Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Философия arrow Современные технологии и технические средства информатизации

Монитор компьютера

Монитор является важнейшим устройством отображения компьютерной информации. Типы современных мониторов отличаются большим разнообразием, но по принципу действия все их можно разделить на две большие группы:

  • • на основе электронно-лучевой трубки (ЭЛТ), называемой кинескопом (от греч. kinesis - движение и skopeo - смотрю);
  • • плоскопанельные, выполненные в основном на основе жидких кристаллов.

Мониторы на основе ЭЛТ (или CRT - catod rays tube) - долгое время были наиболее распространенными устройства отображения информации. Используемая в этом типе мониторов технология была разработана много лет назад. Конструкция ЭЛТ-монитора представлена на рис. 3.1.

Конструкция электронно-лучевой трубки (кинескопа)

Рис.3.1. Конструкция электронно-лучевой трубки (кинескопа):

  • 1 - экран; 2 - электронный луч; 3 - катод;
  • 4 - нить накала катода; 5 - управляющий электрод (модулятор);
  • 6 - фокусирующая система (фокусирующая катушка и сердечник); 7 - анод; 8 - отклоняющая система; 9 - разъемы подключения

Основу ЭЛТ-монитора составляет стеклянная трубка, внутри которой вакуум. С фронтальной стороны внутренняя часть стекла трубки покрыта люминофором - веществом, которое испускает свет при бомбардировке его заряженными частицами. В качестве люминофоров для ЭЛТ используются довольно сложные составы на основе редкоземельных металлов - иттрия, эрбия и др. Для создания изображения в ЭЛТ-мониторе используется электронная пушка, которая испускает поток электронов на внутреннюю поверхность стеклянного экрана монитора. Электроны попадают на люминофорный слой, после чего энергия электронов преобразуется в свет, т. е. поток электронов заставляет точки люминофора светиться. Эти светящиеся точки люминофора формируют изображение на мониторе. На пути пучка электронов находятся дополнительные электроды: модулятор, регули-

рующий интенсивность пучка электронов и связанную с ней яркость изображения; фокусирующий электрод, определяющий размер светового пятна; размещенные на основании ЭЛТ катушки отклоняющей системы, которые изменяют направление пучка.

Прежде чем говорить о том, как будет формироваться конкретное изображение на экране, нужно понять, как оно кодируется - в какой форме сохраняется в памяти ПК. Рассуждения об этом необходимо начинать с того, что вся информации в вычислительных машинах представляется числами, которые хранятся в ячейках памяти. Причем разрядность каждой ячейки равна восьми двоичным разрядам, т. е. байту, с помощью которого можно представить числа от 0 до 255. Тогда решение придет само собой - рисунок нужно построчно разбить на точки. Чем больше точек и чем они мельче будут, тем точнее будет передача изображения. А когда рисунок разбит на точки, то, начиная с его левого верхнего угла и двигаясь по строкам слева направо, можно кодировать цвет каждой точки. Пусть код 0 обозначает черную точку, код 255 - белую, 1-254 - серые точки. Чем выше значение кода, тем светлее точка (рис. 3.2). Каждую точку изображения называют пикселем (от англ, pictures element - элемент рисунка).

Кодирование черно-белой графической информации

Рис. 3.2. Кодирование черно-белой графической информации

На рис. 3.3 показан пример преобразования рисунка в последовательность кодов.

Порядок кодирования определяет и порядок вывода изображения на экран - оно должно производиться построчно точка за точкой.

176

176

176

128

64

64

64

80

64

64

80

80

80

80

80

176

176

128

64

64

112

80

64

32

16

32

32

16

32

64

176

128

80

80

80

112

112

112

112

128

192

192

112

64

16

176

112

80

112

80

112

128

176

176

223

223

223

223

192

80

176

112

112

80

112

128

128

176

176

192

223

223

223

223

223

112

64

64

64

112

128

128

128

176

192

223

223

223

223

223

80

32

16

80

128

128

128

128

176

192

223

207

176

176

192

80

80

64

80

128

128

128

128

128

176

128

80

128

207

223

Рис. 3.3. Пример побайтового кодирования черно-белого полутового рисунка. Рисунок имеет 256 оттенков серого

Специальные элементы ЭЛТ-монитора образуют отклоняющую систему. Под действием сигналов этих элементов производится сканирование луча по поверхности экрана по зигзагообразной траектории от левого верхнего угла до правого нижнего, как показано на рис. 3.4.

Ход луча по горизонтали осуществляется сигналом строчной (горизонтальной) развертки, а по вертикали - кадровой (вертикальной) 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 первой строки (обратный ход луча по вертикали) производится посредством специальных сигналов обратного хода. Мониторы такого типа называются растровыми. Электронный луч в этом случае периодически сканирует 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.

Формирование растра на экране монитора

Рис. 3.4. Формирование растра на экране монитора

Выведенное на экран монитора изображение выглядит стабильным, хотя на самом деле таковым не является. Изображение на экране воспроизводится последовательно точка за точкой по строкам. Этот процесс происходит с высокой скоростью, поэтому кажется, что экран светится постоянно. В сетчатке глаза изображение хранится около 1/20 с. Это означает, что если электронный луч будет двигаться по экрану медленно, глаз воспримет это как отдельную движущуюся яркую точку, но когда луч начинает двигаться с высокой скоростью, прочерчивая на экране строку 20 раз в секунду, глаз увидит равномерную линию на экране. Если обеспечить последовательное сканирование лучом экрана по горизонтальным линиям сверху вниз за время меньшее 1/20 с, глаз воспримет равномерно освещенный экран с небольшим мерцанием. Движение самого луча происходит настолько быстро, что глаз не в состоянии его заметить. Считается, что мерцание становится практически незаметным при частоте повторения кадров (проходов луча по всем элементам изображения) примерно 75 раз в секунду.

Высвеченные пиксели экрана должны продолжать светиться в течение времени, которое необходимо электронному лучу, чтобы просканировать весь экран и вернуться для активизации данного пикселя при прорисовке уже следующего кадра. Следовательно, минимальное время послесвечения должно быть не меньше периода смены кадров изображения, т. е. примерно 20 мс.

Для понимания принципа работы цветных мониторов следует представлять механизм цветового зрения. Свет - это электромагнитные колебания в определенном диапазоне длин волн. Человеческий глаз способен различать цвета, соответствующие различным областям спектра видимого излучения.

Особенности цветового зрения исследовались еще М. В. Ломоносовым в XVIII в. В основу разработанной им теории цветового восприятия положен экспериментально установленный факт, что все цвета могут быть получены путем сложения трех световых потоков - красного, зеленого и синего.

В дальнейшем уже физиологами было доказано, что глаз человека имеет рецепторы, ответственные за восприятие цвета, трех типов, различающиеся чувствительностью к электромагнитным колебаниям различных длин волн. Одни из рецепторов реагируют на фиолетово-синий, другие на зеленый, третьи на оранжево-красный цвет. Если на них свет не попадает, глаз человека воспринимает черный цвет. Интенсивное совокупное излучение длин волн всего видимого диапазона воспринимается глазом как белый свет. Если все рецепторы освещаются одинаково, человек видит серый цвет. Обычно световое излучение возбуждает все рецепторы человеческого глаза одновременно, но с различной интенсивностью. Зрительный аппарат человека анализирует свет, определяя в нем относительное содержание различных излучений, а затем в мозгу происходит их синтез в единый цвет.

Благодаря замечательному свойству глаза - трехкомпонент-ности цветного восприятия - человек может различать любой из цветовых оттенков: достаточно информации только о количественном соотношении интенсивностей трех основных цветов, поэтому нет необходимости в непосредственной передаче всех цветов. Таким образом, благодаря физиологическим особенностям цветового зрения значительно сокращается объем информации о цвете и упрощаются многие технологические решения, связанные с регистрацией и обработкой цветных изображений.

Еще одним важным свойством цветового зрения является пространственное усреднение цвета, которое заключается в том, что если на цветном изображении имеются близко расположенные цветные детали, то с большого расстояния цвета отдельных деталей неразличимы. Все близко расположенные цветные детали будут выглядеть окрашенными в один «усредненный» цвет.

Исходя из всего этого, кодирование графического цветного изображения сводится после разбивки его на пиксели к выделению трех цветовых составляющих, формирующих в сумме цветовой оттенок каждой точки. Если для кодирования цвета одной точки использовать 3 байта (24 бита), то количество возможных цветов достигнет 16,5 млн и фактически будет соответствовать физиологическим возможностям человеческого глаза. При этом первый байт выделяется для красной составляющей, второй - для зеленой, а третий - для синей. Значение каждого байта (от 0 до 255) будет определять насыщенность соответствующей цветовой составляющей в суммарном цвете. Этот принцип иллюстрируется на рис. 3.5.

Белый цвет. Если точка имеет белый цвет, значит, у нее есть все цветовые составляющие и они имеют полную яркость. Поэтому белый цвет кодируется тремя полными байтами: (255, 255, 255).

Черный цвет. Он означает отсутствие всех прочих цветов. Все цветовые составляющие равны нулю. Черный цвет кодируется байтами (0, 0, 0).

Серый цвет. Это цвет, промежуточный между черным и белым. В нем есть все цветовые составляющие, но они одинаковы и нейтрализуют друг друга. Например, серый цвет может кодироваться так (100, 100, 100) или так (150, 150, 150). Можно догадаться, что во втором случае яркость выше и второй вариант серого цвета светлее первого.

Красный цвет. У него все составляющие, кроме красной, равны нулю. Это может быть, например, темно-красный цвет (128, 0, 0) или ярко-красный (255, 0, 0). То же относится и к синему цвету (0, 0, 255), и к зеленому (0, 255, 0).

Красный (255, 0, 0)

Желтый (255, 255, 0)

Белый (255, 255, 255)

Зеленый (0, 255, 0)

Пурпурный (255, 0, 255)

Синий (0, 0, 255)

Рис. 3.5. Принцип формирования различных цветов смешением

красного, синего и зеленого

Голубой (О, 255, 255)

По первым буквам названий основных цветовых составляющих (Red - красный, Green - зеленый, Blow - синий) такую систему кодирования цветных изображения назвали RGB-системой.

Исходя из такого принципа кодирования цветов соответствующим образом строят и устройства воспроизведения изображений. В электронно-лучевой трубке цветного монитора расположены три электронные пушки с независимыми схемами управления, а на внутреннюю поверхность экрана нанесены триадами (группами из трех точек) люминофоры трех основных цветов: красного, синего и зеленого.

На рис. 3.6 представлена схема образования цветов на экране монитора.

Люминофоры

зеленый синии красный

Триада

Схема образования цветов на экране монитора

Рис. 3.6. Схема образования цветов на экране монитора

Электронный луч каждой пушки возбуждает точки люминофора, и они начинают светиться. Точки светятся по-разному и представляют собой мозаичное изображение с чрезвычайно малыми размерами каждого элемента. Интенсивность свечения каждой точки зависит от управляющего сигнала электронной пушки. В человеческом глазу точки с тремя основными цветами пересекаются и накладываются друг на друга. Изменением соотношения интенсивностей точек трех основных цветов получают требуемый оттенок на экране монитора.

Для того чтобы каждая пушка направляла поток электронов только на пятна люминофора соответствующего цвета, в каждом цветном кинескопе имеется специальная маска. В зависимости от расположения электронных пушек и конструкции цветоделительной маски (рис. 3.7) различают ЭЛТ нескольких типов.

  • • ЭЛТ с теневой маской (shadow mask) (см. рис. 3.7, а) наиболее распространены в большинстве мониторов, производимых «LG», «Samsung», «ViewSonic», «Hitachi», «Belinea», «Panasonic», «Daewoo», «Nokia».
  • • ЭЛТ со щелевой маской (slot mask) (см. рис. 3.7, б), в которой лю-минофорные элементы расположены в вертикальных ячейках, а маска сделана из вертикальных линий. Вертикальные полосы разделены на ячейки, содержащие группы из трех люминофорных элементов трех основных цветов. Этот тип маски применяется фирмами NEC и Panasonic.
  • • ЭЛТ с апертурной решеткой из вертикальных линий (aperture grill) (см. рис. 3.7, в). Вместо точек с люминофорными элементами трех основных цветов апертурная решетка содержит серию нитей, состоящих из люминофорных элементов, выстроенных в виде вертикальных полос трех основных цветов. По этой технологии производятся трубки «Sony» и «Mitsubishi»
Типы цветоразделительных масок ЭЛТ

Рис. 3.7. Типы цветоразделительных масок ЭЛТ: а - теневая маска, б - щелевая маска, в - апертурная решетка

Конструктивно теневая маска представляет собой металлическую пластину из специального материала, инвара, с системой отверстий, соответствующих точкам люминофора, нанесенным на внутреннюю поверхность кинескопа. Температурная стабилизация формы теневой маски при ее бомбардировке электронным пучком обеспечивается малым значением коэффициента линейного расширения инвара. Апертурная решетка образована системой щелей, выполняющих ту же функцию, что и отверстия в теневой маске.

Оба типа трубок (с теневой маской и апертурной решеткой) имеют свои преимущества и области применения. Трубки с теневой маской дают более точное и детализированное изображение, поскольку свет проходит через отверстия в маске с четкими краями. Поэтому мониторы с такими ЭЛТ рекомендуется использовать при интенсивной и длительной работе с текстами и мелкими элементами графики. Трубки с щелевой и апертурной решеткой имеют более ажурную маску, они меньше заслоняют экран и позволяют получить более яркое изображение в насыщенных цветах.

В отличие от телевизора, где видеосигнал, управляющий яркостью электронного пучка, является аналоговым, в мониторах ПК используются как аналоговые, так и цифровые видеосигналы. В связи с этим мониторы для ПК принято разделять на аналоговые и цифровые.

Первыми устройствами отображения были цифровые мониторы, в которых управление осуществляется двоичными сигналами, имеющими только два значения: логическая единица и логический ноль («да» и «нет»). Уровню логической единицы соответствует напряжение около 5 В, уровню логического нуля - не более 0,5 В. Поскольку те же уровни «1» и «0» используются в широко распространенной стандартной серии микросхем на основе транзисторнотранзисторной логики (англ, transistor transistor logic - TTL), цифровые мониторы называют TTL-мониторами.

В кинескопе цветного цифрового монитора содержатся три электронные пушки: для красного (red), зеленого (green) и синего (Ыие) цветов с раздельным управлением, поэтому его называют RGB-монитором. Цифровые RGB-мониторы поддерживают и монохромный режим работы.

Аналоговые мониторы, так же как и цифровые, бывают цветными и монохромными, при этом цветной монитор может работать в монохромном режиме.

Главная причина перехода к аналоговому видеосигналу состоит в ограниченности палитры цветов цифрового монитора. Аналоговый видеосигнал, регулирующий интенсивность пучка электронов, может принимать любое значение в определенном диапазоне. Поскольку этих значений бесконечно много, палитра аналогового монитора неограничена. Конечно, видеоадаптер будет обеспечивать только конечное количество градаций уровня видеосигнала, что в итоге ограничивает палитру всей видеосистемы в целом.

Параметры монитора на ЭЛТ. Среднее расстояние между точками люминофора называется зерном. У различных моделей мониторов данный параметр имеет значение от 0,2 до 0,28 мм. В ЭЛТ с апертурной решеткой среднее расстояние между полосами называется шаг полосы (strip pitch) и измеряется в миллиметрах. Чем меньше величина шага полосы, тем выше качество изображения на мониторе. Нельзя сравнивать размер шага для трубок разных типов: шаг точек (или триад) трубки с теневой маской измеряется по диагонали, в то время как шаг апертурной 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 точки приблизительно эквивалентно 0,27 мм шага полосы.

Диагональ жрана монитора - расстояние между левым нижним и правым верхним углом экрана, измеряемое в дюймах. Размер видимой пользователю области экрана обычно несколько меньше (в среднем на один дюйм), чем размер трубки. Производители могут указывать в сопровождающей документации два размера диагонали. При этом видимый размер обычно обозначается в скобках или с пометкой «Viewable size», но иногда указывается только один размер -размер диагонали трубки. В качестве стандарта для ПК выделились мониторы с диагональю 15 дюймов, что примерно соответствует 36-39 см диагонали видимой области. Для работы в Windows желательно иметь монитор размером по крайней мере, 17 дюймов. Для профессиональной работы с настольными издательскими системами и системами автоматизированного проектирования лучше использовать монитор размером 20 или 21 дюйм.

Размер зерна экрана определяет расстояние между ближайшими отверстиями в цветоделительной маске используемого типа. Расстояние между отверстиями маски измеряется в миллиметрах. Чем меньше расстояние между отверстиями в теневой маске и чем больше этих отверстий, тем выше качество изображения. Все мониторы с зерном более 0,28 мм относятся к категории грубых и стоят дешевле. Лучшие мониторы имеют зерно 0,24 мм, достигая 0,2 мм у самых дорогостоящих моделей.

Разрешающая способность монитора определяется количеством элементов изображения, которые он способен воспроизводить по горизонтали и вертикали. Мониторы с диагональю экрана 19 дюймов поддерживают разрешение до 1 920 х 1 440 и выше.

Максимальная частота смены кадров в различных режимах работы графического адаптера - максимальная частота смены кадров (обновления экрана) без чередования строк (кадров в секунду). Большее значение соответствует лучшему показателю. В качестве промышленного стандарта установлено значение в 75 Гц. Частота смены кадров монитора не должна быть ниже частоты смены кадров, поддерживаемой видеокартой. Существуют следующие режимы работы графического адаптера и соответствующие им разрешающие способности монитора: EGA - 640 х 480, VGA - 800 х 600, SVGA -1 024 х 768, XGA - 1 280 х 1 024, XGA2 - 1 600 х 1 280:

Потребляемая мощность монитора указывается в его технических характеристиках. У 14-дюймового монитора потребляемая мощность не должна превышать 60 Вт.

Покрытия экрана необходимы для придания ему антибликовых и антистатических свойств. Антибликовое покрытие позволяет наблюдать на экране монитора только изображение, формируемое компьютером, и не утомлять глаза наблюдением отраженных объектов. Существует несколько способов получения антибликовой (неотражающей) поверхности. Самый дешевый из них - протравливание. Оно придает поверхности шероховатость. Однако графика на таком экране выглядит нерезко, качество изображения низкое. Наиболее популярен способ нанесения кварцевого покрытия, рассеивающего свет. Антистатическое покрытие необходимо для предотвращения прилипания к экрану пыли вследствие накопления статического электричества.

Плоскопанельные мониторы. Мониторы на основе ЭЛТ долгое время являлись наиболее распространенными, однако они обладают рядом недостатков: значительные масса, габариты и энергопотребление; наличие тепловыделения и излучения, вредного для здоровья человека. В связи с этим на смену ЭЛТ-мониторам приходят плоскопанельные мониторы: жидкокристаллические (ЖК-мониторы), плазменные, электролюминесцентные, мониторы электростатической эмиссии, органические светодиодные мониторы.

ЖК-мониторы (LCD - liquid crystal display - дисплей на основе жидких кристаллов) составляют основную долю рынка плоскопанельных мониторов с экраном размером 13-19 дюймов. Первое свое применение жидкие кристаллы нашли в дисплеях для калькуляторов и в кварцевых часах, затем их стали использовать в мониторах для портативных компьютеров. Сегодня в результате прогресса в этой области они повсеместно используются в ПК.

Технический словарь разъясняет термин «жидкий кристалл» как переходное состояние вещества между твердым и изотропным жидким. В этой фазе вещество сохраняет кристаллический порядок расположения молекул, но при этом обладает значительной текучестью в широком диапазоне температур.

Работа жидкокристаллических матриц основана на таком свойстве света, как поляризация. Обычный свет является неполяризован-ным, т. е. амплитуды его волн лежат в огромном множестве плоскостей. Однако существуют вещества, способные пропускать свет только в одной плоскости. Эти вещества называют поляризаторами, поскольку прошедший сквозь них свет становится поляризованным только в одной плоскости.

Жидкие кристаллы под действием электрического поля меняют пространственную ориентацию своей кристаллической решетки и поворачивают ось поляризации пропускаемого через них света.

Если взять два поляризатора, плоскости поляризации которых расположены под углом 90° друг к другу, свет через них пройти не сможет. Если же расположить между ними то, что сможет повернуть вектор поляризации света на нужный угол, мы получим возможность управлять яркостью свечения, гасить и зажигать свет так, как нам хочется. Для поворота вектора поляризации используются жидкие кристаллы. Таков принцип работы одной ячейки ЖК-матрицы.

В упрощенном виде матрица жидкокристаллического дисплея состоит из следующих слой за слоем частей (рис. 3.8):

  • • галогенная лампа подсветки;
  • • фильтр-поляризатор (1);
  • • стеклянная пластина-подложка, на которую нанесены прозрачные электроды и шины управления этими электродами (2);
  • • жидкие кристаллы, разделенные на ячейки (3);
  • • снова стеклянная подложка с прозрачными электродами (4);
  • • цветовой фильтр (5);
  • • еще один поляризатор (6).

Слой жидких кристаллов разделен на ячейки. Каждая из них управляется своими прозрачными электродами.

В цветных матрицах каждый пиксель формируется из трех цветных точек (красной, зеленой и синей), т. е. каждый пиксель состоит из трех ячеек жидких кристаллов. Чтобы каждая из ячеек пикселя светила нужным светом, перед каждой из них установлен соответствующий цветовой фильтр. В любой момент времени каждая из трех ячеек матрицы, составляющих один пиксель, находится либо во включенном, либо в выключенном положении. Комбинируя их состояния, получаем оттенки цвета, а включая все одновременно - белый цвет.

Структура ЖК-матрицы

Рис. 3.8. Структура ЖК-матрицы

Обратите внимание, что сами по себе жидкие кристаллы свет не излучают, они пропускают или нет свет от лампы. Жидкокристаллическая матрица работает на «просвет».

Современные жидкокристаллические компьютерные мониторы в качестве подсветки своей ЖК-матрицы используют:

  • • миниатюрные лампы накаливания;
  • • электролюминесцентную лампу с холодным катодом (cold cathode fluorescent lamp - CCFL);
  • • электролюминесцентную лампу с горячим катодом (HCFL);
  • • единичные светодиоды;
  • • светодиодную матрицу.

Чаще всего пока используются электролюминесцентные лампы. С 2008 г. на рынке появились модели с подсветкой экрана матрицей светодиодных элементов, так называемые LED мониторы {light emitting diode monitors). Они получают все большее распространение. Технологически в мониторах со светодиодной подсветкой (СД-подсветкой, edge-LED) легче добиться:

  • • улучшенной контрастности;
  • • лучшей цветопередачи;
  • • пониженного энергопотребления (по сравнению с ЖК ССЕЬ на 40 %);
  • • малой толщины.

Светодиодные подсветки для ЖК-дисплеев делятся на категории по следующим признакам:

  • • цвет свечения: белый либо 1ЮВ;
  • • равномерность освещения: статическая либо динамическая;
  • • конструктивное исполнение: матричное либо боковое.
  • 1ЮВ-подсветка используется, как правило, для возможности тонкой подстройки спектра свечения. Может применяться дополнительная компенсация изменения спектра излучения светодиодов со временем.

В случае, если яркость подсветки матрицы регулируется одинаково по всей площади, подсветка называется статической. Если же существует возможность управления подсветкой индивидуальных частей матрицы (как правило, в зависимости от сюжета), подсветка называется динамической.

В зависимости от конструктивного исполнения светодиодная подсветка может быть боковой или фронтальной. В первом случае она устанавливается по бокам от панели вместо обычных ламп подсветки, при этом требуется рассеиватель. Во втором случае она устанавливается позади ЖК-матрицы, при этом светодиоды организуются в матрицу того или иного разрешения, возможно, с индивидуальным управлением.

Эволюция жидкокристаллических матриц не остановилась. Различные технологии соперничают и переплетаются. Решаются вопросы цветопередачи, уменьшения времени отклика. При увеличении диагонали возникают свои сложности, например размещение огромного количества транзисторов на стеклянной панели. Подсчитаем: пока стандартное разрешение для 15-дюймового дисплея - 1024 х 768 пикселей, т. е. на экране размещены 786 432 точки. Каждая точка образуется тремя пикселями разных цветов. Таким образом, на панели нужно разместить около 2,35 млн транзисторов.

Параметры ЖК-мониторов. Выбор ЖК-монитора не должен ограничиваться выбором размера по диагонали.

Время отклика ячейки - далеко не самый важный показатель, но при выборе монитора покупатель чаще всего обращает внимание именно на данный фактор. Этот показатель определяет минимальное время, за которое ячейка жидкокристаллической панели изменяет цвет.

