Оптические носители информации. Оптические диски в хранении и пользовании

Что может являться носителем информации? То, на чем может сохраниться все, что нам необходимо запомнить, ибо память человеческая недолговечна. Наши предки оставляли важные данные и на земле, и на камне, и на дереве, и на глине до тех пор, пока не появилась бумага. Это оказался материал, соответствующий самым главным требованиям для носителя информации. Она была легкая, долговечная, удобная для записей и компактная.

Именно этим требованиям соответствуют и современные носители информации – оптические (это компакт-диски или лазерные диски). Правда на переходном этапе (с начала 20 века), между бумагой и дисками, нас очень выручала магнитная лента. Но и ее времена прошли. На сегодняшний день самым удобным и надежным вместилищем и хранилищем информации являются диски.

А как поместить информацию на диск? Понятие «записать кассету» нам известно уже не один десяток лет. Так же сейчас мы говорим и о дисках. Только этот процесс стал намного проще и дешевле.

Сегодня мы будем говорить об оптических носителях информации : устройство, технология записи, основные различия.

CD-R стали самыми первыми среди записываемых оптических носителей. Они обладали возможностью записи только один раз. Данные сохранялись при нагревании лазером рабочего слоя, вызывая его химическую реакцию (при t? = 250?C). В этот момент образуются темные пятна в местах нагрева. Вот откуда появилось понятие «прожиг». На дисках DVD-R «прожиг» происходит подобным же образом.

Немного другая ситуация с дисками CD, DVD и Blu-ray , обладающими перезаписывающей функцией. На их поверхности не образуется таких темных точек, т.к. рабочий слой является не красителем, а специальным сплавом, который нагревается лазером до 600?C. Тогда, области поверхности диска, попавшие под луч лазера, становятся более темными и обладающими отражающими свойствами.

На данный момент, помимо CD дисков, которые можно считать пионерами в ряду оптических носителей, появились такие диски, как DVD и Blu-ray. Эти типы дисков отличаются друг от друга. Например, емкостью. Диск Blu-ray вмещает данных объемом до 25 Гб, диск DVD – до 5Гб, а диск CD – всего до 700Мб. Следующим отличием является способ чтения данных и их записи в Blu-ray приводах. За этот процесс отвечает лазер синий, длина волны которого в полтора раза меньше, чем у красного лазера CD или DVD приводов. Именно поэтому на поверхность дисков Blu-ray, равную по площади дискам других типов, можно записать информацию во много раз большего объема.

форматы лазерных дисков

Три вышеперечисленных типа лазерных дисков так же можно классифицировать по их форматам:

1. Диски CD-R, CD-RW — одинаковы по объему (до 700; бывает 800Мб, но такие диски читаются не всеми устройствами). Отличаются лишь тем, что CD-R – одноразовый записываемый диск, а CD-RW – многоразовый.

2. Диски формата DVD-R, DVD+R , а так же DVD-RW – отличаются лишь возможностью многократной перезаписи дисков DVD-RW, а в остальном параметры одинаковы. 4,7 Гб – объем стандартного диска DVD и 1,4Гб – объем DVD диаметром 8 см.

3. DVD-R DL, DVD+R DL – диски двухслойные, которые могут вмещать информацию 8,5Гб.

4. Форматы BD-R — Blu-ray диски однослойные, объемом 25 Гб и BD-R DL — Blu-ray диски двухслойные, объемом в 2 раза больше.

5. Форматы BD-RЕ, BD-RЕ DL Blu-ray диски – перезаписываемые, до 1000 раз.

Диски со знаками «+» и «-» — пережиток форматных споров. Изначально считалось, что «+» (например, DVD+R) — лидер для индустрии компьютеров, а «-» (DVD-R) — является стандартом качества для бытовой электроники. Сейчас практически вся техника с легкостью распознает диски обоих форматов. Явных преимуществ друг перед другом ни у одного из них нет. Материалы для их производства также идентичны

что из себя представляют оптические диски

Сама болванка, которую используют в домашних условиях для записи информации, по своим размерам ничем не отличается от дисков, выпущенных промышленным путем. Структура всех оптических носителей многослойна.

