло на оригинал. Отраженный свет поступает в систему зеркал и направляется на линзу, которая, в свою очередь, фокусирует потоки различной интенсивности на CCD. Последний делится этим «достоянием» с аналогово-цифровым преобразователем, который раскладывает на последовательность нулей и единиц. Контактный сенсор изображения (CIS) представляет собой новый тип приемного элемента: линейка датчиков, имеющая ширину рабочей области сканирования, непосредственно воспринимает световой поток, отраженный от оригинала.

CDD-сканеры обеспечивают больший динамический диапазон, чем CIS, поэтому пользователь ПЗС-сканеров получит более детализированное изображение затененных участков оригинала.

8. Штриховые коды. Сканеры штриховых кодов.

Сканер штрих-кода предназначен для считывания, декодирования и передачи в компьютер информации, закодированной в штриховом коде. Информация передается в виде последовательности цифр или букв, содержащихся в штрих-коде. Таким образом, сканер штрих-кода можно назвать элементом машинного зрения, который позволяет Системе автоматизации “увидеть” то, что зашифровано в штрих-коде.

На рынке ведущих производителей подобных устройств основное место занимают сканирующие устройства, использующие лазерный луч в качестве считывающего сенсора. Сканирующие устройства с использованием CCD (ПЗС) технологий сдают свои позиции в связи с рядом недостатков, присущих данному классу устройств.

Основным различием между лазерными и CCD сканерами является, как было упомянуто выше, является использование различных считывающих сенсоров. В лазерных сканерах используются полупроводниковые лазерные диоды видимого спектра (обычно красного либо зеленого цвета). В CCD устройствах применяются световые источники видимого диапазона - светодиоды.

К основным техническим характеристикам сканеров штрих-кода можно отнести:

рабочий диапазон температур – колеблется в зависимости от условий эксплуатации сканеров

используемая технология (ПЗС или лазер)

Для лазерных - количество лучей и плоскостей считывания

автоматическое включение устройства после приближения к объекту

максимальная ширина считываемого кода

максимальное удаление от считываемого объекта

ударопрочность и пылезащищенность

интерфейс

9. Плазменные дисплеи, основные характеристики, достоинства и недостатки. Устройство и принцип работы ячейки плазменного дисплея.

Принцип работы плазменных дисплеев не настолько сложен, как может показаться на первый взгляд. Как и в обычном CRT-мониторе, в плазменном присутствует люминофор, который светится не под воздействием потока электронов (как в CRT), а под воздействием плазменного разряда. Каждая ячейка плазменного дисплея представляет собой флуоресцентную мини-лампу, которая способна излучать только один цвет из схемы RGB. К подложкам каждого пикселя плазменного дисплея, между которыми находится инертный газ (ксенон или неон), прикладывается высокое напряжение, которое вызывает плазменный разряд — распад инертного газа на положительные и отрицательные ионы, которые под воздействием электрического поля начинают движение соответственно к аноду и катоду. Вследствие такого движения происходит столкновение элементарных частиц с атомами, наблюдается физико-химическое взаимодействие, в результате чего испускается поток ультрафиолета, невидимого человеческим глазом. И поток фотонов, бомбардируя подложку пикселя, покрытую люминофором, вызывает свечение. 97 % ультрафиолетовой составляющей излучения, вредного для глаз, поглощается наружным стеклом. Заметим, что для постоянного движения заряженных частиц (соответственно и свечения) необходимо периодически менять полярность прикладываемого напряжения. А величиной подходящего управляющего напряжения будет регулироваться яркость свечения пикселя, чем можно получить необходимые оттенки.

Передние дорожки питания обычно выстраивают в строчки, а задние — в столбцы. Таким образом, получается управляющая матрица, и встроенный процессор адресует необходимые управляющие импульсы.

Еще одной особенностью плазменных дисплеев является их высокое энергопотребление, что делает невозможным их использование в портативных устройствах (ноутбуках, карманных компьютерах).

10. Дисплеи с ЭЛТ, основные характеристики, достоинства и недостатки.

В состав монитора входят: панель ЭЛТ; блок разверток; видеоусилитель; блок питания и др.

В зависимости от вида управляющего лучом сигнала мониторы бывают аналоговые и цифровые. Аналоговые мониторы позволяют более качественно с большим количеством полутонов и цветовых оттенков формировать изображение. Важной характеристикой монитора является частота его кадровой развертки. Смена кадров с частотой 25 Гц воспринимается глазом как непрерывное изображение, но глаза при этом из-за мерцания экрана устают. Для большей устойчивости изображения и снижения усталости глаз у качественных мониторов частота смены кадров поддерживается на уровне 70-80 Гц, а частота строчной развертки достигает 40-50 КГц. Поскольку частота разверток в мониторе должна быть согласована с частотой видеоадаптера, более удобны мультичастотные мониторы с частотами кадровок и строчной разверток соответственно 50 120 Гц и 30 60 КГц. Строчная развертка может быть построчной и черезстрочной. Черезстрочная развертка позволяет получить большую разрешающую способность, но вдвое снижает фактическую кадровую частоту, т.е. увеличивает мерцание экрана. Режимы работы и разрешающая способность мониторов Видеомониторы обычно могут работать в двух режимах: текстовом и графическом. В текстовом режиме изображение на экране монитора состоит из символов расширенного ASCII кода, формируемых знакогенератором (возможны примитивные рисунки, гистограммы, рамки, составленные из символов псевдографики). В графическом режиме на экран выводятся более сложные изображения и надписи с различными шрифтами и размерами букв, формируемых из отдельных мозаичных элементов - пикселей (pixel -Picture Element). Разрешающая способность актуальна в графическом режиме и связана с размером пикселей. Она определяется максимальным количеством пикселей размещающихся по горизонтали и вертикали на экране. Разрешающая способность зависит от характеристик как видеоадаптера, так и монитора. Стандартные значения разрешающей способности современных мониторов: 640 480; 800 600; 1024 768; 1600 1200, но реально могут быть и другие значения. Важной характеристикой монитора, определяющей четкость изображения, является размер зерна люминофора экрана. Величина зерна имеет значения от 0,41 до 0,18 мм. Совместно с ПЭВМ типа IBM PC могут использоваться как монохромные, так и цветные мониторы.

11. Устройство и принцип работы ЭЛТ. Типы теневых масок ЭЛТ – дисплеев.

Отрицательно заряженный катод нагревают до тех пор, пока возбужденные электроны не создадут расширяющегося облака (электроны отталкиваются друг от друга, так как имеют одинаковый заряд). Эти электроны притягиваются к сильно заряженному положительному аноду. На внутреннюю сторону расширенного конца ЭЛТ нанесен люминофор. Если бы электронам ничто не препятствовало, то в результате их воздействия на люминофор весь экран ЭЛТ засветился бы ярким светом. Однако облако электронов с помощью электронных линз фокусируется в узкий, строго параллельный пучок. Теперь сфокусированный электронный луч дает одно яркое пятно в центре ЭЛТ. Луч отклоняется или позиционируется влево или вправо от центра и (или) выше или ниже центра с помощью усилителей горизонтального и вертикального отклонения. В растровом дисплее луч может отклоняться только в строго определенные позиции на экране, образующие своеобразную мозаику. Эта мозаика составляет видеоизображение. Люминофорное покрытие на экране растровой ЭЛТ тоже не непрерывно, а представляет собой множество тесно расположенных мельчайших точек, куда может позиционироваться луч, образуя мозаику.

12. Жидкокристаллические дисплеи. Устройство, принцип работы основные характеристики, достоинства и недостатки.