Существуют два способа измерения скорости матрицы: black to black (черный-белый-черный) и gray to gray (между градациями серого). Эти значения очень сильно различаются. При изменении состояния ячейки между крайними положениями (черный-белый-черный) на кристалл подается максимальное напряжение, поэтому он поворачивается с максимальной скоростью. Именно так получены значения в 8, 6, а иногда и 4 мс в характеристиках современных мониторов. При смещении кристаллов между градациями серого на ячейку подается намного меньшее напряжение, потому что позиционировать их следует точно для получений нужного оттенка. Поэтому и времени для этого затрачивается намного больше (от 15 до 30 мс).

Яркость измеряется в канделах на квадратный метр (кд/м2). Она важна для работы с изображениями, для красочных игр и видео. Зависит от мощности лампы подсветки и, косвенно, от типа матрицы.

Значение контрастности определяется по соотношению яркости матрицы в состоянии «черный» и «белый», т. е. чем меньше засвечен черный цвет и чем выше яркость белого, тем выше контрастность. Этот показатель критичен для просмотра изображений и видео. Определяют ее, например, так: 250:1, т. е. яркость матрицы в «белом» состоянии - 250 кд/м2, а в «черном» - 1 кд/м2. Возможны значения до 3 000:1.

Впрочем, заявленным в характеристиках монитора значениям стоит верить только с натяжкой, потому что это значение замеряется для матрицы, а не для монитора, причем на специальном стенде, когда на матрицу подается стандартное напряжение, а подсветка питается строго стандартным током.

Углы обзора. Требованием при определении углов обзора является сохранение контрастности не ниже 10:1. При этом абсолютно безразлична цветопередача.

Цветопередача - количество отображаемых цветов. Хороший дисплей должен иметь возможность отображения 24-битного цвета (примерно 16,5 млн оттенков). В некоторых дисплеях для получения малого времени отклика количество отображаемых цветов ограничивают.

Выбор монитора. Требования, которые предъявляют фотографы к ЖК-монитору, отличаются от тех, что предъявляют заядлые геймеры (от англ, game - игра) или офисные работники. Чтобы купить модель, которая подойдет именно для Ваших задач, лучше перед тем, как идти в магазин, разобраться, какие параметры Вам действительно важны. Для покупателя полезна классификация по области применения. Условно можно поделить все мониторы на геймерские, графические, офисные и мультимедийные.

Во многом особенности воспроизведения картинки на экране ЖК-монитора связаны с типом матрицы, которая использована в конструкции. Самый старый тип матриц - TN. Эти матрицы самые дешевые в производстве и самые распространенные - их доля на рынке 70-80 %. Цветопередачу матриц TN постоянно улучшают, но довести ее до идеальной невозможно даже теоретически, углы обзора невелики (особенно по вертикали), зато время реакции пикселей наилучшее. Второй по хронологии тип матриц - IPS. Углы обзора близки к идеалу (176-178 градусов и по горизонтали, и по вертикали), цветопередача наилучшая, но цена таких матриц очень высока. Матрицы третьего типа (MVA) - своеобразный компромисс между TN и IPS. Они максимально приближены к IPS, дешевле их, углы обзора и цветопередача почти так же хороши, а время отклика незначительно уступает TN. «Samsung» разработал собственную технологию PVA, сходную с MVA.

Чтобы оценить качество изображения, конечно, лучше один раз увидеть. Но и сравнивая характеристики, можно отделить достойных кандидатов от аутсайдеров. Чем выше показатели яркости и контраста, тем более яркой и живой будет картинка. По уровню контраста в лидерах матрицы PVA. Увеличение яркости ограничивается необходимостью обеспечения равномерности подсветки. Этот параметр в таблицах, естественно не приводится, и оценить его можно только визуально. Для комфортной работы с ЖК-монитором время отклика (скорость обновления картинки) имеет значение. Но именно этот параметр часто используется в чисто рекламных целях. Надписи «16 мс», «8 мс» или даже «2 мс» могут иметь разный смысл и проверить эти значения довольно трудно.

Время реакции пикселя «от серого к серому» показывает, насколько хорошо смотрятся динамичные сцены с низким контрастом, а от «белого к черному» показывает, какие смазы возможны на высококонтрастных сценах. Самые первые ЖК-мониторы имели большое время реакции (40, а то и все 50 мс). При этом они годились разве что для чтения текста. Ситуация значительно улучшилась с выходом моделей матриц, у которых время реакции составляло 25 мс. На них можно комфортно работать, смотреть кино и даже играть в динамичные игры. Шлейфы и прочие артефакты заметны, но если Вы не играете в Half-Life по двенадцать часов подряд, с этим можно мириться. Мониторы с временем отклика 20 мс до сих пор встречаются на рынке. Чтобы оценить значение цифр, стоит иметь в виду, что ЖК-мониторы поддерживают частоту обновления 75 Гц (даже если Ваша видеокарта поддерживает до 120 Гц). Так что теоретически они могут иметь полное время реакции 13 мс. Нужно ли меньше?

На рынке есть ЖК-мониторы с различными типами покрытий. Для работы с фотографиями больше подойдет обычное антибликовое покрытие, оно гарантирует комфортную работу, даже если сбоку расположено окно или в комнате есть яркий источник искусственного света. Зато глянцевое покрытие обеспечивает большую визуальную четкость изображения и более сочную картинку. Нужно ли это при обработке фотографий? Вопрос спорный. А вот для игр и кино глянец подойдет точно.

Если Вы выбираете между несколькими сходными по характеристикам мониторами, обратите внимание на эргономику. Предпочтение стоит отдать модели, которая позволяет в больших пределах регулировать наклон, поворот и высоту экрана. При длительной работе то, насколько правильно монитор расположен, сильно влияет на комфорт и утомляемость. Обратите внимание и на наличие цифрового интерфейса DVI (англ, digital visual interface - цифровой видеоинтерфейс). При таком подключении мелкие шрифты и детали будут более четкими.

Битые пиксели - одна из самых трудноразрешимых проблем. При массовом производстве матриц избежать появления битых (неработающих) пикселей практически невозможно. А если выбраковывать все дефектные панели, цена конечного продукта будет слишком высока. Так что стандарт разрешает то или иное количество битых пикселей в зависимости от класса монитора, размера панели и характера дефекта. Всего существуют четыре класса, и только для первого не допускаются битые пиксели. 99 % мониторов на рынке принадлежат к Class 2, т. е. наличие черной точки или постоянно горящей белой (в зависимости от типа матрицы) не является причиной для замены устройства. Старайтесь покупать мониторы в магазинах, где перед покупкой Вам разрешат протестировать технику.

Монитор для динамичных 3D-uep. Наиболее быстрые мониторы собраны на основе матриц TN. Они относительно дешевы, но углы обзора невелики, а оценка цветопередачи только удовлетворительная. Недавно появились мониторы с матрицами S-IPS, S-PVA, Premium-MVA с технологией RTC (она же overdrive), с временем отклика 8 мс и ниже. Стоят они дорого, но на сегодня этот вариант можно считать близким к идеальному.

Монитор для фотографа. В офисах жидкокристаллические мониторы одержали безоговорочную победу, но фотографы, дизайнеры и верстальщики пока не спешат отказываться от кинескопных мониторов. По точности цветопередачи среди LCD немногие могут соперничать с кинескопной технологией. Для домашнего использования, конечно, предпочтительнее LCD-монитор. Он и места занимает намного меньше, и почти не греется, и глаза устают гораздо меньше при длительной работе. Также у LCD мониторов отсутствуют проблемы с геометрическими искажениями, несведение и прочие типичные для CRT неприятности. При выборе монитора для работы с фотографиями пользователя, конечно, интересует, насколько точную цветопередачу мы сможем получить.

На качество изображения значительно влияет тип матрицы. Почему-то производители не спешат делиться этой информацией. Узнать, какая именно матрица установлена в данной конкретной модели, непросто. В рекламе можно увидеть максимальные показатели яркости и контраста, малое время отклика. Для большинства пользователей эти параметры могут быть ориентиром для выбора монитора. Но если точность цветопередачи для Вас важнее всего остального, выбирайте его только среди моделей с матрицей S-IPS.

Если Вы работаете с цветом профессионально, даже хороший монитор нужно будет «доводить до ума». Надеяться на то, что на заводе все настроили более или менее тщательно, можно, только если Вы покупаете профессиональную модель. В противном случае в девяти случаях из десяти потребуется подогнать яркость, контраст и цвет. Причем, поскольку мощность ламп подсветки падает, да и кристаллы со временем могут менять свои свойства, процедуру калибровки нужно повторять периодически. Для профессиональной работы - каждый месяц.

Для точной настройки цветопередачи используются калибраторы. Такое устройство представляет собой коробочку с присосками для крепления на монитор. С помощью тестовых таблиц настраиваются яркость и контраст, а затем на экране прогоняются десятки или сотни (в зависимости от «крутизны» прибора) цветовых шаблонов, по которым осуществляется коррекция отображаемых на мониторе цветов. Добиться идеального соответствия картинки на экране и будущего отпечатка на бумаге в принципе невозможно из-за различной природы формирующего изображение света, но калибратор позволяет значительно приблизиться к этому идеалу. Покупка калибратора - это дополнительные расходы, и если Вы не занимаетесь фотографией профессионально, аппаратную калибровку вполне можно заменить визуальной. Настроить параметры «на глазок» можно с помощью специальных программ, которые иногда входят в комплект поставки монитора или с помощью утилиты Adobe Gamma, которая автоматически устанавливается при инсталляции Photoshop.

Мультимедийные мониторы. Разница между монитором и LCD-телевизором невелика, а в последнее время становится все менее заметной: мониторы становятся более приспособленными для просмотра видео и TV. Для просмотра видео нужен монитор с высоким уровнем воспроизводимого контраста и хорошим временем отклика. Так же стоит обратить внимание на то, насколько хорошо монитор способен воспроизводить черный цвет и насколько велики углы обзора. Таким образом, для просмотра DVD лучше всего подойдет модель с матрицей MVA/PVA. Конечно, кино лучше смотреть на широкоформатном мониторе с соотношением сторон 16:10, такие модели становятся все популярнее. Некоторые мониторы имеют встроенные мощные колонки объемного звучания и поставляются в комплекте с сабвуфером, полным набором разъемов для подключения к компьютеру или DVD-плееру, встроенным ТВ-тюнером.

Офисный, домашний монитор. В этой категории выбор обычно основывается на цене и размере экрана. Для работы с текстами вполне достаточно 17-19-дюймового монитора на матрице TN. Покупать 20-26-дюймовые модели имеет смысл, если Вы работаете с таблицами Excel 100 х 100 ячеек или одновременно с несколькими документами в Word, а также для комфортного просмотра современных фильмов. Главным плюсом большой диагонали является большое разрешение дисплея (1 920 х 1 200) которое позволяет смотреть FullHD видео в истинном разрешении и наслаждаться огромным количеством деталей. Также большой формат монитора в сочетании с современным портом подключения, такими как HDMI, представляет собой идеальный монитор или даже телевизор (при наличии ТВ-тюнера встроенного или внешнего), к которому можно подключить современную игровую приставку.

В крупных специализированных магазинах есть большой выбор мониторов. Обычно на все экраны одновременно запускается один и тот же ролик - так можно сравнить модели визуально. В небольшом магазине иногда можно договориться и о полноценном тестировании. Тогда Вам, скорее всего, придется прийти с собственным ноутбуком или принести диск с тестовыми картинками и видеороликами.

Видеоадаптеры

Видеоадаптер (<видеокарта) является компонентом видеосистемы ПК, выполняющим преобразование цифрового сигнала, циркулирующего внутри ПК, в аналоговые электрические сигналы, подаваемые на монитор. По существу, видеоадаптер выполняет роль интерфейса между компьютером и устройством отображения информации (монитором).

По мере развития ПК видеоадаптеры стали реализовывать аппаратное ускорение 2D- и ЗО-графики, обработку видеосигналов, прием телевизионных сигналов и многое другое. Современный видеоадаптер, называемый Super VGA {super video graphics adapter) или SVGA, представляет собой универсальное графическое устройство.

Видеоадаптер определяет следующие характеристики видеосистемы:

  • • максимальное разрешение и максимальное количество отображаемых оттенков цветов;
  • • скорости обработки и передачи видеоинформации, определяющие производительность видеосистемы и ПК в целом.

Кроме того, в функцию видеоадаптера включается формирование сигналов горизонтальной и вертикальной синхронизации, используемых при формировании растра на экране монитора.

Принцип действия видеоадаптера состоит в следующем.

Процессор формирует цифровое изображение в виде матрицы N х М /7-разрядных чисел и записывает его в видеопамять. Участок видеопамяти, отведенный для хранения цифрового образа текущего изображения (кадра), называется кадровым буфером, или фрейм-буфером.

Видеоадаптер последовательно считывает (сканирует) содержимое ячеек кадрового буфера и формирует на выходе видеосигнал, уровень которого в каждый момент времени пропорционален значению, хранящемуся в отдельной ячейке. Сканирование видеопамяти осуществляется синхронно с перемещением электронного луча по экрану ЭЛТ. В результате яркость каждого пикселя на экране монитора пропорциональна содержимому соответствующей ячейки памяти видеоадаптера.

По окончании просмотра ячеек, соответствующих одной строке растра, видеоадаптер формирует импульсы строчной синхронизации, инициирующие обратный ход луча по горизонтали, а по окончании сканирования кадрового буфера формирует сигнал, вызывающий движение луча снизу вверх. Таким образом, частоты строчной и кадровой развертки монитора определяются скоростью сканирования содержимого видеопамяти, т. е. видеоадаптером.

Очевидно, что при работе с LCD-дисплеем функции видиоадап-тера в основном остаются теми же. Изменяются лишь средства сканирования плоскости экрана при формировании изображения.

Режимы работы видеоадаптера, или видеорежимы, определяются совокупностью параметров, обеспечиваемых видеоадаптером: разрешение, цветовая палитра, частоты строчной и кадровой развертки, способ адресации участков экрана и др.

Видеорежимы делятся на графические и текстовые. Причем в различных режимах видеоадаптера используются разные механизмы формирования видеосигнала, а монитор в обоих режимах работает одинаково.

Графический режим является основным режимом работы видеосистемы современного ПК, например под управлением Windows. В графическом режиме на экран монитора можно вывести текст, рисунок, фотографию, анимацию или видеосюжет. В графическом режиме в каждой ячейке кадрового буфера (матрицы N х М «-разрядных чисел) содержится код цвета соответствующего пикселя экрана. Разрешение экрана при этом также равно N х М. Адресуемым элементом экрана является минимальный элемент изображения - пиксель. По этой причине графический режим называют также режимом АРА (all point addressable - все точки адресуемы). Иногда число п называют глубиной цвета. При этом количество одновременно отображаемых цветов равно 2", а размер кадрового буфера, необходимый для хранения цветного изображения с разрешением N * М и глубиной цвета п, составляет (N х М х п) бит.

В текстовом (символьном) режиме, как и в графическом, изображение на экране монитора представляет собой множество пикселей и характеризуется разрешением N х М. Однако все пиксели разбиты на группы, называемые знакоместами, или символьными позициями (Character boxes - символьные ячейки), размером р х q. В каждом из знакомест может быть отображен один из 256 символов. Таким образом, на экране умещается M/q символьных строк по N/p символов в каждой. Типичным текстовым режимом является режим 80 х 25 символов.

Изображение символа в пределах каждого знакоместа задается точечной матрицей (dot matrix). Размер матрицы зависит от типа видеоадаптера и текущего видеорежима. Чем больше точек используется для отображения символа, тем выше качество изображения и лучше читается текст. Точки матрицы, формирующие изображение символа, называются передним планом, остальные - задним планом, или фоном. На рис. 3.9 показана символьная матрица 8><8 пикселей. Допустив, что темной клетке соответствует логическая единица, а светлой - логический ноль, каждую строку символьной матрицы представим в виде двоичного числа. Следовательно, графическое изображение символа можно хранить в виде набора двоичных чисел. Для этой цели используется специальное ПЗУ, размещенное на плате видеоадаптера. Такое ПЗУ называют аппаратным знакогенератором.

0

0

0

1

1

1

0

0

0

0

1

1

0

1

1

0

0

1

1

0

0

0

1

1

0

1

1

0

0

0

1

1

0

1

1

1

1

1

1

1

0

1

1

0

0

0

1

1

0

1

1

0

0

0

1

1

0

0

0

0

0

0

0

0

Схема представления символа «А» в текстовом режиме в матрице 8 х 8 и ячейке знакогенератора

Рис. 3.9. Схема представления символа «А» в текстовом режиме в матрице 8 х 8 и ячейке знакогенератора

Совокупность изображений 256 символов называется шрифтом. Аппаратный знакогенератор хранит шрифт, который автоматически используется видеоадаптером сразу же после включения компьютера (обычно это буквы английского алфавита и набор специальных символов). Адресом ячейки знакогенератора является порядковый номер символа.

Для кодирования изображения символа на экране используются два байта: один - для задания номера символа, второй - для указания атрибутов символа (цвета символа и фона, подчеркивания, мигания, отображения курсора). Если на экране имеется N х М знакомест, то объем видеопамяти, необходимый для хранения изображения, составит N х М х 2 байт. Эту область видеопамяти называют видеостраницей. Видеостраница является аналогом кадрового буфера в графическом режиме, но имеет значительно меньший объем. В наиболее распространенном текстовом режиме (80 х 25 символов) размер видеостраницы составляет 4 000 байт, в режиме 40 х 25 - 2 000 байт. На практике для удобства адресации под видеостраницу отводят 4 Кбайт = 4 096 байт и 2 Кбайт = 2 048 байт соответственно, при этом «лишние» байты (96 и 48) не используются.

Главная особенность текстового режима в том, что адресуемым элементом экрана является не пиксель, а знакоместо. Иными словами, в текстовом режиме нельзя сформировать произвольное изображение в любом месте экрана - можно лишь отобразить символы из заданного набора, причем только в отведенных символьных позициях.

Другим существенным ограничением текстового режима является узкая цветовая палитра - в данном режиме может быть отображено не более 16 цветов.

Таким образом, в текстовом режиме предоставляется значительно меньше возможностей для отображения информации, чем в графическом. Однако важное преимущество текстового режима - значительно меньшие затраты ресурсов ПК на его реализацию.

  • 2D- и ЗО-акселераторы. Переход к более высокому разрешению и большей глубине цвета привел к увеличению загрузки центрального процессора и шины ввода/вывода. В целях разгрузки центрального процессора решение отдельных задач построения изображения было возложено на специализированный набор микросхем (Chipset) видеоадаптера, называемый графическим ускорителем, или акселератором. Акселератор аппаратным путем выполняет ряд действий, направленных на построение изображения.
  • 2D-акселератор - графический ускоритель для обработки двухмерных графических данных, реализует аппаратное ускорение таких функций, как прорисовка графических примитивов, перенос блоков изображения, масштабирование, работа с окнами, мышью, преобразование цветового пространства. Первоначально видеоадаптеры с аппаратным ускорением графических функций делились на две группы: видеоадаптеры с графическим ускорителем (акселератором) и видеоадаптеры с графическим сопроцессором.

Графический акселератор - устройство, выполняющее заданные логические или арифметические операции по жесткому алгоритму, который не может быть изменен.

Графический сопроцессор - более универсальное устройство и работает параллельно с центральным процессором. Основное отличие графического сопроцессора от графического акселератора в том, что сопроцессор можно запрограммировать на выполнение различных задач, поскольку он является активным устройством: имеет возможность, как и центральный процессор, обращаться к системной оперативной памяти и управлять шиной ввода/вывода.

В современных видеоадаптерах объем и сложность графических функций, выполняемых графическим сопроцессором, стали соизмеримы с объемом задач, решаемых центральным процессором ПК. В связи с этим Chipset, составляющий основу современного видеоадаптера с аппаратной поддержкой графических функций, называют графическим процессором.

ЗО-акселераторы предназначены для обеспечения возможности видеть на экране проекцию виртуального (не существующего реально) динамического трехмерного объекта, например, в компьютерных играх. Такой объект необходимо сконструировать, смоделировать его объемное изображение, т. е. задать математическую модель объекта (каждую точку его поверхности) в трехмерной системе координат, аналитически рассчитать всевозможные зрительные эффекты (угол падения света, тени и т. п.), а затем спроецировать трехмерный объект на плоский экран. ЗО-акселератор необходим только в том случае, когда объемное изображение синтезируется компьютером, т. е. создается программно.

Совокупность приложений и задач, в рамках которых реализуется эта схема построения трехмерного изображения на экране монитора PC, называется трехмерной графикой.

Характеристики видеоадаптера и его выбор. Первые ЗО-акселераторы выполнялись в виде самостоятельного устройства только для работы с трехмерной графикой, устанавливаемого в слот шины ввода/вывода и соединяемого с видеоадаптером специальным кабелем.

Современные видеоадаптеры содержат один мощный графический процессор, в состав которого входит ЗО-акселератор. В связи с этим понятие «ЗОакселератор» означает не специализированную плату, а универсальный видеоадаптер, в состав которого входит ускоритель трехмерной графики.

Современный видеоадаптер (видеокарта) включает следующие основные элементы:

  • • графический процессор;
  • • модули оперативной памяти (видеопамять);
  • • RAMDAC - цифроаналоговый преобразователь, выполняющий преобразование цифровых сигналов ПК в сигналы, формирующие изображение на мониторе.

Как и центральный процессор ПК, графический чип работает на определенной тактовой частоте. Чем выше частота - тем выше производительность чипа.

Видеопамять - это специальная оперативная память, в которой формируется графическое изображение. Объем видеопамяти у видеокарт может составлять от 128 Мбайт до 1 Гбайт. Кроме того, видеопамять также работает с определенной частотой (от 400 до 2 250 МГц). Чем больше объем видеопамяти и выше ее частота, тем выше производительность видеокарты.

Интегральным показателем качества видеоадаптеров, сфера применения которых - в основном трехмерные игры, является частота смены кадров {frame per second - fps). В каждой трехмерной игре этот показатель будет различным. Качество современного видеоадаптера можно считать удовлетворительным, если в игре Quake при разрешении 1 600 х 1 200 он обеспечивает 60-70 fps.

Другим показателем качества видеоадаптера является максимальное число обрабатываемых элементарных простых объектов (многоугольников, треугольников) в секунду. Эти значения для отдельных видеоадаптеров составляют 800-1 200 млн/с.

Частота RAMDAC определяет качество видеоадаптера. Большинство современных видеокарт имеют частоту RAMDAC в диапазоне 250—400 МГц.

Также на производительность видеокарты влияет поддерживаемая ею версия DirectX, разрядность шины данных, количество вершинных и пиксельных конвейеров, количество обрабатываемых текстур за такт и технологический процесс, по которому производится графический чип. Существенное влияние на быстродействие всей видеосистемы оказывает тип интерфейса с шиной ввода/вывода. Для эффективной работы с трехмерной графикой современные видеоадаптеры комплектуются высокоскоростными интерфейсами.

Графические процессоры для видеокарт выпускают два основных производителя: компании NVIDIA и AMD. Видеокарты, основанные на процессоре первого, называются GeForce, второго -Radeon.

Как и любой компонент компьютера, в процессе работы видеокарта нагревается. Чтобы охладить графическую карту, ее оснащают системой охлаждения. Она может быть активной (с вентилятором) либо пассивной (без него). Наличие вентилятора автоматически означает шум, поэтому если Вы хотите иметь бесшумный ПК у себя дома, то разумнее присмотреться к видеокартам с пассивным охлаждением, не имеющим каких-либо вращающихся элементов.

У подавляющего большинства видеокарт есть несколько видеовыходов: аналоговый (его называют D-Sub) и цифровой (DVI) либо сразу два цифровых, а также ТВ-выход (для вывода изображения на домашний телевизор). Последнее время видеокарты стали оснащать еще и прогрессивным цифровым интерфейсом HDMI - этот интерфейс может одновременно передавать аудио и видео по одному кабелю, причем данные передаются без какого-либо сжатия. HDMI стал актуальным с развитием технологий высокой четкости (high definition). Если Вы хотите смотреть на плазменном или ЖК-телевизоре фильмы высокой четкости, то имеет смысл задуматься о приобретении видеокарты с таким интерфейсом: только в этом случае Вам будет гарантировано самое высокое качество изображения.

Начальный уровень, доступная цена. Экономным пользователям, планирующим играть в простые двухмерные или несложные ЗО-игры, может быть достаточно и видеоадаптера, встроенного в материнскую плату. Но, доплатив совсем немного, можно купить внешнюю видеокарту, которая повысит производительность Вашего ПК, причем не только в играх, но и в других приложениях и программах. Кроме того, внешняя видеокарта отчасти снизит нагрузку на центральный процессор, так что в любом случае Вы останетесь в выигрыше. Стоимость видеокарт начального уровня традиционно невысока (не больше 3 500 рублей). У этих видеокарт обычно небольшой объем видеопамяти (в основном 256 Мбайт, реже - 512 Мбайт), которого хватит для комфортной игры в несложную трехмерную игру, не говоря уже о двухмерной. Помимо приемлемого уровня производительности, видеокарта начального уровня содержит выход, позволяющий выводить изображение на обычный домашний телевизор. Это очень удобно, если ваш компьютерный монитор имеет небольшую диагональ, например 15 или 17 дюймов, а фильмы хочется посмотреть на телевизоре с большей диагональю. Поскольку производительность названных видеокарт невысокая, то и греются они несильно, потребляют энергию экономно.

