43

ляется точным, так как геометрическая фигура, образованная совокупностью дорожек и расположенными относительно них магнитными головками, представляет собой усечённый конус. Дорожки на верхней стороне диска смещены к центру относительно дорожек на нижней стороне.

3.2.8. Жёсткий диск

Жёсткий диск (рисунок 13) – основное устройство для долговременного хранения больших объёмов данных и программ.

Крепление крышки корпуса

Корпус

Шпиндель

Головки

Соленоидный

привод

головок

Разъём питания

Рисунок 13 – Современный «жёсткий диск»

Первые винчестеры, появившиеся в начале 70-х, имели ёмкость не более десятка килобайт. Со временем ёмкость жёсткого диска возросла в тысячи раз, однако принципы его устройства не претерпели серьезных изменений.

На самом деле это не один диск, а группа соосных дисков, имеющих магнитное покрытие и вращающихся с высокой скоростью.

Как и прежде, любой «винчестер» состоит из трёх основных блоков.

Первый блок и есть, собственно, само хранилище информации – один или несколько стеклянных (или металлических) дисков, покрытых с двух сторон магнитным материалом, на который и записываются данные. Записываются они в точном соответствии с физической структурой диска. Выглядит она так:

магнитная поверхность каждого диска разделена на концентрические «дорож-

44

ки», которые, в свою очередь, делятся на отрезки-сектора. Дисков в корпусе винчестера может быть несколько, которые имеют по две рабочие поверхности.

Кроме дорожек и секторов, жёсткий диск имеет ещё и третье деление — на цилиндры. Цилиндр — это сумма всех совпадающих друг с другом дорожек по вертикали, по всем рабочим поверхностям. Таким образом, этот «диск» имеет не две поверхности, как должно быть у обычного плоского диска, а n поверхностей, где n – число отдельных дисков в группе.

Второй блок – механика жёсткого диска, ответственная за вращение этого массива «блинов» и точное позиционирование системы читающих головок.

Каждой рабочей поверхности жёсткого диска соответствует одна читающая головка, причём располагаются они по вертикали точным столбиком. А значит, в любой момент времени все головки находятся на дорожках с одинаковым номером. То есть, работают в пределах одного цилиндра. В качестве одного из важнейших технологических параметров любого диска считается число читающих головок, а не совпадающее с ним количество рабочих поверхностей.

Третий блок включает электронную начинку – микросхемы, ответственные за обработку данных, коррекцию возможных ошибок и управление механической частью, а также микросхемы кэш-памяти.

Жёсткий диск подключается к материнской плате с помощью специального шлейфа (рисунок 14 ).

Рисунок 14 – Шлейф для присоединения винчестера и оптического привода к материнской плате

Объём диска. Первым и главным параметром любого винчестера является количество информации, которое он способен в себе хранить. Ещё недавно эта ёмкость измерялась в мегабайтах. Ежегодно требования к объёму накопителей удваиваются.

Сегодня величина объёма жёсткого диска составляет до 2 терабайт!

Скорость чтения данных. На сегодня мы имеем два типа винчестеров: высоко-

45

производительные SCSI и "ширпотреб" – IDE. Пропускная скорость SCSI значи-

тельно выше IDE – 160 Мб/с. IDE работает со скоростью 33, 66 и 100 Мб/с. Со-

ответствующие стандарты называются ATA/33, ATA/66 и ATA/100.

Среднее время доступа. Измеряется в миллисекундах и обозначает то время, которое необходимо диску для доступа к любому выбранному вами участку. Средний показатель — 7—9 мс.

Скорость вращения диска – это показатель, который напрямую связан со скоростью доступа и скоростью чтения данных. 7 200 об/мин — сегодняшний стандарт. Фирма IBM делает попытки производства жёстких дисков со скоростью вращения 15 000 об/мин. Некоторые специалисты утверждают, что чрезмерные скорости вращения диска не слишком убыстряют чтение данных, а на надёжность хранения информации влияют отрицательно.

