Лекция 1-05

-1Вычислительная техника и программирование (Информатика)
Лекция 1-05
Лекция 1-05
1.3.19. CD-ROM и дисководы CD-ROM
1.3.20. Характеристики дисководов CD-ROM
1.3.21. Дисководы CD-R и CD-RW
1.3.22. Дисководы DVD
1.3.23. Стримеры
1.3.24. CRT-мониторы
1.3.25. Жидкокристаллические мониторы
1.3.26. Плазменные мониторы и FED-мониторы
1.3.27. Характеристики мониторов
1.3.28. Видеокарты
1.3.19. CD-ROM и дисководы CD-ROM
Компакт-диски CD-ROM (Compact Disk Read Only Memory), как следует из
названия, предназначены для использования предварительно записанной на них еще в
процессе изготовления информации. Компакт-диски имеют четыре важных особенности.
Они прочны, предназначены только для чтения, обеспечивают произвольный доступ и
могут хранить неоднородную информацию – программы, текст, видео- и аудиоинформацию.
Диск CD-ROM идентичен по конструкции аудио-СD. Это пластиковый диск
диаметром примерно 4, 72 дюйма (120 мм) и толщиной 0,05 дюйма, с отверстием в центре
диаметром 0,6 дюйма.
Этот диск имеет три слоя: пластиковое основание, тонкий
отражающий металлический (обычно алюминиевый) слой и покрытую лаком
поверхность.
Хранение данных на CD-ROM, как и на магнитных дисках, организуется в
двоичной форме в виде древовидной файловой структуры.
В соответствии с принятыми стандартами, поверхность диска разделена на три
области:
 входной каталог (lead in) – область в форме кольца шириной 4 мм, ближайшего
к центру диска. Считывание информации с диска начинается именно с входного каталога,
где содержатся оглавление (Table of Contents – ТОС), адреса записей, число заголовков,
суммарное время записи (объем), название диска (Dick Label);
 основная область данных, или файловая система, представлена на диске кольцом
шириной 33 мм
 выходной каталог (lead out) с меткой конца диска.
При кодировании 1 байта (8 бит) информации на диске записывается 14 бит плюс 3
бита слияния (merge bit). Базовая информационная единица – кадр (frame) содержит 24
кодированных байта или 588 бит (24  (14 + 3) + 180 бит для коррекции ошибок). Кадры
на диске образуют секторы и блоки. Сектор содержит 3234 кодированных байта (2352
информационных байта и 882 байта коррекции ошибок и управления). Из 2352 байт
пользовательская информация может занимать 2048 или 2336 байт, в зависимости от
установленного режима. Весь диск может содержать до 663,5 Мбайт информации (в
первом режиме) или до 756,8 Мбайт – во втором режиме. Такая организация записи
данных на CD-ROM и использование алгоритмов коррекции ошибок позволяют
обеспечить качественное чтение информации с вероятностью ошибки на бит 10-10.
Файл: 681451550 Создан: 19.06.1996 Модифицирован: 28.04.2016
Автор: Шонин В.А.
-2Вычислительная техника и программирование (Информатика)
Лекция 1-05
Существует целый ряд различных цифровых форматов дисков CD-ROM.
Рассмотрим коротко самые употребительные из них.
Стандарт ISO 9660 определяет формат и структуру файлов для дисков CD-ROM,
которые могут быть прочитаны на компьютерах типа Macintosh и IBM-совместимых
компьютерах под управлением Windows или Unix. Стандарт Macintosh HFS фирмы
Apple определяет формат и структуру файлов в ПК Macintosh, их пиктографические
обозначения и другую информацию. Этот стандарт следует применять, если
предполагается выпускать диски только для пользователей Macintosh.
Носителями интерактивной информации мультимедиа по стандарту
CD-l
являются аудио- и видеоустройства реального времени, которые расширяют возможности
обработки текстовой и графической информации. При этом предполагается широкое
использование компьютерных программ, ориентированных на данный вид информации.
Применительно как к инфомационным, так и системным целям технологией CD-I
определяются возможные виды информации на диске, способы ее кодирования и
организации необходимых средств поддержки дисковых систем. Технология CD-I также
позволяет объединять дорожки аудио и СD-I записей на CD-I дисках.
Формат High Sierra (High Sierra Group – HSG) предложен в 1995 г. и назван по
имени отеля, расположенного у озера Тахо (штат Калифорния), где представители многих
фирм-производителей обсуждали вопросы совершенствования и унификации формата ISO
9660, и пришли к соглашению. С появлением формата High Sierra стало возможным
чтение данных, записанных на диск в формате ISO 9660 с помощью приводов всех типов,
что, в свою очередь, привело к массовому тиражированию программ на CD. Кроме того,
стало возможным создание компакт-дисков, ориентированных на различные
операционные системы. В самых общих чертах структура данных в формате High Sierra
подобна структуре данных на гибких дисках. На начальной дорожке диска записывается
метка тома, которая идентифицирует CD. После ее считывания включается механизм
синхронизации накопителя. После синхронизирующей последовательности на диске
располагается системная информация, в которой детализируется структура файлов. В
системной области содержится информация о каталогах.
Стандарт
Photo CD фирмы Kodak обеспечивает запись и воспроизведение
высококачественных цифровых фотографий. В дальнейшем в обеспечение Photo CD
планируется включить средства для хранения видеоизображения и звука. Обычные
компакт-диски записываются за один сеанс, однако фотографии в системе Photo CD могут
заноситься в ходе дополнительных сеансов записи. Многие фотографические фирмы
распределяют свои каталоги в формате, совместимом с Photo-CD.
Диск формата CD-DV (Digital Video) позволяет записывать и хранить до 74 мин
высококачественного видеоизображения со стереозвуком. Хранение данных основано на
методе сжатия MPEG-1 (Motion Picture Experts Group). Для чтения дисков, кроме привода,
требуется аппаратный или программный декодер стандарта MPEG. Считывание данных
происходит с постоянной скоростью 1,5 Мбайт/с, что обеспечивает воспроизведение
изображения с разрешением по горизонтали 240 строк (стандарт VHS).
Процесс изготовления CD состоит из нескольких этапов. Подготовительный этап
заключается в формировании информационного файла для последующей записи на
носитель, в качестве которого используется стеклопластиковый диск с покрытием из
фоторезистивного материала. Следующий этап – запись на носитель с помощью лазерного
луча данных в виде последовательности расположенных по спирали углублений
(штрихов).
Глубина каждого штриха (pit) равна 0,12 мкм, ширина – 0,8-3мкм (рис. 2.28). Они
расположены вдоль спиральной дорожки, расстояние между соседними витками которой
Файл: 681451550 Создан: 19.06.1996 Модифицирован: 28.04.2016
Автор: Шонин В.А.
-3Вычислительная техника и программирование (Информатика)
Лекция 1-05
составляет 1,6 мкм, что соответствует плотности 16 000 витков/дюйм (625 витков/мм).
Длина штрихов вдоль дорожки записи колеблется от 0,8 до 3,3 мкм.
Рис. 2.28. Поперечное сечение CD
Запись информации на стандартный диск может длиться до полутора часов (при
однократной скорости записи), при этом линейная скорость в зоне записи поддерживается
постоянной.
Следующий этап заключается в проявлении фоторезистивного слоя и
металлизации диска. Изготовленный по такой технологии диск называется мастер-диском.
Для тиражирования компакт-дисков с мастер-диска снимается несколько рабочих копий
(методом гальванопластики). Рабочие копии покрыты более прочным металлическим
слоем (например, никелем), чем мастер-диск и могут использоваться в качестве матриц
для тиражирования CD (до 10 тыс. шт. с помощью каждой матрицы). Тиражирование, или
процесс репликации дисков, осуществляется методом горячей прессовки. После прессовки
информационную сторону диска подвергают вакуумной металлизации слоем алюминия.
После этого диск покрывают слоем лака. Диски, выполненные методом горячей
штамповки, в соответствии с паспортными данными, обеспечивают до 10 000 циклов
безошибочного считывания данных.
Принципиальное отличие магнитных и магнитооптических накопителей от
приводов CD-ROM связано с разными форматами записи информации. Так, для первого
класса изделий информация располагается на концентрических дорожках, т. е. запись и
соответственно воспроизведение осуществляются с постоянной угловой скоростью.
Стандарт CD-ROM "вырос" из звукового формата Red Book, в котором запись
осуществляется с постоянной линейной скоростью, то есть существует всего одна
спиральная дорожка. Для совместимости со звуковым форматом скорость передачи
данных составляет около 150 Кбайт/с. Именно это значение выбрано за базовый
показатель, а увеличение скорости передачи осуществляется пропорциональным
увеличением диапазона скоростей вращения диска - в 2, 4, и более раз. Поскольку
скорость вращения диска разная в зависимости от положения считывающего устройства,
то время доступа определяется не только скоростью перемещения каретки, но и тем
временем, которое требуется двигателю для изменения скорости вращения диска. Именно
поэтому накопители СD-ROM являются более медленными устройствами, чем жесткие
диски.
Файл: 681451550 Создан: 19.06.1996 Модифицирован: 28.04.2016
Автор: Шонин В.А.
-4Вычислительная техника и программирование (Информатика)
Лекция 1-05
Дисковод CD-ROM состоит из следующих основных функциональных узлов:
 загрузочного устройства;
 системы управления приводом;
 оптико-механического блока;
 системы автоматического регулирования;
 универсального декодера;
 интерфейсного блока.