Жидкокристаллические дисплеи делятся на два класса по принципу управления: с пассивной и активной (построенной на тонкопленочных транзисторах — TFT, Thin Film Transistor) матрицей. Опишем общий принцип действия только TFT-мониторов, так как дисплеи этого класса занимают лидирующее положение на рынке, поскольку производство качественных мониторов с пассивной матрицей практически невозможно. TFT-технология подразумевает прохождение света от неоновой лампы подсветки через систему отражателей и фильтров, после чего свет попадает на слой жидких кристаллов (где каждый пиксель контролируется транзистором), а затем проходит через цветовые фильтры (система цвета RGB). Управляющий транзистор регулирует электрическое поле, определяющее пространственную ориентацию жидких кристаллов. Благодаря этому, проходящий свет меняет свою поляризацию и после прохождения поляризационного фильтра меняется его интенсивность, а соответственно, получаются различные цветовые оттенки. И тут проявляется ряд особенностей, присущих используемому принципу поляризации, — сокращение угла обзора, время отклика, контрастность. Под контрастностью монитора понимается соотношение между максимальной и минимальной яркостью, в этом и заключается один из минусов указанной технологии. Следствие сильной поляризации и блокировки светового потока — недостаточное количество цветовых оттенков, в частности, — темные оттенки сливаются в один цвет и становятся неразличимыми. Далее следуют такие параметры, как угол обзора — угол, при обзоре с которого контрастность изображения падает в 10 раз, и время отклика — параметр, определяющий время, за которое транзистор успевает изменить пространственную ориентацию жидких кристаллов. Для обеспечения широкого угла обзора жидким кристаллам необходимо поворачиваться на более широкий угол, а на это требуется дополнительное время. На стекло наносится слой хромовых проводников для создания проводящей структуры TFT и конденсаторов. Затем добавляется слой оксида кремния, после чего формируются каналы для транзисторов путем нанесения слоя аморфного кремния, далее происходит легирование азотом для создания эмиттера и коллектора, и далее наносится еще ряд технологических слоев. Это становится особенно актуальным и создает определенные сложности при производстве больших ЖК панелей.

13. Дисплеи с электростатической эмиссией, достоинства и недостатки. Устройство и принцип работы ячейки электростатического дисплея.

По сравнению с PDP и LCD-технологиями, эмиссионные дисплеи FED экономичны. Как дисплеи прямого излучения, они позволяют добиться высоких значений яркости и контрастности изображения. Конструкция FED-дисплеев проста и позволяет изготавливать мониторы с действительно большим экраном.

FED — это практически кинескоп (вернее, концентрация элементарных мини-кинескопов), не имеющий подогрева катода. Он экономичнее «подогревных» кинескопов, поскольку в нем потребляемая мощность не «сжигается» за счет накала катодов. В дисплеях FED эмиссия электронов с микрокатодов осуществляется путем электростатических сил, создаваемых внешним источником напряжения.

14. Дисплеи на органических светоизлучающих диодах (OLED), основные характеристики, достоинства и недостатки. Устройство и принцип работы ячейки OLED - дисплея.

OLED-дисплей — это тот же светодиод, только вместо полупроводников в нем используются «электронные» и «дырочные» пленки из органических материалов.

Больше всего надежд возлагается в этом смысле на так называемые органические светоизлучающие люминесцентные дисплеи OLED (Organic Light Emitting Diode)

OLED отличаются еще большей экономичностью и в серийном производстве будут стоить копейки. Они состоят только из стекла-подложки (или прозрачного пластика) с нанесенными слоями органических пленок синего, зеленого и красного цветов и толщиной всего в 100 мм, плюс — управляющие электроды. По параметрам такой дисплей сопоставим с LCD, но тут у «органики» — более широкий угол обзора, совсем плоский профиль, отсутствие лампы подсветки, еще более высокий контраст, действительно безупречное отображение объектов в движении.

OLED и PLED-дисплеи можно изготавливать не только на подложке из стекла, но и наносить их пленки на гибкий прозрачный пластик

15. Дисплеи на электронных чернилах, назначение, достоинства и недостатки. Устройство и принцип работы ячейки дисплея на электронных чернилах.

Микрокапсулы таких чернил содержат заряженные частицы диоксида титана (чистого белого цвета) и черные частицы с противоположным зарядом. Под действием электрического поля пигмент устанавливается в желаемое положение и окрашивает капсулу в белый, черный или промежуточный серый цвет.

Важная особенность электронных чернил в том, что можно достичь очень высокого разрешения за счет изменения цвета каждой отдельной частицы пигмента. Поскольку диаметр частицы измеряется микронами, разрешение экрана фактически определяется разрешением электронной матрицы, управляющей состоянием капсул. Таким образом, при изготовлении не нужно учитывать форму или размеры капсул, а также однородность цвета каждой из них, что значительно удешевляет производство. Кроме того, оптическое состояние чернил после приложенного импульса очень стабильно. Сформированное изображение остается разборчивым в течение нескольких месяцев!

Среди достоинств технологии E Ink — удобство чтения (отсутствие мерцания и изменения формы букв, независимость от условий освещения и угла зрения) и сверхнизкое потребление энергии. Некоторые параметры экранов, построенных на различных коммерчески доступных на сегодняшний день технологиях, приведены в первой таблице. Как видно, дисплеи на электронных чернилах обладают в шесть раз большей отражательной способностью и вдвое контрастнее, чем жидкокристаллические.

Низкое потребление энергии обусловлено двумя факторами. Во-первых, такие дисплеи не нуждаются в подсветке и работают преимущественно в отраженном свете, а во-вторых, капсулы не требуют постоянного приложения электрического поля. Благодаря отсутствию необходимости постоянно подпитывать экраны на электронных чернилах, потребляемая ими мощность фактически зависит лишь от частоты изменения картинки.

Одно из преимуществ электронных чернил — простота адаптирования для производства так называемых гибких дисплеев, которые при изгибании не дают искажения картинки.

16. Физические основы магнитной записи и стирания информации.

Дисковые носители, как правило, намагничиваются вдоль концентрических полей – дорожек, расположенных по всей плоскости дискоидального вращающегося носителя. Запись производится в цифровом коде. Намагничивание достигается за счет создания переменного магнитного поля при помощи головок чтения/записи. Головки представляют собой два или более магнитных управляемых контура с сердечниками, на обмотки которых подается переменное напряжение. Изменение полярности напряжения вызывает изменение направления линий магнитной индукции магнитного поля и, при намагничивании носителя, означает смену значения бита информации с 1 на 0 или с 0 на 1.

Для магнитной записи используются носители в виде магнитных пластин (дисков).

Принцип магнитной записи электрических сигналов на движущийся магнитный носитель основан на явлении остаточного намагничивания магнитных материалов. Запись и хранение информации на магнитном носителе производится путем преобразования электрических сигналов в соответствующие им изменения магнитного поля, воздействия его на магнитный носитель и сохранения следов этих воздействий в магнитном материале длительное время, благодаря явлению остаточного магнетизма. Воспроизведение электрических сигналов производится путем обратного преобразования

Система магнитной записи состоит из носителя записи и взаимодействующих с ним магнитных головок.

При цифровой магнитной записи в магнитную головку поступает ток, при котором поле записи через определенные промежутки времени изменяет свое направление на противоположное. В результате под действием поля рассеяния магнитной головки происходят намагничивание или перемагничивание отдельных участков движущегося магнитного носителя.

При периодическом изменении направления поля записи в рабочем слое носителя возникает цепочка участков с противоположным направлением намагниченности, которые соприкасаются друг с другом одноименными полюсами. Рассмотренный вид записи, когда участки рабочего слоя носителя перемагничиваются вдоль его движения, называется продольной записью

17. Накопители на жестких магнитных дисках. Основные характеристики. Устройство электромеханической части НЖМД. Блок-схема электронной части НЖМД.