Кэш-память – быстрая «буферная» память небольшого объёма, в которую компьютер помещает наиболее часто используемые данные. Её размер у современных моделей винчестеров составляет 2 Мб. В 2002 г. компания Western Digital начала выпуск винчестеров с объёмом кэш-памяти — 8 Мб. Кэш-память (с английского cash – запас) – устройство, имеющее очень короткое время доступа к данным, встроенная в микросхему сверхбыстрая память. В ней хранятся наиболее часто используемые данные из оперативной памяти. Обычно имеет размер 256 или 512 Кбайт, в мощных компьютерах до 1 МГб и более).

Кэш память процессора выполняет примерно ту же функцию, что и оперативная память. Только кэш – это память встроенная в процессор. Кэш-память используется процессором для хранения информации. В ней буферизируются самые часто используемые данные, за счёт чего, время очередного обращения к ним значительно сокращается. Если ёмкость оперативной памяти на новых компьютерах от 1 Гб, то кэш у них около 2 – 8 Мб. Этого объёма вполне хватает, чтобы обеспечить нормальное быстродействие всей системы. Сейчас распространены процессоры с двумя уровнями кэш-памяти: L1 (первый уровень) и L2 (второй). Кэш первого уровня намного меньше кэша второго уровня, он обычно около 128 Кб. Используется он для хранения инструкций. Второй уровень используется для хранения данных, поэтому он больше. Кэш второго уровня сейчас у большинства процессоров общий. Но не у всех, вот, например, у AMD Athlon 64 X 2 у каждого ядра по своему кэшу L2. Компания AMD обещает в скором времени предоставить процессор AMD Phenom с четырьмя ядрами и тремя уровнями кэш-памяти.

46

4. Монитор

Одним из важнейших устройств, применяющихся для вывода информации, является дисплей, или монитор. Дисплеи бывают монохромные и цветные. Кроме того, различают алфавитно-цифровые и графические дисплеи.

У алфавитно-цифровых дисплеев группа пикселов, занимающая небольшую прямоугольную область экрана и используемая для размещения изображения одного символа, образует знакоместо. У алфавитно-цифровых дисплеев отсутствует возможность работать с отдельным пикселом. Информация выводится на экран целым знакоместом, символом. Поэтому такие дисплеи могут использоваться только для вывода различного рода текстов.

Графические дисплеи отличаются тем, что из программы можно управлять состоянием отдельного пиксела и, следовательно, для них доступны все возможности формирования изображения.

Наиболее важными техническими характеристиками дисплеев являются: принцип действия, размер экрана по диагонали, разрешающая способность, размер «зерна» экрана, частота регенерации.

По принципу действия основными на сегодняшний день являются мониторы с электронно-лучевой трубкой (ЭЛТ), или CRT (Cathode Ray Terminal — мони-

тор на катодно-лучевой трубке), и жидкокристаллические (ЖК), или LCD- дисплеи (Liquid-Crystal Display — жидкокристаллический дисплей).

Принцип действия монитора на базе электронно-лучевой трубки мало отличается от принципа действия обычного телевизора и заключается в том, что испускаемый катодом (электронной пушкой) пучок электронов, попадая на экран, покрытый люминофором, вызывает его свечение. На пути пучка электронов обычно находятся дополнительные электроды: модулятор, регулирующий интенсивность пучка электронов и связанную с ней яркость изображения, и отклоняющая система, позволяющая изменять направление пучка.

Любое текстовое или графическое изображение на экране монитора компьютера (так же, как и телевизора) состоит из множества дискретных точек люминофора, представляющих собой минимальный элемент изображения (растра) и называемых «пикселами». Такие мониторы называют растровыми. Электронный луч в этом случае периодически сканирует весь экран, образуя на нём близко расположенные строки развёртки. По мере движения луча по строкам видеосигнал, подаваемый на модулятор, изменяет яркость светового пятна и образует некоторое видимое изображение.

47

4.1. Жидкокристаллические дисплеи Жидкокристаллические мониторы отличаются малой толщиной и плоским

экраном. Но стоимость их пока выше, чем у мониторов с электронно-лучевой трубкой. Различают жидкокристаллические мониторы с так называемой активной матрицей — более качественные и более дорогие и мониторы с пассивной матрицей — с более бледным изображением и с более заметными следами от смены кадров, но примерно на треть более дешёвыми, чем с активной матрицей.