Средний класс, оптимальное соотношение цена/качество. Многие пользователи не ставят во главу угла высокую производительность графической подсистемы компьютера, но время от времени хотят погонять на виртуальном автомобиле или почувствовать себя героем приключенческой игры. Что можно посоветовать? Присмотритесь к видеокартам среднего класса - самым массовым продуктам, имеющим оптимальное соотношение цены и качества. Все видеокарты среднего класса совместимы с операционной системой Windows Vista, а значит, поддерживают технологию DirectX 10. Конечно, они отлично работают и в среде Windows ХР. В основном у таких карт два цифровых видеовыхода DVI, при помощи которых Вы сможете выводить разрешение до 2 560 х 1 600 пикселей, разумеется, если Ваш монитор его поддерживает. У некоторых есть также выход HDMI. Поскольку такие карты мощнее, то и охлаждаются они в основном вентилятором, хотя можно найти модели с пассивным радиатором - специально для любителей тишины. Диапазон цен у карт среднего класса - от 3 000 до 7 000 рублей. Цена зависит от объема установленной видеопамяти, комплекта поставки и некоторых других параметров.

Хай-энд, высокая производительность и соответствующая цена. Мы подошли к особой группе компьютерных пользователей -продвинутым геймерам, а также поклонникам самого высокого качества изображения. Чтобы добиться максимальной производительности в играх, они не идут ни на какие компромиссы, в том числе в плане цены. Такие пользователи выбирают не только мощную видеокарту, но и мощный процессор, самую скоростную память и т. п. И в данном случае выбор не ограничен. У них самые высокие тактовые частоты и самый большой объем видеопамяти (в некоторых моделях он достигает 1 Гбайт, а ведь не у каждого пользователя на домашнем ПК есть такой объем ОЗУ). Карты высшего класса помогут своему владельцу совладать даже с самой продвинутой и требовательной игрой, кроме того, они способны воспроизводить видео стандарта High Definition без каких-либо задержек. Но столь высокая мощность имеет и обратную сторону - для нормального функционирования такой видеокарты требуется очень мощный процессор, желательно двухъядерный или даже четырехъядерный, частотой от 2,5 ГГц, а также солидный объем оперативной памяти (от 2 Гбайт и выше). Иначе видеокарта не сможет раскрыть весь свой потенциал. Так что покупка хай-энд-видеокарты разумна лишь в том случае, если Вы обладаете мощными комплектующими.

В теории большая мощность означает внушительное тепловыделение - хай-энд-видеокарты заметно греются, по этой причине их оснащают производительными вентиляторами. У некоторых карт система охлаждения шумит несильно, а у иных - весьма заметно, и если посторонние звуки создают для Вас дискомфорт, перед покупкой подберите наиболее бесшумную модель. Еще один нюанс состоит в том, что у производительных видеокарт имеются дополнительные разъемы питания (6- или 8-контактные), и стоит предусмотреть, чтобы у блока питания Вашего компьютера также были соответствующие разъемы (обычно они по-особому маркируются), а сам блок питания имел минимальную мощность 450 Вт. Цена карт класса хай-энд весьма высокая, от 9 000 рублей и выше.

Звуковая система

Сейчас мы не представляем компьютер без звуковой системы, ведь он давно перестал быть просто вычислительным устройством. Мир полон звуков и нам кажется естественным, что работа на компьютере сопровождается хотя бы простыми звуковыми сигналами, не говоря о том, что звук становится обязательным компонентом при презентациях, играх, просмотре видео.

Работа со звуком не входила в перечень стандартных функций первых ПК. Максимум, на что были способны компьютеры, - издавать характерный писк из встроенного системного динамика, что было пригодно для сигнализации об ошибках в системе и привлечения внимания пользователя. Поэтому для записи или воспроизведения звука в материнскую плату вставлялась специальная плата расширения - звуковая карта. Звуковая система ПК в виде звуковой карты появилась в 1989 г. Завоевать первенство на зарождающемся рынке удалось тайваньскому производителю компьютерных комплектующих, компании Creative Labs. Именно она создала первую звуковую карту Game Blaster, рассчитанную на озвучивание компьютерных игр.

Сегодня звуковая система ПК - комплекс программноаппаратных средств, выполняющих следующие функции:

  • • запись звуковых сигналов, поступающих от внешних источников, например, микрофона или магнитофона, путем преобразования входных аналоговых звуковых сигналов в цифровые и последующего сохранения на жестком диске;
  • • воспроизведение записанных звуковых данных с помощью внешней акустической системы или головных телефонов (наушников);
  • • воспроизведение звуковых компакт-дисков;
  • • микширование (смешивание) при записи или воспроизведении сигналов от нескольких источников;
  • • одновременная запись и воспроизведение звуковых сигналов (режим /м// duplex)',
  • • обработка звуковых сигналов: редактирование, объединение или разделение фрагментов сигнала, фильтрация, изменение его уровня;
  • • обработка звукового сигнала в соответствии с алгоритмами объемного (трехмерного - 3D-sound) звучания;
  • • генерирование с помощью синтезатора звучания музыкальных инструментов, а также человеческой речи и других звуков;
  • • управление работой внешних электронных музыкальных инструментов через специальный интерфейс MIDI.

Звуковая система ПК конструктивно представляет собой звуковые карты, либо устанавливаемые в слот материнской платы, либо

интегрированные на материнскую плату или карту расширения другой подсистемы ПК. Отдельные функциональные модули звуковой системы могут выполняться в виде дочерних плат, устанавливаемых в соответствующие разъемы звуковой карты.

Классическая звуковая система, как показано на рис. 3.10, содержит:

  • • модуль записи и воспроизведения звука;
  • • модуль синтезатора;
  • • модуль интерфейсов;
  • • модуль микшера;
  • • акустическую систему.
Структура звуковой системы ПК

Рис. 3.10. Структура звуковой системы ПК

Первые четыре модуля, как правило, устанавливаются на звуковой карте. Причем существуют звуковые карты без модуля синтезатора или модуля записи/воспроизведения цифрового звука. Каждый из модулей может быть выполнен в виде отдельной микросхемы либо входить в состав многофункциональной микросхемы. Таким образом, chipset звуковой системы может содержать как несколько, так и одну микросхему.

Конструктивные исполнения звуковой системы ПК претерпевают существенные изменения - сегодня большинство материнских плат выпускаются с уже установленными на них элементами для обработки звука. Однако назначение и функции модулей современной звуковой системы (независимо от ее конструктивного исполнения) не меняются.

Модуль записи и воспроизведения звуковой системы осуществляет аналого-цифровое и цифроаналоговое преобразования в режиме программной передачи звуковых данных или передачи их по каналам DMA (direct memory access - канал прямого доступа к памяти).

Запись звука - это сохранение информации о колебаниях звукового давления в момент записи. В настоящее время для записи и передачи информации о звуке используются аналоговые и цифровые сигналы. Другими словами, звуковой сигнал может быть представлен в аналоговой или цифровой форме. Если при записи звука пользуются микрофоном, который преобразует непрерывный во времени звуковой сигнал в непрерывный во времени электрический сигнал, получают звуковой сигнал в аналоговой форме.

На вход звуковой карты ПК в большинстве случаев звуковой сигнал подается в аналоговой форме. В связи с тем что ПК оперирует только цифровыми сигналами, аналоговый сигнал должен быть преобразован в цифровой. Вместе с тем акустическая система, установленная на выходе звуковой карты ПК, воспринимает только аналоговые электрические сигналы, поэтому после обработки сигнала с помощью ПК необходимо обратное преобразование цифрового сигнала в аналоговый.

Аналого-цифровое преобразование представляет собой преобразование аналогового сигнала в цифровой код. Предварительно аналоговый звуковой сигнал поступает на аналоговый фильтр, который ограничивает полосу частот сигнала. После этого сигнал преобразуется в цифровой. Осуществляемые при этом действия над сигналом иллюстрируются на рис. 3.11.

Исходный звуковой аналоговый сигнал (рис. 3.11, а) дискретизируется. Дискретизация сигнала заключается в выборке отсчетов аналогового сигнала с заданной периодичностью (рис. 3.11, б). Периодичность определяется частотой дискретизации.

Частота дискретизации должна быть как минимум в два раза выше частоты наивысшей гармоники (частотной составляющей) исходного звукового сигнала. Поскольку человек способен слышать звуки в частотном диапазоне от 20 Гц до 20 кГц, то частота дискретизации исходного звукового сигнала должна составлять не менее 40 кГц, т. е. отсчеты требуется проводить по крайней мере 40 000 раз в секунду.

01246554 представление сигнала как

последовательности десятичных чисел

оооо 0001 оою оюо оно 0Ю1 0Ю1 оюо представление сигнала как

последовательности значений, закодированных в двоичной системе счисления

Рис. 3.11. Процесс преобразования аналогового сигнала в цифровой поток

Диапазон изменения сигнала разбит на кванты. Квантование по амплитуде представляет собой соотнесение мгновенных значений дискретных выборок к ближайшему меньшему квантованному уровню (рис. 3.11, в). При этом сигнал становится дискретным по времени и амплитуде. Теперь его можно представить как последовательность чисел - номеров уровней, которые он принимает в моменты дискретизации (рис. 3.11, г). Преобразование этой последовательности чисел в цифровой двоичный код (рис. 3.11, д) называют кодированием.

Точность кодирования зависит от количества разрядов цифрового кода. Если длина кодового слова N разрядов, то число возможных значений кодовых слов будет равно 2м'. Столько же может быть и уровней квантования диапазона сигнала. Например, если значение отсчета представляется 16-разрядным кодовым словом, максимальное число градаций диапазона сигнала (уровней квантования) составит 216 = 65 536. Максимальная относительная погрешность кодирования при этом будет равна 1/65 536. Для 8-разрядного представления соответственно получим 28 = 256 градаций диапазона, а относительная погрешность кодирования равна 1/256 (т. е. чуть менее 0,5 %).

Все эти преобразования осуществляются специальным электронным устройством - аналого-цифровым преобразователем (АЦП), в котором сигнал преобразуется в последовательность чисел, т. е. в поток цифровых данных.

Для записи и хранения звукового сигнала в цифровой форме требуется большой объем дискового пространства. Например, стереофонический звуковой сигнал длительностью 60 с, оцифрованный с частотой дискретизации 44,1 кГц, при 16-разрядном квантовании для хранения требует на винчестере около 10 Мбайт.

При воспроизведении звука (цифрового звукового файла) осуществляется цифроаналоговое преобразование. Оно в общем случае происходит в несколько этапов. На первом этапе осуществляется декодирование сжатого входного потока цифровых данных, затем с помощью цифроаналогового преобразователя (ЦАП) последовательность цифровых кодов преобразуется в дискретные отсчеты сигнала, следующие с частотой дискретизации. На последнем этапе из дискретных отсчетов путем сглаживания (интерполяции) с помощью фильтра низкой частоты формируется непрерывный аналоговый сигнал.

Практически все звуковые карты поддерживают запись и воспроизведение стереофонического звукового сигнала с частотой дискретизации 44,1 или 48 кГц.

Разрядность АЦП и ЦАП определяет разрядность представления цифрового сигнала (8, 16 или 18 бит). Подавляющее большинство звуковых карт оснащено 16-разрядными АЦП и ЦАП. Такие звуковые карты теоретически можно отнести к классу Hi-Fi, которые должны обеспечивать студийное качество звучания. Некоторые звуковые карты оснащаются 20- и даже 24-разрядными АЦП и ЦАП, что существенно повышает качество записи/воспроизведения звука.

Аппаратное и программное обеспечение, осуществляющее преобразование аналогового сигнала в цифровую форму (кодирование), последующее преобразование цифрового сигнала и восстановление цифрового сигнала в первоначальную аналоговую форму (декодирование) объединяются понятием кодек (кодирование-декодирование). Кроме преобразования формы представления информации, к функциям кодека относится ее сжатие, так чтобы поток данных мог быть передан по более узкополосным каналам связи, а при сохранении информации она на носителе заняла бы меньший объем. Сжатие информации может выполняться как аппаратными, так и программными средствами.

Электромузыкальный цифровой синтезатор звуковой системы позволяет генерировать практически любые звуки, в том числе звучание реальных музыкальных инструментов.

Основные характеристики модуля синтезатора:

  • • метод синтеза звука;
  • • объем памяти;
  • • возможность аппаратной обработки сигнала для создания звуковых эффектов;
  • • полифония - максимальное число одновременно воспроизводимых элементов звуков.

Метод синтеза звука, использующийся в звуковой системе ПК, определяет не только качество звука, но и состав системы. На практике на звуковых картах устанавливаются синтезаторы, генерирующие звук с использованием следующих методов.

Метод синтеза на основе частотной модуляции {frequency modulation synthesis - FM-синтез) предполагает использование для генерации голоса музыкального инструмента как минимум двух генераторов сигналов сложной формы. Генератор несущей частоты формирует сигнал основного тона, частотно-модулированный сигналом дополнительных гармоник, обертонов, определяющих тембр звучания конкретного инструмента. Генератор огибающей частоты управляет амплитудой результирующего сигнала. FM-генератор обеспечивает приемлемое качество звука, отличается невысокой стоимостью, но не реализует звуковые эффекты. Большинство систем, оснащенных FM-синтезом, показывают неплохие результаты на проигрывании «компьютерной» музыки, но попытка симулировать звучание живых инструментов удается не очень хорошо. Ущербность FM-синтеза состоит в том, что с его помощью очень сложно (практически невозможно) создать действительно реалистическую инструментальную музыку.

Синтез звука па основе таблицы волн (wave table synthesis -WT-синтез) производится путем использования предварительно оцифрованных образцов звучания (самплов) реальных музыкальных инструментов и других звуков, хранящихся в специальном запоминающем устройстве, выполненном в виде отдельной микросхемы памяти или интегрированном в микросхему памяти WT-генератора. WT-синтезатор обеспечивает генерацию звука с высоким качеством. Этот метод синтеза реализован в современных звуковых картах. Объем памяти на звуковых картах с WT-синтезатором может увеличиваться за счет установки дополнительных элементов памяти (ROM) для хранения банков с инструментами. Специальный звуковой процессор выполняет операции над самлами - с помощью различного рода математических преобразований изменяется высота звука, тембр, звук дополняется спецэффектами. Для подавляющего большинства карт с WT-синтезом эффекты реверберации и хоруса стали стандартными.

Так как самплы - оцифровки реальных инструментов, они делают звук крайне реалистичным. До недавнего времени подобная техника использовалась только в высокоценовых устройствах, но сегодня она становится все более и более популярной.

Синтез звука па основе физического моделирования предусматривает использование математических моделей звукообразования реальных музыкальных инструментов для генерации в цифровом виде и для дальнейшего преобразования в звуковой сигнал с помощью ЦАП. Звуковые карты, использующие метод физического моделирования, пока не получили широкого распространения, поскольку для их работы требуется мощный ПК.

Модуль микшера звуковой карты выполняет:

  • • коммутацию (подключение/отключение) источников и приемников звуковых сигналов, а также регулирование их уровня;
  • • микширование (смешивание) нескольких звуковых сигналов и регулирование уровня результирующего сигнала.

К числу основных характеристик модуля микшера относятся:

  • • число микшируемых сигналов на канале воспроизведения;
  • • регулирование уровня сигнала в каждом микшируемом канале;
  • • регулирование уровня суммарного сигнала;
  • • выходная мощность усилителя;
  • • наличие разъемов для подключения внешних и внутренних приемников/источников звуковых сигналов.

Источники и приемники звукового сигнала соединяются с модулем микшера через внешние или внутренние разъемы. Внешние разъемы звуковой системы обычно находятся на задней панели корпуса системного блока: Joystick/MIDI - для подключения джойстика или MIDI-адаптера; Mic In - для подключения микрофона; Line In -линейный вход для подключения любых источников звуковых сигналов; Line Out - линейный выход для подключения любых приемников звуковых сигналов; Speaker - для подключения головных телефонов (наушников) или пассивной акустической системы.

Программное управление микшером осуществляется либо средствами Windows, либо с помощью программы-микшера, поставляемой в комплекте с программным обеспечением звуковой карты.

Модуль интерфейсов обеспечивает обмен данными между звуковой системой и другими внешними и внутренними устройствами.

В первую очередь для этого используется стандартный интерфейс PCI. Он имеет широкую полосу пропускания, что позволяет получить высокое качество звука, обеспечив отношение сигнал/шум свыше 90 дБ. Кроме того, шина PCI обеспечивает возможность кооперативной обработки звуковых данных, когда задачи обработки и передачи данных распределяются между звуковой системой и CPU.

MIDI (musical instrument digital interface - цифровой интерфейс музыкальных инструментов). Разработан еще в 1983 г. фирмой «Roland» совместно с « Y amaha», «Korg» и еще некоторыми фирмами, выпускавшими синтезаторы. Благодаря грамотной политике распространения формат за весьма короткие сроки стал общемировым стандартом. Он содержит спецификации на аппаратный интерфейс: типы каналов, кабели, порты, при помощи которых MIDI-устройства подключаются один к другому, а также описание порядка обмена данными - протокола обмена информацией между MIDI-устройствами. В частности, с помощью MIDI-команд можно управлять светотехнической аппаратурой, видеооборудованием в процессе выступления музыкальной группы на сцене. Устройства с MIDI-интерфейсом соединяются последовательно, образуя своеобразную MIDI-сеть, которая включает контроллер - управляющее устройство, в качестве которого может быть использован как ПК, так и музыкальный клавишный синтезатор, а также ведомые устройства (приемники), передающие информацию в контроллер по его запросу. Суммарная длина MIDI-цепочки не ограничена, но максимальная длина кабеля между двумя MIDI-устройствами не должна превышать 15 метров.

Подключение ПК в MIDI-сеть осуществляется с помощью специального MIDI-адаптера, который имеет три MIDI-порта: ввода, вывода и сквозной передачи данных, а также два разъема для подключения джойстиков.

Акустическая система (АС) непосредственно преобразует звуковой электрический сигнал в акустические колебания и является последним звеном звуковоспроизводящего тракта.

В состав АС, как правило, входят несколько звуковых колонок, каждая из которых может иметь один или несколько динамиков. Количество колонок в АС зависит от числа компонентов, составляющих звуковой сигнал и образующих отдельные звуковые каналы. Например, стереофонический сигнал содержит два компонента - сигналы левого и правого стереоканалов, что требует не менее двух колонок в составе стереофонической акустической системы.

Обычно каждая колонка в АС для ПК имеет один динамик, однако в дорогих моделях используются два: для высоких и низких частот. При этом современные модели акустических систем позволяют воспроизводить звук практически во всем слышимом частотном диапазоне благодаря применению специальной конструкции корпуса колонок или громкоговорителей.

Для воспроизведения низких и сверхнизких частот с высоким качеством в АС помимо двух колонок используется третий звуковой агрегат - сабвуфер (subwoofer).

Отличительная особенность АС для ПК - возможность наличия собственного встроенного усилителя мощности. АС со встроенным усилителем называется активной. Пассивная АС усилителя не имеет.

Главное преимущество активной АС состоит в возможности подключения к линейному выходу звуковой карты. Питание активной АС осуществляется либо от батареек (аккумуляторов), либо от электрической сети через специальный адаптер, выполненный в виде отдельного внешнего блока или модуля питания, устанавливаемого в корпус одной из колонок.

Выходная мощность акустических систем для ПК может изменяться в широком диапазоне и зависит от технических характеристик усилителя и динамиков. Если система предназначена для озвучивания компьютерных игр, достаточно мощности 15-20 Вт на колонку для помещения средних размеров. При необходимости обеспечения хорошей слышимости во время лекции или презентации в большой аудитории возможно использовать одну АС имеющую мощность до 30 Вт на канал. С увеличением мощности АС увеличиваются ее габаритные размеры и повышается стоимость.

Современные модели акустических систем имеют гнездо для головных телефонов, при подключении которых воспроизведение звука через колонки автоматически прекращается.

Основные характеристики АС: полоса воспроизводимых частот, чувствительность, коэффициент гармоник, мощность.

Полоса воспроизводимых частот {frequency response) - это амплитудно-частотная зависимость звукового давления, или зависимость звукового давления (силы звука) от частоты переменного напряжения, подводимого к катушке динамика. Полоса частот, воспринимаемых ухом человека, находится в диапазоне от 20 до 20 000 Гц. Колонки, как правило, имеют диапазон, ограниченный в области низких частот 40-60 Гц. Решить проблему воспроизведения низких частот позволяет использование сабвуфера.

Чувствительность звуковой колонки (sensitivity) характеризуется звуковым давлением, которое она создает на расстоянии 1 м при подаче на ее вход электрического сигнала мощностью 1 Вт. В соответствии с требованиями стандартов чувствительность определяется как среднее звуковое давление в определенной полосе частот. Чем выше значение этой характеристики, тем лучше АС передает динамический диапазон музыкальной программы. Разница между самыми «тихими» и самыми «громкими» звуками современных фонограмм 90-95 дБ и более. АС с высокой чувствительностью достаточно хорошо воспроизводят как тихие, так и громкие звуки.

Коэффициент гармоник (total harmonic distortion - THD) оценивает нелинейные искажения, связанные с появлением в выходном сигнале новых спектральных составляющих. Коэффициент гармоник нормируется в нескольких диапазонах частот. Например, для высококачественных АС класса Hi-Fi этот коэффициент не должен превышать: 1,5 % в диапазоне частот 250-1 000 Гц; 1,5 % в диапазоне частот 1 000-2 000 Гц и 1,0 % в диапазоне частот 2 000-6 300 Гц. Чем меньше значение коэффициента гармоник, тем качественнее АС.

Электрическая мощность (power handling), которую выдерживает АС, является одной из основных характеристик. Однако нет прямой взаимосвязи между мощностью и качеством воспроизведения звука. Максимальное звуковое давление зависит скорее от чувствительности, а мощность АС в основном определяет ее надежность.

Часто на упаковке АС для ПК указывают значение пиковой мощности акустической системы, которая не всегда отражает реальную мощность системы, поскольку может превышать номинальную в 10 раз. Вследствие существенного различия физических процессов, происходящих при испытаниях АС, значения электрических мощностей могут отличаться в несколько раз. Для сравнения мощности различных АС необходимо знать, какую именно мощность указывает производитель продукции и какими методами испытаний она определена.

Среди производителей высококачественных и дорогих АС -фирмы «Creative», «Yamaha», «Sony», «Aiwa». АС более низкого класса выпускают фирмы «Genius», «Altec», «JAZZ Hipster».

Некоторые модели колонок фирмы «Microsoft» подключаются не к звуковой карте, а к порту USB. В этом случае звук поступает на колонки в цифровом виде, а его декодирование производит небольшая микросхема, установленная в колонках.

Тенденции совершенствования звуковой системы непосредственно связаны с направлениями использования звука в ПК. Так, в свое время мощным стимулом к развитию цифрового звука стали компьютерные игры. С усовершенствованием графической составляющей для дальнейшего погружения в виртуальную реальность требовалось обеспечить и должный уровень звука. Именно тогда начались первые попытки создать объемный звук. Позже ПК стали широко использовать в системах домашних кинотеатров.

Еще одно направление использования звука в ПК - это расширение возможностей и функций человеко-машинного интерфейса. Взаимодействие человека с ЭВМ должно быть взаимным - предусматривать возможность общения как человека с ЭВМ, так и ЭВМ с человеком. Неоспоримый факт, что визуальная информация, дополненная звуковой, гораздо эффективнее простого зрительного воздействия. Однако пока многие программисты-проектировщики до сих пор не хотят признавать, что звуковое воздействие может играть роль не только сигнализатора, но и информационного канала, и соответственно не используют в своих проектах возможность невизуального общения человека с ЭВМ.

Развитие рассмотренных направлений осуществляется за счет совершенствования соответствующих технических (аппаратных и программных) средств ПК и его периферии, выливается в разработку различных регламентов, соглашений и стандартов.

При построении звуковых устройств используются те или иные стандарты кодирования и воспроизведения - аудиокодеки. Наиболее распространенным из них в настоящее время является АС97 (Audio Codec 97). Это стандарт для аудиокодеков, разработанный подразделением Intel Architecture Labs компании «Intel» в 1997 г. Этот стандарт используется в основном в системных платах, модемах, звуковых картах и корпусах с аудио-решением передней панели. АС97 поддерживает частоту дискретизации 96 кГц при использовании 20-разрядного стереоразрешения и 48 кГц при использовании 20-разрядного стерео для многоканальной записи и воспроизведения.