Структура накопителя на жестких магнитных дисках

Накопители на гибких магнитных дисках (НГМД) позволяют переносить документы и программы с одного компьютера на другой, хранить информацию, не используемую постоянно на компьютере, делать архивные копии программных продуктов, содержащихся на жестком диске.

Наибольшее распространение получили дискеты размером 5,25 и 3,5 дюйма, то есть 133 и 89 мм в диаметре.

НГМД размером 5,25 дюйма чаще всего имеют емкость размером 1,2 Мбайта и 360 Кбайт[1]. Встречаются дискеты прежних лет выпуска, имеющие меньшую емкость либо рассчитанные на использование в дисководах с одной головкой (односторонние дискеты). Для записи и чтения дискет емкостью 1,2 Мбайта предназначены специальные накопители, которые устанавливаются на компьютерах моделей IBM PC AT, и PS/2. Существуют также специальные дисководы на 360 Кбайт. Техника записи на данных дискетах различна. В дисководах емкостью 1,2 Мбайта используются головки для чтения / записи, обеспечивающие более узкую дорожку информации. С этой целью на 5,25 дюймовых дискетах применяется специальное магнитное покрытие, которое

позволяет осуществлять более плотную запись. Это магнитное покрытие труднее намагнитить и размагнитить, чем обычное, поэтому такие накопители не могут быть использованы в дисководах емкостью 360 Кбайт.

В компьютерах последних лет выпуска чаще стали использовать накопители для дискет размером 3,5 дюйма (89 мм) и емкостью 0,7 и 1,44 Мбайт. Переход на их использование был в первую очередь связан с бурным развитием портативных компьютеров, в которых нельзя было использовать прежние накопители из-за больших размеров последних.

НГМД размером 3,5 дюйма заключены, в отличие от 5,25 дюймовых, заключены в жесткие пластмассовый конверт, что значительно повышает их надежность и долговечность, а также создает значительные удобства при транспортировке, хранении и использовании. В связи с этим первые из вышеперечисленных дисков вытесняют последние с компьютерного рынка, хотя

они и стоят несколько дороже.

С конструктивной точки зрения НЖМД схожи с НГМД. Однако НЖМД содержат большее число электромеханических узлов и механических деталей, изолированных в герметизированном корпусе, и пакет магнитных дисков. Несколько дисков, объединенных в пакеты, жестко закрепляются на общей оси (рис. 14.1). Магнитные головки, объединенные в блок, приводятся в движение двигателем.

Запись-считывание в НЖМД осуществляется бесконтактным способом, хотя в состоянии покоя МГ находятся на поверхности магнитного покрытия.

Жесткий магнитный диск - это круглая металлическая пластина толщиной 1,5..2мм, покрытая ферромагнитным слоем и специальным защитным слоем. Для записи и чтения используются обе поверхности диска. Поверхность диска, как и для НГМД, разбита на дорожки. Дорожки с одним и тем же радиусом на всех дисках пакета образуют цилиндр. Цилиндр определяет положение всех МГ блока при записи или считывании на той или иной дорожке. Цилиндрам присваиваются номера соответствующих дорожек. Обычно один сектор на дорожке вмещает несколько сотен байт. Полный адрес сектора в дисковом пакете состоит из трех частей: номера цилиндра, номера МГ и номера сектора на дорожке. Обычно используют пакеты с 4, 5, 8 и более дисками, где на каждую поверхность диска приходится по одной МГ.

18. Организация хранения данных на жестких дисках. Способы физического хранения данных на жестком диске. Методы записи на магнитный диск. Принципы позиционирования головок записи – чтения.

Физическое хранение, методы кодирования информации

Информация на поверхностях накопителя хранится в виде последовательности мест с переменной намагниченностью, обеспечивающих непрерывный поток данных при считывании их при помощи последовательного чтения. Вся информация и места ее хранения делятся на служебную и пользовательскую информацию. Служебная и пользовательская информация хранится в областях дорожек называемых секторами. Каждый сектор содержит область пользовательских данных - место, куда можно записать информацию, доступную в последующем для чтения и зону серво-данных, записываемых один раз при физическом форматировании и однозначно идентифицирующих сектор и его параметры (используется или нет, физический адрес сектора, ЕСС код и т.п.). Вся серво-информация не доступна обычным процедурам чтения/записи и носит абсолютно уникальный характер в зависимости от модели и производителя накопителя.

В отличие от дискет и старых накопителей на ЖД, диски современных накопителей проходят первичную, или низкоуровневую, разметку (Low Level Formatting) на специальном заводском высокоточном технологическом стенде. В ходе этого процесса на диски записываются служебные метки - серво-информация, а также формируются привычные дорожки и сектора. Таким образом, если когда-то новый накопитель нужно было "форматировать на низком уровне", то сейчас этого делать не то чтобы не нужно - это просто невозможно без специального сложнейшего оборудования, а различные "программы низкоуровневого форматирования" чаще всего просто обнуляют содержимое секторов с проверкой их читаемости, хотя порой могут и необратимо испортить служебную разметку и серво-информацию служебных секторов.

Появление различных методов кодирования данных секторов связано, прежде всего, с техническими особенностями устройств хранения и передачи информации и желанием производителей наиболее полно использовать физическое пространство носителей информации. В настоящее время используется несколько различных методов кодирования данных.

Частотная модуляция (Frequency Modulation - FM) – метод, используемый в накопителях на сменных магнитных дисках. Иначе, кодирование методом FM можно назвать кодированием с единичной плотностью. Метод предполагает запись на носитель в начале каждого битового элемента данных бита синхронизации. Битовый элемент определяется как минимальный интервал времени между битами данных, получаемый при постоянной скорости вращения диска носителя. Метод гарантирует, по меньшей мере, одну перемену направления магнитного потока за единицу времени вращения. Такой временной интервал соответствует максимальной продольной плотности магнитного потока 2330 перемен на 1 см и скорости передачи данных – 125 Кбит/сек. Простота кодирования и декодирования по методу FM определяется постоянной частотой следования синхроимпульсов. Однако, наличие этих бит синхронизации и является одним из недостатков данного метода, т.к. результирующий код малоэффективен с точки зрения компактности данных (половина пространства носителя занимается битами синхронизации). Это один из первых методов, не используемый в настоящее время в накопителях на ЖД.

Модифицированная частотная модуляция (Modified Frequency Modulation - MFM) – улучшенный метод FM. Модификация заключается в сокращении вдвое длительности битового элемента - до 4 мкс и использовании бит синхронизации не после каждого бита данных, а лишь в случаях, когда в предшествующем и текущем битовых элементах нет ни одного бита данных. Такой способ кодирования позволяет удвоить емкость носителя и скорость передачи данных, по сравнению с методом FM, т.к. в одном и том же битовом элементе никогда не размещаются бит синхронизации и данных, а на один битовый элемент приходится только одна перемена направления магнитного потока. Также, в настоящее время не используется.

Запись с групповым кодированием (Run Limited Length - RLL) – метод, полностью исключающий запись на диск каких-либо синхронизационных бит. Синхронизация достигается за счет использования бит данных. Однако, такой подход требует совершенно иной схемы кодирования, т.к. простое исключение бит синхронизации приведет к записи последовательностей из одних нулей или единиц, в которых не будет ни одной перемены полярности магнитного потока. Метод RLL происходит от методов, используемых для кодирования данных при цифровой записи на магнитную ленту. При этом каждый байт данных разделяется на два полубайта, которые кодируются специальным 5-ти разрядным кодом, суть которого – добиться хотя бы одной перемены направления магнитного потока для каждой пары его разрядов. Что означает, необходимость наличия в любой комбинации 5-ти разрядных кодов не более двух стоящих рядом нулевых бит. Из 32 комбинаций 5 бит такому условию отвечают 16. Они и используются для кодирования по методу RLL. При считывании происходит обратный процесс. При применении метода кодирования RLL скорость передачи данных возрастает с 250 до 380 Кбит/с, а число перемен полярности магнитного потока до 3330 перемен/см. При этом длительность битового элемента снижается до 2.6 мкс. Поскольку, максимальный интервал времени до перемены магнитного потока известен (два последовательно расположенных нулевых бита), биты данных могут служить битами синхронизации, что делает метод кодирования RLL самосинхронизирующимся и самотактируемым. Интересным является тот факт, что метод MFM является частным случаем метода RLL. Для обозначения типа используемого RLL метода применяется аббревиатура вида: RLL2,7, RLL1,7, RLL2,8, RLL1,8, где первая цифра - минимальная, а вторая - максимальная длина последовательности бит - нулей, содержащихся между соседними единицами. Аббревиатура метода MFM в терминологии RLL записывается как RLL1,3.