Вконце 80-х гг. были представлены первые модели ПК типа Laptop. Основным фактором, повлекшим снижение их веса, было в первую очередь применение в качестве отображения информации жидкокристаллических экранов – LCD (Liquid Crystal Display – жидкокристаллический дисплей). Подобный экран состоит из двух стеклянных пластин, между которыми находится масса, содержащая жидкие кристаллы, которые могут изменять свою оптическую структуру и свойства в зависимости от приложенного к ним электрического разряда. Это означает, что кристалл под действием электронного поля изменяет свою ориентацию, тем самым кристаллы по-разному отражают свет и делают возможным отображение информации.

Это свойство ярко проявляется при перемещении по LCD-экрану курсора мыши. При быстром перемещении курсор просто исчезает. Жидкие кристаллы получают электрический импульс, однако они всё же не успевают среагировать, как курсор уже переместился на другое место.

Вкачестве резюме следует сказать, что быстрые изменения картинок на LCDмониторах почти невозможны. При использовании различных игр, которые предусматривают частую смену декораций, очень скоро наталкиваешься на границы возможного для таких мониторов.

Другой недостаток может быть знаком по наручным часам, калькуляторам и т.д., которые работают с LCD-индикаторами. Если наклониться влево и снова посмотреть на экран под косым утлом, то можно увидеть только серебристую поверхность. Изображение и резкость LCD-экранов очень сильно зависят от угла наблюдения экрана пользователем, оптимальное качество достигается только при фронтальном размещении такого дисплея. Отклонение угла обзора от перпендикуляра постепенно приводит к затемнению изображения до тех пор, пока в определённом положении изображение и вовсе пропадет.

Жидкие кристаллы сами не светятся, поэтому подобные мониторы нуждаются в подсветке (Backlight) или во внешнем освещении. Дальнейшее развитие LCD-мониторов направлено на увеличение яркости цвета и контрастности, т.е.

48

на изменение отдельными кристаллами своей окраски под воздействием электрических импульсов, а также на «активные» LCD-дисплеи, излучающие свет.

Дисплей Duals Display, в отличие от LCD-дисплея, способен поддерживать быстрое движение и более высокую контрастность изображения.

Впоследнее время появились так называемые плазменные мониторы, обладающие высоким качеством формируемого изображения и значительными размерами — до 1 м и более по диагонали при толщине всего 10 см.

Большое значение имеет размер экрана по диагонали (в сантиметрах или дюймах). В настоящее время выпускаются мониторы с экранами от 9 до 42 дюймов (от 23 до 107 см). Наиболее распространёнными являются экраны с размером 15, 17, 19 и 21 дюймов. Естественно, что чем больше размер экрана, тем выше стоимость дисплея. Для стандартных целей достаточно 17-дюймового экрана. При большом объёме работы с графикой желательно выбирать 19или 21-дюймовые мониторы.

Важной характеристикой дисплеев является рассмотренная ранее разрешающая способность экрана, определяющая степень чёткости изображения. Она зависит от количества строк на весь экран и количества пикселов в строке.

Разрешающая способность монитора определяется числом элементов изображения, которые он способен воспроизводить по горизонтали и вертикали, например, 640×480 или 1024×768 пикселов.

Разрешение монитора (или разрешающая способность) измеряется числом пикселов по горизонтали и по вертикали изображения. У монитора с разрешением 1024×768 изображение состоит из 1024x768=786432 пикселов.

Чем больше число пикселов на единицу площади, то есть чем выше разрешение, тем меньше их размер, тем выше качество изображения.

Внастоящее время существует несколько стандартных разрешений, которые существенно зависят от фактического размера экрана. Например, для 17дюймового монитора стандартным считается разрешение 1024×768, а максимальным может быть растр 1600×1200. Здесь первое число указывает количество пикселов в строке, а второе — количество строк на экран. Отметим, что у мониторов на электронно-лучевой трубке разрешающая способность выше и может достигать 2048×1536, в то время как у лучших жидкокристаллических мониторов она пока значительно ниже — до 1280×1024. Попутно заметим, что у телевизионных приёмников наилучшим на сегодняшний день считается разре-

шение 1024×768.