Аппаратная часть АС97 состоит из встроенного в южный мост чипсета контроллера и расположенного на системной плате аппаратного аудиокодека. Контроллер отвечает за обмен цифровыми данными между системной шиной и аппаратным кодеком. Аппаратный кодек - это небольшая микросхема, которая осуществляет аналого-цифровые и цифроаналоговые преобразования.

Эволюционным продолжением спецификации АС97 является предложенный компанией «Intel» в 2004 г. стандарт HD Audio {high definition audio - звук высокого разрешения). Он обеспечивает воспроизведение большего количества каналов с более высоким качеством звука. Аппаратные средства, основанные на HD Audio, поддерживают 192 килогерцовое/24-разрядное качество звучания в двухканальном и 96 килогерцовое/24-разрядное в многоканальном режимах (до 8 каналов). Поддерживается цифровой поток данных в 48 Мбит/с на выход и 24 Мбит/с на вход. Такая полоса пропускания позволяет использовать большее число каналов.

Одна из основных проблем, связанных с прослушиванием музыки на компьютере, заключалась в том, что размеры музыкальных файлов с хорошим качеством звучания занимали просто непомерные объемы (один альбом - 650-700 Мбайт). Однако долгое время все попытки создать практичную технологию сжатия музыки по различным причинам не могли получить должного распространения. Ситуация в корне изменилась, когда в 1996 г. Фраунгоферовским институтом был разработан формат MP3 (MPEG-1 Layer 3). При его использовании сжатие музыкального файла одновременно осуществляется путем удаления излишней информации, которая практически неразличима человеческим ухом, а также на основе хитрых математических алгоритмов. МРЗ-файл получался в десять и более раз меньше по сравнению с оригиналом, и это притом, что потери качества были практически незаметны. О невероятном успехе формата говорит хотя бы тот факт, что MP3 уже скоро исполнится пятнадцать лет, а он до сих пор самый распространенный, и ни один современный формат даже близко не может сравниться с ним по популярности. Последние разработки вокруг формата MP3 предназначены для кодирования многоканального звука. Кстати, название этого стандарта и некоторых сходных по названию происходит от аббревиатуры наименования группы специалистов, находящейся в подчинении международной организации стандартов ISO и собирающейся для выработки стандартов сжатия цифрового видео и аудио (англ. Moving Picture Experts Group - группа экспертов по движущемуся изображению).

Среди систем кодирования аудио также можно выделить формат WMA (Windows Media Audio) от компании «Microsoft», а также формат OGG Vorbis, который в последнее время стремится стать конкурентом MP3.

Звуковые системы должны быть совместимы с одним из стандартов звуковых карт.

Стандарт Sound blaster поддерживают приложения в виде игр, в которых звуковое сопровождение запрограммировано с ориентацией на звуковые карты семейства Sound Blaster.

Стандарт Windows sound system (WSS) компании «Microsoft» включает звуковую карту и пакет программ, ориентированный в основном на бизнес-приложения.

Многие звуковые карты поддерживают режим полный дуплекс (full duplex) - режим передачи данных по каналу, в соответствии с которым звуковая система может одновременно принимать (записывать) и передавать (воспроизводить) аудиоданные. Однако не все звуковые карты поддерживают этот режим в полном объеме, поскольку не обеспечивают высокое качество звука при интенсивном обмене данными. Такие карты можно использовать для работы с голосовыми данными в Интернете, например при проведении телеконференций, когда высокое качество звука не требуется.

В настоящее время фирмы «Intel», «Compaq» и «Microsoft» предложили новую архитектуру звуковой системы ПК. Согласно этой архитектуре модули обработки звуковых сигналов выносятся за пределы корпуса ПК, в котором на них действуют электрические помехи, и размещаются, например, в колонках акустической системы. В этом случае звуковые сигналы передаются в цифровой форме, что значительно повышает их помехозащищенность и качество воспроизведения звука. Для передачи цифровых данных в цифровой форме предусматривается использование высокоскоростных шин USB и IEE1394.

Еще одним направлением совершенствования звуковой системы является создание объемного (пространственного) звука, называемого трехмерным, или 3D-Sound (three dimentional sound). Для получения объемного звучания производится специальная обработка фазы сигнала: фазы выходных сигналов левого и правого каналов сдвигаются относительно исходного. При этом используется свойство мозга человека определять положение источника звука путем анализа соотношения амплитуд и фаз звукового сигнала, воспринимаемого каждым ухом. Пользователь звуковой системы, оборудованной специальным модулем обработки ЗО-звука, ощущает эффект «перемещения» источника звука.

Новым направлением применения мультимедийных технологий является создание домашнего театра на базе ПК (PC-theater), т. е. варианта мультимедийного ПК, предназначенного одновременно нескольким пользователям для наблюдения за игрой, просмотра образовательной программы или фильма в стандарте DVD. PC-Theater в своем составе имеет специальную многоканальную акустическую систему, формирующую объемный звук {Surround Sound). Системы Surround Sound создают в помещении различные звуковые эффекты, причем пользователь ощущает, что он находится в центре звукового поля, а источники звука - вокруг него. Многоканальные звуковые системы Surround Sound используются в кинотеатрах и уже начинают появляться в виде устройств бытового назначения.

В многоканальных системах бытового назначения звук записывается на двух дорожках лазерных видеодисков или видеокассет по технологии Dolby Surround, разработанной фирмой «Dolby Laboratories», которая была организована в Лондоне еще в 1965 г. американским физиком и инженером Реем Долби. Он и его соратники работали над созданием систем понижения шумов в звуковых системах. С тех пор имя Dolby стало известно по всему миру, а созданные в лаборатории стандарты объемного звука используются как в кинотеатрах, так и в домах наших граждан. К наиболее известным их разработкам в направлении многоканального звука относятся:

Dolby {surround) pro logic - четырехканальная звуковая система, содержащая левый и правый стереоканалы, центральный канал для диалогов и тыловой канал для эффектов.

Dolby surround digital - звуковая система, состоящая из 5+1 каналов: левого, правого, центрального, левого и правого каналов тыловых эффектов и канала сверхнизких частот.

В отдельных моделях акустических колонок помимо стандартных регуляторов высоких/низких частот, громкости и баланса имеются кнопки для включения специальных эффектов, например, ЗО-звука, Dolby Surround и др.

Выбор звуковой карты. Требования пользователей компьютеров к мультимедийным возможностям возрастают с каждым годом. Это влечет за собой появление все более совершенных звуковых карт, обеспечивающих качественный объемный звук в фильмах и играх, распознавание речи, запись звуковых файлов и даже голосовое управление ПК. Сегодня в ассортименте разных производителей есть карты, способные удовлетворить любые запросы. А благодаря простоте их инсталляции доработка компьютера становится по силам практически каждому.

Плюсы и минусы интегрированного аудио. Любая современная материнская плата имеет интегрированный звуковой кодек. Обычно это микросхема, соответствующая стандарту АС97 или High Definition Audio. Но установка современной звуковой карты предоставит пользователю более качественный (чем у встроенного аудио) реалистичный объемный звук в компьютерных играх и фильмах, распознавание речи и голосовое управление, запись звуковых файлов в популярных форматах. Часто вопрос выбора подходящей звуковой карты становится актуальным после покупки новой акустической периферии. Ни для кого не секрет, что дешевые колонки не могут раскрыть всех возможностей качественной звуковой карты.

Возможности звуковых карт. Выбор звуковой карты полностью основывается на тех задачах, которые выполняет звуковая подсистема компьютера, и требованиях пользователя к тем или иным параметрам звука. Есть модели, созданные специально для игр или для прослушивания музыки. Поэтому в зависимости от приоритетов пользователя выбор карты будет отличаться. Так, отдельные модели имеют преимущества по части музыкальных функций (например, модели Creative X-Fi Xtreme Audio 7.1). Если первенствующее значение имеют музыкальные возможности, стоит также обратить внимание на М-Audio Audiophile 2496, карта выгодно отличается очень чистым звуком. Но ее возможности в играх не такие богатые, как у X-Fi. К разряду музыкальных можно отнести в том числе звуковые карты М-Audio Revolution 7.1, Terratec Sound System Aureon 7.1 Universe и другие. Они характеризуются качественным стереотрактом и доступной стоимостью. Для любителей компьютерных игр подойдут устройства линейки Creative X-Fi Xtreme Gamer. Можно выбрать модель с дополнительной памятью или с отдельным выходом на наушники. В случае, если требуется многофункциональная звуковая карта, присмотритесь к модели X-Fi Elite Pro. Она обеспечивает высокое качество воспроизведения музыки, самое лучшее соотношение сигнал/шум в линейке X-Fi, кроме того, обладает отдельным выходом на наушники, пультом дистанционного управления и поддержкой MIDI-интерфейса. Нужно обратить внимание на наличие поддержки объемного звучания (30-Sound). Данная опция просто необходима, если Вы намерены использовать системы из нескольких колонок, чтобы создать эффект домашнего кинотеатра. Если пользователь планирует одновременно слушать музыку и общаться в системе Skype, важно, чтобы карта поддерживала режим полного дуплекса - возможность одновременного ввода/вывода звука. Отдельные требования предъявляются к категории игровых звуковых карт. Так, для большинства современных игр необходимы поддержка DirectX последней версии и трехмерный звук. 3D-звуковое ускорение обеспечит низкую загрузку центрального процессора ПК. Это повышает общую скорость игр. Лучшие результаты покажут микросхемы, поддерживающие ускорение наибольшего числа ЗО-потоков.

Ассортимент и цены. На нынешний день наиболее популярны звуковые карты под брендами Creative, М-Audio, Genius и CMedia. Однако признанный лидер - компания «Creative Labs», которая предлагает наиболее широкий ассортимент продуктов, объединенных линейками Audigy SE, X-Fi Xtreme Audio, X-Fi Xtreme Gamer, X-Fi Xtreme Music, X-Fi Xtreme Gamer Fatality Pro, X-Fi Platinum, X-Fi Fatality, X-Fi Elite Pro. Линейка Creative X-Fi включает карты, адаптированные для различных задач. Например, X-Fi Xtreme Audio идеально подходит для воспроизведения музыки. Карта поддерживает знаменитые технологии X-Fi: функция X-Fi Crystalizer восстанавливает детализацию и сочность звука, утраченные, к примеру, в результате МРЗ-сжатия. Функция X-Fi CMSS-3D преобразует стереомузыку и звуковое сопровождение фильмов в замечательный объемный звук. При этом устройство эффективно взаимодействует практически с любыми колонками и наушниками, а наличие оптического цифрового выхода позволяет подключаться к системам типа «домашний кинотеатр». По ценовому уровню X-Fi Xtreme Audio можно отнести к типичным середнячкам с хорошим соотношением цены и качества. Стоимость карты в зависимости от модификации составляет от 1 800 до 3 500 рублей. Из более дорогих моделей данного производителя наиболее яркая звуковая карта - Creative X-Fi Elite Pro. Она поддерживает стандарт Xtreme Fidelity. Предназначена для стандартных мультимедийных функций и для музыкального творчества. Цифроаналоговые преобразователи, установленные в данном устройстве, обеспечивают превосходное качество звука, а на внешнем интерфейсном модуле находятся разъемы для подключения гитары, микрофона и наушников с раздельными регулировками громкости. Особенность карты заключается в наличии предусилителя звука, который служит для прямой записи с винилового носителя, а также в возможности очистки звука. Это одна из топовых моделей звуковых карт с соответствующей стоимостью - 10 000 рублей. Карта поддерживает все последние версии игровых интерфейсов, содержит обилие всевозможных разъемов входа и выхода, обеспечивает максимально качественный звук. Ее выбор будет оправдан в том случае, если Вы намерены использовать по-максимуму всю функциональность. В состав линеек Creative Xmod и Creative Connect входят звуковые карты, которые подключаются к компьютеру посредством USB-интерфейса. Оба устройства имеют очень компактные размеры. Такие решения незаменимы, если пользователь вынужден по тем или иным причинам использовать USB-интерфейс. Из наиболее доступных решений отметим звуковые карты C-Media, в частности, модификации C-Media 8738 4ch и C-Media 8738 6ch стоимостью около 200 рублей соответственно. Функциональность названных продуктов можно охарактеризовать как базовую, а по части качества воспроизведения они находятся на одном уровне с интегрированным на материнскую плату звуком.

Клавиатура

Компьютерная клавиатура (keyboard) выглядит, как передняя половина пишущей машинки: она представляет собой панель с клавишами, которые обозначены буквами, цифрами, названиями команд и другими символами. Но на этом сходство кончается. Во-первых, у компьютерной клавиатуры есть несколько дополнительных клавиш, выполняющих специальные функции в процессе взаимодействия человека с машиной. Кроме того, клавиатуры оснащены собственными микропроцессорами (контроллерами), координирующими прохождение цифровых сигналов между клавиатурой и компьютером. Коды сигналов компьютер интерпретирует в зависимости от принятых соглашений и от выполняемой программы.

Клавиша пишущей машинки действует как спусковой механизм - стоит нажать на нее, как на бумаге появляется соответствующий символ. Клавиши компьютерной клавиатуры возбуждают электрические сигналы, фиксирующие положение нажатых клавиш и порядок, в котором нажимал на них оператор. Сигнал при нажатии клавиши регистрируется контроллером клавиатуры в виде так называемого скэн-кода. Скэн-код - это однобайтовое число, младшие 7 бит которого представляют идентификационный номер, присвоенный каждой клавише. В дальнейшем компьютер интерпретирует эти сигналы тем или иным образом, причем оператор может даже не видеть немедленного результата.

Когда микропроцессор клавиатуры посылает сигнал компьютеру, он лишь сообщает положение нажатой клавиши. Чтобы обработать сигнал, компьютер должен перевести его код в смысловое значение, соответствующее данной клавише. При этом обрабатывающая процедура сначала определяет установку клавишей и переключателей, чтобы правильно получить вводимый код (например, «ф» или «Ф»). Затем введенный код помещается в буфер клавиатуры, представляющий собой область памяти, способную запомнить до 15 вводимых символов. В специальном электронном списке - таблице перекодировки - каждому коду, описывающему расположение клавиши, поставлено в соответствие двоичное число, служащее кодом определенного символа, например буквы или цифры. В дальнейшем в процессе обработки данных используется именно это двоичное число.

Таблица перекодировки может храниться в постоянной памяти компьютера или его клавишного устройства. Как правило, во многих странах компьютеры, предназначенные для конторского применения, преобразуют коды клавиш в коды ASCII. В этом стандарте используется 128 различных двоичных чисел для представления строчных и прописных букв латинского алфавита, арабских цифр, типографских знаков и ряда кодов команд форматирования. Существуют стандартные коды и для других алфавитов. Они были установлены международной организацией стандартов (International Standards Organization, ISO).

Контроллер клавиатуры выполняет также функции самоконтроля, проводящегося после включения - процесс самоконтроля отображается однократным миганием трех индикаторов клавиатуры.

Стандартная клавиатура содержит 104 символьно-командных и 12 функциональных клавиш.

С внедрением операционных систем с графическим интерфейсом стандартным устройством ввода стала также мышь. И подавляющее большинство пользователей управляет различными окнами и диалогами именно мышью. Для некоторых будет откровением, что почти все из этого можно сделать также клавиатурой, иногда значительно быстрее. Этот подход не находит широкого распространения порой лишь потому, что надо держать в памяти шоткаты (shortcuts) -быстрые клавиши. Однако их запомнить легко, когда есть акселераторы - подчеркнутые буквы в меню, нажатие которых вызывает выполнение пункта. Более того, мышью надо «целиться» каждый раз, и какой бы опыт не был у Вас за плечами время будет одно и то же. Напротив, акселераторы со временем выучиваются и далее выполняются даже с закрытыми глазами. Если хотите освоить такие быстрые приемы, отставьте на пару дней мышь - применяйте акселераторы.

В различных статьях встречаются пророчества о скором вымирании клавиатур: их должен заменить речевой ввод. Эти пророки торопятся. Например, фазу начальной загрузки никто не отменял, а как, спрашивается, войти в установки BIOS setup, если в мозгах у ПК еще ничего нет? А сколько людей, которые и двух слов не могут сказать, не вставив между ними «э-э-э» или «м-м-м»? Программное обеспечение, которое будет фильтровать эти мычания, еще предстоит написать. Это касается обычного текста. Но сейчас все чаще в Интернете приходится заполнять различные формы. Тут нужно или называть вслух имена полей ввода, что хлопотно, или сначала щелкать мышкой по полю, а потом говорить его содержимое. А есть ли пользователи, плохо владеющие клавиатурой? В любом случае на ближайшие несколько лет клавиатура останется тем, чем она является сейчас.

Параметры и характеристики. Клавиатуры отличаются одна от другой рядом параметров.

Механизм клавиш. Существуют три основных типа механизма клавиш: мембранный; полумеханический; механический, с кликом или без него. Этот параметр в значительной степени определяет цену модели. Так, мембранные клавиатуры дешевле механических в несколько раз.

Мембранные клавиатуры. Название связано с тем, что при нажатии клавиши замыкаются две мембраны. Возврат клавиши осуществляется резиновым куполом (с «шахтой» в центре). Мембраны обычно выглядят как диски на пластиковой пленке, выполненной печатным способом. Для разделения мембран служит промежуточная пленка с отверстиями. Конструкция хорошо защищена, например, от пролитого кофе. В более защищенной реализации все выглядит как единый резиновый коврик с выступающими куполами, расположенными под клавишами.

Полумеханические клавиатуры. В этих клавиатурах используются более долговечные и не протирающиеся металлические контакты. Все это размещается на печатной плате. Клавиша возвращается резиновым куполом.

Механические клавиатуры. В механических клавиатурах клавиша возвращается пружиной. Минусы такого механизма: отсутствие герметичности и дороговизна. Например, очистка от пролитого кофе займет немало времени. Есть модели с защитой, но они еще дороже. Плюсом являются долговечность и надежность, особенно когда контакты позолочены.

Тактильные параметры. К ним можно отнести жесткость клавиш и длину хода. Жесткость клавиш определяется силой нажатия на них. Нормальной считается величина 55 г. Жесткая клавиатура не дает возможность быстро и легко набирать текст. Слишком мягкая, наоборот, наставит лишних символов при случайном легком касании. Средняя длина хода (англ. - travel distance) клавиши считается 3,5 мм. Если Вы бегло набиваете текст, то, видимо, предпочтете более короткий ход. Оба параметра определяются вкусом пользователя и осмысленно выбираются только после накопления личного опыта.

Еще один тактильный параметр - наличие или отсутствие клика. В буквальном переводе клик (англ, click) - щелчок. Под его наличием понимают существование тактильного (т. е. осязательного) барьера, появляющегося на середине нажатия и преодолеваемого со щелчком. Реализуется дугообразной тонкой пластиной под клавишей, которая «рывком» прогибается. Клик позволяет точно чувствовать, что клавиша нажата и не пропускать буквы при быстром наборе. Обычно клик встречается у механических клавиатур (так как мало изменяет их стоимость), но изредка встречается и у клавиатур других типов.

Раскладка кириллицы, т. е. расположение букв на клавишах бывает двух типов.

  • 1. Windows (Russian, Русская в свойствах). Распознается по расположению буквы Е в левом верхнем углу.
  • 2. Машинописная (Russian typewriter). Распознается по расположению буквы Е в правом нижнем углу. Машинописная раскладка, согласно названию, повторяет клавиши пишущей машинки.

Русская (Russian) появилась одновременно с ОС Windows. По сравнению с Машинописной в нее были внесены небольшие, но эффективные усовершенствования. Например, почти не используемая буква Ё была перенесена в далекий угол, а на ее место поместили клавишу с часто используемыми точкой и запятой. В машинописной раскладке они вынесены на верхний ряд и вводятся через верхний регистр. Раскладка Russian более распространена.

По производителям картина довольно пестрая. Некоторые наносят только Russian-раскладку («Microsoft», «Genius»), другие - обе («Industrial Adapters»), предоставляя пользователю выбор. У ряда производителей раскладки привязаны к моделям (ВТС). Другие же наносят только машинописную раскладку («Chicony»).

Клавиатура может включать группы дополнительных клавиш. Это могут быть интернетовские, мультимедийные и другие клавиши.

Компактность клавиатуры. Клавиатура занимает много места на столе. Поэтому интересны любые решения, уменьшающие размер клавиатуры, естественно, не за счет удобства работы (например, уменьшенные клавиши). Второй проблемой является расстояние, которое приходится преодолевать правой руке при движении к мыши и обратно.

Цифровой блок в основном нужен для табличных расчетов. Большинству же пользователей достаточно цифр в верхнем ряду клавиш. Поэтому для приближения мыши было бы естественно пожертвовать этим блоком. Такое решение, однако, будет ущербным, поскольку некоторые программы используют эти клавиши как функциональные, например в играх, в шоткатах операционной системы ХУтёошБ, в нортоновском коммандере. Поэтому идеальным решением представляются клавиатуры с подключающимся отдельным цифровым блоком, который можно отодвинуть, пока он не нужен. Такие блоки есть, но они и соответствующие расширяемые клавиатуры очень дороги.

Манипуляторы

В последнее время все распространенные операционные системы используют графическую оболочку - графический человеко-машинный интерфейс. Важное преимущество графических оболочек - возможность инициализации многих команд без длительного ввода их с клавиатуры. Управление с помощью несложных процедур указания (выбор, щелчок) на объекте в виде пиктограммы, символа или пункта меню - зачастую позволяет обходиться без использования клавиатуры. Для выполнения таких действий служат устройства ме-стоуказания, другое их название - манипуляторы.

Мышь как датчик перемещения была изобретена в 1968 г. Дугласом Энгельбартом. В конце 1970-х гг. она стала неотъемлемой составляющей компьютера Apple Macintosh, поскольку именно этот компьютер изначально был укомплектован полноцветным графическим интерфейсом, где пользователь отдавал команды, щелкая мышью по значкам-пиктограммам. В составе IBM-совместимых ПК мышь появилась в середине 1980-х гг.

Мышки бывают с двумя и тремя кнопками. Вообще-то практически для всех случаев жизни на мышке достаточно двух кнопок. Делом вкуса является также цвет и дизайн корпуса мышки.

По принципу действия мыши подразделяются на оптикомеханические и оптические.

Оптико-механическая мышь состоит из следующих основных элементов (рис. 3.12).

фотоэлемент

диск

с прорезями

источник

света

валик

вертикального

перемещения

вращающийся

шар

диск

с прорезями

фотоэлемент

валик

горизонтального

перемещения

источник света

Рис. 3.12. Принцип действия оптико-механической мыши

ведущий валик

В нижней плоскости корпуса мыши находится отверстие, которое открывается поворотом пластмассовой шайбы. Под шайбой находится шарик диаметром 1,5-2 см, изготовленный из металла с резиновым покрытием. В непосредственном контакте с шариком находятся валики. Причем только один из них служит для управления шариком, а два других валика - механические передвижения мыши. При перемещении мыши по коврику шарик приходит в движение и вращает соприкасающиеся с ним валики. Оси вращения валиков взаимно перпендикулярны. На этих осях установлены диски с прорезями, которые вращаются между двумя пластмассовыми цоколями. На одном цоколе находится источник света, а на другом - фоточувстви-тельный элемент. С помощью такого фотодатчика точно определяется относительное перемещение мыши. С помощью двух датчиков определяется направление перемещения мыши (по последовательности освещения фоточувствительных элементов) и скорость перемещения в зависимости от частоты импульсов. Импульсы с выхода фоточувствительных элементов преобразуются в совместимые с ПК данные и передаются на материнскую плату.

Оптическая мышь. В первых подобных устройствах вместо крутящегося шарика использовался луч света, сканирующий координатную сетку, нанесенную на специальную подложку (коврик). В этих устройствах использовалось две пары светодиодов и фотодетекторов, устанавливаемых на задней стенке. Одна пара ориентирована под прямым углом по отношению к другой. Подложка покрыта перекрывающимся множеством желтой и голубой координатных сеток. Каждая пара светодиодов и фотодетекторов определяла движение в обоих направлениях при прохождении через соответствующие риски сетки. Отсутствие движущихся частей в таком устройстве повысило его надежность. Одним из главных недостатков была полная зависимость от коврика.

Второе поколение оптических мышей стало более приспособленным для обычных условий: специальная камера сканирует поверхность, по которой двигается мышь (поверхность подсвечивается специальным светодиодом), сенсор считывает полученную информацию и передает процессору, который по исходным данным определяет изменение рисунка и высчитывает скорость и направление движения мыши. При этом за счет большой частоты сканирования (более тысячи раз в секунду) достигается высокая точность.