Модифицированная запись с групповым кодированием (Advanced Run Limited Length – ARLL) – улучшенный метод RLL, в котором, наряду с логическим уплотнением данных, производится повышение частоты обмена между контроллером и накопителем.

19. Технология бесконтактной записи и считывания НЖМД, магнитные, МР и ГМР головки.

Магнитные головки (миниатюрные электромагниты) располагаются у поверхности движущегося носителя с небольшим зазором при бесконтактной записи. Информация записывается на носитель вдоль дорожки, проходящей под головкой, путем подачи на головку тока записи. Считывание информации производится при прохождении под головкой дорожки магнитного носителя с записанными данными.

Запись/считывание информации в НЖМД осуществляется бесконтактным способом, хотя в состоянии покоя магнитные головки имеют контакт с дисковыми поверхностями. "Плавающие" магнитные головки с очень малым давлением прижима при вращении пакетов дисков приподнимаются за счет потоков воздуха над поверхностью носителя и обеспечивают зазор 0,3 0,5 мкм. Тем самым исключается возможность сильного износа носителя и поверхности головок. Толчки, пыль, нестабильный поток воздуха (например, при выключении питания) могут привести к касанию и падению головок на диск с последующим разрушением его магнитного покрытия. Для записи/считывания информации используются все поверхности дисков. Дорожки с одним и тем же радиусом на всех дисках образуют цилиндр. Цилиндрам присваиваются номера соответствующих дорожек. Данные, заполненные на каждой дорожке, группируются обычно по несколько сот байт на сектор. Полный адрес сектора состоит из трех частей: номера цилиндра, номера магнитной головки и номера сектора на дорожке. В НЖМД, как правило, используются форматы данных с фиксированным количеством секторов на одной дорожке (например, 17, 34 или 52 сектора на дорожке) и с объемом данных в одном секторе 512 или 1024 байт. Секторы маркируются магнитным маркером. Конкретный формат данных определяется программной конфигурацией ПЭВМ и техническими характеристиками накопителя. Структура формата может быть подобна структуре применяемой в НГМД. В отличие от НГМД в НЖМД дополнительно вводятся байты сравнение и флага. Байт сравнения представляет одинаковое для каждого сектора число, с помощью которого определяется правильность считывания идентификатора. Байт флага содержит флаг-указатель состояния дорожки (основная или запасная, исправная или дефектная). В результате начального форматирования определяется расположение секторов, и устанавливаются их логические номера. Для эффективного чтения и записи информации сектора с последовательными номерами на дорожке располагаются через № физических секторов. Такое расположение (чередование) позволяет обращаться к последовательным секторам при минимальном количестве оборотов диска и обеспечивать необходимое время на подготовку адаптера к операции записи/чтения.

20. Интерфейсы жестких дисков.

В настоящее время, наиболее распространены два стандарта на подключение винчестера к компьютеру. Первый, наиболее распространенный среди домашних и офисных ПК - IDE (Integrated Device Electronics - устройство со встроенным контроллером), также именуемый как ATA (AT Attachment - подключаемый к АТ). Второй чаще всего можно встретить в серверах и высокопроизводительных рабочих станциях - SCSI (Small Computer System Interface, произносится как "скази"). Стоит отметить, что этот интерфейс не является специализированным для дисковых устройств. Помимо жестких дисков и CD-ROM приводов, существует огромная масса устройств работающих по этому стандарту.

Стандарт интерфейса IDE был разработан по некоторым причинам. Наиболее существенными являются:

- Более простой способ подключения винчестера к шине компьютера. Жесткий диск стандарта IDE с одинаковой легкостью можно подключить к высокопроизводительной системной шине компьютера и медленному LPT-порту. Конечно, в последнем случае обмен данными будет гораздо ниже, но такая возможность есть. - Повышение быстродействия. Контроллер диска расположен непосредственно на устройстве, что позволяет передавать минуя длинные интерфейсные провода.

Подключить IDE-устройство к компьютеру можно несколькими способами. Наиболее распространенный - подключение с помощью 40-проводного кабеля (тип интерфейса AT-BUS). Интерфейс 16-битный. Второй тип - PC Card ATA - с помощью PC Card (PCMCIA), также имеющий 16-битный интерфейс. Этот тип используется в основном в переносных компьютерах. Существуют также и XT IDE и MCA IDE, но рассматривать мы их здесь не будем, так как XT уже достаточно стар и встретить его можно очень редко, а MCA используется только для PS/2 машин, которые в нашей стране практически не встречаются.

Кроме подключения, типы интерфейса ATA различаются также и по скорости передачи данных. Основной - CАM ATA (Common Access Method) - стандарт определенный ANSI. Обеспечивает совместимость IDE-устройств на уровне сигналов и команд. Также позволяет подключать до двух устройств на один кабель. Длина кабеля составляет не более 46см.

ATA-2 является расширением спецификации ATA. Имеет два канала, что позволяет подключать до 4-х устройств, поддержка дисков объемом до 8Гб. Поддерживает режимы работы PIO Mode 3, DMA Mode 1, Block mode. Об этих терминах мы поговорим чуть ниже.

Следующим расширением является Fast ATA-2. Отличается только поддержкой DMA Mode 2, что позволяет достичь скорости передачи данных до 13.3 Мбайт/сек и наличием PIO Mode 4. Этот тип наиболее часто встречается в моделях компьютеров на основе 486-x и Pentium процессоров.

ATA-3. Это расширение больше направленно на повышение надежности. Включается в себя улучшенное средство управлением питания и технологию SMART (Self Monitoring Analysis and Report Technology - технология слежения, анализа и предупреждения).

Ultra DMA/33 - скорость обмена данными по шине составляет 33 Мбайт/сек. Кроме этого добавлен контроль передаваемых данных. Относительно недавно появился стандарт UDMA/66, в котором скорость увеличена до 66 Мбайт/сек, и уж совсем недавно объявлен UDMA/100.

Следует отметить, что указанные цифры, являются лишь максимально возможными значениями. Реально скорость передачи данных может быть существенно ниже. Это зависит от частоты вращения дисков, скорости работы электроники, работы памяти и процессора.

Помимо вышеперечисленных типов, существует еще расширение ATAPI (ATA Package Interface). Это расширение предназначено для подключения к интерфейсу ATA накопителей CD-ROM, CDRW, стримеров (накопителей на магнитных лентах), ZIP дисководов и других устройств.

Все вышеперечисленные стандарты между собой электрически совместимы.

Теперь немного поговорим о тех терминах, которые используют при описании режимов работы винчестера. PIO (программный ввод-вывод) - при работе в этом режиме, процессом обмена информацией с буфером жесткого диска занимается центральный процессор системы. Это, соответственно отнимает какую-то часть процессорного времени. Существует шесть режимов работы PIO, отличающихся скоростью передачи данных. При PIO Mode 0 скорость составляет всего 3,3 Мбайт/сек. А в случае с PIO Mode 5 уже 20 Мбайт/сек. Режимы с 0 по 2 относятся к обычному ATA, 3 и 4 - к ATA-2, а 5 к ATA-3.