Упрощенный алгоритм функционирования дисковода CD-ROM состоит в
следующем. После помещения CD в загрузочное устройство электромеханическое
устройство приводит диск во вращение. Оптико-механический блок (рис. 2.29)
обеспечивает перемещение оптической головки считывания по радиусу диска и
считывание информации. Полупроводниковый лазер генерирует маломощный
инфракрасный луч (типовая длина волны 780 нм, мощность излучения 0,2—5,0 Мвт),
который попадает на отражающее зеркало.
Серводвигатель по командам, поступающим от встроенного микропроцессора,
перемещает подвижную каретку с отражающим зеркалом к нужной дорожке на компактдиске. Отраженный от диска луч фокусируется линзой, расположенной под диском, далее
отражается от зеркала и попадает на разделительную призму, которая направляет луч на
вторую фокусирующую линзу. Далее луч попадает на фотодатчик, преобразующий
световую энергию в электроимпульсы. Сигналы с фотодатчика поступают на
универсальный декодер. Высокая точность считывания информации обеспечивается
сложными системами автоматического слежения за поверхностью диска и дорожки
записи данных.
При считывании информации с CD возможны сбои в позиционировании луча
лазера вследствие радиальных биений диска. Чтобы избежать потери информации, в
дисководах CD-ROM применяется система автоматического слежения. Для слежения за
радиальными биениями дорожки записи применяется устройство, работа которого
основана на использовании эффекта ослабления интенсивности светового луча,
падающего на приемный фотодиод после отражения от различных участков дорожки.
По интенсивности регистрируемого отраженного светового пучка фотоприемник
воссоздает записанные на диске данные (как последовательность импульсов различной
интенсивности, преобразуемых в нули и единицы информации).
Универсальный декодер представляет собой процессор для обработки сигналов,
считанных с CD. В его состав входят декодеры, оперативное запоминающее устройство и
контроллер управления декодером. Декодер выделяет из цифрового потока
информационные символы, синхросигналы и служебную информацию. Каскадный
декодер производит формирование блоков символов, которые предварительно (перед
Файл: 681451550 Создан: 19.06.1996 Модифицирован: 28.04.2016
Автор: Шонин В.А.
-5Вычислительная техника и программирование (Информатика)
Лекция 1-05
записью) были подвергнуты разбиению для их размещения на различных участках
информационной дорожки с целью уменьшения вероятности потери информации. Применение двойного декодирования с перемещением символов дает возможность восстановить
потерянную информацию объемом до 500 байт, что соответствует дефекту дорожки
записи длиной 2,5 мм. Оперативное запоминающее устройство выполняет функцию
буферной памяти, а контроллер управляет режимами исправления ошибок в данных,
записанных во всех поддерживаемых дисководом форматах.
Импульсные сигналы с фотодатчика оптической головки поступают в усилитель
системы автоматического регулирования, где выделяются сигналы ошибок слежения и
осуществляется коррекция считываемого сигнала.
Интерфейсный блок состоит из преобразователя цифровых данных в аналоговые
сигналы (для аудиоданных), фильтров нижних частот и интерфейса для связи с
компьютером. Далее сигналы выводятся на звуковую карту и (через линейный выход) на
гнездо для подключения головных телефонов.
1.3.20. Характеристики дисководов CD-ROM
Основными характеристиками дисководов CD-ROM являются:
 скорость передачи данных;
 среднее время доступа;
 объем кэш-памяти;
 коэффициент ошибок;
 средняя наработка на отказ;
 тип интерфейса;
 перечень поддерживаемых форматов CD.
Скорость передачи данных – это максимальная скорость, с которой данные
пересылаются от носителя информации в оперативную память компьютера. Это наиболее
важная характеристика дисковода CD-ROM, которая практически всегда упоминается
вместе с названием модели. Непосредственно со скоростью передачи данных связан такой
параметр, как скорость вращения диска («кратность»). Первое поколение дисководов CDROM имели скорость передачи данных 150 Кбайт/с, как и проигрыватели аудио CD.
Скорости передачи данных следующих поколений устройств, как правило, кратны этому
числу (150 Кбайт/с). Такие приводы получили название «накопителей с двух-, трех-,
четырехкратной и т. д. скоростью». Причем скорость передачи данных приводов с nкратной скоростью зависит от типа читаемой информации. Например, если считывается
информация со звукового диска, то скорость передачи составляет 150 Кбайт/с (normal
speed), а если считываются файлы данных, то скорость передачи может быть равна 300,
450, 600 Кбайт/с и т. д.
Среднее время доступа – это время (в миллисекундах), которое требуется
дисководу для нахождения на носителе нужных данных. Очевидно, что при работе на
внутренних участках диска время доступа будет меньше, чем при считывании
информации с внешних участков. Поэтому в паспорте дисковода приводится среднее
время доступа, определяемое как среднее значение при выполнении нескольких
считываний данных с различных (выбранных случайным образом) участков диска.
Средние времена доступа для дисководов CD-ROM и дисководов жестких дисков
существенно отличаются (100-200 мс для CD-ROM и 8-12 мс для жестких дисков). Столь
существенная разница объясняется принципиальными различиями конструкций: в
накопителях на жестких дисках используется несколько магнитных головок, и диапазон
Файл: 681451550 Создан: 19.06.1996 Модифицирован: 28.04.2016
Автор: Шонин В.А.
-6Вычислительная техника и программирование (Информатика)
Лекция 1-05
их механического перемещения меньше, чем диапазон перемещения оптической головки в
дисководе CD-ROM.
Объем кэш-памяти – это объем оперативного запоминающего устройства привода
CD-ROM, используемого для увеличения скорости доступа к данным, записанным на
носителе. Если для управления дисководом CD-ROM используются специальные
программы-драйверы, то в буферную память может быть заранее записано оглавление
диска. В этом случае обращение к фрагменту запрашиваемых данных происходит
значительно быстрее. Современные устройства имеют кэш-память память объемом от 512
Кбайт до 2Мбайт.
Уровень качества считывания характеризуется коэффициентом, или скоростью
ошибок (Error Rate). Данный параметр отражает способность привода CD-ROM
корректировать ошибки записи/чтения. Паспортные значения коэффициента ошибок
составляют 10-10-10-12. Коэффициент ошибок представляет собой оценку вероятности
искажения информационного бита при его считывании. Когда привод считывает данные с
загрязненного или поцарапанного участка диска, он регистрирует группу ошибочных
битов. Если ошибку не удается устранить за счет избыточности помехоустойчивого кода
(применяемого при записи/чтении), то привод переходит на пониженную скорость
считывания данных с многократным его повтором. Если механизм коррекции ошибок не
справляется с устранением сбоя, то на мониторе компьютера появляется сообщение
«Сектор не найден» (Sector not found). В случае устранения сбоя привод переключается на
максимальную скорость считывания данных.
Средняя наработка на отказ – это среднее время (в часах), характеризующее
безотказность работы дисковода. У современных моделей этот показатель лежит в
пределах 50-125 тыс. часов, что почти на порядок превышает срок морального старения
накопителя
Поскольку дисководы CD-ROM используются и для воспроизведения аудиодисков
формата CD-DA (Compact Disk-Digital Audio), то они характеризуются и параметрами
аудиотракта, описывающими качественные показатели тракта звуковоспроизведения.
Самыми важными из этих параметров являются полоса воспроизводимых частот и
отношением сигнал/шум. По параметрам аудиотракта можно судить о том, способен ли
привод CD-ROM заменить пользователю аудио CD-проигрыватель.
Для подключения к компьютеру в приводах CD-ROM могут использоваться
интерфейсы IDE (EIDE), SCSI и USB, а также нестандартные интерфейсы, которые могут
использоваться для подключения внешних дисководов CD-ROM.
Важной
характеристикой
дисковода
CD-ROM
является
перечень
поддерживаемых им стандартов записи данных на компакт диски.
1.3.21. Дисководы CD-R и CD-RW
Записывающие дисководы CD-R (Recordable), называемые также дисководами CDWORM (Write Once Read Many – однократная запись, многократное чтение) или позволяют, как это следует из названия, единожды записать информацию на диск и
многократно ее считывать.
Для записи на дисководах CD-R используются специальные компакт-диски,
отличающие от обычных CD.
Различие технологий CD-WORM и CD-ROM заключается в том, что при записи
данных на поверхности диска в первом случае не выжигаются углубления. Диск покрыт
специальным термочувствительным слоем красителя с такими же отражающими
свойствами, как у алюминиевого покрытия обычного CD (рис.2.30). При записи
Файл: 681451550 Создан: 19.06.1996 Модифицирован: 28.04.2016
Автор: Шонин В.А.
-7Вычислительная техника и программирование (Информатика)
Лекция 1-05
информации на диск луч лазера разогревает слой золота и слой красящего вещества.
Происходит химическая реакция, в результате которой облучаемый лазерным лучом
участок на поверхности диска изменяет свой цвет, а, следовательно, и свои отражательные
свойства. Они начинают рассеивать свет точно так же, как углубления обычного CD. Считывающий лазер стандартного накопителя CD-ROM воспринимает эти участки как
псевдоуглубления (хотя это только пятна) с меньшим уровнем интенсивности
отражаемого света (альбедо).