Помимо традиционных мышек, подключенных к компьютеру тоненьким кабелем, выпускаются беспроводные мышки, передающие информацию с помощью инфракрасных или радиолучей.

Появились гироскопические мыши. Мышь, оснащенная гироскопом, распознает движение не только на поверхности, но и в пространстве: ее можно взять со стола и управлять движением кисти в воздухе.

Основные характеристики. «Мышь» характеризуется в основном разрешением, которое измеряется в сфн, т. е. количество просканированных точек поверхности при перемещении на 1 дюйм. В последнее время добавилась пользовательская характеристика - количество дополнительных кнопок и возможность их программирования, т. е. назначение им каких-либо функциональных возможностей (запуск и закрытие программ, скроллинг текста и т. д.).

Трекбол мало чем отличается от мышки. В сущности, это та же самая мышка, но перевернутая «вверх ногами», точнее - перевернутая вверх шаром. Если мышку надо возить по столу и, катая шарик, управлять перемещением маркера на экране, то в трекболе надо просто крутить пальцами или ладонью сам шарик в разные стороны.

В портативных компьютерах трекбол нередко встраивается рядом с клавиатурой либо пристегивается сбоку или спереди клавиатуры компьютера. Впрочем, и для настольных компьютеров выпускаются клавиатуры с «встроенным трекболом».

Мышки вообще, как правило, более удобны, чем трекболы, но трекболы требуют меньше свободного места на рабочем столе. И если стол завален документами, книгами, чертежами, найти свободное место для мышки порой оказывается непросто.

Тачпад (англ. - touch pad) - сенсорная панель для управления ноутбуком. Управление «указателем» осуществляется за счет перемещения пальца по поверхности устройства. Предложена для этих целей она была еще в 1988 г. Джорджом Герфидом. Фирма «Apple» начала использовать такую панель в своих ноутбуках с 1994 г.

Работа тачпадов основана на измерении емкости между пальцем и сенсорами. Емкостные сенсоры расположены вдоль вертикальной и горизонтальной осей тачпада, что позволяет определить положение пальца с нужной точностью. Поскольку работа устройства основана на измерении емкости, тачпад не будет работать, если водить по нему каким-либо непроводящим предметом, например основанием карандаша. В случае использования проводящих предметов тачпад будет работать только при достаточной площади соприкосновения. Влажные пальцы затрудняют работу тачпада.

Тачпады являются устройствами с довольно низким разрешением. Это позволяет использовать их в повседневной работе за компьютером (офисные приложения, веб-браузеры, логические игры), однако существенно усложняет работу в графических редакторах. Их практически невозможно использовать в динамических играх.

Тачпад не имеет такого большого значения в ноутбуках, которые предполагается использовать в офисе или дома - он предназначен для ноутбуков с которыми Вы будете работать в дороге, так как использовать в подобных условиях мышку не всегда удобно.

У тачпадов есть и ряд других преимуществ, по сравнению с другими манипуляторами:

  • • не требуют большого пространства (в отличие от мыши или графического планшета)
  • • расположение тачпада фиксировано относительно клавиатуры (в отличие от мыши);
  • • для перемещения курсора на весь экран достаточно лишь небольшого перемещения пальца (в отличие от мыши или крупного графического планшета);
  • • с помощью одного тачпада (не прикасаясь к кнопкам) можно выполнять часть манипуляций левой кнопки мыши: короткое касание - щелчок; двойное короткое касание - двойной щелчок; незавершенное двойное касание с последующим перемещением - перемещение объекта или выделение;
  • • отдельные участки тачпада (полоска справа и сверху/снизу) могут быть использованы для вертикальной и горизонтальной прокрутки.

Тачпады могут имитировать нажатие правой кнопки и колесика без использования дополнительных кнопок:

  • • прокрутка - нажатие двумя пальцами и перемещение;
  • • правая кнопка - короткое нажатие двумя пальцами;
  • • увеличение/уменьшение - стягивание или растягивание двух пальцев на поверхности тачпада друг относительно друга;
  • • переворот - изменение плоскости положения двух пальцев на тачпаде в требуемом направлении;
  • • перелистывание - легкое касание в движении слева направо или наоборот тремя пальцами.

Также имеются различные жесты трех и четырех пальцев, определенным образом интерпретируемые компьютером.

Джойстик (англ, joystick: joy + stick - веселая палочка) - устройство ввода информации в электронное устройство, манипулятор, часть интерфейса пользователя. Служит для изменения позиции элемента интерфейса (в частности, курсора), а также для перебора элементов списков. Является одним из стандартных средств ввода для компьютеров и многих мобильных телефонов. Широкое применение получил в компьютерных играх. Представляет собой рычаг на основании, который можно перемещать в одном, двух, трех плоскостях. На рычаге обычно располагаются кнопки и переключатели различного назначения.

По количеству степеней свободы и, соответственно, плоскостей, в которых возможно изменение положения контролируемого объекта, джойстики подразделяются на:

  • • одномерные (управление перемещением объекта либо вверх-вниз, либо влево-вправо);
  • • двухмерные (управление объектом в двух плоскостях);
  • • трехмерные (управление объектом во всех трех плоскостях), наибольшее применение нашли в системах автоматизированного проектирования и трехмерного моделирования, однако сейчас проникают и в игровую сферу.

Джойстики можно разделить на два вида:

  • • дискретные- сенсоры таких джойстиков могут принимать два значения: «О» или «1», включен/выключен и т. д. При этом каждое нажатие выдает один управляющий импульс и смещает курсор на одну позицию (длительное нажатие приводит к автоповтору команды), диапазон смещения курсора при этом неограничен и определяется только количеством нажатий. Джойстики такого типа считаются устаревшими в ПК, но широко применяются в простых игровых приставках, мобильных телефонах и прочих устройствах.
  • • аналоговые - у таковых выходной сигнал плавно меняется от нуля до максимума в зависимости от угла отклонения рукоятки: чем больше рукоять отклонена, тем больше уровень сигнала. Диапазон перемещения курсора ограничен ходом ручки джойстика и разрешением примененных сенсоров. После калибровки подобные джойстики можно применять для указания абсолютной позиции курсора.

В свою очередь аналоговые джойстики делятся на три типа.

  • • С аналоговым датчиком. Включает в себя потенциометр (переменный резистор) и аналогово-цифровой преобразователь. Преимущества: нет особых требований к механике. Недостатки: требователен к качеству питания и АЦП. Механический датчик при этом недостаточно долговечен. В некоторых джойстиках применяются долговечные бесконтактные датчики: магниторезистивные и датчики на эффекте Холла. Интересно, что в игровом порту АЦП находится в компьютере, а не в джойстике.
  • • С цифровым датчиком. В таких джойстиках используются энкоде-ры (оптические датчики в состав которого входит зубчатое колесо, при вращении пересекающее луч от светодиода к фотодиоду). Преимущества: очень четкий ход, датчик практически вечен. Недостатки: чтобы датчик имел достаточное количество шагов дискретности (примерно 500 шагов на движение джойстика от края до края), нужен или дорогой высокоточный энкодер, или качественный редуктор (мультипликатор).
  • • С оптическим датчиком. Такие джойстики действуют аналогично оптической мыши и совмещают высокую точность с высокой надежностью. Недостаток: применимо только для устройств с небольшим ходом ручки.

Джойстики для ПК подключаются к компьютеру через игровой порт или и8В. В первых игровых приставках джойстики подключались через специализированный разъем, поэтому джойстик для одной приставки не подходил для другой приставки или для ПК. В настоящее время джойстики имеют стандартный интерфейс и разъем иЭВ, поэтому могут подключаться и к приставке, и к персональному компьютеру.

Л-пойнтер. В самых портативных компьютерах в качетсве устройства местоуказания используют крошечный пойнтер - небольшой цветной штырек, торчащий среди клавиш на клавиатуре, который, словно джойстик, можно нажимать в разные стороны. Самое последнее новшество в портативных компьютерах - в качестве указателя используется клавиша с буквой I Это клавиша - «.[-пойнтер» - служит джойстиком, воспринимающим нажатия в разные стороны, а окружающие клавишу «J» другие буквенные клавиши выполняют роль кнопок отсутствующей мышки или трекбола.

Дигитайзер (от англ, digitizer - оцифровыватель) - устройство для преобразования готовых изображений (чертежей, карт) в цифровую форму. Представляет собой плоскую панель - планшет, располагаемый на столе, и специальный инструмент - перо, с помощью которого указывается позиция на планшете. При перемещении пера по планшету фиксируются его координаты в близко расположенных точках, которые затем преобразуются в компьютере в требуемые единицы измерения.

В современных планшетах его основной рабочей частью является сеть из проводов (или печатных проводников). Эта сетка имеет достаточно большой шаг (3-6 мм), но механизм регистрации положения пера позволяет получить шаг считывания информации намного меньше шага сетки.

По технологии изготовления дигитайзеры делятся на два типа: электростатические и электромагнитные. В электростатических планшетах регистрируется локальное изменение электрического потенциала сетки под пером. В электромагнитных перо излучает электромагнитные волны, а сетка служит приемником. В обоих случаях на перо должно быть подано питание.

Фирма «Wacom» создала технологию на основе электромагнитного резонанса, когда сетка и излучает, и принимает сигнал, а перо лишь отражает его. Поэтому в таком устройстве запитывать перо не нужно.

Также есть планшеты, в которых нажим пера улавливается за счет пьезоэлектрического эффекта. При нажатии пера в пределах рабочей поверхности планшета, под которой проложена сетка из тончайших проводников, на пластине пьезоэлектрика возникает разность потенциалов, что позволяет определять координаты нужной точки. Такие планшеты вообще не требуют специального пера и позволяют чертить на рабочей поверхности планшета как на обычной чертежной доске.

Основной характеристикой планшета является разрешение -шаг считывания информации. Разрешение измеряется числом линий на дюйм (англ, lines per inch, lpi). Кроме координат пера в современных графических планшетах также могут определяться давление пера на рабочую поверхность, наклон, направление и сила сжатия пера рукой. Эта особенность позволяет моделировать нажатие на кисть или перо при работе с соответствующими графическими программами.

Распространенными параметрами являются разрешение порядка 2 400 lpi и 256 уровней градации к силе нажатия.

Графические планшеты применяются для создания изображений на компьютере способом, максимально приближенным к тому, как создаются изображения на бумаге. Некоторые программы мгновенного обмена сообщениями позволяют пользователю, имеющему графический планшет, интерактивно демонстрировать рисуемое изображение своему абоненту.

Конструктивно планшеты бывают жесткими и гибкими. От того, для каких работ Вы выбираете дигитайзер, зависит его формат. Размер рабочего поля обычно от 6 х 8 дюймов до 44 х 62 дюйма.

Для подключения планшета обычно используется последовательный порт. Электрическое питание для дигитайзера подается при помощи встроенного или выносного блока питания, а в отдельных моделях - по последовательному порту.

Жесткий диск

В составе современного ПК всегда есть жесткий диск (англ. hard disk drive - HDD), представляющий собой энергонезависимое хранилище информации (данные не теряются даже при отключении от источника питания). По основным принципам работы он относится к магнитным накопителям.

До появления жестких дисков на арене магнитных накопителей большой популярностью пользовались дискеты, или накопители на гибких магнитных дисках (НГМД - англ, floppy disk drive - FDD). История их создания уходит в 1970-е гг. В настоящее время дискеты из обращения практически исчезли, как еще раньше исчезли магнитные ленты. Жесткий диск является сегодня основным устройством хранения больших объемов информации на персональном компьютере.

Принципы работы магнитных запоминающих устройств основаны на способах хранения информации с использованием магнитных свойств материалов. Как правило, магнитные запоминающие устройства состоят из собственно устройств чтения/записи информации и магнитного носителя, на который непосредственно осуществляется запись и с которого считывается информация. Общая технология магнитных запоминающих устройств состоит в намагничивании переменным магнитным полем участков носителя и считывания информации, закодированной как области переменной намагниченности.

Работа дисковых магнитных устройств заключается в записи информации на носитель по концентрическим замкнутым дорожкам с использованием физического и логического цифрового кодирования информации. Плоский дисковый носитель вращается в процессе чтения/записи, чем и обеспечивается обслуживание всей концентрической дорожки. Чтение и запись осуществляются при помощи магнитных головок чтения/записи, которые позиционируют по радиусу носителя с одной дорожки на другую.

В современных жестких дисках чаще всего используется технология так называемой перпендикулярной магнитной записи, которая гарантирует высокую плотность записи, а значит, и больший объем хранимой информации. Для записи информации, как правило, используют различные методы кодирования, но все они предполагают использование в качестве информационного источника не само направление линий магнитной индукции элементарной намагниченной точки носителя, а изменение направления индукции в процессе продвижения по носителю вдоль концентрической дорожки. Головки представляют собой два или более магнитных управляемых контура с сердечниками, на обмотки которых подается переменное напряжение. Изменение полярности напряжения вызывает изменение направления линий магнитной индукции магнитного поля и, при намагничивании носителя означает смену значения бита информации с 1 на 0 или с О на 1. При этом совершенно неважно, происходит ли перемена магнитного потока от положительного направления к отрицательному или обратно, важен только сам факт перемены полярности. Такой принцип требует жесткой синхронизации потока бит, что и достигается методами кодирования.

Первый накопитель на жестких дисках был создан в 1973 г. по технологии фирмы 1ВМ и имел кодовое обозначение «30/30» (двухсторонний диск емкостью 30+30 Мбайт), которое совпало с названием известного охотничьего ружья «винчестер». По этой причине накопители на жестких дисках получили название «винчестер». В 1979 г. Ф. Коннер и А. Шугарт организовали производство первых компактных жестких пятидюймовых дисков емкостью 6 Мбайт, которые могли применяться в персональных компьютерах.

Несмотря на большое разнообразие моделей винчестеров, принцип их действия и основные конструктивные элементы одинаковы. На рис. 3.13 показаны основные элементы конструкции накопителя на жестком диске:

  • • магнитные диски;
  • • головки чтения/записи;
  • • механизм привода головок;
  • • двигатель привода дисков;
  • • печатная плата с электронной схемой управления.

Конструктивно типовой накопитель состоит из герметичного корпуса (гермоблока) и платы электронного блока. В гермоблоке размещены все механические части, на плате - вся управляющая электроника. Внутри гермоблока установлен шпиндель с одним или несколькими магнитными дисками. Под ними расположен двигатель. Ближе к разъемам, с левой или правой стороны от шпинделя, находится поворотный позиционер магнитных головок. Позиционер соединен с печатной платой гибким кабелем. Электронный блок содержит схемы управления головками, дисками и интерфейсную часть, называемую контроллером жесткого диска. Кроме этого, в разъем материнской платы вставляется блок интерфейсного адаптера с которым схемы накопителя соединяются при помощи комплекта шлейфов.

Крепление крышки корпуса

Шпиндельный

двигатель

Головки

Солиноидный привод головок

Интерфейсный

разъем

Диски

Разъем

питания

Рис. 3.13. Основные элементы конструкции накопителя на жестких дисках

Подложки магнитных дисков первых винчестеров изготовлялись из алюминиевого сплава с добавлением магния. В современных моделях в качестве основного материала для дисковых пластин используется композиционный материал из стекла и керамики с малым температурным коэффициентом расширения, что делает их менее восприимчивыми к изменениям температуры, более прочными. Магнитные диски выпускаются следующих размеров (дюймы) 3,5; 5,25; 2,5; 1,8.

Габаритные размеры винчестеров стандартизованы по параметру, называемому формфактор (form-factor). Например, все HDD с диском 3,5 дюйма имеют стандартные размеры корпуса 41,6 х 101 х 146 мм. Основные типоразмеры других жестких дисков приведены в табл. 3.2.

Таблица 3.2

Основные типоразмеры жестких дисков.

Размер HDD, дюймы

Типичные габариты, мм

2,5

70 х 9,5 х ЮО

1,8

54 х 7 х 70

1

30 х 5 х 40

0,8

24 х 4 х 30

Головки чтения/записи предусмотрены для каждой стороны диска. Когда накопитель выключен, головки касаются диска. Форма головкам придается в виде крыла и крепятся они на серпообразный поводок. При раскручивании дисков возрастает аэродинамическое давление воздуха на головки, что приводит к их отрыву от рабочих поверхностей дисков. При работе они «летят» над поверхностью дисков в воздушном потоке. Чем ближе располагается головка к поверхности диска, тем выше амплитуда воспроизводимого сигнала. Зазор между головками и поверхностями дисков составляет 0,05-0,08 мм. Очевидно, что подъемная сила зависит от давления воздуха на головки. Оно же в свою очередь, зависит от внешнего атмосферного давления. Поэтому некоторые производители указывают в спецификации на свои устройства предельный потолок эксплуатации (например, 3 000 м).

Долгое время в накопителях на жестких дисках использовались ферритовые головки. На смену им пришли МЮ-головки (англ. те1а11 in gap - MIG) - головки с металлом в зазоре, что позволило использовать носители с рабочим слоем на основе тонких пленок. Все возрастающие требования к емкости жестких дисков привели к появлению тонкопленочных головок (англ, thin film - TF). Формируемые с помощью этих головок на рабочей поверхности диска участки остаточной намагниченности имеют четкие границы, что приводит к высокой плотности записи данных. В результате дальнейшего совершенствования конструкции и характеристик тонкопленочных головок появились магниторезистивные (англ, magneto-resistive - MR) головки, которые в настоящее время используются в большинстве накопителей. Каждая такая головка состоит из двух элементов: записывающей головки и магниторезистивной считывающей головки. Записывающая головка - это миниатюрный электромагнит, состоящий из сердечника и катушки индуктивности. В разрезе между полюсами сердечника создается магнитное поле нужной направленности, которое и намагничивает рабочую поверхность диска, создавая магнитный домен с заданным направлением намагниченности. Головка чтения представляет собой магниторезистивный элемент, который меняет сопротивление в присутствии магнитного поля.

Механизм привода головок обеспечивает их перемещение от центра дисков к краям и фактически определяет надежность накопителя, его температурную стабильность и вибрационную устойчивость. Все существующие механизмы привода головок делятся на два основных типа: с шаговым двигателем и подвижной катушкой.

В системах с шаговым механизмом (шаговым двигателем) головки перемещаются на определенную величину, соответствующую расстоянию между дорожками. Дискретность шагов зависит от характеристик шагового двигателя.

В системах с линейным приводом головки перемещаются электромагнитом и подвижной катушкой, а для определения необходимого положения служат специальные сервисные сигналы, записанные на носитель при его производстве и считываемые при позиционировании головок. Во многих устройствах для серво-сигналов используется отдельная целая поверхность и специальная головка или оптический датчик. Такой способ организации серво-данных носит название выделенная запись серво-сигналов. Если серво-сигналы записываются на те же дорожки, что и данные, а чтение производится теми же головками, что и чтение данных, то такой механизм называется встроенная запись серво-сигналов. Выделенная запись обеспечивает более высокое быстродействие, а встроенная повышает емкость устройства.

Линейные приводы перемещают головки значительно быстрее, чем шаговые, кроме того, они позволяют производить небольшие радиальные перемещения «внутри» дорожки, давая возможность отследить центр окружности дорожки. Этим достигается положение головки, наилучшее для считывания с каждой дорожки, что значительно повышает достоверность считываемых данных. Кроме всего прочего, этот механизм оказывается не столь шумным, как привод с шаговым двигателем.

У накопителей с приводом на шаговом двигателе среднее время доступа к данным значительно больше, чем у накопителей с приводом на подвижной катушке. По этой причине привод с шаговым двигателем нашел основное применение в дисководах для гибких магнитных дисков и в накопителях на жестких дисках малой (до 100 Мбайт) емкости.

Современные диски имеют функцию автоматической парковки, т. е. головки при включении и выключении ПК устанавливаются в безопасное положение. Это так называемое «парковочное». Там обычно не записано никакой информации, это специальная «посадочная зона» (landing zone). Для фиксации привода головок в этом положении в большинстве приводов используется маленький постоянный магнит. Когда головки принимают парковочное положение этот магнит соприкасается с основанием корпуса и удерживает их позиционер от ненужных колебаний. При запуске накопителя схема управления линейным двигателем «отрывает» фиксатор, подавая на двигатель, позиционирующий головки, усиленный импульс тока. В ряде накопителей используются и другие способы фиксации. В запаркованном состоянии накопитель можно транспортировать при достаточно плохих физических условиях (вибрация, удары, сотрясения), так как нет опасности повреждения поверхности носителя головками. В настоящее время на всех современных устройствах парковка головок накопителей производится автоматически внутренними схемами контроллера при отключении питания и не требует для этого никаких дополнительных программных операций, как это было с первыми моделями.

Печатная плата с электронной схемой управления и прочие узлы накопителя (лицевая панель, элементы конфигурации и монтажные детали) являются съемными. На печатной плате монтируются электронные схемы управления двигателем и приводом головок, схема для обмена данными с контроллером. Иногда контроллер устанавливается непосредственно на этой плате.

Диск разбит на дорожки (или треки), которые в свою очередь поделены на сектора. Две дорожки, равноудаленные от центра, но расположенные по разные стороны диска, называются цилиндрами.

Жесткий диск хранит информацию фиксированными порциями, которые называются блоками. Блок является наименьшей порцией данных, имеющей уникальный адрес на жестком диске. Размер блока является стандартным для всех жестких дисков - 512 байт. Место на диске, на которое записывается блок, называют сектором. Современные жесткие диски имеют различное количество секторов на дорожке в зависимости от того, внешняя ли это дорожка или внутренняя. Внешняя дорожка длиннее и на ней можно разместить больше секторов, чем на более короткой внутренней дорожке. Данные на чистый диск начинают записываться также с внешней дорожки.

Для того чтобы прочесть или записать нужную информацию в нужное место, необходимо представить адрес блока в качестве параметра команды, выдаваемой контроллеру жесткого диска. Для того чтобы однозначно адресовать блок данных, необходимо указать три числа (номер цилиндра, номер сектора на дорожке, номер головки). Такой способ адресации диска широко распространен и получил обозначение CHS (англ, cylinder, head, sector).

Жесткий диск - один из самых критичных компонентов персонального компьютера. Далеко не всегда удается своевременно отследить недостаточную производительность процессора или нехватку оперативной памяти. А вот информацию о состоянии жесткого диска владелец ПК при случае получает незамедлительно - системным сообщением о невозможности записать данные из-за нехватки дискового пространства. Именно с этим параметром - объемом HDD - сталкиваются чаще всего, вследствие чего делают простой вывод, что главным параметром накопителя является объем хранимых на нем данных, и при покупке нового обращают внимание только на него. Конечно, емкость жесткого диска - важный показатель, но не единственный. Бывает, что приобретение дополнительного жесткого диска огорчает покупателя: объем достаточен, но почему-то система стала работать медленнее, или совершенно не устраивает шум при работе. Чтобы предотвратить неверный выбор, рассмотрим, какие еще существуют параметры HDD.

Подключение жесткого диска к системе происходит посредством интерфейсов IDE либо SATA. Первый уже устарел, и сегодня он используется очень редко. Второй более прогрессивен. Существует в трех стандартах: Revision lx, 2х и 3*. Они отличаются скоростью передачи данных - 1,5,3 и 6 Гбит/с соответственно. Описанные параметры пропускной способности являются теоретически максимальными, для большинства применений достаточно скорости 1,5 Гбит/с.

Быстродействие винчестера характеризуется временем доступа к данным. Оно зависит от нескольких составляющих. Во-первых, от времени переключения между цилиндрами - это время, требуемое для перемещения головок на один цилиндр вперед или назад, во-вторых, от времени переключения головок, которое определяется тем, насколько быстро выполняется переключение между головками при чтении или записи, в-третьих, от задержки позиционирования - после того, как головка оказывается над желаемой дорожкой, она ждет появления требуемого сектора на этой дорожке.

Следующий важный параметр жесткого диска - объем кэш-буфера (буферной памяти). Существует большая разница между скоростью работы механики жесткого диска и скоростью работы интерфейса: например, при поиске нужного сектора затрачивается время на передвижение головки и его ожидание. По сути, кэш увеличивает скорость работы накопителя в системе. Максимальный объем кэш-буфера составляет 32 Мбайт, а самым распространенным можно считать 16 Мбайт. Бюджетные модели НПО поставляются с меньшей емкостью кэш-памяти, 8 Мбайт. Как показывают результаты тестов, в обычном домашнем ПК этот параметр проявляет себя только в отдельных случаях.

Важной характеристикой считается также скорость вращения. От нее напрямую зависит скорость чтения/записи жесткого диска. Самый высокий показатель - 10 000 об/мин. У большинства жестких дисков для настольных ПК она составляет 7 200 об/мин. Экономичные модели жестких дисков имеют скорость 5 400 об/мин, что позволяет снизить энергопотребление, хотя и несколько уменьшает производительность. Жесткий диск вращается непрерывно даже тогда, когда обращения к нему не происходит.