DMA (Direct Memory Access - прямой доступ к памяти). При работе в этом режиме, обмен данными между буфером винчестера и памятью компьютера осуществляется непосредственно контроллером винчестера. Режимы DMA подразделяются на однословные (single word) и многословные (multi word), в зависимости от количества слов передаваемых за один сеанс работы с шиной. В случае однословного режима, максимальная скорость обмена составляет до 8.3 Мбайт/сек. При использовании многословного режима - до 20 Мбайт/сек. Обращения производятся в паузах между обращениями центрального процессора к памяти. Такой режим экономит процессорное время, но несколько снижает скорость обмена.

При использовании однозадачной операционной системы, например MS-DOS более предпочтителен режим PIO, в случае использования многозадачных систем лучше использовать режим DMA. Но в этом случае поддержка этого режима должна осуществляться на уровне драйверов и специальных котроллеров.

LBA (Logical Block Addressing) - адресация логических блоков. Стандарт ATA адресует сектор по классической схеме - номер цилиндра, головки и сектора. Однако, из-за исторически сложившихся причин, BIOS компьютера и операционная система DOS ограничивали количество секторов (63) и цилиндров (1024). В результате этого и появилось ограничение на объем жесткого диска в 540Мб. При режиме LBA, адрес передается в виде линейного абсолютного номера сектора. Винчестер в этом случае сам преобразует его в нужные ему номера цилиндров, головок и секторов. Это позволило обойти ограничения на объем жесткого диска, однако для DOS оно по прежнему составляет 8Гб. Работа устройства возможна только в случае поддержки этого режима драйвером (BIOS) и самим устройством.

Существует также и режим Large - этот режим используется Award BIOS для работы с жесткими дисками до 1Гб, не поддерживающими режим LBA. Использовать этот режим с дисками более 1Гб не рекомендуется.

Block Mode - режим блочного обмена. При использовании обычного режима, винчестер, получив команду на считывание сектора, помещает его в свой буфер, откуда он перемещается в память и ожидает команды на чтение следующего. В случае блочного обмена, винчестер сначала получает количество считываемых сектором, после чего он их считывает в буфер, откуда они перемещаются в память. Разные модели винчестеров имеют разный объем буфера, и соответственно могут считывать разное количество секторов за раз. Максимальный выигрыш от работы в этом режиме возможен только если основная работа идет с объемами данных не меньшим чем количество считываемых секторов. В случае, если фрагменты данных минимальны то использование этого режима сходит на нет.

21. Структурная схема CD-ROM. Устройство и принцип работы CD-ROM. Устройство и принцип работы лазерной головки записи – чтения. Представление информации на компакт-дисках.

В приводе компакт-дисков можно выделить несколько базовых элементов: лазерный диод, сервомотор, оптическую систему (включающую в себя расщепляющую призму) и фотодетектор.

Принцип работы дисковода напоминает принцип работы обычных дисководов для гибких дисков. Считывание информации с компакт-диска, так же как и запись, происходит при помощи лазерного луча, но, разумеется, меньшей мощности. Поверхность оптического диска (CD-ROM) перемещается относительно лазерной головки постоянной линейной скоростью,  а угловая скорость меняется в зависимости от радиального положения головки. Т.о., чтение внутренних дорожек осуществляется с увеличенным, а наружных - с уменьшенным числом оборотов. Именно этим обуславливается достаточно низкая скорость доступа к данным для компакт-дисков по сравнению, например, с  винчестерами. Сервомотор по команде от внутреннего микропроцессора привода перемещает отражающее зеркало. Это позволяет точно позиционировать лазерный луч на конкретную дорожку. Луч проникает сквозь защитный слой пластика и попадает на отражающий слой алюминия, серебра или золота на поверхности диска. При попадании его  на выступ, он отражается на детектор и проходит через призму, отклоняющую его на светочувствительный диод. Если луч попадает в  ямку (пит), он рассеивается, и лишь малая часть излучения отражается обратно и доходит до светочувствительного диода. На диоде световые импульсы преобразуются в электрические; яркое излучение преобразуется в  единицы, слабое – в нули. Таким образом ямки воспринимаются дисководом как логические нули, а гладкая поверхность как логические единицы. Отметим, что сформированные лазерным лучом питы очень малы по размеру. Примерно 30-40 впадин соответствуют толщине человеческого волоса, а это примерно 50 мкм. Устройство диска CD-ROM.

Все CD-ROM имеют один и тот же физический формат изготовления и емкость 650, 700, 730 Мбайт. Диск диаметром 120 мм, толщиной 1,2 мм и центральным отверстием диаметром 15 мм. Центральная область вокруг отверстия шириной 6 мм называется зоной крепления (clamping area). За ней непосредственно следует заголовочная область (lead in area), содержащая оглавление диска (table of content). Далее расположена область шириной 33 мм, предназначенная для хранения данных и физически представляющая собой единый трек. Завершающей является терминальная область (lead out)  шириной 1 мм. Внешний обод диска имеет ширину 3 мм.

В отличие, например, от винчестеров, дорожки которых представляют концентрические окружности, компакт-диск имеет всего одну физическую дорожку в форме непрерывной спирали, идущей от наружного диаметра диска к внутреннему. Тем не менее, одна физическая дорожка может быть разбита на несколько логических.

Цифровая информация хранится на CD-ROM в виде чередующихся по ходу спирали ямок (питов), нанесенных на поверхность полиуглеродного пластика (поликарбоната). Ямка воспринимается лучом лазера как логический ноль, а гладкая поверхность как логическая единица.

22. Устройство и принцип работы CD-R, типы и характеристики активных слоев.

 Система однократной (CD-Recordable - записываемый CD) и многократной (CD-Erasable - стираемый CD, CD-ReWritable - перезаписываемый CD) записи компакт-дисков. CD-RW и CD-E обозначают одно и то же - диск с возможностью стирания и перезаписи, причем название CD-RW практически вытеснило CD-E. Для однократной записи используются так называемые "болванки", представляющие собой обычный компакт-диск, в котором отражающий слой выполнен преимущественно из золотой или серебряной пленки, а между ним и поликарбонатной основой расположен регистрирующий слой из органического материала, темнеющего при нагревании. В процессе записи лазерный луч нагревает выбранные точки слоя, которые темнеют и перестают пропускать свет к отражающему слою, образуя участки, называемые питами.

На CD-R организуется та же информационная структура, что и на штампованных дисках - TOC и набор дорожек различных типов. Это позволяет при помощи соответствующего программного обеспечения записывать звуковые, фото- и видеодиски, которые могут затем проигрываться в бытовых звуковых и видеопроигрывателях. Однако отражающая способность зеркального слоя и четкость питов у дисков CD-R ниже обычного, отчего некоторые устройства могут работать с ними неуверенно.

В перезаписываемых дисках используется промежуточный слой из органической пленки, изменяющей под воздействием луча свое фазовое состояние с аморфного на кристаллическое и обратно, в результате чего меняется прозрачность слоя. Фиксация изменений состояния происходит благодаря тому, что материал регистрирующего слоя при нагреве свыше критической температуры переходит в аморфное состояние и остается в нем после остывания, а при нагреве до температуры значительно ниже критической восстанавливает кристаллическое состояние. Существующие диски выдерживают от тысяч до десятков тысяч циклов перезаписи. Однако их отражающая способность существенно ниже штампованных и однократных CD, что затрудняет их считывание в обычных приводах. Для чтения CD-RW формально необходим привод с автоматической регулировкой усиления фотоприемника (Auto Gain Control), хотя некоторые обычные приводы CD-ROM и бытовые проигрыватели способны читать их наравне с обычными дисками. Способность привода читать CD-RW носит название Multiread; ранние приводы маркировались "CD-E Enabled".