Диски CD-R имеют зеленовато-золотистый цвет, благодаря слою термокрасителя и
золотому отражающему слою под ним.
Рис. 2.30. Строение дисков CD-ROM и CD-R
Очередной ступенью в эволюции CD стал диск, предоставляющий пользователям
возможность вести запись данных поверх ранее записанных. Такие диски называются CDE (CD-Erasable – стираемый CD), или CD-RW (CD-ReWritable – перезаписываемый CD).
В CD-RW используется промежуточный слой из органической пленки, которая
изменяет под воздействием луча свое фазовое состояние с аморфного на кристаллическое
и обратно. В результате этого 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. Органический слой дисков CD-RW обычно имеет серокоричневый цвет.
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 дисководах. Для чтения CDRW формально необходим привод с автоматической регулировкой усиления
фотоприемника, хотя некоторые обычные приводы CD-ROM и бытовые проигрыватели
способны читать их наравне с обычными дисками. Способность дисковода читать CD-RW
носит название Multiread; ранние дисководы маркировались "CD-E Enabled".
Диск CD-RW может иметь такую же структуру дорожек и файловую систему, что и
CD-R, либо на нем может быть организована специальная файловая система UDF
(Universal Disk Format – универсальный дисковый формат), позволяющая динамически
создавать и уничтожать отдельные файлы на диске.
Существует несколько способов записи на CD-R и CD-RW. Наиболее
распространен способ записи диска за один проход (disk-at-once), когда подготовленный
(например, размещенный на жестком диске) файл записывается за один сеанс. При этом
отсутствует возможность добавления информации на диск. Другой способ позволяет
производить многосеансную запись (track-at-once) отдельных участков дорожек (треков) и
постепенное наращивание объема информации на диске.
Файл: 681451550 Создан: 19.06.1996 Модифицирован: 28.04.2016
Автор: Шонин В.А.
-8Вычислительная техника и программирование (Информатика)
Лекция 1-05
Дисководы CD-RW позволяют записывать и диски CD-R и диски CD-RW и
поэтому в последнее время они практически вытеснили дисководы CD-R. Поскольку
дисководы CD-RW могут не только записывать, но читать компакт диски (т.е. могут
выполнять функции обычных дисководов CD-ROM), они обычно характеризуются двумя
параметрами: максимальной скоростью чтения и максимальной скоростью записи.
Максимальная скорость чтения у современных дисководов CD-RW достигает 32-кратной
скорости, а максимальная скорость записи – до 10-кратной при записи дисков CD-R и до
8-кратной – при записи дисков CD-RW. Интерфейсы подключения к компьютеру: EIDE,
SCSI и USB.
1.3.22. Дисководы DVD
Первоначально аббревиатура DVD расшифровывалась, как digital video disc
(цифровой видеодиск), поскольку первоначально эти диски разрабатывались как
альтернатива видеокассетам. Однако в настоящее время
эти диски все больше
используются для хранения компьютерных программ и приложений, а так же
полнометражных фильмов и высококачественного звука. Поэтому, появившаяся
несколько позже расшифровка аббревиатуры DVD, как digital versatile disc
(универсальный цифровой диск) – более логична.
Внешне диски DVD выглядят как обычные диски CD-ROM. Однако возможностей
у DVD гораздо больше.
В соответствии с первоначально принятым стандартом, DVD-диск является
односторонним и может содержать до 4,7 Гбайт информации. Как и CD, диск формата
DVD имеет диаметр 120 мм. В накопителе нового стандарта рабочая длина волны
излучения лазера снижена с 0,78 до 0,63-0,65 мкм (видимый диапазон волн), что
обеспечило возможность уменьшения размеров штрихов записи практически в два раза, а
расстояние между дорожками записи – с 1,6 до 0,74 мкм.
Спецификация DVD сначала разрабатывалась для одностороннего однослойного
диска, затем появилась конструкция двухслойного диска емкостью 8,5 Гбайт, Следующим
шагом в развитии технологии DVD явилось создание двусторонних дисков, как
однослойных, так и двухслойных, при этом емкость дисков доведена до 9,4 и 17 Гбайт
соответственно, а время их воспроизведения – 4,5 и 8 ч.
В дисководах стандарта DVD используется более узкий луч лазера, чем в приводах
CD-ROM, поэтому толщина защитного слоя диска была снижена в два раза (до 0,6 мм). С
учетом того, что общая толщина диска должна остаться неизменной (1,2 мм), под
предохранительный слой был помещен укрепляющий. На укрепляющем слое также стали
записывать информацию, что привело к появлению двухслойных дисков DVD. Когда
лазерным лучом считывается информация, записанная на первом слое, расположенном в
глубине диска, луч беспрепятственно проходит через полупрозрачную пленку, образующую второй слой CD. По окончании считывания информации с первого слоя, по
команде контроллера, меняется фокусировка луча лазера. Луч фокусируется в плоскости
второго (наружного) полупрозрачного слоя для дальнейшего считывания данных.
Возможные варианты CD DVD представлены на рис. 2.31.
Файл: 681451550 Создан: 19.06.1996 Модифицирован: 28.04.2016
Автор: Шонин В.А.
-9Вычислительная техника и программирование (Информатика)
Лекция 1-05
Рис. 2.31. Возможные варианты CD DVD
Но на сегодняшний день пока что наиболее популярны и актуальны две
разновидности DVD: DVD-Video и DVD-ROM. DVD-Video – то самое, что обычно
называют просто DVD – выступает конкурентом видеокассеты для просмотра фильмов с
помощью DVD-плейеров, подключенных к телевизору. DVD-ROM, напротив, содержит
компьютерные данные и читается приводами DVD-ROM, которыми все больше начинают
комплектовать новые компьютеры.
В пределах стандарта DVD существует 4 записываемых его разновидности,
которые жестко конкурируют друг с другом: DVD-R, DVD-RAM, DVD-RW и DVD+RW.
Разница между ними состоит в том, что на диски DVD-R можно записать данные лишь
однажды, в то время как их собратья DVD-RAM, DVD-RW и DVD+RW могут быть
перезаписаны сотни раз. Эти дисководы пока еще не предназначены для домашних
видеозаписей.
В производстве DVD-R точно так же, как и при изготовлении CD-R, используются
органические полимеры. Такие диски легко совмещаются практически со всеми моделями
DVD-приводов и DVD-плейеров. Емкость первого поколения таких дисков была 3,95
Гбайт, но для новых дисков емкость удалось довести до 4,7 Гбайт.
DVD-RW, известные ранее под именем DVD-R/W или DVD-ER, – это стираемые
диски со сменой фазы, разработанные фирмой Pioneer на основе DVD-R. Этот вид дисков
использует ту же плотность дорожек, длину битов и воспроизводится почти во всех
относительно новых DVD-приводах, а первоначальная емкость таких дисков составляла
4,7 Гбайт.
Дисководы DVD-RAM используют технологию, которая применяется при
изготовлении магнитооптических дисков, а потому не совместим с существующим
оборудованием, однако эта разновидность записывающих устройств является в настоящее
время наиболее распространенной. Односторонние диски DVD-RAM выпускаются как в
картриджах, запечатанных и позволяющих извлечь диск, так и без них, причем записать
диск можно только тогда, когда он находится в картридже. Двухсторонние диски DVDRAM бывают только в запечатанных картриджах. В дисках DVD-RAM планируется
использовать слой улучшения контрастности и термальный буферный слой для
достижения более высокой плотности записи, однако на сегодняшний день емкость
дисков составляет 4,7 Гбайт.
Еще одна разновидность перезаписываемых дисков, которая называется +RW,
является конкурирующим перезаписываемым форматом, на основе технологий DVD и
CD-RW. Дисководы DVD+RW читают диски DVD-ROM и CD, вероятно, будут работать и
с DVD-R и DVD-RW, однако они несовместимы с DVD-RAM. Диски формата DVD+RW
содержат 2,8 Гбайт на сторону, используют технологию изменения фазы с
колеблющимися канавками и поддерживают как постоянную линейную скорость для
Файл: 681451550 Создан: 19.06.1996 Модифицирован: 28.04.2016
Автор: Шонин В.А.
- 10 Вычислительная техника и программирование (Информатика)
Лекция 1-05
последовательного видеодоступа, так и постоянную угловую скорость для произвольного
доступа к данным. При разработке этого формата предполагалось, что он предназначен
только для хранения компьютерных данных, но более поздние модификации показали,
что его можно использовать и для видеозаписи.
Дисководы DVD+RW второго поколения могут читать 4,7 Гбайт с диска DVD+RW
и смогут записывать диски CD-R и CD-RW. Новые версии этого формата (4,7 Гбайт
DVD+RW) используют высокочастотные колеблющиеся канавки, что позволяет избежать
связывания секторов. Это изменение и то, что на дисках не используется технология
исправления ошибок, дают возможность записывать диски DVD+RW таким образом,
чтобы они подходили к большинству ныне существующих плейеров и приводов DVDROM, а также к приводам DVD-R, DVD-RW и DVD-RAM.
1.3.23. Стримеры
Стример (streamer) – накопитель на магнитной ленте, использующий специальные
кассеты (картриджи), позволяющие защитить носитель информации от воздействий
внешней среды.