Качество изображения определяется не только разрешающей способностью,

49

но и так называемой зернистостью экрана, которая определяется как фактический линейный размер пиксела или же как расстояние между двумя соседними пикселами. Этот параметр у большинства мониторов равен 0,24 – 0,28 мм. Чем меньше зернистость, тем лучше, но и дороже монитор.

Следующей характеристикой дисплеев является частота регенерации (обновления), или частота кадров, которая показывает, сколько раз в секунду обновляется изображение на экране. Если частота кадров меньше 60 Гц, то есть если обновление происходит менее чем 60 раз в секунду, то появляется мерцание изображения, что отрицательно сказывается на зрении. В настоящее время частота регенерации большинства мониторов составляет 60 – 100 Гц, а стандартной считается частота 85 Гц.

С точки зрения техники безопасности работы с мониторами, необходимо учитывать класс защиты монитора, который определяется международными стандартами. В настоящее время действует стандарт ТСО-99, выдвигающий самые жёсткие требования к безопасному для человека уровню электромагнитных излучений, эргономическим и экологическим параметрам, а также к параметрам, определяющим качество изображения, — яркости, контрастности, мерцанию, антибликовым и антистатическим свойствам покрытия экрана монитора.

В современных компьютерах для создания изображения на экране дисплея необходим ещё один компонент, который называют видеоплатой, видеокартой

или видеоадаптером*.

Видеоадаптер вместе с монитором образуют видеоподсистему компьютера. Именно видеоадаптер определяет разрешающую способность монитора и количество передаваемых цветовых оттенков. Существует несколько стандартных типов адаптеров. В частности, можно упомянуть адаптеры CGA (Color Graphics

Adapter — цветной графический адаптер), EGA (Enhanced Graphics Adapter —

улучшенный графический адаптер) и VGA (Video Graphics Array — видеографический массив), которые уже устарели и практически вышли из употребления. Адаптеры типа CGA могли передавать только 4 цвета, типа EGA — 16 цветов, а типа VGA — 256 цветов. В настоящее время в основном используются дисплеи типа SVGA (Super Video Graphics Array — супервидеографический массив), способные передавать 16,7 миллиона цветовых оттенков. Для обеспечения такого количества цветов, а также хорошего разрешения видеоадаптеры содержат собственную видеопамять довольно большого объёма (16 – 32 Мбайт).

* Адаптером называется устройство, служащее для сопряжения, соединения между собой устройств с разными способами представления информации.

50

Кроме адаптеров для соединения, сопряжения различных устройств компьютера используются ещё и так называемые контроллёры, которые по своим функциям похожи на адаптеры, однако в отличие от последних не только служат для передачи сигналов, но и берут на себя часть действий по управлению устройством.

Чтобы освободить процессор компьютера от действий с изображениями и тем самым существенно ускорить их построение, а также повысить общую эффективность работы компьютера, современные видеоадаптеры берут на себя значительную часть необходимых математических операций. При этом часть работы по формированию изображения возлагается на аппаратные средства — микросхемы видеоускорителя, которые могут входить в состав видеоадаптера или размещаться на отдельной плате, подсоединяемой к адаптеру. Различают два типа видеоускорителей: плоские — 2D (2-dimension — двухмерный) и трёхмерные — 3D (З-dimension — трёхмерный). Требования современных видеоадаптеров, особенно с аппаратным ускорением, уже не удовлетворяются стандартными шинами компьютера. Поэтому для них разработаны специализированные шины, получившие название AGP (Advanced Graphic Port — улучшенный графический порт).

Монитор характеризуют указанием модели, типа, размера экрана, размера зерна, разрешения и частоты, а также наличием сертификата класса защиты.

Например: Samsung 763MB/CRT/17"/0,20/l280xl024@85/TCO99. В данном слу-

чае речь идёт о мониторе на электронно-лучевой трубке (CRT) модели Samsung 763МВ с 17-дюймовым экраном (17"), размером зерна 0,20 мм, разрешением 1280 х 1024, частотой кадров 85 Гц (@85) и наличием сертификата класса защиты ТС099.