Перезаписываемый диск может иметь такую же структуру дорожек и файловую систему, что и CD-R, либо на нем может быть организована специальная файловая система UDF (универсальный дисковый формат), позволяющая динамически создавать и уничтожать отдельные файлы на диске.

Чем объясняется различный цвет поверхности дисков?

Различным материалом регистрирующего и отражающего слоев. В качестве регистрирующего слоя для дисков CD-R наиболее распространены органические соединения, известные под условными названиями "цианин" (Cyanine) и "фталоцианин" (Phtalocyanine). Цианин имеет голубой (cyan) цвет (от которого и происходит название материала, не имеющее отношения к цианидам - химическим производным циановодорода) и характеризуется средней стойкостью к облучению светом и перепадам температуры. Фталоцианин имеет золотистый цвет и значительно более стоек ко внешним воздействиям.

В качестве отражающих материалов используют золото и серебро, реже - алюминий и сплавы. Соответственно, рабочая поверхность диска с отражающим слоем из бесцветного металла имеет цвет своего регистрирующего слоя, а отражающий слой из золота изменяет цвет цианина с голубого на зеленоватый.

Органический слой дисков CD-RW обычно имеет серо-коричневый цвет.

23. Магнитооптические накопители. Принцип работы, основные характеристики.

Принципы работы МО накопителя.

МО накопитель построен на совмещении магнитного и оптического принципа хранения информации. Записывание информации производится при помощи луча лазера и магнитного поля, а считование при помощи одного только лазера.

В процессе записи на МО диск лазерный луч нагревает определенные точки на диски, и под воздейстием температуры сопротивляемость изменению полярности, для нагретой точки, резко падает, что позваляет магнитному полю изменить полярность точки.

После окончания нагрева сопротивляемость снова увеличивается но полярность нагретой точки остается в соответсвии с магнитным полем примененным к ней в момент нагрева. В имеющихся на сегодняшний день МО накопителях для записи информации применяются два цикла, цикл стирания и цикл записи. В процессе стирания магнитное поле имеет одинаковую полярность, соответсвующую двоичным нулям. Лазерный луч нагревает последовательно весь стираемый участок и таким образом записывает на диск последовательность нулей. В цикле записи полярность магнитного поля меняется на противоположную, что соответсвует двоичной единице. В этом цикле лазерный луч включается только на тех участках, которые должны содержать двоичные единицы, и оставляя участки с двоичными нулями без изменений.

В процессе чтения с МО диска используется эффект Керра,заключающийся в изменении плоскости поляризации отраженного лазерного луча, в зависимости от направления магнитного поля отражающего элемента. Отражающим элементом в данном случае является намагниченная при записи точка на поверхности диска,соответсвующая одному биту хранимой информации. При считывании используется лазерный луч небольшой интенсивности, не приводящий к нагреву считываемого участка, таким образом при считывании хранимая информация не разрушается.

Такой способ в отличии от обычного применяемого в оптических дисках не деформирует поверхность диска и позваляет повторную запись без дополнительного оборудования. Этот способ также имеет преимущество перед традиционной магнитной записью в плане надежности. Так как перемагничеваниие участков диска возможно только под действием высокой температуры, то вероятность случайного перемагничевания очень низкая, в отличии от традиционной магнитной записи, к потери которой могут привести случайные магниные поля.

Механизмы МО накопителей строятся на базе механизмов обычных дисководов с небольшими конструктивными усовершенствованиями.

В качестве интерфейса МО накопители оснащаются SCSI адапторами ( 16 или 8 битными ).

драйвера диска и утилиты форматирования низкого уровня. Многие поставщики также оснащают свои изделия специальными программами для резервного копирования.

В настоящее время существуют несколько форматов для форматирования МО дисков CCS ( непрерывное комбинированое слежение ) и SS ( шаблонное слежение ). Первый из форматов разрешен стандартом ANSI, а второй также и ISO. В настоящее время формат CCS более популярен и имеет большее распостранение. К сожелению два эти формата несовместимы и перенос дисков из одной системы в другую невозможен.

Это не единственная проблема переносимости связанная с МО дисками. Стандартами определено два размера сектора 512 и 1024байт. Некоторые производители смогли сделать чтение сектаров любого размера, но их меньшиство. Большинство производителей поддерживают размер сектора равный 512 байтам.

24. Устройство аналогового и цифрового модемов. Классификация модемных протоколов.

Стандарты и протоколы

Для того, чтобы два устройства могли обмениваться данными друг с другом, требуется определить и согласовать интерфейс. Для модемов стандарты определяют методы модуляции, способы коррекции ошибок и компрессии данных и ряд других параметров. Существует несколько организаций, занимающихся разработкой стандартных интерфейсов. ITU (International Telecommunications Union - Международный союз по Электросвязи) - комитет ООН (Женева, Швейцария), ISO (Innternational Standards Organisation - Международный комитет по стандартизации), ITU-T занимаются разработкой стандартов для модемов.

Cтандарты для модемов разрабатывались годами и публиковались как серия рекомендаций, помеченных префиксом V. В сША основным разработчиком стандартов является ANSI - American National Standards Institute. Комитеты ANSI, занимающиеся обработкой информации и передачей данных, обозначаются соответственно X3 и X3S3. Эти организации имеют дело со стандартами de-jure.

Существуют также стандарты de-facto, разработанные отдельными производителями оборудования, использующими в своей продукции новые свойства, еще не определенные комитетами по стандартизации. Когда такие расширения принимаются другими производителями, они становятся стандартами de-facto.

Некоторые примеры стандартов de-facto приведены ниже. Стандарт Bell-100 разработан Bell Systems для своих модемов серий 100 и 200; Bell 103 (300 bps) разработанный в 1958 году, был первым модемом для передачи данных по телефонным линиям. Язык AT-команд, разработанный фирмой Hayes (от слова Attention) для своих модемов используется сейчас всеми производителями модемов. Этот язык позволяет управлять модемами - от простого набора номера до задания числа звонков, после которого модем "поднимает трубку". Другим примером стандарта de-facto являются протоколы MNP, разработанные фирмой Microcom Inc. и используемые в настоящее время почти во всех модемах.

Компрессия данных включает различные методы, подобные кодированию Хаффмана или групповому кодированию (run length coding). Первый метод использует кодирование часто встречающихся символов короткими последовательностями бит, а редких символов - длинными последовательностями. Во втором методе передается значение бита и длина цепочки одинаковых битов вместо передачи всей цепочки. Главной чертой протоколов компрессии является буферизация данных с последующим их сжатием и передачей другому модему. Получивший сжатые данные модем должен выполнить обратное преобразование. Алгоритмы сжатия данных подобны алгоритмам, используемым программами сжатия ARC, ZIP и ARJ. Код программы компрессии хранится в ПЗУ модема и обеспечивает компрессию в реальном времени. Степень сжатия зависит от характера данных. Например, исполняемые файлы PC могут быть сжаты на 40-50%. Сжатие текстовых файлов может достигать 100% (вдвое).