Магнитная лента – один из старейших носителей информации, используемых в
компьютерах. К ее непревзойденным и поныне достоинствам относится относительная
простота записи и считывания информации, компактность ее расположения при большой
емкости, а также низкая стоимость носителя в пересчете на единицу хранимой
информации.
В стримерах обычно используется лента шириной 0,25 дюйма. Благодаря
специальной конструкции стример способен писать и читать данные с ленты с очень
высокой скоростью и в достаточно большом объеме.
Перед началом записи картридж (кассету) обычно форматируют. При этом на
магнитную ленту наносятся специальные метки, а области ленты, не отвечающие на
контрольное считывание/запись, объявляются закрытыми. Таким образом обеспечивается
максимальная сохранность данных.
К сожалению,
для стримеров не существует ни стандартных размеров
картриджей, ни общепринятых стандартов на форматы чтения/записи данных. Поэтому,
как правило, кассета может быть прочитана только на том стримере, на котором она
была записана. Рассмотрим наиболее распространенные форматы записи данных для
стримеров.
Формат QIC (Quarter-Inch Compatibility) позволяет достичь наибольшей скорости
при записи данных на картридж, но запись, полученная при использовании этого
интерфейса, может содержать достаточно большое количество ошибок. Несмотря на то,
что процесс форматирования каждого картриджа желателен, чтобы уменьшить шумовые
помехи ленты, при использовании этою вида интерфейса он не является обязательным.
Контроллеры стримеров с QIC-интерфейсом имеют встроенный механизм верификации
данных: после записи очередного блока информации контроллер проверяет ее
соответствие исходному блоку. Если выявляются несовпадение, блок записывается заново
до тех пор, пока запись не будет сделана без ошибки.
Развитие технологии производства накопителей на магнитной ленте пошло по пути
увеличения емкости кассет и повышения плотности записи данных. Комитетом QIC были
разработаны стандарты новые систем резервного копирования с емкостью кассет от 86 Мб
до 13 Гбайт. В подобных устройствах плотность записи данных на ленту составляет
свыше 60 000 бит/дюйм. Запись производится на 144 дорожки. Чтобы добиться таких
Файл: 681451550 Создан: 19.06.1996 Модифицирован: 28.04.2016
Автор: Шонин В.А.
- 11 Вычислительная техника и программирование (Информатика)
Лекция 1-05
показателей, была разработана специальная головка чтения/записи, а также увеличена
длина магнитной ленты (например, для модели QIC-5010 она составляет 360 м).
Совершенно новый стандарт кассет, основанный на стандарте QIC, разработала
фирма 3М. Этот стандарт получил название TRAVAN. Накопители TRAVAN
размещаются в отсеке для дисковода 3,5". Они могут работать как с оригинальными миникассетами стандарта TRAVAN, так и с кассетами стандарта QIC. Кассета (или картридж)
TRAVAN содержит 225-метровую магнитную ленту шириной 8 мм.
Емкости мини-кассет TRAVAN (типа 1, 2, 3 и 4) составляют 400, 800, 1000 и 4000
Мб соответственно.
Необходимо заметить, что все накопители TRAVAN обеспечивают аппаратное
сжатие данных с коэффициентом 2:1. что увеличивает емкость кассет вдвое. Это означает,
что накопитель TR-4 способен хранить до 8 Гбайт информации. Накопители TR-1, -2, -3
обычно подключаются к системе через контроллер накопителя на гибких дисках или
параллельный порт, а TR-4 используют интерфейс SCSI-2.
Фирмой Sony освоен выпуск устройств, в которых используются магнитные ленты
шириной 4 мм для цифровой звукозаписи и ленты шириной 8 мм для видеозаписи.
Несколько фирм производят аналогичную продукцию по приобретенным лицензиям, тем
самым фактически введя стандарты на выпускаемые накопители и магнитные, ленты, хотя
единого признанного стандарта в этой области, как уже говорилось, до сих пор нет.
В частности, фирмой Sony разработан стандарт для хранения данных в цифровом
виде – DDS (Digital Data Storage). При записи данных на магнитную ленту используется
наклонно-строчная технология. Эта технология давно используется в видеомагнитофонах
и заключается в том, что магнитная лента проходит через блок головок, установленных на
вращающемся барабане, причем ось вращения барабана наклонена под небольшим углом
(около 7°) к направлению движения ленты. Во время движения лента охватывает
вращающийся блок головок, в результате записывается столько дорожек, сколько
магнитных головок установлено в блоке. При таком способе записи используется
практически вся поверхность ленты (в отличие от других методов, при использовании
которых дорожки оказываются разделенными промежутками).
В середине 90-х годов появилась новая технология, позволяющая обеспечить более
высокую емкость, скорость передачи данных и надежность резервного копирования
технология DLT (Digital Linear Tape – цифровая линейная лента), которая сегодня
считается одной из самых популярных. Накопители DLT могут хранить 20—40 Гб данных
и обеспечивают скорость передачи 1,5—3,0 Мб/с.
В накопителях стандарта DLT во время чтения/записи магнитная лента,
разделенная на параллельные горизонтальные дорожки, проходит через неподвижную
магниторезистивную головку со скоростью 2,5—3,7 м/с. Этим повышается надежность
работы головки и обеспечивается малый износ магнитного слоя ленты. Накопители DLT
рассчитаны, в первую очередь, на использование в сетевых серверах в качестве
автоматизированных систем резервирования данных на магнитных лентах. В такой
системе обеспечивается независимый доступ к каждой из кассет (их может быть до
нескольких десятков) При этом суммарная емкость ленточной библиотеки достигает 5
Тбайт, а производительность (скорость обмена данными) – 20 Мб/с.
Существуют два варианта резервирования данных на стримере: побитовое
картирование (отображение) диска и файловый режим.
Побитовое картирование подразумевает получение абсолютной физически
полной копии информации диска на картридже ("бит в бит"). Этот процесс достаточно
длительный, но он позволяет не заботиться о том, какие именно файлы подлежат
резервированию, а какие нет. Кроме того, записываются также все скрытые, стертые
Файл: 681451550 Создан: 19.06.1996 Модифицирован: 28.04.2016
Автор: Шонин В.А.
- 12 Вычислительная техника и программирование (Информатика)
Лекция 1-05
файлы, структура формата хранения данных, таблица размещения файлов и другие
служебные области диска и т.п. Этот процесс предпочтителен в том случае, когда
исходный диск собираются подвергнуть какой-либо операции, связанной с разрушением
меток формата или нарушением целостности служебных областей.
Файловый режим позволяет производить резервирование данных с жесткого
диска в файловом формате (то есть блоки информации остаются связанными с именем
файла и его расширением, датой и временем создания и специальными атрибутами).
Такой режим удобен для повседневного архивного сохранения важнейших файлов
данного ПК.
Стримеры, в отличие от дисководов гибких и жестких дисков, а также дисководов
CD-ROM, не являются широко распространенными устройствами. Однако там, где
сохранение целостности данных при возможных нарушениях в работе аппаратного или
программного обеспечения является первоочередной задачей, использование стримеров
для оперативного архивирования и восстановления данных является необходимым.
Поэтому стримеры являются практически обязательной принадлежностью серверов
локальных сетей, на которых хранятся большие объемы совместно используемых данных,
требующих больших затрат на восстановление при порче или разрушении.
1.3.24. CRT-мониторы
Видеосистему персонального компьютера образуют две основные компоненты:
дисплей или монитор и видеокарта. Дополнительные компоненты видеосистемы
компьютера, связанные с вводом видеосигналов с других устройств (телевизора,
видеомагнитофона или видеоплеера), выводом видеосигналов на другие устройства, а
также обработкой видеосигналов будут рассмотрены далее при изложении средств
мультимедиа.
Дисплей (display) или монитор (monitor) является стандартным устройством
вывода. Наряду с клавиатурой он является самой важной частью ПК (после материнской
платы).
В настоящее время в компьютерах используются три основных вида мониторов:
 мониторы на основе электронно-лучевой трубки, называемые также CRTмониторами (Cathode Ray Tube – катодная лучевая трубка);
 жидкокристаллические мониторы, называемые также LCD (Liquid Crystal Display
– жидкокристаллические мониторы);
 плазменные мониторы.
Сегодня самый распространенный тип мониторов – это CRT-мониторы. Как видно
из названия, в основе всех подобных мониторов лежит катодно-лучевая трубка, но это
дословный перевод, технически правильно говорить электронно-лучевая трубка (ЭЛТ).
Используемая в этом типе мониторов технология была создана много лет назад и
первоначально создавалась в качестве специального инструментария для измерения
переменного тока, проще говоря, для осциллографа.
CRT-монитор имеет стеклянную трубку, внутри которой находится вакуум, т.е.
весь воздух удален. С фронтальной стороны внутренняя часть стекла трубки покрыта
люминофором – веществом, которое испускает свет при бомбардировке его заряженными
частицами. В качестве люминофоров для цветных мониторов используются довольно
сложные составы на основе редкоземельных металлов – иттрия, эрбия и т.п.
Принцип действия CRT-монитора мало отличается от принципа действия
обычного телевизора и заключается в том, что создаваемый катодом (электронной
Файл: 681451550 Создан: 19.06.1996 Модифицирован: 28.04.2016
Автор: Шонин В.А.
- 13 Вычислительная техника и программирование (Информатика)
Лекция 1-05
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.