При работе с множеством файлов головка ищет информацию в разных секторах диска и на разных дорожках. Скорость, с которой рычаг перемещает головку, здесь важнее скорости вращения пластин. При чтении/записи одного большого файла информация располагается в соседних секторах и на соседних дорожках - на первое место выходят скоростные характеристики вращения пластин.

Для нормальной работы жесткого диска требуется определенный температурный режим. Если измерить нагрев НЭЭ при интенсивной работе, то он может достигать 60 °С. Для электронных компонентов это не столь критично, а вот магнитные пластины, которые служат носителями информации, к высокой температуре очень чувствительны. Это выражается в прямой зависимости количества часов наработки на отказ от режима эксплуатации: если режим не соответствует номинальному, то срок службы жесткого диска может уменьшиться в несколько раз. Соответственно, повышается риск потерять устройство вместе с хранящимися на нем данными. Причем повышенная температура приводит к появлению так называемых плохих (bad) секторов на пластинах, и восстановление информации в таких случаях может стать невозможным. Однозначных данных по оптимальному температурному режиму нет, производители указывают только общий диапазон (например, от 5 до 60 °С), но, руководствуясь исследованиями в этой области, можно утверждать, что оптимальная температура жесткого диска составляет 35-40 °С.

Жесткий диск нельзя никогда встряхивать. Это крайне опасно. Дело в том, что при встряхивании винчестера головки ударяются об поверхность диска и наносят микроскопические повреждения. При таких повреждениях в месте удара отслаиваются микрочастицы, которыми покрыта поверхность диска. Эти микрочастицы никуда с него не исчезают, а цепляются за головку диска и начинают царапать другие участки. Через некоторое время жесткий диск выходит из строя и восстановить информацию, расположенную на нем, становится невозможно. Примерно такая же ситуация происходит с жестким диском при разгерметизации, когда внутрь гермоблока попадает пыль.

Необходимо заметить, что гермоблок не является абсолютно герметичным так как соединяется с окружающей атмосферой при помощи специального фильтра (мембраны), уравнивающего давление внутри и снаружи камеры. Однако воздух внутри камеры максимально очищен от пыли. Малейшая пылинка, осевшая на диске, может стать причиной нестабильной работы винчестера и сможет даже поцарапать его. Именно поэтому винчестеры ремонтируют в определенных условиях.

Производители жестких дисков стараются максимально обезопасить гермоблок от попадания пыли. Но вскрыть жесткий диск очень легко. Можно вскрыть его, не только открутив болтики по периметру гермоблока жесткого диска, но и повредив мембрану защиты от перепадов атмосферного давления. Она находится там же, где и ось вращения дисков, и представляет собой полиэтиленовую наклейку. Ее можно повредить, просто поднажав на нее пальцем.

Герметичная камера предохраняет носители не только от проникновения механических частиц пыли, но и от воздействия электромагнитных полей.

Характеристикой жесткого диска является наработка привода на отказ - MTBF (англ, mean time between failure) - это время в часах, характеризующее надежность привода как технического устройства. Эта характеристика присуща всем видам аппаратуры. Современные модели приводов рассчитаны на безотказную работу в пределах 50-125 тыс. ч, а это почти на порядок превышает срок, в течение которого сам привод морально устареет.

В течение всего срока эксплуатации жесткого диска он не требует никакого ухода и обслуживания. В подшипники главного двигателя, приводящего в движение пластины винчестера, заложена смазка на весь срок службы, а узлов, требующих чистки или дополнительной смазки, на жестком диске нет. Поэтому ремонт вышедшего из строя винчестера производится лишь в исключительном случае, когда требуется восстановить информацию, записанную на жесткий диск. После временного восстановления работоспособности винчестера жесткий диск все равно заменяют.

Внешний жесткий диск

Рано или поздно, по мере заполнения жесткого диска ПК, перед пользователем встает задача: где хранить информацию. Наиболее рациональное решение - обзавестись внешним жестким диском, который обеспечит сохранность всех данных, а в случае необходимости предоставит быстрый доступ к ним.

Большинство пользователей считают, что жесткий диск расположен только внутри компьютера или ноутбука, и не догадывается о других вариантах его применения. В самом деле, память, предназначенная для ежедневной работы и хранения информации, находится в компьютере. Но многие согласятся, что оставлять в компьютере собственный архив не только нерационально, но и опасно. Ведь личные фотографии и видеоролики могут быть попросту похищены через беспроводную сеть или уничтожены вирусом. И тогда возникает мысль о съемных накопителях. Наиболее дешевым способом хранить данные в безопасном месте являются DVD. Их стоимость сравнительно невелика, но, увы, вместимость тоже. Скорость записи и чтения - и вовсе предмет отдельного разговора. Даже если у Вас современный оптический привод, не надейтесь на быстрое копирование и удаление данных с CD/DVD. Надежность оптических носителей - тоже вопрос спорный. С одной стороны, на диске информация защищена от вирусов, хотя с другой - достаточно небольшой царапины на его поверхности, чтобы важные сведения оказались навсегда утраченными.

Предпочтительный вариант - flash-накопители, однако на сегодняшний день максимум, что можно встретить в продаже, это устройства емкостью до 32 Гбайт. Для нескольких фильмов такого объема, может, и достаточно, но уж никак не для коллекции.

Единственная достойная альтернатива перечисленным носителям - внешние жесткие диски. Это устройства с объемом памяти от 120 Гбайт до нескольких терабайт и сравнительно высокой скоростью чтения/записи. Основные преимущества внешних HDD в том, что, в отличие от оптических дисков, они защищены от царапин и ударов, обладают практически неограниченным количеством циклов перезаписи и распознаются компьютером, как съемный диск. Стоят внешние жесткие диски дороже обычных внутренних HDD, но это с лихвой компенсируется удобством работы с ними и значительным объемом для хранения данных.

Внешние жесткие диски отличаются по типу носителя, а также по способу подключения к компьютеру. Сегодня в продаже можно найти внешние HDD на базе 3,5-дюймового диска и 2,5-дюмового. Основное различие между ними - в габаритах и объеме памяти.

  • 3,5-дюймовые HDD имеют большие габариты и большую емкость (до нескольких терабайт), чем 2,5-дюймовые устройства. Питаются
  • 3.5- дюймовые HDD чаще всего от электросети.
  • 2,5-дюймовые HDD представляют собой компактные и достаточно легкие устройства - их удобно носить с собой в сумке или в кармане одежды. Часто производители облачают их в эффектное покрытие из натуральной кожи. Получается не только внешний носитель, но и стильный аксессуар. Единственный недостаток
  • 2.5- дюймовых внешних HDD - ограниченный объем памяти, пока не превышающий 320 Гбайт. Но это может быть некритично для тех пользователей, которым не требуется хранение большого объема информации. 2,5-дюймовые внешние HDD питаются непосредственно от компьютера или ноутбука, будучи подключенными через USB-интерфейс. Отдельного источника питания им, как правило, не нужно.

К компьютеру внешние HDD подсоединяются различными способами. Наиболее распространенный - USB. Это делает устройство совместимым практически с любыми ПК и ноутбуками, которые легко распознают внешние жесткие диски без необходимости устанавливать какие-либо драйверы. Единственный недостаток такого подключения - сравнительно невысокая скорость передачи данных, ограниченная скоростью USB-интерфейса. Поэтому многие жесткие диски (особенно большого объема) в качестве альтернативы позволяют подключаться через порт FireWire, что заметно повышает скорость. Существуют и модели со встроенным сетевым адаптером Ethernet. Такое устройство подключается к локальной сети, и после настройки прав доступа данными с диска могут пользоваться коллеги. Отдельный разговор - подключение внешнего жесткого диска через беспроводную сеть. Для этого нужно соединить его с роутером Wi-Fi, после чего доступ к носителю получат все компьютеры домашней или офисной сети, без необходимости устанавливать кабельное подключение.

Любому покупателю важно знать, насколько адекватна скорость работы с внешними жесткими дисками. Вопрос вполне логичен, ведь те пользователи, для которых критична скорость, могут не покупать внешний HDD, а просто заменить встроенный винчестер на вариант с большим объемом. Скорость внешних жестких дисков и правда несколько ниже винчестеров внутреннего исполнения, особенно если Вы используете USB-подключение. Но это заметно лишь при копировании и перемещении данных большого объема. При просмотре видео или прослушивании музыки непосредственно с внешнего HDD разница в скорости совершенно не ощущается.

Внешние HDD и безопасность информации. Одним из поводов для покупки внешнего накопителя нередко становится стремление пользователей защитить свои данные от хакерских атак и посторонних взглядов. О том, что внешний накопитель является наиболее безопасным вариантом хранения информации, мы уже говорили. Теперь рассмотрим подробнее, за счет каких свойств внешнего HDD достигается высокий уровень защиты. Во-первых, такие диски можно подключать и отключать при необходимости. Сохранив нужные данные на ноутбуке или настольном ПК, внешний диск можно отключить, и в результате весь архив окажется недоступным для какого-либо влияния извне. Особая возможность внешних жестких дисков -автоматическое резервное копирование. Достаточно подсоединить накопитель к компьютеру, нажать нужную кнопку и моментально запустится процесс создания резервной копии тех или иных данных, находящихся на ПК. В дальнейшем, при возможной потере ноутбука или переустановке операционной системы, можно без труда восстановить утраченные сведения, загрузив их со съемного накопителя.

Нередко производители комплектуют свою продукцию специальными опциями, предотвращающими несанкционированный доступ к хранящимся данным. Кроме защиты паролем, это и криптошифр, и даже датчик отпечатков пальцев. Кстати, шифровать можно не только весь внешний HDD, но и отдельные его участки (файлы или папки). Для этого все доступное пространство разбивается на несколько логических дисков с помощью программ Partition Magic или Acronis Disk

Director, а затем шифруются только данные, находящиеся на том или ином логическом диске.

Выбор внешнего HDD. Остановимся подробнее на том, какие модели сегодня предлагают производители для разных групп пользователей.

Внешний HDD для школьника и студента. Главное требование к любой технике, которой будут пользоваться школьники и студенты, - надежность. Ведь молодежь ведет активный образ жизни, нередко попадает в разные переделки, с достоинством выдержать которые должен не только сам подросток, но и вся его «амуниция». Поэтому приобретать дорогой внешний HDD в данном случае - неоправданная трата денег. Лучше остановиться на модели среднего объема с хорошим соотношением цена/качества. Этот внешний HDD без труда поместится в карман или небольшую сумочку. Стоимость накопителя примерно 2 500 руб. за 320-500 Гбайт.

Хранилище корпоративных секретов. Представителям самых разных профессий нередко нужна возможность перенести объемные файлы с рабочего компьютера на домашний и обратно. Если определенную часть работы сотрудник выполняет дома, то сама компания заинтересована в том, чтобы ее результаты были безопасно доставлены на рабочий компьютер. Поэтому на внешние жесткие диски следует обратить внимание не только сотрудникам, но и IT-отделам компаний.

В помощь системному администратору. Еще одна категория людей, которым не обойтись без внешнего HDD, - системные администраторы. Как правило, этим специалистам приходится оперативно решать проблемы с компьютерами в разных частях офиса, а иногда и в разных частях города. Поэтому в его рюкзаке всегда найдется необходимый набор кабелей, флэшек, дисков с дистрибутивами программ и прочее. Основные требования к жесткому диску для системного администратора - большой объем, высокая надежность и широкий набор интерфейсов. Таким требованиям удовлетворяет 3,5-дюймовый накопитель с большим объемом (1-4 Тбайт), а кроме интерфейса USB поддерживает FireWire. Стоимость 1 Тбайт составляет около 4 000 руб.

Оптические диски

Последние несколько лет человечество ежегодно накапливает около пяти экзабайт (1018 байт) информации, и темпы продолжают расти. Это требует создания все более емких, быстрых и надежных устройств для хранения данных. Одно из многочисленных направлений в этой области - методы оптической записи с помощью лазера.

Сегодня трудно представить ПК или ноутбук без CD/DVD-привода, а наиболее передовая техника оснащается устройствами Blu-гау. И это лишь основные форматы оптических носителей, за которыми скрывается много разновидностей.

CD (англ, compact disc) компакт-диск - оптический носитель информации, данные с которого считываются с помощью лазера. Они предназначены для разных целей, в том числе для хранения архивов и передачи личной информации. Несмотря на то, что большинство таких дисков, по сути, одинаково, их функциональность и цена отличаются в зависимости от того, какой объем данных они способны хранить, на какой скорости читают и записывают информацию, а также от других параметров.

Компакт-диск был разработан в 1979 г. компаниями «Philips» и «Sony». Фирма «Philips» разработала общий процесс производства, основываясь на своей более ранней технологии лазерных дисков. «Sony», в свою очередь, использовала собственный метод кодирования сигнала РСМ (от англ, pulse code modulation - импульсно-кодовая модуляция), использовавшийся ранее в цифровых профессиональных магнитофонах. В 1982 г. началось массовое производство компакт-дисков на заводе в городе Лангенхагене под Ганновером (Германия). Выпуск первого коммерческого музыкального CD был анонсирован 20 июня 1982 г. История гласит, что на нем был записан альбом «The Visitors» группы ABBA.

Основу компакт-диска диаметром 12 см и толщиной 1,2 мм составляет слой оптически чистой поликарбонатной пластмассы - это нижняя сторона подложка (back layer). На нее нанесен тонкий слой алюминия, придающий диску необходимые отражающие свойства. От окисления и механических повреждений его защищает лакировка. Поверх лакового слоя печатается этикетка диска.

CD можно разделить на CD-R (от англ, recordable - «записываемые») и CD-RW (от англ, rewritable - «перезаписываемые»). На носители CD-R информацию можно записать только один раз. Это оптимальный вариант для тех, кто хочет хранить на CD небольшой архив музыки и видео, освободив от подобной информации жесткий диск домашнего ПК. Типичная емкость CD - 700 Мбайт.

Запись CD-R основана на «выжигании» лазером каждого бита информации на записывающем слое. Информация на диске записывается в виде спиральной дорожки из питов (англ, pit - углубление), выдавленных в поликарбонатной основе. Каждый пит имеет примерно 100 нм в глубину и 500 нм в ширину. Длина пита варьируется от 850 нм до 3,5 мкм. Промежутки между питами называются лендом (англ, land - пространство, основа). Шаг дорожек в спирали составляет 1,6 мкм. Принцип считывания информации лазером для всех типов носителей заключается в регистрации изменения интенсивности отраженного света. Лазерный луч фокусируется на информационном слое в пятно диаметром примерно 1,2 мкм.

Данные записываются на CD в виде последовательности впадин и интервалов между ними, образующей одну физическую информационную дорожку. Именно одну, в отличие от привычного способа записи на магнитные диски. Эта единственная дорожка представляет собой спираль, начинающуюся у центра диска и раскручивающуюся к его краю. Этим CD немного напоминает традиционную грампластинку, отличаясь от нее направлением спирали и бесконтактным способом считывания данных.

Привод CD-дисков состоит из платы электроники, шпиндельного двигателя, системы оптической считывающей головки и системы загрузки диска.

На плате электроники размещены все управляющие схемы привода, интерфейс с контроллером компьютера, разъемы интерфейса и выхода звукового сигнала. Большинство приводов использует одну плату электроники, однако в некоторых моделях отдельные схемы выносятся на вспомогательные небольшие платы.

Шпиндельный двигатель служит для приведения диска во вращение. Скорость прохождения диска под головкой должна быть постоянной. Для этого шпиндель меняет частоту вращения в зависимости от радиуса дорожки, с которой в данный момент считывает информацию оптическая головка. При перемещении головки от внешнего радиуса диска к внутреннему диск должен быстро увеличить скорость вращения примерно вдвое, поэтому от шпиндельного двигателя требуется хорошая динамическая характеристика. Двигатель используется как для разгона, так и для торможения диска.

На оси шпиндельного двигателя закреплена подставка, к которой после загрузки прижимается диск. Поверхность подставки обычно покрыта резиной или мягким пластиком для устранения проскальзывания диска. Прижим диска к подставке осуществляется при помощи шайбы, расположенной с другой стороны диска; подставка и шайба содержат постоянные магниты, сила притяжения которых прижимает шайбу через диск к подставке. В некоторых конструкциях для этого используются спиральные или плоские пружины.

Луч лазера испускается лазер-диодом. Проходя через систему линз, он фокусируется на областях спирали данных компакт-диска, двигаясь по траекториям, задаваемым сервоприводом, т. е. система перемещения головки имеет собственный двигатель, приводящий в движение каретку с оптической головкой при помощи зубчатой либо червячной передачи.

Считывающее устройство состоит (рис. 3.14) из полупроводникового лазера 1, светоделительной призмы 2 с объективом 3, фокусирующим луч на поверхности диска 4, и фотоприемника 5. Объектив снабжен приводами точной подстройки положения луча на информационной дорожке. Отраженный алюминиевой поверхностью диска луч призма направляет на фотоприемник. Если свет сфокусировался между питами (на ленде), то регистрируется максимальный сигнал, наличие которого интерпретируется как логическая единица. В случае если свет попадает на пит, регистрируется меньшая интенсивность света - фиксируется логический ноль.

Схема считывающего устройства СО-привода

Рис. 3.14. Схема считывающего устройства СО-привода

Система фокусировки представляет собой подвижную линзу, приводимую в движение электромагнитной системой voice coil (звуковая катушка), сделанной по аналогии с подвижной системой громкоговорителя. Изменение напряженности магнитного поля вызывает перемещение линзы и перефокусировку лазерного луча. Благодаря малой инерционности такая система эффективно отслеживает вертикальные биения диска даже при значительных скоростях вращения.

Система загрузки диска обычно с использованием выдвижного лотка {tray), на который кладется сам диск. Система содержит свой двигатель, приводящий в движение лоток, а также механизм перемещения рамы, на которой закреплена вся механическая система вместе со шпиндельным двигателем и приводом оптической головки, в рабочее положение, когда диск ложится на подставку шпиндельного двигателя.

При использовании обычного лотка привод невозможно установить в иное положение, кроме горизонтального. В приводах, допускающих монтаж в вертикальном положении (например, в ноутбуках), конструкция лотка предусматривает фиксаторы, удерживающие диск при выдвинутом лотке.

В настоящее время все большее распространение получают приводы с щелевой загрузкой. Такие системы содержат двигатель для втягивания и выброса дисков через узкую зарядную щель в передней панели.

На передней панели привода обычно расположены кнопка Eject для загрузки/выгрузки диска, индикатор обращения к приводу и гнездо для подключения наушников с электронным или механическим регулятором громкости. В ряде моделей добавлена кнопка Play/Next для запуска проигрывания звуковых дисков и перехода между звуковыми дорожками; кнопка Eject при этом обычно используется для остановки проигрывания без выбрасывания диска.

Современные CD-R могут использовать при записи мультисессию, т. е. позволяют дописать данные, если диск не был полностью заполнен при предыдущей записи.

CD-RW - технология многократной перезаписи с изменением фазового состояния. Перезаписываемые компакт-диски сегодня стали одними из самых выгодных носителей, пригодных и для оперативного хранения информации. Технология многократной перезаписи основана на изменении фазового состояния вещества рабочей поверхности диска при помощи лазера. На тех участках, где это вещество находится в аморфном состоянии, оно обладает высокой поглощающей способностью, а там, где оно в кристаллической форме, лазерный луч беспрепятственно проникает сквозь него, а затем отражается от следующего, отражающего, слоя. Для того чтобы перевести вещество в аморфное состояние, его сильно разогревают лазером, а затем быстро охлаждают. В итоге оно не успевает кристаллизоваться. А чтобы диск заново кристаллизовать, его снова нагревают - правда, до более низкой температуры, а затем медленно охлаждают. Кристаллическая решетка восстанавливается, и чувствительный слой становится прозрачным. При перезаписи происходит повторное изменение фазового состояния в соответствии с перезаписываемой информацией. Согласно обещаниям производителей, диски CD-RW рассчитаны более чем на 1 000 перезаписей.

Существуют двухслойные диски, позволяющие на один носитель записывать информации почти вдвое больше. Технология создания двухслойных дисков чуть более сложна: данные записываются в двух слоях - нижнем и верхнем. Работая на одной частоте, лазер считывает данные с одного слоя, работая на другой - получает данные с другого.

Самая важная характеристика этих накопителей - скорость передачи данных (англ, data transfer rate). Измеряется она в килобайтах в секунду и характеризует максимальную скорость, с которой привод способен пересылать данные при считывании с носителя информации в оперативную память компьютера.

Скорость работы оптического диска обычно обозначается как 1х, 2х и т. д. Однократной (1х) принято считать скорость, на которой производится считывание носителя формата Audio CD, она равняется 150 Кбайт/с. То есть если время звучания диска равно 45 минут, то и записываться он будет ровно столько же. Скорость вращения диска в таком приводе колеблется от 500 об/мин для внутренних областей до 200 оборотов для внешних. Современные носители CD позволяют записывать на скорости до 56х. Другими словами, 700 мегабайтный носитель можно записать буквально за пару минут. Чтобы реализовать эту возможность на практике, оптический привод компьютера должен поддерживать соответствующую скорость. При 50-кратной скорости частота вращения достигает 12 тыс. об/мин, что пока не используется даже в самых современных жестких дисках. Поток данных при этом составляет 7,2 Мбит/с.

С ростом скоростей возникают значительные вибрации диска, ухудшающие надежность считывания. Некоторые приводы при многократных ошибках чтения могут автоматически снижать скорость вращения диска. Центробежные силы, возникающие при разгоне до таких скоростей, могут вызвать повреждение или даже разрыв диска в приводе. Поэтому дальнейшее наращивание скоростей практически все производители приводов компакт-дисков признали нецелесообразным. В придачу не выдерживает никакой критики шум, издаваемый приводом на таких скоростях. Дошло до того, что некоторые пользователи стали выбирать дисководы 24-32 х. Пусть немного медленнее, зато тихо. Кроме того, появились специальные программы, позволяющие ограничивать скорость любого привода до желаемой.

В накопителях используется внутренний буфер данных (data buffer). Он используется для буферизации (кэширования) данных, поступающих с диска, для последующей непрерывной передачи их в память компьютера. За счет буфера несколько увеличивается скорость доступа к данным на носителе и немного повышается производительность всей системы в целом.

Запись дорожки CD должна производиться непрерывно. Для обеспечения такой записи опять таки используется буфер. Данные, которые Вы записываете, попадают из компьютера в этот самый буфер, а уже из него блоками записываются на диск. Если же буфер не пополняется данными вовремя, то в определенный момент он опустошается, и информация для записывающего устройства теряется. В результате Вы потеряете либо какую-то область диска, либо диск в целом.

Компакт-диски бывают не только круглой формы - если Вы хоть раз посещали компьютерную выставку, то наверняка встречали компакт-диски в форме визитки, а коллекционеры музыки скорее всего сталкивались с подарочными аудиодисками, выполненными в форме звездочки, снежинки или сердечка. Так называемые Shape CD в основном применяются для презентаций, потому что с введением произвольной формы уменьшается полезный объем информации. Более того, фигурные диски не рекомендуется использовать в быстрых компьютерных приводах - такой CD менее прочен и может банально лопнуть в процессе чтения.

DVD. Первое время аббревиатуру DVD расшифровывали как digital video disk - цифровой видеодиск. Дело в том, что DVD изначально разрабатывали для смены устаревшего VHS-формата (video home system - система домашнего видео - предусматривала запись видеосигнала на кассеты с магнитной лентой), и предназначался он для просмотра фильмов. Спустя некоторое время было решено оптимизировать диски DVD не только для мультимедийного использования, но и для компьютеров в качестве носителя информации. Поэтому приняли решение изменить название формата, не меняя аббревиатуры. Таким образом, DVD превратился в digital versatile disk - цифровой универсальный диск. Диски формата DVD появились в продаже в 1996 г. От CD такие диски отличаются прежде всего большей емкостью.

У DVD-дисков меньший диаметр питов, на дорожке они расположены с меньшим «шагом» и самих дорожек на диске гораздо больше. Использование насечек меньшего размера стало возможным благодаря применению лазера с меньшей длиной волны, посылающего более «плотный» луч. В то время как лазер в обычном устройстве CD-ROM имеет длину волны 780 нм, устройства DVD используют лазер с длиной волны 650 или 635 нм, что позволяет делать лучом в два раз больше насечек на одной дорожке и в два раза больше дорожек. Кроме того, поверхность диска, отведенная для хранений данных, немного больше, чем у CD-ROM. DVD предусматривает другой формат секторов и более надежный код коррекции ошибок. Все эти нововведения позволили достичь примерно в семь раз большей емкости дисков DVD, чем традиционных CD. На одну сторону DVD-носителя можно записать в несколько раз больше информации, чем на CD, а именно 4,7 Гбайт.