Протоколы, используемые модемами для передачи файлов. Широко распространены протоколы передачи файлов Xmodem, Ymodem, Zmodem, в мэйнфреймах используется также протокол Kermit. Протокол Xmodem делит данные на блоки, каждый из которых содержит 128 байт данных и 4-байтовую контрольную сумму. На приемном конце контрольная сумма блока (128 байт) вычисляется заново и сравнивается с полученным в блоке значением. Если суммы не совпадают, запрашивается повторная передача блока. Протокол Ymodem использует блоки длиной 1024 байта с 4-байтовой контрольной суммой. За счет увеличения размера блока протокол Ymodem обеспечивает более быструю передачу. Кроме того, Ymodem обеспечивает пакетную передачу файлов с включением в пакет информации о каждом файле и его размере. Это позволяет пользователю на другом конце линии оценить время, требующееся для передачи файлов. Zmodem является свободно распространяемой (public domain) программой, которую написал Chuck Forsberg (Omen Technology). Этот протокол имеет несколько преимуществ. Размер блока составляет от 16 до 1024 байт, протокол динамически определяет оптимальный размер блока в соответствии с качеством линии. Начальный размер блока составляет 1К. При наличии в линии сильных шумов размер блока автоматически уменьшается, при повышении качества связи - увеличивается заново. Скорость передачи растет с увеличением размера блока, но следует помнить, что при возникновении ошибки приходится повторять передачу большого блока. Поскольку протокол может автоматически регулировать размер блока в зависимости от качества линии, он позволяет обеспечить высокую скорость передачи. Протокол Zmodem обеспечивает продолжение передачи файла при обрыве связи с места обрыва. Размер контрольной суммы составляет 8 байт (CRC32), что повышает достоверность контроля ошибок.

Организация соединения. Организация соединения между двумя модемами включает процесс согласования параметров (handshaking), заключающийся в передаче специальных сигналов, позволяющих установить оптимальные параметры для каждого модема. Метод FallBack (снижение скорости) используется для нахождения способа обмена. Модем-инициатор связи (тот, который набирал номер) пытается соединиться на максимальной скорости с использованием наилучшей схемы сжатия данных и контроля ошибок. Если отвечающий модем не подтверждает возможность работы на такой скорости или с такими режимами компрессии/контроля ошибок, инициатор снижает скорость или переходит к более простой схеме компрессии/контроля ошибок и пытается повторно установить связь. Попытки продолжаются до установления связи или осознания ее невозможности.

25. Технология ADSL. Обмен данными между ADSL модемами, способы ускорения пересылки данных.

ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line - Асимметричная цифровая абонентская линия) входит в число технологий высокоскоростной передачи данных, известных как технологии DSL (Digital Subscriber Line - Цифровая абонентская линия) и имеющих общее обозначение xDSL. Так что же такое ADSL? Прежде всего, ADSL является технологией, позволяющей превратить витую пару телефонных проводов в тракт высокоскоростной передачи данных. Линия ADSL соединяет два модема ADSL, которые подключены к каждому концу витой пары телефонного кабеля (смотрите рисунок 1). При этом организуются три информационных канала - "нисходящий" поток передачи данных, "восходящий" поток передачи данных и канал обычной телефонной связи (POTS) (смотрите рисунок 2). Канал телефонной связи выделяется с помощью фильтров, что гарантирует работу вашего телефона даже при аварии соединения ADSL.

ADSL является асимметричной технологией - скорость "нисходящего" потока данных (т.е. тех данных, которые передаются в сторону конечного пользователя) выше, чем скорость "восходящего" потока данных (в свою очередь передаваемого от пользователя в сторону сети). Сразу же следует сказать, что не следует искать здесь причину для беспокойства. Скорость передачи данных от пользователя (более "медленное" направление передачи данных) все равно значительно выше, чем при использовании аналогового модема. Фактически же она также значительно выше, чем ISDN (Integrated Services Digital Network - Интегральная цифровая сеть связи). Для сжатия большого объема информации, передаваемой по витой паре телефонных проводов, в технологии ADSL используется цифровая обработка сигнала и специально созданные алгоритмы, усовершенствованные аналоговые фильтры и аналого-цифровые преобразовател Технология ADSL использует метод разделения полосы пропускания медной телефонной линии на несколько частотных полос (также называемых несущими). Это позволяет одновременно передавать несколько сигналов по одной линии. Точно такой же принцип лежит в основе кабельного телевидения, когда каждый пользователь имеет специальный преобразователь, декодирующий сигнал и позволяющий видеть на экране телевизора футбольный матч или увлекательный фильм. При использовании ADSL разные несущие одновременно переносят различные части передаваемых данных.

Именно таким образом ADSL может обеспечить, например, одновременную высокоскоростную передачу данных, передачу видеосигнала и передачу факса. И все это без прерывания обычной телефонной связи, для которой используется та же телефонная линия. Технология предусматривает резервирования определенной полосы частот для обычной телефонной связи (или POTS - Plain Old Telephone Service). Удивительно, как быстро телефонная связь превратилась не только в "простую" (Plain), но и в "старую" (Old); получилось что-то вроде "старой доброй телефонной связи". Однако, следует отдать должное разработчикам новых технологий, которые все же оставили телефонным абонентам узенькую полоску частот для живого общения. При этом телефонный разговор можно вести одновременно с высокоскоростной передачей данных, а не выбирать одно из двух. Более того, даже если у вас отключат электричество, обычная "старая добрая" телефонная связь будет работать по-прежнему и с вызовом электрика у вас никаких проблем не возникнет. Обеспечение такой возможности было одним из разделов оригинального плана разработки ADSL.

Одним из основных преимуществ ADSL над другими технологиями высокоскоростной передачи данных является использование самых обычных витых пар медных проводов телефонных кабелей. Совершенно очевидно, что таких пар проводов насчитывается гораздо больше (и это еще слабо сказано), чем, например, кабелей, проложенных специально для кабельных модемов. ADSL образует, если можно так сказать, "наложенную сеть". При этом дорогостоящей и отнимающей много времени модернизации коммутационного оборудования (как это необходимо для ISDN) не требуется. ADSL является технологией высокоскоростной передачи данных, но насколько высокоскоростной? Учитывая, что буква "А" в названии ADSL означает "asymmetric" (асимметричная), можно сделать вывод, что передача данных в одну сторону осуществляется быстрее, чем в другую. Поэтому следует рассматривать две скорости передачи данных: "нисходящий" поток (передача данных от сети к вашему компьютеру) и "восходящий" поток (передача данных от вашего компьютера в сеть). При использовании технологии ADSL полоса пропускания той линии, с помощью которой конечный пользователь связан с магистральной сетью, принадлежит этому пользователю всегда и целиком. В последующие годы можно ожидать увеличения скорости "нисходящего" потока до 52 Мбит/с, а "восходящего" потока до 2 Мбит/с. Полоса пропускания линии принадлежит пользователю целиком. В отличие от кабельных модемов, которые допускают разделение полосы пропускания между всеми пользователями (что в значительной мере оказывает влияние на скорость передачи данных), технология ADSL предусматривает использование линии только одним пользователем. Для того, чтобы линия ADSL работала, необходимо не так уж много оборудования. На обоих концах линии устанавливаются модемы ADSL: один на стороне пользователя (дома или в офисе), а другой на стороне сети (у провайдера Интернет или на телефонной станции. Кроме того, пользователю для того, чтобы модем ADSL работал, необходимо иметь компьютер и интерфейсную плату, например, Ethernet 10baseT.

26. Каналы связи. Структура типового последовательного канала связи. Синхронный и асинхронный способы передачи информации. Методы кодирования информации при передаче по последовательным каналам связи.

Передача информации между достаточно удаленными устройствами требует представления ее в виде последовательного потока битов, характеристики которого зависят от особенностей конкретной системы. Физической основой такой системы является линия связи, которая обычно выполнена в виде витой пары проводов, коаксиального кабеля либо оптического световода. В зависимости от расстояния данные, передаваемые по линии, могут однократно или многократно подвергаться ретрансляции с целью восстановления амплитуды и временных характеристик. Алгоритмы работы передатчика, ретранслятора и приемника определяются выбранным кодом, предназначенным для передачи по линии, который называют линейным кодом.

27. Каналы, использующие код «Манчестер-11». Схемы и принцип действия шифратора и дешифратора кода «Манчестер-11».