Заметим, что 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 пикселями. Такие мониторы называются растровыми. Электронный луч в
этом случае периодически сканирует весь экран, образуя на нем близко расположенные
строки развертки. По мере движения луча по строкам видеосигнал, подаваемый на
модулятор, изменяет яркость светового пятна и образует видимое на экране изображение.
Разрешающая способность монитора определяется числом элементов изображения,
которые он способен воспроизводить по горизонтали и вертикали, например, 640х480 или
1024х768 пикселей.
Для формирования растра в мониторе используются специальные сигналы. В цикле
сканирования луч движется по зигзагообразной траектории от левого верхнего угла до
правого нижнего. Прямой ход луча по горизонтали осуществляется сигналом строчной
(горизонтальной – Н.Sync) развертки, а по вертикали – кадровой (вертикальной – V.Sync)
развертки. Перевод луча из крайней правой точки строки в крайнюю левую точку
следующей строки (обратный ход луча по горизонтали) и из крайней правой позиции
последней строки экрана в крайнюю левую позицию первой строки (обратный ход луча по
вертикали) осуществляется специальными сигналами обратного хода.
Таким образом, наиболее важными для монитора являются следующие параметры:
частота вертикальной (кадровой) развертки, частота горизонтальной (строчной) развертки
и полоса пропускания видеосигнала.
При формировании изображения и в мониторах, и в телевизорах учитываются
следующие два свойства зрения:
 инерционность восприятия световых раздражений, т. е. возникновение и
прекращение фотохимических реакций в сетчатке глаза после начала и окончания
воздействия импульса света происходит не мгновенно, а с задержкой, характеризующей
эту инерционность (приблизительно 0,1 с). Время сохранения светового возбуждения
сетчатки глаза составляет 0,4-1,0 с после окончания действия светового раздражителя.
 ограниченная разрешающая способность по перемещениям. Это свойство
учитывается при отображении движущихся предметов на экране монитора или
телевизора. Для того чтобы движения казались плавными, каждое изменение положения
предметов должно быть передано небольшими "порциями", т. е. различия в картинках
должны быть достаточно малыми (как в мультипликации). Движение передается путем
покадрового воспроизведения отдельных мало отличающихся друг от друга фаз
движения.
Глаз человека воспринимает смену изображений как движущееся изображение в
том случае, когда смена изображений происходит с частотой не ниже 20-25 Гц. Исходя из
этого, выбиралась частота смены полей при передаче телевизионного изображения. Для
мониторов частота кадров имеет важнейшее значение, поскольку во многом определяет
устойчивость изображения (отсутствие мерцаний) и, как следствие, утомляемость глаз.
Поэтому с использованием построчного способа формирования изображения частоту
кадров монитора компьютера стараются повышать: чем выше частота кадров, тем
устойчивее изображение, следовательно, менее утомляемость работы с таким монитором.
У хороших мониторов кадровая частота поддерживается на уровне 70-80 Гц. Однако
повышение этой частоты требует увеличения частоты строчной развертки, так как
Файл: 681451550 Создан: 19.06.1996 Модифицирован: 28.04.2016
Автор: Шонин В.А.
- 14 Вычислительная техника и программирование (Информатика)
Лекция 1-05
уменьшается время, отводимое на формирование каждой точки изображения. Частота
строк (в килогерцах) определяется произведением частоты вертикальной развертки на
количество строк, выводимых в одном кадре (разрешающая способность по вертикали).
В основу формирования цветного изображения положены следующие важнейшие
свойства цветового зрения:
 аддитивное смешение цветов (модель RGB);
 пространственное усреднение цвета. Если на изображении имеются близко
расположенные цветные детали, то с большого расстояния мы не различаем цвета
отдельных деталей. Учитывая это свойство зрения, в электронно-лучевой трубке монитора
формируется цвет одного элемента изображения из трех цветов люминофорных зерен,
расположенных рядом.
В соответствии с этими особенностями человеческого зрения в электронно-лучевой
трубке цветного монитора имеются три электронные пушки с отдельными схемами
управления, а на внутреннюю поверхность экрана нанесен люминофор трех основных
цветов: красный – R (Red), зеленый – G (Green) и синий – В (Blue). Таким образом,
каждая пушка должна "стрелять" только по своим пятнам люминофора. Чтобы добиться
такого действия используется специальная маска, чья структура зависит от типа
кинескопов от разных производителей.
Самыми распространенными типами масок в мониторах являются:
 теневая маска (shadow mask);
 щелевая маска(slot mask);
 апертурная решетка (aperture grill).
Теневая маска – это самый распространенный тип масок для CRT мониторов.
Теневая маска состоит из металлической сетки перед частью стеклянной трубки с
люминофорным слоем. Как правило, большинство современных теневых масок
изготавливают из инвара (сплава железа и никеля). Отверстия в металлической сетке
работают как прицел, именно этим обеспечивается то, что электронный луч попадает
только на требуемые люминофорные элементы и только в определенных областях.
Теневая маска создает решетку с однородными точками (еще называемыми триады), где
каждая такая точка состоит из трех люминофорных элементов основных цветов –
зеленого, красного и синего которые светятся с различной интенсивностью под
воздействием лучей из электронных пушек (рис. 3.32). Изменением тока каждого из трех
электронных лучей можно добиться произвольного цвета элемента изображения,
образуемого триадой точек.
Рис. 3.32. Монитор с теневой маской
Минимальное расстояние между люминофорными элементами одинакового цвета
называется dot pitch (или шаг точки) и является индексом качества изображения. Шаг
точки обычно измеряется в миллиметрах. Чем меньше значение шага точки, тем выше
качество воспроизводимого на мониторе изображения.
Файл: 681451550 Создан: 19.06.1996 Модифицирован: 28.04.2016
Автор: Шонин В.А.
- 15 Вычислительная техника и программирование (Информатика)
Лекция 1-05
Теневая маска применяется в большинстве современных мониторов – Hitachi,
Panasonic, Samsung, Daewoo, LG, Nokia, Viewsonic.
При использовании щелевой маски люминофорные элементы расположены в
вертикальных эллиптических ячейках, а маска сделана из вертикальных линий.
Фактически вертикальные полосы разделены на эллиптические ячейки, которые содержат
группы из трех люминофорных элементов трех основных цветов (рис. 3.33).
Минимальное расстояние между двумя ячейками называется slot pitch (щелевой шаг). Чем
меньше значение щелевого шага, тем выше качество изображения на мониторе.
Рис. 3.33. Монитор со щелевой маской
Щелевая маска используется, помимо мониторов NEC (где ячейки эллиптические),
в мониторах Panasonic с трубкой PureFlat (ранее называвшейся PanaFlat). Плоскую
щелевую трубку с шагом 0.24 использует также компания LG в своих мониторах Flatron.
Апертурная решетка – это тип маски, используемый разными производителями в
своих технологиях для производства кинескопов, носящих разные названия, но имеющих
одинаковую суть.
Вместо точек с люминофорными элементами трех основных цветов, апертурная
решетка (рис. 3.34) содержит серию нитей, состоящих из люминофорных элементов
выстроенных в виде вертикальных полос трех основных цветов. Такая система
обеспечивает высокую контрастность изображения и хорошую насыщенность цветов, что
вместе обеспечивает высокое качество мониторов с трубками на основе этой технологии.
Маска, применяемая в трубках фирмы Sony (Mitsubishi, ViewSonic), представляет собой
тонкую фольгу, на которой процарапаны тонкие вертикальные линии. Она держится на
горизонтальной (одной в 15", двух в 17", трех и более в 21") проволочке, тень от которой
видна на экране. Эта проволочка применяется для гашения колебаний. Ее хорошо видно,
особенно при светлом фоне изображения на мониторе.
Рис. 3.34. Монитор с апертурной решеткой
Минимальное расстояние между полосами люминофора одинакового цвета
называется strip pitch (или шагом полосы) и измеряется в миллиметрах. Чем меньше
значение шага полосы, тем выше качество изображения на мониторе.
Апертурная решётка используется в мониторах Viewsonic, Radius, Nokia, LG, CTX,
Mitsubishi, Samsung и во всех мониторах Sony.
Нельзя напрямую сравнивать размер шага для трубок разных типов: шаг точек (или
триад) трубки с теневой маской измеряется по диагонали, в то время как шаг апертурной
Файл: 681451550 Создан: 19.06.1996 Модифицирован: 28.04.2016
Автор: Шонин В.А.
- 16 Вычислительная техника и программирование (Информатика)
Лекция 1-05
решетки, иначе называемый горизонтальным шагом точек, – по горизонтали. Поэтому
при одинаковом шаге точек трубка с теневой маской имеет большую плотность точек, чем
трубка с апертурной решеткой. Для примера, 0.25 мм шага полосы приблизительно
эквивалентно 0.27 мм шага точки.
Трубки с теневой маской дают более точное и детализированное изображение,
поскольку свет проходит через отверстия в маске с четкими краями. Поэтому такие
мониторы с такими хорошо использовать при интенсивной и длительной работе с
текстами и мелкими элементами графики, например в приложениях автоматизированного
проектирования. Трубки с апертурной решеткой имеют более ажурную маску, она меньше
заслоняет экран, и позволяет получить более яркое, контрастное изображение в
насыщенных цветах. Мониторы с такими трубками хорошо подходят для настольных
издательских систем и других приложений, ориентированных на работу с цветными
изображениями.