За время своего существования технология DVD прошла длинный путь эволюции. В результате пользователю стало доступно несколько типов таких дисков. Одноразовые записываемые DVD называются DVD-R или DVD+R. По аналогии с CD-R они предназначены для однократной записи данных. Для потребителя существенной разницы между дисками с индексами «+» и «-» нет. Считается, что диски с индексом «+» лучше покупать в том случае, если Вы планируете использовать их в компьютерах, тогда как диски с индексом «-» совместимы с большинством DVD-проигрывателей старого поколения. Перезаписываемые DVD+RW аналогичны накопителям CD-RW - они позволяют записывать данные многократно. Максимальный объем -также 4,7 Гбайт. Особо можно выделить носители DVD-DL (double layer) - двухслойные диски. В отличие от обычного однослойного диска, на таком носителе содержатся два рабочих слоя, предназначенных для записи информации. Соответственно, объем вдвое больше и составляет 7,9 Гбайт. Кроме того, существуют носители формата DVD-RAM. Данная технология позволяет работать с диском как с дискетой или flash-накопителем, т. е. свободно записывать и стирать любые данные. Приводы DVD-RAM обычно позволяют читать диски формата DVD±RW, DVD-ROM и CD. Обратная совместимость поддерживается не каждым приводом: некоторые устройства не могут работать с дисками DVD-RAM, некоторые могут их читать, а некоторые способны и читать, и писать носители данного формата. Носители DVD-RAM не очень популярны и распространены мало.

При разработке приводов для чтения DVD были учтены возросшие требования к скорости чтения/записи компакт-дисков - за основу была взята одинарная скорость (1х), равная 1,385 Мбайт/с, что примерно в 9 раз больше одинарной «CD-скорости». При этом сегодня можно приобрести привод, способный записывать на скорости 22х, что соответствует скорости передачи данных 29 Мбайт/с.

Blu-ray disc, BD (англ, blue ray - синий луч и disc), - формат оптического носителя, используемый для записи и хранения цифровых данных, включая видео высокой четкости с повышенной плотностью. Blu-ray получил свое название от использования для записи и чтения коротковолнового (405 нм) «синего» лазера. Коммерческий запуск формата Blu-ray прошел весной 2006 г. С момента появления формата и до начала 2008 г. у Blu-ray существовал серьезный конкурент - альтернативный формат HD DVD (создатель - компания «Toshiba»). По в течение двух лет многие крупнейшие компании отказались от использования HD DVD.

При том же диаметре, что и у CD/DVD, носитель Blu-ray позволяет записать 25 Гигабайт информации на один слой, а на двухслойных дисках можно хранить до 50 Гбайт. В дополнение к стандартным дискам размером 120 мм, выпущены варианты дисков размером 80 мм для использования в цифровых фото- и видеокамерах. Их объем достигает 15 Гбайт для двухслойного варианта.

Существуют две разновидности дисков Blu-ray. Первая называется BD-R (blu-ray disk recordable) и представляет собой одноразовые записываемые диски. Вторая - BD-RW (blu-ray disk rewritable), по аналогии с предыдущими поколениями оптических носителей это перезаписываемый диск. Для носителей Blu-ray максимальная скорость работы составляет 12х (54 Мбайт/с).

5 октября 2009 г. японская корпорация TDK сообщила о создании записываемого Blu-ray диска емкостью 320 Гбайт. Новый десятислойный носитель полностью совместим с существующими приводами.

Технология Blu-ray не лишена недостатков. Для создания Blu-гау-оборудования (дисков и приводов) приходится полностью модернизировать производственные линии, а значит - инвестировать деньги. Это влечет за собой высокую стоимость как приводов, так и дисков и сдерживает их популярность. Так, привод для ПК, позволяющий считывать диски Blu-ray, стоит от 4 тыс. руб. и выше, а цена однослойного диска данного формата составляет минимум 300 руб. (двухслойного - около 1 000 руб.).

Голографический многоцелевой диск (англ, holographic versatile disc - HVD) - разрабатываемая перспективная технология производства оптических дисков, которая предполагает значительно увеличить объем хранимых на диске данных по сравнению с Blu-ray.

Принцип записи на голографический диск, по данным фирмы «InPhase Technologies», заключается в следующем. Свет лазерного луча разделяется на два потока: сигнальный, который, собственно, и передает полезную информацию, и опорный, выполняющий служебные функции для отслеживания позиции чтения, наподобие системы CHS в обычном жестком диске. В месте, где эти потоки пересекаются в записываемом носителе, и формируется голограмма.

Кодирование данных в сигнальном потоке осуществляется при помощи так называемого пространственного светового модулятора (SLM), который преобразует данные из двоичного кода, состоящего из нулей и единиц в оптическую матрицу из светлых и темных пикселей, напоминающую шахматную доску. Данные объединены в массивы или страницы объемом порядка миллиона бит, точное число которых определяется модулятором SLM.

В месте пересечения опорного и сигнального потоков формируется голограмма, регистрируемая в светочувствительном слое носителя: в тех местах, куда проецируются светлые пиксели оптической матрицы, происходит химическая реакция, в результате чего и осуществляется запись голограммы. Изменяя угол опорного потока, длину волны или положение носителя, на одном и том же участке светочувствительного материала можно записать множество различных голограмм.

Принцип считывания данных тоже весьма прост: опорный луч, направленный на носитель, отражается от голограммы и реконструирует записанную информацию, которая проецируется на массив датчиков, способный параллельно считывать данные с нескольких голограмм. В использовании параллельного считывания и кроется секрет высокой скорости передачи данных.

Предполагаемая информационная емкость этих дисков - до 3,9 Тбайт, что сравнимо с 6 000 CD, 830 DVD или 160 однослойными дисками Blu-ray; скорость передачи данных - 1 Гбит/с.

Работы по созданию голографической памяти начались более 40 лет назад. Сегодня ряд компаний имеют законченные разработки и приступают к продаже своих первых коммерческих приборов.

Так, компания «InPhase Technology» на выставке NAB Show в Лас-Вегасе в апреле 2008 г. представила голографическую систему записи Tapestry, на разработку которой потратила более 8 лет, а в мае 2008 г. объявила о начале ее продаж. Система состоит из покрытых специальным материалом пластиковых дисков диаметром 120 мм, размещенных в картриджах. Голографические изображения наносятся на поверхность дисков с помощью голубого лазера с длиной волны 405 нм - аналогичным используемому в Blu-ray. Как утверждает компания «InPhase Technologies», такие диски могут служить до 50 лет. В данный момент они могут хранить 300, 800 Гбайт и 1,6 Тбайт данных.

Схожие наработки имеет компания «Maxell». В настоящее время фирма работает сразу в нескольких направлениях - разрабатываются диски различных размеров, начиная от совсем маленьких и заканчивая классическими 12-сантиметровыми носителями емкостью до 1,6 Тбайт.

Первое коммерческое изделие Optware, HVD Pro Series 1000 MAGNUM, будет хранить 200 Гбайт на диске, очень похожим на DVD и фактически совместимым с ним. Компания экспериментально проверила голографический дисковод емкостью до 3,9 Тбайт при скорости передачи 1 Гбайт/с (3,9 Тбайт сравнимо с 6 000 CD, 830 DVD или 160 однослойными дисками Blu-ray). Компания представила свою систему HVD в Европейскую ассоциацию производителей компьютеров (European Computer Manufacturers Association) для стандартизации и собирается представить ее в Международную организацию по стандартам ISO.

Стоимость дисководов сегодня составляет приблизительно 12 000-15 000 долларов, а голографических дисков - 120-150 долларов. Архивный ресурс гарантируется в течение 50 лет.

Одним из применений голографических дисков является, безусловно, профессиональная видеозапись, ведь эти диски позволяют записывать, редактировать, хранить и распространять видео на одних и тех же носителях.

Голографическая технология обеспечивает принципиально новый уровень защиты авторских прав на цифровой контент: хранение данных по всей глубине регистрирующего слоя усложняет пиратское тиражирование дисков, а для проверки подлинности диска с фильмом или компьютерной игрой могут использоваться голографические «водяные знаки».

Приводы оптических дисков могут иметь внутреннее и внешнее исполнение. Внутренние устанавливаются в свободный 5,25-дюймовый отсек компьютера, а внешние представляют собой автономное устройство, установленное в отдельном корпусе. Для подключения внутреннего привода необходимо разобрать системный блок. Подключить внутренний привод можно либо через интерфейс IDE, либо через SATA. IDE-разъем встречается на современных материнских платах редко и, как правило, в одном экземпляре, т. е. если в Вашем компьютере к нему уже подключено другое устройство (к примеру, жесткий диск), выход один - приобрести привод с интерфейсом SATA. Разъемов SATA на современных материнских платах достаточно для подключения нескольких устройств.

Внешний привод можно подключать и к домашнему ПК, и к ноутбуку. Подключаются внешние приводы по интерфейсу USB либо по FireWire, по ним же получают питание.

Хранение дисков. Как компакт-диски, так и их «наследники» DVD и BD по своей природе весьма хрупки, и чем бережнее Вы будете к ним относиться, тем больше шансов, что через несколько лет записанная на них информация все еще будет в целости и сохранности.

Имейте в виду, что для большинства типов дисков (если только они не имеют специального защитного покрытия) больший вред могут принести царапины на лицевой, а не на рабочей поверхности диска. Дело в том, что защитный слой со стороны картинки очень тонок. Поэтому, сильно процарапав красивую картинку на любимом диске с музыкой, будьте готовы к тому, что проигрыватель, проходя лазерным лучом через поврежденную область, будет в лучшем случае «заикаться», а в худшем просто зависнет. Если же это диск с данными, то их Вы скорее всего восстановить уже не сможете. Хранить их лучше всего в специальных коробках либо боксах. При этом желательно выбирать такие коробки, которые позволяют хранить диски в вертикальном положении, а не горизонтальном. Это исключает соприкосновение дисков друг с другом и появление царапин. Если на диске есть трещины, диск может просто треснуть в дисководе, так как во время работы он быстро вращается.

Перед тем как приступить к записи «болванки», убедитесь, что ее поверхность чистая (на ней не должно быть пятен, отпечатков пальцев, а также пыли): попав под лазерный луч, они будут препятствовать нормальной записи. Пыль и мелкие частицы с рабочей поверхности диска можно удалить мягкой тканью или ватой.

Подписывать диск можно только на нерабочей поверхности и только специальным маркером. Не рекомендуется наклеивать на оптические накопители наклейки. Это приводит к разбалансировке диска в дисководе, а также к воздействию химических веществ, содержащихся в клее, на внутренние слои диска.

Не стоит оставлять компакт-диски под воздействием прямых солнечных лучей: с материалами, из которых изготовлена «болванка» (в записываемых дисках для «прожига» используются органические химические вещества на основе цианина или фталоцианина), могут начаться химические реакции, которые приведут к постепенному выходу носителя из строя. Не пойдут дискам на пользу и сильные перепады температуры, так же как и высокая влажность. Оптический носитель, оставленный возле окна, довольно быстро станет нечитаемым. Для длительного хранения рекомендуется выбирать CD/DVD-R, а не -RW.

Если Вы будете соблюдать все вышеуказанные требования, диски будут служить Вам десять и более лет. Конечно, речь идет о качественных дисках, а не о продукции неизвестных производителей, которые порой экономят на защитном слое или изготавливают его с нарушением технологических процессов (такой диск совершенно не защищен от механических повреждений, а кроме того, уже через несколько месяцев может выйти из строя из-за процессов окисления, возникающих под действием попадающего между слоями кислорода).

Как записывать? Существует множество программ, в том числе бесплатные, которые позволяют записывать информацию на DVD. Выбор программы зависит от задачи, которые Вы ставите перед оптическим накопителем. Если Вы записываете небольшие по размеру файлы архива, например курсовые работы, фотографии или MP3, можно воспользоваться бесплатной утилитой, входящей в состав операционных систем. Если перед Вами стоит задача создания так называемых образов дисков, копий дисков, с которыми Вы работаете, или резервирования важных данных, стоит задуматься о приобретении специализированной программы, например Nero Burning Rom от компании «Ahead». Чем хороша эта программа? Во-первых, удобным интерфейсом, напоминающим меню «Проводника Windows». Для неискушенных пользователей программу можно переключить в режим Light и записать диск буквально несколькими кликами мыши. Во-вторых, последние версии программы Nero не только позволяют записывать DVD, но и предлагают дополнительные утилиты, которые помогут конвертировать медиафайлы, записать Audio CD, создать образ диска с имеющегося CD, скопировать фильм с DVD и сохранить его в формат .AVI.

Объем записи на CD, DVD и BD можно определить на глаз. Достаточно посмотреть на рабочую сторону диска - записанная область будет более темного цвета. Не стоит забывать, что информация записывается от центра к краю, и чем ближе к нему, тем длиннее будет виток и, соответственно, информационная емкость «прожигаемой» дорожки.

На DVD можно не только записывать информацию, но и наносить изображения на его нерабочую поверхность. Технология нанесения надписей лазером на поверхность диска называется LightScribe. Если Вы приобретаете привод с поддержкой данной технологии, Вам больше не нужно думать над оформлением DVD. Достаточно загрузить с веб-сайта бесплатную программу или воспользоваться утилитой из пакета Nero Burning Rom и перевернуть диск матовой стороной вниз. С помощью LightScribe на поверхность носителя можно нанести цветную фотографию, векторный рисунок или логотип. Важное условие - диск должен поддерживать LightScribe, обратите на это внимание при покупке.

Наносить рисунки на записываемые DVD также позволяет технология Labelflash. Она напоминает LightScribe, но несовместима с ней. В отличие от последней, на дисках Labelflash поверхность для нанесения рисунка имеет темно-синий цвет, светлеющий под воздействием лазера.

Flash-память

Ученые и изобретатели постоянно ищут возможности сохранения все больших объемов информации и думают над тем, как можно расширить уже имеющиеся хранилища данных в существующих цифровых устройствах. Что касается настольных систем, то тут все понятно: жесткие и оптические диски в ближайшие годы останутся основными накопителями информации в этих устройствах. Труднее обстоит дело с компактными и мобильными устройствами. Дисковые накопители тут не подходят ни по габаритам, ни по потреблению, ни по требованиям с точки зрения физических воздействий (вибро- и удароустойчивости, влаго- и пылезащиты и т. п.). Однако в последние годы появилась технология изготовления устройств хранения цифровой информации во многом удовлетворяющая всем этим требованиям. Речь идет о твердотельных устройствах хранения данных на основе микросхем Аазй-памяти.

Иа81>память (англ. /7аяк-тетогу) ведет свою родословную от постоянных запоминающих устройств (ПЗУ), но при этом может работать как оперативное запоминающее устройство (ОЗУ). Главное преимущество ПЗУ - возможность хранить данные даже при отключении питания. Правда, чтобы записать информацию в микросхемы ПЗУ, требуется специальный программатор, а сами данные записываются один раз и навсегда - возможности перезаписи данных в ПЗУ нет. ОЗУ, наоборот, не в состоянии хранить информацию при отключении питания, зато позволяет записывать и считывать данные в процессе текущей работы компьютера. Flash-микросхема объединяет качества обоих типов памяти - она позволяет оперативно записывать и считывать данные, да еще не теряет записанное после выключений питания. Именно эти способности и позволяют использовать flash-микросхемы в качестве альтернативы дискетам, оптическим и жестким дискам.

Появилась flash-память благодаря усилиям японских ученых. В 1984 г. компания «Toshiba» объявила о создании нового типа запоминающих устройств, а годом позже начала производство соответствующих микросхем емкостью 256 Кбит. Второе рождение flash-микросхем произошло под брендом «Intel» в 1988 г., когда мировой гигант радиоэлектронной промышленности разработал собственный вариант flash-памяти. Однако в течение почти целого десятилетия новинка оставалась известной лишь в узких кругах инженеров. И только появление малогабаритных цифровых устройств, требовавших для своей работы значительных объемов энергонезависимой памяти, явилось основанием роста настоящей популярности flash-устройств. Начиная с 1997 г. flash-накопители стали использоваться в цифровых фотоаппаратах, потом области их применения стали охватывать и прочие компактные устройства цифрового мира.

Кстати, до сих пор идут споры о происхождении самого термина «flash», применяемого для обозначения этого класса устройств. Если обратиться к толковому словарю английского языка, то выяснится многозначность слова flash. Оно может обозначать кадр фильма, вспышку, мелькание или отжиг стекла.

Согласно основной версии, термин flash появился в лабораториях компании Toshiba как характеристика скорости стирания и записи микросхемы flash-памяти «in a flash», то есть в мгновение ока. С другой стороны, причиной появления термина может быть слово «прожигание», используемое для обозначения процесса записи данных в ПЗУ. В английском же языке «прожигание» микросхемы ПЗУ обозначается словом flashing. По третьей версии, слово flash отражает особенность процесса записи данных в микросхемах этого типа. Дело в том, что, в отличие от прежних ПЗУ, запись и стирание данных во flash-памяти производится блоками-кадрами, а термин flash как раз и имеет в качестве одного из значений - кадр фильма.

Рассмотрим особенности и сферы применения этой памяти более подробно.

Итак, ПазЬ-память - особый вид памяти. Она:

  • • энергонезависимая - не требующая дополнительной энергии для хранения данных (энергия требуется только для записи);
  • • перезаписываемая - допускающая изменение (перезапись) хранимых в ней данных;
  • • полупроводниковая (твердотельная) - не содержащая механически движущихся частей (как жесткие или оптические диски), построенная на основе интегральных микросхем.

Информация, записанная на Аазй-память, может храниться очень длительное время (от 20 до 100 лет). Біазії-память может быть прочитана сколько угодно раз, но писать в такую память можно лишь ограниченное число раз (обычно около 10 тысяч раз).

Существенное отличие Пазй-памяти от интегральных схем памяти других типов заключается в том, что стирание содержимого ячеек выполняется либо для всей микросхемы, либо для определенного блока (кластера, кадра или страницы). Обычный размер такого блока составляет 256 или 512 байт (существуют микросхемы, позволяющие работать с блоками разных размеров для оптимизации быстродействия). Стирать можно как блок, так и содержимое всей микросхемы сразу. Таким образом, в общем случае для того чтобы изменить один байт, сначала в буфер считывается весь блок, где содержится подлежащий изменению байт, стирается содержимое блока, изменяется значение байта в буфере, после чего производится запись измененного в буфере блока. Такая схема существенно снижает скорость записи небольших объемов данных в произвольные области памяти, однако значительно увеличивает быстродействие при последовательной записи данных большими порциями.

Основные преимущества Пазй-памяти перед жесткими дисками и носителями СО-ЯОМ состоят в том, что устройства Пазй-памяти способны выдерживать значительные механические нагрузки (в 5-10 раз превышающие предельно допустимые для обычных жестких дисков), и в том, что Аазй-память потребляет по сравнению с ними значительно меньше энергии во время работы (примерно в 10-20 и более раз). В устройствах СО-ЯОМ, жестких дисках и других механических носителях информации, большая часть энергии уходит на приведение в движение механики этих устройств. Кроме того, Аазй-память компактнее большинства других механических носителей.

Благодаря своей компактности, дешевизне и отсутствию потребности в энергии в режиме хранения, АазЬ-память широко используется в портативных устройствах, работающих на батарейках и аккумуляторах - цифровых фотокамерах и видеокамерах, цифровых диктофонах, МРЗ-плеерах, КПК, мобильных телефонах и т. д.

Кроме того, она используется для резервного копирования (бэ-капа) важной информации из компьютера, а также для хранения встроенного программного обеспечения в различных периферийных устройствах (маршрутизаторах, коммуникаторах, принтерах, сканерах и т. д.).

Замены ОЗУ и винчестеров в ПК на flash-память пока не происходит из-за двух особенностей flash-памяти: во-первых, flash работает существенно медленнее ОЗУ и имеет ограничение по количеству циклов перезаписи, во-вторых - высокое соотношение цена/объем, превышающее этот параметр у жестких дисков в 2-3 раза. Хотя работы в этих направлениях ведутся - удешевляется технологический процесс, усиливается конкуренция. Там, где цифровые устройства работают в жестких условиях (например, в системах управления промышленными объектами), flash-память уже заменяет жесткие диски (при этом иногда пользуются термином «твердый диск»).

Flash-память бывает как съемной, так и несъемной. Съемную flash-память применяют для хранения изображения и звука в аудио- и видеоаппаратуре и для бэкапа, несъемную - для хранения операционных систем и встроенного программного обеспечения. Во многих устройствах съемная flash-память используется как расширение основной встроенной памяти.

Flash-память применяется в виде микросхем, устанавливаемых на печатные платы устройств, в виде переносных накопителей и в виде карт.

Переносные накопители почти все без исключения сегодня для подключения к устройству (например, к ПК) оснащаются USB-разъемом, поэтому их называют USB-накопителями, в разговорной речи мы их называем просто «флешками». Современные производители флешек в борьбе за рынки сбыта вынуждены предлагать потребителям USB-накопители с оригинальным дизайном либо с высокотехнологичными показателями. В данный момент на рынке широко представлены флешки в оригинальных корпусах из металла, пластика, резины, кожи, дерева и других материалов в различной цветовой гамме. В принципе нет никакой разницы, из чего изготовлен корпус, так как кристалл микросхемы чаще всего устанавливается один и тот же.

Приведем несколько достоинств и недостатков USB-накопителей:

Преимущества:

  • • малая масса, бесшумность работы и портативность;
  • • USB-разъемы есть на любых современных материнских платах ПК;
  • • устойчивы к механическим воздействиям (вибрации и ударам);
  • • работоспособность в широком диапазоне температур;
  • • высокая плотность записи (значительно выше, чем у CD или DVD);
  • • низкое энергопотребление (и только при записи);
  • • не подвержены воздействию царапин и пыли, которые были проблемой для оптических носителей и дискет.

Недостатки:

  • • ограниченное число циклов записи-стирания перед выходом из строя;
  • • скорость записи уменьшается со временем.

К известным недостаткам с некоторой мерой юмора можно отнести также наличие маленького колпачка, который постоянно теряется. Иногда производитель делает вместо колпачка механизм скрытия разъема- колпачок уже нельзя потерять, однако механическая конструкция больше подвержена износу.

Как уже говорилось, основное слабое место flash-памяти - количество циклов перезаписи. Ситуация ухудшается также в связи с тем, что операционная система устройств часто записывает данные в одно и то же место. Например, часто обновляется таблица файловой системы, так что первые сектора памяти израсходуют свой запас значительно раньше. Распределение нагрузки позволяет существенно продлить срок работы памяти. Для этого в устройства flash-памяти встраивается контроллер, который производит обнаружение и исправление ошибок и старается равномерно использовать ресурс перезаписи flash-памяти.

Раньше модули flash-памяти были небольшой емкости и стоили достаточно дорого, однако сегодня модули и карты flash-памяти становятся все доступнее и доступнее. Обратная сторона популярности flash-памяти - различные форматы карт памяти, несовместимые между собой. На данный момент насчитывается более десяти различных по размеру и формату карт памяти. Кроме формата и объема памяти карты отличаются скоростью чтения и записи. Обычно чем быстрее карта, тем дороже она стоит. Однако не все устройства для чтения и записи flash карт позволяют использовать полную скорость самой карты, поэтому не всегда имеет смысл покупать самую быструю карту памяти.

Наиболее распространенные виды карт памяти - это Secure Digital Card, CompactFlash (CF) (I,II), MultiMedia Card, Memory Stick,

SmartMedia, xD-Picture Card, Micro MultiMedia Card, Mini Secure Digital Card, DV RS MultiMedia Card,TransFlash (Micro SD).

В качестве примеров более детально рассмотрим некоторые наиболее часто применяемые карты.

SD (,Secure Digital Card) - этот стандарт карт был разработан компанией «Panasonic» совместно с фирмами «SanDisk» и «Toshiba». Данная карта памяти размером с почтовую марку оснащена функциями защиты данных. Ее размеры: 32 мм в высоту, 24 мм в ширину и 2,1 мм в толщину.

MiniSD - это уменьшенный вариант SD-карт. Размеры карты 21,5 х 20 х 1,4 мм (приблизительно 40 % от размера SD-карт). Миниатюрные карты miniSD обеспечивают высокую плотность хранения информации. Карты miniSD успешно применяются в новых поколениях мобильных телефонов, интенсивно использующих flash-память при работе цифровой фотокамеры, записи видеороликов и МРЗ-музыки, получении электронной почты и загрузке программ из Интернета.

В комплекте с каждой картой miniSD, предназначенной для розничной продажи, поставляется адаптер для использования карты с разъемом стандарта SD. Это позволяет потребителям легко оперировать такими объемными данными, как цифровые фотографии или музыка, перемещая их между своим мобильным телефоном и множеством других устройств, поддерживающих стандарт SD, включая цифровые камеры и карманные компьютеры.