Код «Манчестер_II»

Примером кода с избыточностью, введенной согласно только что упомянутому первому способу, является код «Манчестер_II». Форма биполярного сигнала при передаче кода «Манчестер_II» показана на рис. 2, в. Единица кодируется отрицательным перепадом сигнала в середине битового интервала, нуль — положительным перепадом. На границах битовых интервалов сигнал при необходимости изменяет значение, «готовясь» к отображению очередного бита в середине следующего битового интервала.

С помощью кода «Манчестер_II» решаются сразу все отмеченные ранее проблемы. Поскольку число положительных и отрицательных импульсов на любом достаточно большом отрезке времени равно или отличается не более чем на один импульс, что не имеет значения, постоянная составляющая равна нулю.

Подстройка часов приемника или ретранслятора производится при передаче каждого бита, т. е. снимается проблема потери синхронизации при передаче длинных цепочек нулей или единиц.

Спектр сигнала содержит только две логические составляющие: F и 2F, где F — скорость передачи информационных битов. Наличие только двух электрических уровней сигнала позволяет надежно их распознавать (хорошая помехозащищенность). Критерием ошибки может являться «замораживание» сигнала на одном уровне на время, превышающее время передачи одного информационного бита, поскольку, независимо от передаваемого кода, сигнал всегда «колеблется» и никогда не «замирает». Но за эти чрезвычайно полезные качества приходится платить удвоением требуемой частотной полосы связной аппаратуры. Поэтому код «Манчестер_II» широко используется там, где частотные ограничения не являются определяющими.

28. Интерфейс RS-232. Основные характеристики.

Широко используемый последовательный интерфейс синхронной и асинхронной передачи данных, определяемый стандартом EIA RS-232-C и рекомендациями V.24 CCITT. Изначально создавался для связи компьютера с терминалом. В настоящее время используется в самых различных применениях.  

Интерфейс RS-232-C соединяет два устройства. Линия передачи первого устройства соединяется с линией приема второго и наоборот (полный дуплекс) Для управления соединенными устройствами используется программное подтверждение (введение в поток передаваемых данных соответствующих управляющих символов). Возможна организация аппаратного подтверждения путем организации дополнительных RS-232 линий для обеспечения функций определения статуса и управления.  

Интерфейс RS-232C предназначен для подключения к компьютеру стандартных внешних устройств (принтера, сканера, модема, мыши и др.), а также для связи компьютеров между собой. Основными преимуществами использования RS-232C по сравнению с Centronics являются возможность передачи на значительно большие расстояния и гораздо более простой соединительный кабель. В то же время работать с ним несколько сложнее. Данные в RS-232C передаются в последовательном коде побайтно. Каждый байт обрамляется стартовым и стоповыми битами. Данные могут передаваться как в одну, так и в другую сторону (дуплексный режим).  

Компьютер имеет 25-контактный (DB25P) или 9-контактный (DB9P) разъем для подключения RS-232C.

Наиболее часто используются трех- или четырехпроводная связь (для двунаправленной передачи).

Для двухпроводной линии связи в случае только передачи из компьютера во внешнее устройство используются сигналы SG и TxD. Все 10 сигналов интерфейса задействуются только при соединении компьютера с модемом.  

Собственно данные (5, 6, 7 или 8 бит) сопровождаются стартовым битом, битом четности и одним или двумя стоповыми битами. Получив стартовый бит, приемник выбирает из линии биты данных через определенные интервалы времени. Очень важно, чтобы тактовые частоты приемника и передатчика были одинаковыми, допустимое расхождение - не более 10%).

Все сигналы RS-232C передаются специально выбранными уровнями, обеспечивающими высокую помехоустойчивость связи. Отметим, что данные передаются в инверсном коде (логической единице соответствует низкий уровень, логическому нулю - высокий уровень).  

Для подключения произвольного УС к компьютеру через RS-232C обычно используют трех- или четырехпроводную линию связи, но можно задействовать и другие сигналы интерфейса.  

Обмен по RS-232C осуществляется с помощью обращений по специально выделенным для этого портам COM1 (адреса 3F8h...3FFh, прерывание IRQ4), COM2 (адреса 2F8h...2FFh, прерывание IRQ3), COM3 (адреса 3F8h...3EFh, прерывание IRQ10), COM4 (адреса 2E8h...2EFh, прерывание IRQ11). Форматы обращений по этим адресам можно найти в многочисленных описаниях микросхем контроллеров последовательного обмена UART (Universal Asynchronous Receiver/Transmitter), например, i8250, КР580ВВ51.  

29. Интерфейс IEEE – 1394 (FireWire). Основные характеристики, достоинства и недостатки. Состав и функции уровней интерфейса. Этапы инициализации сети из устройств с интерфейсом IEEE – 1394 и порядок их работы в сети. Способ кодирования информации при передаче по интерфейсу, устройство кабеля для IEEE 1394. Отличительные особенности интерфейсов IEEE – 1394а и IEEE – 1394b.

Основные характеристики IEEE-1394:

Небольшой тонкий кабель для последовательной передачи сигналов обещает полностью заменить в недалеком будущем груду громоздких проводов. Простой в использовании интерфейс исключает необходимость в дополнительной настройке, установке терминаторов и идентификационных номеров устройств. Подключение в горячем режиме позволяет избежать задержек, связанных с перезагрузкой компьютера (пользователи могут подключать и отключать любые IEEE-1394-устройства, когда шина находится в активном состоянии, — они немедленно автоматически распознаются и включаются в систему). Недорогие контроллеры обеспечивают гарантированную передачу критичных по времени данных и снижают требования к дорогостоящим буферным устройствам. Расширяемая архитектура позволяет совместно использовать подключенные к шине устройства с пропускной способностью в 100, 200, 400 и 800 Мбит/с. Гибкая топология соединений (звездой или разветвленным деревом) и равноправие устройств позволяют упростить подключение для обмена данными между устройствами. Открытая архитектура означает отсутствие необходимости использования специального программного обеспечения. Управление последовательной шиной включает:

автоматическое конфигурирование с полной оптимизацией произвольного распределения временных соотношений; гарантии адекватной электрической мощности для всех устройств, подключенных к шине; назначение главного IEEE-1394-устройства в цикле; назначение изохронного канала идентификации (ID) и выдачу сообщений о возникающих ошибках. Важно отметить, что по интерфейсу IEEE-1394 возможны два типа передачи данных: асинхронный и изохронный. Асинхронная передача реализуется по традиционному компьютерному интерфейсу загрузки и сохранения данных в определенной области памяти. Запросы на данные направляются по соответствующему адресу с обратным подтверждением. Но в дополнение к традиционной архитектуре, которая расширяется в процессе развития технологий памяти, IEEE-1394 имеет уникальный изохронный канал передачи. Изохронные каналы обеспечивают гарантированную передачу данных с предопределенной скоростью. Это особенно важно для обмена мультимедийными данными в реальном масштабе времени, поскольку подавать такие данные необходимо в строго определенные интервалы. Использование изохронного механизма, реализованного в IEEE-1394, не требует дорогих буферных устройств.

Подобно тому, как это происходит в компьютерных сетях, возможности IEEE-1394 определяются не одним лишь физическим устройством, но и протоколами высокого уровня. Поэтому с общим ростом возможностей компьютерных технологий будут обеспечиваться всё большие скорости и расстояния передачи, внедряться альтернативные подходы (в том числе и беспроводные), то есть функциональные возможности IEEE-1394 будут расширяться в соответствии с новыми применениями.

Возможно, наиболее важным фактором для использования IEEE-1394 в качестве единого цифрового интерфейса для бытовой электронной техники является то, что он предоставляет возможность напрямую подключать устройства друг к другу. Это позволяет, например, производить перезапись с источника на приемник без помощи компьютера (например, переписывать видео с видеокамеры на магнитофон) или совместно использовать одно устройство несколькими компьютерами без какой-либо специальной поддержки.