1.3.25. Жидкокристаллические мониторы
Жидкокристаллические мониторы сделаны из вещества, которое находится в
жидком состоянии, но при этом обладает некоторыми свойствами, присущими
кристаллическим телам. Фактически это жидкости, обладающие анизотропией
(неоднородностью в различных направлениях) свойств (в частности оптических),
связанных с упорядоченностью в ориентации молекул. Молекулы жидких кристаллов под
воздействием электричества могут изменять свою ориентацию и вследствие этого
изменять свойства светового луча проходящего сквозь них. Основываясь на этом
открытии, стало возможным обнаружить связь между повышением электрического
напряжения и изменением ориентации молекул кристаллов для обеспечения создания
изображения. Первое свое применение жидкие кристаллы нашли в дисплеях для
калькуляторов и в кварцевых часах, а затем их стали использовать в мониторах для
портативных компьютеров. Сегодня, в результате прогресса в этой области, начинают
получать все большее распространение LCD-мониторы для настольных компьютеров.
Экран LCD-монитора представляет собой массив маленьких сегментов
(называемых пикселями), которыми можно манипулировать для отображения
информации. LCD-монитор имеет несколько слоев, где ключевую роль играют две панели
сделанные из свободного от натрия и очень чистого стеклянного материала, называемого
субстрат или подложка, которые собственно и содержат тонкий слой жидких кристаллов
между собой.
На панелях имеются бороздки, которые направляют кристаллы, сообщая им
специальную ориентацию. Бороздки расположены таким образом, что они параллельны на
каждой панели, но перпендикулярны между двумя панелями. Нанесение бороздок на
поверхность стекла позволяет обеспечить одинаковые повороты плоскости поляризации
для всех ячеек. Две панели расположены очень близко друг к другу.
Жидкокристаллическая панель освещается источником света (в зависимости от того, где
он расположен, жидкокристаллические панели работают на отражение или на
прохождение света). Плоскость поляризации светового луча поворачивается на 90° при
прохождении одной панели.
При появлении электрического поля, молекулы жидких кристаллов частично
выстраиваются вдоль поля и на угол поворота плоскости поляризации света становится
отличным от 90 градусов.
Поворот плоскости поляризации светового луча незаметен для глаза, поэтому
возникла необходимость добавить к стеклянным панелям еще два других слоя,
Файл: 681451550 Создан: 19.06.1996 Модифицирован: 28.04.2016
Автор: Шонин В.А.
- 17 Вычислительная техника и программирование (Информатика)
Лекция 1-05
представляющих собой поляризационные фильтры. Эти фильтры пропускают только ту
компоненту светового пучка, у которой ось поляризации соответствует заданному.
Если разность потенциалов будет такой, что поворота плоскости поляризации в
жидких кристаллах не произойдет совсем, то световой луч будет полностью поглощен
вторым поляризатором и экран при освещении сзади будет спереди казаться черным (лучи
подсветки поглощаются в экране полностью).
Если расположить большое число электродов, которые создают разные
электрические поля в отдельных местах экрана (ячейки), то появится возможность при
управлении потенциалами этих электродов отображать на экране буквы и другие
элементы изображения. Электроды помещаются в прозрачный пластик и могут иметь
любую форму.
Для вывода цветного изображения требуется, чтобы свет порождался в задней
части LCD-монитора. Это необходимо для того, чтобы можно было наблюдать
изображение с хорошим качеством, даже если окружающая среда не является светлой.
Цвет получается в результате использования трех фильтров, которые выделяют из
излучения источника белого света три основные компоненты. Комбинируя три основные
цвета для каждой точки или пикселя экрана, появляется возможность воспроизвести
любой цвет.
Для вывода цветного изображения можно поставить на пути лучей несколько
фильтров, однако это приводит к ослаблению проходящего излучения. Более часто
используют следующее свойство
жидкокристаллической ячейки: при изменении
напряженности электрического поля угол поворота плоскости поляризации излучения
изменяется по-разному для компонент света с разной длиной волны. Эту особенность
можно использовать для того, чтобы отражать (или поглощать) излучение заданной
длины волны.
Первые LCD-мониторы были очень маленькими, около 8 дюймов, в то время как
сегодня они достигли размеров в 15 дюймов (15") для использования в портативных
компьютерах, а для настольных компьютеров производятся LCD-мониторы с размером
экрана в 19" и более.
В будущем следует ожидать расширения вторжения LCD-мониторов на рынок,
благодаря тому факту, что с развитием технологии конечная цена устройств снижается,
что дает возможность большему числу пользователей покупать новые продукты.
1.3.26. Плазменные мониторы и FED-мониторы
Работа плазменных мониторов очень похожа на работу неоновых ламп, которые
сделаны в виде трубки, заполненной инертным газом низкого давления. Внутрь трубки
помещена пара электродов, между которыми зажигается электрический разряд и
возникает свечение. Плазменные экраны создаются путем заполнения пространства между
двумя стеклянными поверхностями инертным газом, например аргоном или неоном.
Затем на стеклянную поверхность помещают маленькие прозрачные электроды, на
которые подается высокочастотное напряжение. Под действием этого напряжения в
прилегающей к электроду газовой области возникает электрический разряд. Плазма
газового разряда излучает свет в ультрафиолетовом диапазоне, который вызывает
свечение частиц люминофора, в диапазоне видимом человеком. Фактически, каждый
пиксель на экране работает как обычная флуоресцентная лампа (иначе говоря, лампа
дневного света). Высокая яркость и контрастность наряду с отсутствие дрожания
являются большими преимуществами таких мониторов. Кроме того, угол по отношению к
нормали, под которым увидеть нормальное изображение на плазменных мониторах
Файл: 681451550 Создан: 19.06.1996 Модифицирован: 28.04.2016
Автор: Шонин В.А.
- 18 Вычислительная техника и программирование (Информатика)
Лекция 1-05
существенно больше, чем 45° в случае с LCD мониторами. Главными недостатками такого
типа мониторов является довольно высокая потребляемая мощность, возрастающая при
увеличении диагонали монитора и низкая разрешающая способность, обусловленная
большим размером элемента изображения. Кроме этого, свойства люминофорных
элементов быстро ухудшаются, и экран становится менее ярким, поэтому срок службы
плазменных мониторов ограничен 10000 часами (это около 5 лет при офисном
использовании). Из-за этих ограничений, такие мониторы используются пока только для
конференций, презентаций, информационных щитов, т.е. там, где требуются большие
размеры экранов для отображения информации. Однако есть все основания предполагать,
что в скором времени существующие технологические ограничения будут преодолены, а
при снижении стоимости, такой тип устройств может с успехом применяться в качестве
телевизионных экранов или мониторов для компьютеров.
Ряд ведущих разработчиков в области LCD-мониторов и плазменных мониторов
совместно разрабатывают технологию PALC (Plasma Addressed Liquid Crystal), которая
должна соединить в себе преимущества этих двух видов мониторов.
Развитием технологии CRT-мониторов является технология FED (Field Emission
Display – дисплей с излучением поля). FED-мониторы основаны на процессе, который
немного похож на тот, что применяется в CRT-мониторах, так как в обоих методах
применяется люминофор, светящийся под воздействием электронного луча. В FEDмониторе используются множество маленьких источников электронов, расположенных за
каждым элементом экрана и все они размещаются в пространстве по глубине меньшем,
чем требуется для CRT. Каждый источник электронов управляется отдельным
электронным элементом, так же как это происходит в LCD мониторах и каждый пиксель
затем излучает свет, благодаря воздействию электронов на люминофорные элементы, как
и в традиционных CRT мониторах. При этом FED-мониторы очень тонкие.
1.3.27. Характеристики мониторов
Характеристики мониторов можно разделить на две большие группы:
характеристики, общие для всех типов мониторов и характеристики, специфические для
каждого типа монитора.
Общими для всех типов мониторов являются:
 размер экрана по диагонали;
 разрешение;
 интерфейс;
 частота регенерации;
 режим развертки;
 поддержка Plug&Play;
 потребляемая мощность.
Диагональю экрана монитора, как и телевизора, называется расстояние между
левым нижним и правым верхним углом экрана. Это расстояние измеряется в дюймах
(обозначается символом "). Однако этот параметр для CRT-мониторов этот параметр
отличается от диагонали рабочей области экрана, доступной для отображения
информации. Производители мониторов под диагональю экрана обычно понимают размер
диагонали электронно-лучевой трубки и не учитывают размеры черного поля,
расположенного по периметру экрана. Это черное поле не входит в рабочую область
экрана. Размеры его определяются конструкцией электронно-лучевой трубки. Для
Файл: 681451550 Создан: 19.06.1996 Модифицирован: 28.04.2016
Автор: Шонин В.А.
- 19 Вычислительная техника и программирование (Информатика)
Лекция 1-05
жидкокристаллических или плазменных мониторов черное поле практически отсутствует,
поэтому для этих типов мониторов, при размере диагонали экрана, одинаковом с CRTмонитором, реальный размер экрана больше.
В качестве стандарта для компьютеров выделились мониторы с диагональю 15".
Для работы в Windows с более высоким разрешением, прежде всего, необходимо иметь
монитор размером, по крайней мере, 17". Для профессиональной работы с настольными
издательскими системами и системами автоматизированного проектирования подходит
монитор с диагональю 20" или 21".