MicroSD - портативная flash-карта памяти для миниатюрных устройств, имеющая размеры 11 х 15 х 1 мм. С помощью специального адаптера ее можно вставлять в любой слот для обычной SD-карты.

ММС (MultiMedia Card - мультимедийная карта памяти) - продукт совместного производства компаний «Siemens America» и «SunDisc». Размер карты: высота 32 мм, ширина 24 мм и толщина 1,4 мм. Дополнительно добавлена функция защиты авторских прав.

MS (Memory Stick) - носитель информации на основе технологии flash-памяти от корпорации Sony. Карты памяти Memory Stick используются в видеокамерах, цифровых фотоаппаратах, персональных компьютерах, принтерах, игровых приставках, сотовых телефонах и других электронных устройствах различных фирм (преимущественно самой компании Sony). По цене находятся выше, чем аналогичные карты памяти, так как формат Memory Stick является закрытым. Существуют несколько разновидностей модулей памяти Memory Stick: это Memory Stick, Memory Stick Pro, Memory Stick Duo, Memory Stick М2. В декабре 2006 г. «Sony» представила Memory Stick PRO-

HG, высокоскоростной вариант MS PRO для использования в камерах с высоким разрешением. Все они различаются форм-фактором (размерами), однако, существуют специальные переходники для подключения модулей одного вида в слот другого вида.

Корпус для настольного ПК

Настольный компьютер давно перестал быть серым и невзрачным. Сегодня в продаже можно увидеть десятки разновидностей компьютерных корпусов, которые отличаются друг от друга как формой, размерами и расцветкой, так и материалом изготовления. Но отличия между моделями не только внешние. Грамотный выбор корпуса - залог того, что ПК будет эффективно справляться со своей задачей, а его комплектующие проработают долго.

Несколько лет назад внешний вид корпусов ПК был практически одинаков, максимум, что мог выбрать пользователь, - расцветку. Сегодня представлено огромное количество интересных дизайнерских решений корпуса, поэтому сделать выбор непросто. К тому же к игровым компьютерам требования одни, к офисным - другие. Для каждой категории, будь то медиацентр или ПК для игр, предусмотрены свои варианты корпусов, которые помогут в полной мере раскрыть потенциал устройства. От данного элемента зависят уровень шума, качество системы охлаждения и условия для работы комплектующих. Например, установка производительной «начинки» в простенький дешевый корпус с недостаточной вентиляцией приведет к перегреву компонентов. Для грамотного выбора корпуса необходимо четкое понимание того, для каких целей будет использоваться компьютер и какие комплектующие будут в него установлены.

Есть немало пользователей, для которых производительность компьютера не так важна, как его стоимость. Им нужно от ПК лишь решение простых задач. Например, работа в офисных программах и веб-серфинг.

Внешне корпуса для медиацентров имеют мало сходств с привычным компьютером. У них горизонтальный форм-фактор, и при этом такие корпуса очень компактны. Чаще всего их устанавливают в стойку для видео-, аудиоаппаратуры, где ПК башенного формфактора неуместен. Подход к системе охлаждения в подобных компьютерах серьезный, ведь вентиляторы должны поддерживать оптимальную температуру во время длительного просмотра видео, но при этом не создавать много шума.

Труднее всего угодить тем, кто привык пользоваться компьютером, оснащенным по последнему слову техники. Такие ПК интересуют в первую очередь геймеров. Именно игры являются наиболее ресурсоемкой задачей, поэтому при выборе корпуса для игрового ПК нужен особый подход. Геймерский корпус должен быть достаточно объемным, чтобы пользователь мог установить самую мощную видеокарту, а возможно и несколько (для систем CrossFire/SLI). Еще одна важная характеристика корпуса для игрового ПК - мощность блока питания и системы охлаждения (оптимальным вариантом станет система водяного охлаждения). Здесь компромиссов не может быть, поскольку «начинка» такого компьютера, особенно если она разогнана, при работе имеет большое тепловыделение.

Критерии выбора. Основные параметры корпуса - формфактор, материал, тип блока питания. Именно эти характеристики чаще всего определяют выбор, поэтому есть смысл рассмотреть их подробнее.

Форм-фактор и габариты корпуса определяют, сколько места займет ПК на рабочем столе/под столом и какие комплектующие он вместит. Форм-факторы компьютерных корпусов бывают двух основных видов - Tower (вертикальный, или «башня») и Desktop (горизонтальный). Есть также третий формат - Server, он используется в корпоративной сфере. В названии форм-фактора корпуса принято использовать два слова. Одно из слов (tower или desktop) обозначает расположение корпуса, второе - размер. Распространены такие варианты размеров корпуса: mini (маленький), middle (средний), big (большой).

Как правило, самые крупные корпуса имеют форм-фактор Big Tower. Их ширина составляет 15-20 см, а высота - 50 см и более. Эти корпуса используются в основном для мощных компьютеров с производительными комплектующими.

Middle Tower - корпуса среднего размера. По ширине они чаще всего не отличаются от предыдущей категории, но их высота меньше - 40-45 см. Корпус Middle Tower способен вместить системную плату формата АТХ, несколько жестких дисков, полноразмерный блок питания и хорошую систему охлаждения. Такой корпус универсален. На его базе можно собрать достаточно производительный компьютер, которому по силам стать домашним мультимедийным центром.

Корпуса форм-фактора Mini Tower обычно используются в офисах. Они небольшие, что позволяет сэкономить офисное пространство. Высота такого корпуса 30-35 см - достаточно, чтобы установить один оптический привод и один-два жестких диска. Мощный компьютер в таком корпусе собрать проблематично, поскольку места в нем мало и система охлаждения средняя.

Корпуса форм-фактора Micro Tower миниатюрны. Их высота составляет 20-25 см. Системную плату в такой корпус тоже нужно подбирать соответствующую - micro-ATX, обычно в данный тип плат интегрированы большинство компонентов (видеоадаптер, звуковая карта и так далее). Корпуса Micro Tower предназначены для компьютеров, используемых в роли домашних медиацентров или для работы в офисе. Иногда для тех же целей используются горизонтальные (desktop) варианты корпуса Micro Tower.

Корпуса ПК изготавливаются из стали или алюминия. Алюминиевые корпуса более легкие, но и более дорогие, чем стальные. Надежность алюминиевого корпуса ниже, чем стального: так, он менее устойчив к вибрации, которую вызывают некоторые комплектующие в ходе интенсивной работы (например, жесткие диски). Стальные корпуса имеют лучшую звукоизоляцию. Алюминиевые корпуса считаются более оптимальным вариантом для сильно греющихся систем. Стоит обратить особое внимание на толщину корпуса. В идеале она должна составлять не менее 1 мм.

Корпуса оснащаются блоками питания, но некоторые модели поставляются без него, чтобы пользователь мог сам выбрать подходящее ему питание. Блок питания в корпусе выполняет ключевую роль. От качества питания зависит долговечность работы компонентов ПК, а при его отказе последствия для электроники могут быть трагическими. В идеале следует выбирать блок питания с запасом мощности.

Важна также вентиляция корпуса. Как минимум, должны быть два вентилятора: один (на передней панели) - для забора воздуха, другой (на задней панели или сверху) - для выпуска нагретого воздуха. При необходимости, если это вентилятор стандартного размера, его можно заменить на более производительный либо более тихий.

Для борьбы с пылью предусматривают фильтры, которые устанавливаются перед вентиляторами. Оптимально, когда фильтры можно снимать для очищения от пыли.

Блоки питания для настольных ПК

Любой ПК подключается к обычной электрической розетке, но внутри корпуса энергия распределяется не напрямую от сети, а через блок питания (БП). Во-первых, каждый элемент компьютера нуждается в питании с разными значениями напряжения и силы тока. Во-вторых, в сети часто случаются перепады напряжения, которые могут повредить «начинку» ПК. Блок питания выступает своего рода посредником между электросетью и тонкой электроникой компьютера. Он формирует и стабилизирует уровни напряжений, нужные для питания различных узлов ПК.

В комплекте с корпусами обычно поставляются блоки питания невысокой мощности. Они подходят лишь к базовым модификациям. Если пользователю нужно нечто большее, чем работа с документами Microsoft Office, придется выбрать блок питания самостоятельно, предварительно изучив его основные характеристики.

Основной параметр, на который следует обратить внимание при выборе БП, - активная мощность. Мощность блока питания должна быть немного больше суммарной мощности, которую потребляют компоненты ПК в целом. Если же показатель мощности блока питания окажется меньше требуемого значения, компьютер может самопроизвольно отключаться в моменты пиковой нагрузки. Считается, что для начальных домашних и офисных компьютеров достаточно блока питания мощностью 350-400 Вт, для игровых ПК - от 500 Вт и выше.

Функциональные возможности блока питания определяются типом и количеством силовых шлейфов. У каждого шлейфа свой разъем, который особым образом промаркирован. Основные шлейфы такие: шлейф питания материнской платы (насчитывает 20 контактов плюс 4 дополнительных), шлейф питания процессора (4 или 8 контактов), шлейф питания видеокарты (6 контактов плюс 2 дополнительных), шлейф питания винчестера (для интерфейсов РАТА или SATA), шлейф питания floppy-дисковода. Если у Вас большой и просторный корпус формата Big Tower, в котором компоненты обычно находятся далеко друг от друга, обратите внимание на длину шлейфов блока питания - ее должно хватить для подключения всех устройств. Желательно, чтобы шлейфы были в оплетке, это важно для удобства сборки и качественной вентиляции. Если Вы планируете наращивать количество жестких дисков, выбирайте БП с достаточным количеством соответствующих шлейфов.

Блоки питания бывают модульные и немодульные. Модульность предполагает возможность отсоединить ненужные кабели от разъемов на БП, а при необходимости установки новых комплектующих вновь подключить их.

Важная характеристика блоков питания - система охлаждения. Она бывает активной и пассивной, т. е. с вентилятором и без. В блоке питания вентилятор обычно работает по принципу вывода воздуха из корпуса. Если раньше в блоки питания устанавливались маленькие шумные 80-миллиметровые вентиляторы, то сегодня типичный диаметр вентилятора составляет 120, 135 и 140 мм, что позволило достигнуть того же воздушного потока на меньших оборотах и, как следствие, меньшего уровня шума. Если компьютер будет эксплуатироваться максимально, желательно выбирать БП с наибольшим диаметром вентилятора. Для снижения уровня шума в качественных блоках питания используются схемы контроля скорости вращения вентиляторов в соответствии с температурой внутри БП, которая в свою очередь зависит от степени нагрузки на БП.

Источники бесперебойного питания

В ряде регионов России наблюдается острый дефицит электроэнергии. Перегруженные отечественные электросети физически сильно изношены, а местами и морально устарели - это и ряд других обстоятельств свидетельствует о том, что улучшения качества электропитания в ближайшее время ожидать не приходится. Вместе с тем компьютеры и хранящаяся в них информация, равно как и другое дорогостоящее электронное оборудование, играют все более важную роль в жизни каждого из нас и защита всех этих ресурсов становится насущной потребностью. Отсюда рост интереса к источникам бесперебойного питания.

Источник бесперебойного питания (ИБП, или англ. uninterruptible power supply - UPS) - автоматическое устройство, позволяющее подключенному оборудованию некоторое (как правило, непродолжительное) время работать от внутренних аккумуляторов ИБП при пропадании напряжения основной питающей сети или при выходе его параметров за допустимые нормы.

Сегодня на рынке представлен широкий спектр источников бесперебойного питания, которые в разных условиях выполняют различные задачи: от одиночных систем для защиты малого домашнего офиса до решений по защите питания ответственных систем: сетевого, банковского, медицинского, промышленного, телекоммуникационного, военного и космического оборудования.

Самая «неприятная» неполадка в работе электросети - это авария, приводящая к полному пропаданию напряжения. И самое главное, что ИБП оборудован аккумулятором, который способен «позаботиться» о нагрузке, когда «гаснет свет».

Как уже отмечалось, в последнее время резко возросла нагрузка на электросеть, часто к ней подключаются мощные потребители (например, сварочные аппараты, электронагреватели, устройства на базе электродвигателей), что может приводить к «проседанию» напряжения. Отключение мощных потребителей чревато другим типом искажений - всплеском напряжения. И то и другое чрезвычайно вредно для электронной аппаратуры. К основным типам искажений питающего напряжения относят также высоковольтные импульсные помехи, высокочастотные шумы и отклонения частоты напряжения. Например, причиной импульсных помех может стать близкий удар молнии или включение мощного оборудования. Все эти искажения могут приводить к потере данных информационных систем, нарушению работы аппаратуры и полному выходу ее из строя.

ИБП помогает справиться и с этими неприятными факторами. Они могут иметь в своем составе сетевые фильтры и стабилизаторы. Функция фильтра - не пропустить импульсные помехи и высокочастотные шумы. Стабилизатор, выполняя функцию фильтра, дополнительно способен удерживать напряжение в заданных пределах.

На территории России ГОСТ 13109-97 определяет в качестве стандартных следующие характеристики электросети:

  • • напряжение 380 В (для трехфазных сетей) и 220 В (для однофазных сетей), допустимое отклонение ±5 %, предельно допустимое ±10 %;
  • • частота 50 Гц, предельно допустимое отклонение частоты ±0.4 Гц;
  • • нормально допустимое значение коэффициента нелинейных искажений 6 %, предельно допустимое - 20 %.

Набор электрических параметров электронной аппаратуры, т. е. нагрузки, которую Вы собираетесь защищать с помощью ИБП, довольно широк. Но при выборе ИБП обычно достаточно учесть три основных параметра.

Первый - это мощность нагрузки. Мы привыкли, что мощность измеряется в ваттах (Вт). Однако выходную мощность ИБП чаще указывают в вольт-амперах (ВА). В вольт-амперах выражается полная мощность, протекающая между ИБП и нагрузкой; она вычисляется как произведение среднеквадратичных значений тока и напряжения. Часть этой мощности расходуется на «полезную деятельность» (электрическую, световую, механическую, тепловую или какую-либо еще), а часть «теряется» в реактивных компонентах аппаратуры. Полезная мощность, ее еще называют активной, которая забирается нагрузкой, измеряется в ваттах.

Существует понятие коэффициента мощности, определяемого как отношение поглощаемой нагрузкой активной мощности к полной. Это очень важная характеристика нагрузки. Например, типовой коэффициент мощности компьютерной нагрузки составляет 0,7. Значит, если необходимо защитить компьютер мощностью 200 Вт, потребуется ИБП с выходной мощностью минимум 285 ВА (285 = 200/0,7). Другой тип оборудования может иметь иной коэффициент мощности, например у спиральных нагревательных приборов, ламп накаливания и трансформаторных источников питания (не импульсных) он может быть близок к единице.

При составлении проекта по защите электропитания нужно учесть все имеющееся оборудование. В него входят не только ПК, но также периферийное и сетевое оборудование: концентраторы, маршрутизаторы, внешние блоки памяти хранения данных и т. д.

Второй важный параметр - время автономного питания нагрузки. Следует определиться, для чего Вы покупаете ИБП: чтобы при отключении внешнего электропитания он «продержался» пять-десять минут (на это рассчитаны большинство ИБП), чтобы Вы смогли сохранить данные на своем ПК и корректно завершить работу операционной системы; или Вам необходим запас времени в пару часов, чтобы завершить срочную работу на ноутбуке; а может, Ваша цель -долговременное питание системы сигнализации или контроллеров системы газового отопления загородного коттеджа. Время автономного питания напрямую определяется емкостью установленных в ИБП аккумуляторных батарей, а это самый дорогостоящий и привередливый элемент выбираемого оборудования.

Третий параметр - форма напряжения. Некоторые типы оборудования, например электродвигатели или контрольно-измерительные приборы, требуют четко синусоидального напряжения. А вот для компьютеров форма напряжения не столь важна. Дело все в том, что в них используются импульсные источники питания (энергия периодически забирается со входа в течение относительно короткого промежутка времени), которым вполне подходит и ступенчатое напряжение.

Согласно принятому Международной электротехнической комиссией (IEC) стандарту IEC 62040-3 все ИБП подразделяются на три основных класса: пассивные резервного типа (англ, passive standby); линейно-интерактивные (англ, line-interactive) и с двойным преобразованием (англ, double conversion).

Источники резервного типа часто называют офлайновыми (англ, off-line). В нормальном режиме работы (когда характеристики входного напряжения не выходят за допустимые пределы) нагрузка

через фильтр подключается непосредственно к внешней электросети. Как только характеристики выходят за допустимые пределы, нагрузка переключается на питание от аккумуляторной батареи. На рис. 3.15 представлена структурная схема ИБП резервного типа, иллюстрирующая принцип его работы.

Нормальный режим работы

Структурная схема ИБП резервного типа

Рис. 3.15. Структурная схема ИБП резервного типа

Практически все недорогие маломощные ИБП, предлагаемые на отечественном рынке, построены по резервной схеме. Они имеют высокий КПД (около 99 %), практически бесшумны и имеют минимальное тепловыделение. Однако у таких ИБП имеется масса недостатков. Один из главных состоит в том, что при любом существенном искажении в электросети источник переходит на питание от аккумулятора, что приводит к быстрому износу этого дорогостоящего ресурса. Время переключения относительно большое - 4-7 мс, но для домашнего применения ИБП это несущественно.

Линейно-интерактивные ИБП, по сравнению с офлайновыми, содержат один важный дополнительный элемент - стабилизатор входного напряжения (или бустер). Он обеспечивает корректировку напряжения в сторону его повышения или понижения и потому позволяет обеспечить нормальное питание нагрузки при проседаниях и всплесках напряжения внешней электросети без перехода на батарею. Батарея включается в работу значительно реже, следовательно, повышается срок ее службы. На рис. 3.16 представлена структурная схема линейно-интерактивного ИБП.

Батарея

Рис. 3.16. Структурная схема линейно-интерактивные ИБП

Инверторы некоторых моделей интерактивных ИБП выдают напряжение синусоидальной формы, вместо прямоугольной или трапецеидальной, как у предыдущего варианта. Время переключения меньше, чем в предыдущем варианте, так как осуществляется синхронизация инвертора с входным напряжением. КПД ниже, чем у резервных. Именно линейно-интерактивные ИБП на ближайшую перспективу следует рассматривать как оптимальное решение для защиты домашних ПК и бытовой электроники.

ИБП с двойным преобразованием (англ, double conversion), которые часто называют онлайновыми (англ, on-line), преобразуют поступающее на вход переменное напряжение (рис. 3.17) в постоянное (эту задачу выполняет выпрямитель), а затем постоянное напряжение снова преобразуют в переменное (эту задачу выполняет инвертор). Такое двойное преобразование позволяет практически полностью оградить нагрузку от любых неполадок и искажений во внешней сети. На выходе получался 100-процентно чистый, отрегулированный до заданных параметров переменный ток. Как и в двух других типах ИБП, аккумуляторная батарея включается в работу тоже только в аварийном режиме, но она постоянно подключена ко входу инвертора, в результате обеспечивается практически нулевое время переключения. Оборотной стороной почти «идеальной» защиты, гарантируемой онлайновыми ИБП, являются их высокая сложность, стоимость и более низкий КПД (от 80 до 94 %) из-за двойного преобразования электроэнергии. ИБП двойного преобразования из-за невысокого КПД отличаются повышенным тепловыделением и уровнем шума. В отличие от двух предыдущих схем, способны корректировать не только напряжение, но и частоту.

Как правило, онлайновые источники применяются в корпоративных приложениях.

Нормальный режим работы

Батарея Т Аварийный

режим работы

Рис. 3.17. Структурная схема ИБП с двойным преобразованием

Помимо защиты электропитания основной нагрузки даже простейшие ИБП сегодня способны защитить от наведенных помех телефонные линии и каналы локальных вычислительных сетей. Для этого коммуникационные линии подключаются через ИБП (его соответствующие порты оборудуются специальными фильтрами). Безусловно, полезной является функция «холодного» старта, т. е. возможность запуска ИБП в батарейном режиме без подключения входного питания (раньше эта функция имелась только в достаточно мощных ИБП). ИБП поддерживают функцию энергосбережения (англ, green mode): при работе в батарейном режиме на холостом ходу (без нагрузки) ИБП автоматически отключаются.

Простейшим средством контроля за работой ИБП и состоянием сети электропитания являются светодиоды на лицевой панели источника. У более дорогих источников светодиоды заменяются небольшим ЖК-дисплеем, на который выводится уже значительно больше информации. Многие ИБП оснащаются модулем, который способен передать компьютеру информацию о своем состоянии (например, уровень заряда батарей, параметры электрического тока на выходе) и о состоянии питания на входе (напряжение, частоту), при этом поставляющееся программное обеспечение, проанализировав ситуацию, позволяет безопасно выключить компьютер, завершив работу всех программ. Для всего этого должно использоваться и специальное программное обеспечение. Локальное подключение ИБП к компьютеру обычно реализуется через последовательный интерфейс RS232 или через порт USB. Если Вы хотите удаленно контролировать работу

ИБП, неплохо иметь средства для настройки способов рассылки предупреждающих сообщений - по электронной почте, через службу SMS и т. д. Удаленное подключение осуществляется с применением карты, поддерживающей протокол управления SNMP (англ, simple network management protocol), который обеспечивает доступ к ИБП через 1Р-сеть.

Абсолютно обязательная функция специализированного программного обеспечений - это автоматическая свертка операционной системы при пропадании сетевого электропитания с предварительным сохранением открытых файлов. Большинство предлагаемых программ обеспечивает мониторинг основных параметров работы (входное и выходное напряжение, уровень заряда батарей, загрузка ИБП), некоторые решения выдают еще и дополнительные параметры, например температуру внутри корпуса источника. Безусловно полезным является возможность анализа статистических данных по параметрам электросети и системным событиям.

Классическое применение ИБП - защита персонального компьютера. Для обычного домашнего компьютера в основном достаточно источника мощностью 400-600 ВА. Если Ваш компьютер имеет большое число периферийных устройств, то лучше выбрать источник мощностью чуть больше, скажем, 800 ВА. У многих дома установлены два компьютера. В этом случае лучше ориентироваться на средства защиты мощностью 1 000 ВА и выше. Не забывайте, что ИБП для защиты компьютера, как правило, устанавливают на столе рядом с этим компьютером (под стол его обычно не убирают: во-первых, будет мешаться под ногами, во-вторых, не видно диагностических светодиодов). А раз он будет рядом и всегда перед глазами, значит, должен быть не слишком шумным (уровень звукового шума никак не больше 40-45 дБ на расстоянии 1 м) и «радовать глаз».

В последнее время ИБП все чаще используют для защиты не только компьютерного, но и другого электронного оборудования: это могут быть телевизоры, системы домашних кинотеатров, дорогостоящие акустические системы и т. п. В этом случае требования к дизайну еще увеличиваются - вряд ли кто купит ИБП, который будет плохо смотреться рядом с «навороченным» плазменным телевизором.

Еще одна сфера применения ИБП - защита устройств охранно-пожарной сигнализации, систем видеонаблюдения и других устройств, установленных на удаленном объекте, например в загородном доме. Примером таких устройств могут служить газовые системы отопления домов. Их важнейший элемент - система управления на базе микроконтроллеров. Потребляет такая система немного (около 100 Вт, включая циркуляционный насос), но в случае отключения электроэнергии работать контроллеры перестанут, а значит, отключится и система отопления. Помочь в такой ситуации могут ИБП с длительным временем автономной работы.

Как бы ни использовался ИБП, его необходимо обеспечить технической поддержкой и сервисным обслуживанием. Даже самый технически совершенный ИБП, как и всякий агрегат, нуждается в обслуживании. Многие компании-производители ИБП предлагают заключать договоры на сервисное обслуживание разного уровня - от базовой поддержки до сервисных контрактов полного цикла, включая круглосуточную службу поддержки, а также замену деталей и батарей. Перед покупкой ИБП советуем ознакомиться с сервисной службой компании и убедиться, что она обладает нужными специалистами и технической базой для выполнения предложенного сервисного контракта. Обязательно узнайте, где расположен ближайший сервисный пункт (т. е. как скоро смогут инженеры службы поддержки приехать по вызову) и каким перечнем запасных частей располагает склад (т. е. как быстро Вам заменят вышедшую из строя деталь).

Важным критерием при выборе любого типа продукта является его цена. Что касается ИБП, то в любом случае они стоят значительно меньше, чем аппаратура, для защиты которой они приобретаются. Поэтому можно с уверенностью утверждать: это приобретение вполне оправданно и быстро окупит себя.

Наиболее целесообразным представляется планировать инвестиции в ИБП с периодичностью раз в 5 лет. Такая продолжительность жизни ИБП примерно равна среднему сроку службы стандартной герметизированной батареи. Замена батареи может еще на 5 лет продлить срок жизни ИБП.

 
Если Вы заметили ошибку в тексте выделите слово и нажмите Shift + Enter
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   След >
 

Популярные страницы