Минимальное разрешение в современных
мониторах составляет 800600
пикселей. CRT-мониторы обеспечивают разрешение 12801024 и выше. LCD-мониторы и
плазменные мониторы имеют одно разрешение, называемое native, которое соответствует
максимальному физическому разрешению CRT-мониторов. Это разрешение определяется
размером пикселей, который у LCD-монитора и плазменных мониторов фиксирован.
Например, если такой монитор имеет разрешение 1024768, то это значит, что на каждой
из 768 линий расположено 1024 электродов, т.е. пикселей. При этом есть возможность
использовать и более низкое, чем native, разрешение. Для этого есть два способа. При
первом способе (называемом "Centering" – центрирование) для отображения изображения
используется только то количество пикселей, которое необходимо для формирования
изображения с более низким разрешением. В результате изображение получается не во
весь экран, а только в середине, т.е. вокруг изображения образуется широкая черная
рамка. Второй способ называется "Expansion" (растяжение). Суть его в том, что при
воспроизведении изображения с более низким, чем native, разрешением используются все
пиксели, т.е. изображение занимает весь экран. Однако из-за того, что изображение
растягивается на весь экран, возникают небольшие искажения, и ухудшается резкость.
По способу передачи сигналов (интерфейсу) между видеокартой и монитором
различаются цифровые и налоговые мониторы. В цифровых мониторах цветной сигнал
RGB передается в дискретном (цифровом) виде по отдельному проводнику. Аналоговые
мониторы работают с видеокартами стандартов VGA, SVGA и др. Они способны
поддерживать разрешение 640480 пикселей и более высокое. В этих мониторах сигнал
передается путем изменения напряжения.
Во всех современных CRT-мониторах используется аналоговый интерфейс. В
LCD-мониторах и плазменных мониторах используется цифровой интерфейс, однако,
большинство LCD-мониторов имеют встроенный аналоговый интерфейс для
подключения к наиболее распространенным аналоговым выходам видеоадаптеров.
Для совместимости работы видеокарты и монитора необходимо временное
согласование передаваемых элементов изображения – синхронизация. Видеокарта
формирует два сигнала синхронизации, которые относятся к горизонтальной частоте
строк (измеряется в килогерцах) и к вертикальной частоте повторения кадров (измеряется
в герцах). Частоту повторения кадров часто называют частотой регенерации.
Для CRT-мониторов время свечения люминофорных элементов очень мало,
поэтому электронный луч должен проходить через каждый элемент люминофорного слоя
достаточно часто, чтобы не было заметно мерцания изображения. Если частота такого
обхода экрана становится меньше 70 Гц, то инерционности зрительного восприятия будет
недостаточно для того, чтобы изображение не мерцало. Значение частоты регенерации
зависит от используемого разрешения, от электрических параметров монитора и от
возможностей видеоадаптера. Минимально безопасной частотой кадров считается 75 Гц,
при этом существуют стандарты, определяющие значение минимально допустимой
частоты регенерации. Считается, что чем выше значение частоты регенерации, тем лучше,
Файл: 681451550 Создан: 19.06.1996 Модифицирован: 28.04.2016
Автор: Шонин В.А.
- 20 Вычислительная техника и программирование (Информатика)
Лекция 1-05
однако исследования показали, что при частоте вертикальной развертки выше 110 Гц глаз
человека уже не может заметить никакого мерцания.
Все современные CRT-мониторы можно условно разделить на три большие
группы:
 с фиксированной частотой;
 с несколькими фиксированными частотами;
 многочастотные (их также называют мультичастотные).
Мониторы с фиксированной частотой воспринимают синхросигналы какой-либо
одной частоты, например, для кадровой развертки 60 Гц, для строчной – 31,5 Кгц.
Мониторы с несколькими фиксированными частотами менее критичны к значениям
частот синхроимпульсов и могут работать с набором из двух или более сочетаний частот
кадровых и строчных синхроимпульсов. Мультичастотные мониторы, называемые иногда
Multisync (по названию мониторов, выпускаемых фирмой NEC), обладают способностью
настраиваться на произвольные значения частот синхросигналов из некоторого заданного
диапазона частот.
В LCD-мониторе яркость отдельного элемента экрана остается неизменной на всем
интервале времени между обновлениями картинки, а не представляет собой короткий
импульс света, излучаемый элементом люминофором CRT-монитора сразу после
похождения по этому элементу электронного луча. Именно поэтому для LCD-мониторов
достаточной является частота регенерации 60 Гц.
Некоторые видеорежимы вычерчивают экран, начиная со строки номер 1, затем
вычерчивают строку 2, по том 3 и т.д. до низа экрана. Этот режим строчного
отображения (NI) (noninterlaced display mode – построчная кадровая развертка) особенно
желателен для статических образов.
Другие видеорежимы вычерчивают экран за два прохода. За первый проход
прочерчиваются нечетные строки развертки; за второй - строки развертки между ранее
прочерченными нечетными строками. Такой режим называется режимом чересстрочного
отображения (interlaced display mode – чересстрочная кадровая развертка), поскольку
строки развертки во втором кадре чередуются со строками в первом кадре. Чересстрочное
отображение больше подходит для движущихся образов и используется в телевизорах.
Поскольку при работе с компьютером в основном используются статические
изображения, для него предпочтительнее использовать дисплеи со строчным
отображением (NI).
В целях реализации технологии Plug&Play для мониторов ассоциация VESA (Video
Electronics Standard Association – ассоциация стандартов по видеоэлектронике)
разработала спецификацию DDC (Display Data Channel), которая предусматривает обмен
информацией между монитором и компьютером по обычному кабелю, т. е. через
стандартный VGA-разъем. Существует несколько версий этого протокола:
 DDC1 – односторонняя передача данных от монитора к компьютеру;
 DDC2 (DDC2A, DDC2B, DDC2AB) – двухсторонний обмен данными между
компьютером и монитором.
Мониторы Plug&Play позволяют системе установить оптимальные для конкретной
модели характеристики вывода изображения (частоту кадровой и сточной развертки,
цветовую модель и др.).
Потребляемая мощность выше всего у плазменных мониторов. Потребляемая
мощность CRT-мониторов существенно зависит от размера экрана и в среднем составляет
80 Вт. Самыми экономичными являются LCD-мониторы (они потребляют примерно на
70% энергии меньше, чем CRT-мониторы).
Это позволяет использовать для
Файл: 681451550 Создан: 19.06.1996 Модифицирован: 28.04.2016
Автор: Шонин В.А.
- 21 Вычислительная техника и программирование (Информатика)
Лекция 1-05
электропитания портативных компьютеров, где и применяются в основном LCDмониторы, аккумуляторные батареи.
Существенным для CRT-монитора является уровень излучения, поскольку
медицинские исследования показали, что излучение, сопровождающее работу монитора,
может отрицательно сказываться на здоровье человека. Спектр этого излучения
достаточно широк – это и рентгеновское излучение, и инфракрасное, и радиоизлучение, а
также электростатические поля.
Раньше для защиты от излучения использовались различные защитные экраны –
сеточные, пленочные и стеклянные.
В настоящее время практически все выпускаемые мониторы являются мониторами
класса LR (low radiation – низкой радиации), в которых применяется специальное стекло,
поглощающее практически все виды излучений. Это стекло обладает свойствами,
аналогичными свойствам защитных экранов, которые использовались совместно с
обычными мониторами. Экран LR-монитора имеет характерную матовую поверхность,
которая устраняет блики.
Снижение электростатического потенциала достигается использованием
специальных экранирующих материалов, соединенных с заземляющим проводом.
Все выпускаемые LR-мониторы соответствуют одной из спецификаций стандарта
MPR, выработанной Шведским национальным советом по измерениям и тестированию
(Swedish National Board of Measurement and Testing) или ТСО'92, разработанный шведской
конфедерацией профессиональных служащих (The Swedish Confederation of Professional
Employees).
Согласно первой спецификации (MPR I) были установлены нормы в основном для
магнитных полей и определен уровень излучения в полосе частот от 1 до 400 Кгц. Вторая
спецификация (MPR II), утвержденная в декабре 1990 г., относилась и к электрическим
нолям. До недавнего времени спецификация MPR II была международной, по которой
устанавливались предельные величины статических и низкочастотных полей, излучаемых
мониторами.
Появившейся в 1992 г. стандарт ТСО'92 налагает более жесткие требования на
мониторы. Это выражается, во-первых, в более низких значениях предельных уровней
излучения, и, во-вторых, измерения проводились на более близком расстоянии от экрана
(50 см MPR II против 30 см в ТСО'92).
Спецификация ТСО'92 определяла лишь требования к мониторам. Появившаяся в
1995 году новая версия ТСО'95 сформулировала требования по эргономике ко всему
компьютеру в целом, т. е. с учетом вредных излучений не только монитора, но также
системного блока и клавиатуры. Кроме того, в новый стандарт были включены
требования по экологии (отсутствие в изделии вредных веществ типа фреонов, тяжелых
металлов, полная утилизация после эксплуатации и др.). Все это отражено в логотипе
нового стандарта "четыре E": Emissions, Energy, Ergonomics, Ecology (излучение,
энергосбережение, эргономика, экология).
В 1999 г. был принят новый стандарт – ТСО'99, в котором требования по
включенным в него четырем компонентам стали еще более строгими и определенными.
Для того чтобы получить логотип ТСО'99, монитор должен удовлетворять следующим требованиям:
 соответствовать требованиям ТСО, определяющим понятие "low radiation
monitor" – монитор с низким уровнем вредных излучений. Это значит, что монитор
должен обеспечивать заданные в TCO предельные уровни электрического и магнитного
полей.
Файл: 681451550 Создан: 19.06.1996 Модифицирован: 28.04.2016
Автор: Шонин В.А.
- 22 Вычислительная техника и программирование (Информатика)
Лекция 1-05
 автоматически отключаться, если он не используется в течение некоторого
времени (снижение энергопотребления).
 удовлетворять европейским требованиям по пожарной и электробезопасности.
Характеристиками, существенными для LCD-мониторов являются:
 тип используемой матрицы (пассивной или активной);
 угол обзора;
Технология функционирования LCD-мониторов не может обеспечить быструю
смену информации на экране. Изображение формируется строка за строкой путем
последовательного подвода управляющего напряжения на отдельные ячейки, делающего
их прозрачными. Из-за довольно большой электрической емкости ячеек напряжение на
них не может изменяться достаточно быстро, поэтому обновление картинки происходит
медленно. Кроме того, изображение не отображается плавно и дрожит на экране.
Маленькая скорость изменения прозрачности кристаллов не позволяет правильно
отображать движущиеся изображения. Мониторы с такой технологией формирования
изображений назвали мониторами с пассивной матрицей. Несмотря на применения
технологий улучшения контрастности изображения за счет увеличения угла поворота
плоскости поляризации света в кристаллах с 90° до 270°, эти мониторы в настоящее время
практически не выпускаются.
В мониторах с активной матрицей используются отдельные усилительные
элементы для каждой ячейки экрана, компенсирующие влияние емкости ячеек и
позволяющие значительно уменьшить время изменения их прозрачности. Активная
матрица (active matrix) имеет много преимуществ по сравнению с пассивной матрицей.
Для активной матрицы время реакции дисплея составляет около 50 мс (300 мс для
пассивной матрицы) и качество контрастности лучше, чем у CRT-мониторов.
С типом матрицы связан и угол обзора LCD-монитора, т.е. угол отклонения от
вертикали к экрану, под которым можно видеть изображение на экране монитора. Для
мониторов с пассивными матрицами этот угол не превышает, как правило, 45°.
Мониторы с активной матрицей обеспечивают угол обзора до 120°-140° без
ущерба качеству изображения, а дорогие модели мониторов – до 160°, и есть все
основания предполагать, что технология будет и дальше совершенствоваться в этом
направлении.
1.3.28. Видеокарты
Видеокарта осуществляет непосредственное управление дисплеем. Она передает
управляющие сигналы исполняющим блокам монитора, а они, в свою очередь, полностью
контролируют процесс формирования изображения на экране. Процессор же лишь
адресует свои команды к тем или иным условным точкам.
Для вывода данных на экран монитора видеокарта управляет: строчной и кадровой
разверткой электронно-лучевой трубки дисплея; яркостью элементов изображения и
смешением цветов.
Конструктивно видеокарта представляет собой плату, вставляемую в слот
расширения PCI или AGP. Выход видеоконтроллера соединяется специальным кабелем с
входом дисплея.
Основными характеристиками видеокарт являются:
 поддерживаемые режимы работы (текстовый или графический);
 поддерживаемые разрешающие способности (по горизонтали и по вертикали)
 количество цветов.
Файл: 681451550 Создан: 19.06.1996 Модифицирован: 28.04.2016
Автор: Шонин В.А.
- 23 Вычислительная техника и программирование (Информатика)
Лекция 1-05
Ранее для совокупности этих характеристик существовали различные стандарты:
MDA, CGA, MGA, EGA и VGA, представляющие в настоящее время лишь исторический
интерес. Режимы по разрешающей способности и/или количеству цветов выше, чем у
стандарта VGA, называют обычно режимами SuperVGA или SVGA (этот режим не
является стандартом). Обычно к SVGA относят разрешающие способности 800  600 и
выше.
Практически все современные видеокарты принадлежат к комбинированным
устройствам и помимо своей главной функции – формирование сигналов, в соответствии
с которыми монитор может отображать ту или иную информацию на экран, осуществляют
ускорение выполнения графических операций. Аппаратное ускорение этих операций
заключается в том, что наряду с элементарными операциями, предусмотренными
стандартами VGA и SVGA, видеокарта способна выполнять и команды высокого уровня
без участия центрального процессора. Например, построение прямой линии по двум
точкам и закраску какой-либо области может сделать и ускоритель.
Повышение быстродействия системы обусловлено двумя причинами: во-первых,
освобождаются ресурсы процессора, а во-вторых, микросхемы адаптера лучше
приспособлены для выполнения этих операций, чем процессор, которому кроме них
необходимо выполнять еще и многое другое.
Основными компонентами современной видеокарты являются:
 набор микросхем (обычно одна интегрированная микросхема графического
контроллера);
 цифро-аналоговый преобразователь;
 ROM (так называемый BIOS видеокарты);
 RAM;
 сама плата с разъемами.
Набор микросхем определяет функции видеоадаптера. Обычно в его состав
входит 64-разрядный или 128-разрядный графический процессор и набор аппаратных
средств обработки видеоизображений в различных форматах, например, форматах MPEG
различных версий, а также для обработки используемой в компьютерных играх векторной
графике. К сожалению, какого-либо стандарта на состав и параметры компонент набора
микросхем не существует и поэтому наборы микросхем различных производителей
существенно отличаются как по своим функциональным возможностям, так и по качеству
обработки различных изображений.
Цифро-аналоговый преобразователь (Digital-Analogue Converter), графические
данные
о цвете преобразуются в аналоговую форму и передаются на монитор.
Существует три режима кодирования цветовых данных: HiColor, True Color и Real Color.
Режим HiColor вводит в действие палитру из 32 768 цветовых оттенков. Это
значение получается потому, что для каждого пикселя отводится 15 разрядов, в которых
информация о каждом цвете (красном, зеленом и синем) занимает 5 бит.
Режим Real Color поддерживает 65 536 цветовых оттенков. Этот режим
аналогичен режиму HiColor, однако на кодирование информации для каждого пикселя
отводится не 15, а 16 бит. Разделение информации по трем основным цветам при этом не
одинаково, а осуществляется с учетом спектральной чувствительности человеческого
глаза. Максимальная чувствительность находится в области зеленого цвета, а
минимальная – в области синего.
Режим True Color предлагает самые высокие возможности: видеокарта
поддерживает 16,7 миллионов цветовых оттенков. Однако большинство мониторов не
могут обеспечить такое многообразие (человеческий глаз воспринимает около 2
Файл: 681451550 Создан: 19.06.1996 Модифицирован: 28.04.2016
Автор: Шонин В.А.
- 24 Вычислительная техника и программирование (Информатика)
Лекция 1-05
миллионов оттенков). В этом режиме каждый пиксель кодируется 24 разрядами, поэтому
о графическом изображении, представленном в данном формате, также говорят как о
графике глубиной в 24 разряда. Для размещения подобной графической информации на
носителях данных необходимы десятки, если не сотни мегабайт памяти.
В видеокартах в памяти ROM и RAM используются как типы памяти,
используемые в оперативной памяти, так и память, специально разработанная для
хранения видеоданных.
К первой группе принадлежит память типа DRAM и EDO RAM, уже рассмотренная
ранее.
Видеопамять типа VRAM (Video RAM) является двухпортовой, поскольку к ней
могут одновременно обращаться два устройства, например, процессор видеокарты и
цифро-аналоговый преобразователь. Таким образом, становится возможным
одновременное считывание и запись данных. Быстродействие видеопамяти этого типа
намного выше, чем у DRAM и EDO RAM. Видеопамять типа WRAM (Window RAM)
является дальнейшим развитием памяти типа VRAM, в которой быстродействие
повышено на 50% по сравнению с VRAM. В этой памяти имеется режим быстрой записи
двухцветных блоков для ускорения пересылки текста и закраски областей пиксельными
шаблонами. Для WRAM также реализована технология FastBit, улучшающая
воспроизведение видео и двойную буферизацию для трехмерной акселерации.
Память типа SGRAM (Synchronous Graphics RAM) имеет много общего с
рассмотренной ранее памятью типа SDRAM. Память этого типа может работать на
частотах 66 МГц и более и обеспечивает быстродействие, в четыре раза превышающее
быстродействие памяти DRAM.
Новым типом памяти, предназначенной специально для использования в системах
обработки графики и видеоизображений, является MDRAM (Multi-bank RAM). Эта
представляет собой набор независимых банков обычной динамической памяти, емкость
каждого из которых составляет 32 Кб. Обращение к памяти MDRAM можно организовать
таким образом, что обращение к каждому банку будет независимым. Это существенно
повышает производительность видеокарты в целом по сравнению с моделями,
использующими VRAM или WRAM.
Разъемы видеокарты могут, помимо разъема для подключения монитора,
включать также разъемы для ввода/вывода видеоизображений в различных
телевизионных форматах, подключения внешнего DVD-декодера и других устройств.
Файл: 681451550 Создан: 19.06.1996 Модифицирован: 28.04.2016
Автор: Шонин В.А.