• Основа каждого – подложка . Она выполнена из поликарбоната, материала устойчивого к различным внешним воздействиям окружающей среды. Материал этот прозрачный и бесцветный.
• Далее следует рабочий слой . У записываемых и перезаписываемых дисков он отличается по своему составу. У первых – это органический краситель, у вторых спец-сплав, меняющий фазовое состояние.
• Затем идет слой отражающий . Он служит для отражения луча лазера, и в его состав могут входить алюминий, золото или серебро.
• Четвертый – защитный слой . Защитным слоем, представляющим собой твердый лак, покрываются только диски CD и Blu-ray.
• Последний слой – этикетка . Так называют верхний слой лака, способный быстро впитывать влагу. Именно благодаря ему, все чернила, попадающие на поверхность диска в процессе печати, быстро высыхают.

процесс переноса информации на диск

Теперь капля научной теории. Все оптические носители информации имеют дорожку в виде спирали, идущую из самого центра к краю диска. Именно по этой дорожке лазерный луч записывает информацию. Пятна, образуемые при «прожиге» лазерным лучом, называются «питы». Области поверхности, которые остались нетронутыми, называются «лэнды». В соответствии с языком двоичной системы 0 – это «пит», а 1 – это «лэнд». Когда диск начинает воспроизводиться, лазер считывает с него всю информацию.

«Питы» и «лэнды» имеют различную отражающую способность, следовательно, все темные и светлые области диска привод легко различает. А это и есть та самая последовательность из единиц и нулей, присущая всем физическим файлам. Постепенно появилась возможность повысить у фокусировки ее точность благодаря развитию технологий, которые добились уменьшения у лазерного луча длины его волны. Теперь на ту же область диска, что и раньше, можно разместить гораздо больший объем информации, т.к. расстояние между лазером и рабочим слоем напрямую зависит от длины волны. Короче волна – короче расстояние.

способы записи дисков

Запись при промышленном выпуске дисков называется штамповкой . Таким способом в большом количестве выпускаются диски с записью музыки, кинофильмов, компьютерных игр. Вся информация, которая попадает на диск при штамповке, представляет собой множество мельчайших углублений. Нечто подобное получалось, когда изготавливали грампластинки.

• Запись же диска в бытовых условиях происходит при помощи лазерного луча. Ее еще называют «прожиг » или «нарезка».

организация процесса записи на оптические носители информации

1 этап. Распознавание типа носителя. Загрузили диск и ждем, пока рекордер выдаст информацию о подходящей скорости записи и наиболее оптимальной мощности луча лазера.

2 этап. Программа, управляющая записью, делает запрос к рекодеру о типе используемого носителя, количестве свободного места и скорости, с какой следует записать диск.

3 этап. Указываем все необходимые данные, запрашиваемые программой, и составляем список файлов, требующих записи на диск.

4 этап. Программа передает рекордеру все данные и следит за всем процессом «прожига».

5этап. Рекодер устанавливает мощность луча лазера и запускает процесс записи.

Даже у носителей одинакового формата качество записи может кардинально отличаться. Чтобы качество записи оказалось высоким следует обращать внимание на скорость, заданную в записи. Существует «золотое правило» — меньше ошибок при меньшей скорости и, наоборот. Немалую роль при этом играет и сам рекордер, а именно, его модель.

подпись на оптических дисках

Диск, на котором появилась какая-то информация, желательно тут же подписать, во избежание неразберихи. Это можно сделать разными способами:

• печать текста на болванках, поверхность которых покрыта лаком и позволяет печатать тексты и изображения, используя МФУ со спец-лотком.
• с помощью рекордера, при поддержке им специальных технологий, которые выполняют нанесение текста и одноцветного изображения на специальную поверхность. Стоимость таких дисков может оказать в 2 раза больше стоимости простых дисков;
• подпись, сделанная самостоятельно вручную (специальным маркером);
• технология LabelTag – текст наносится непосредственно на дисковую рабочую поверхность. Надпись не всегда может хорошо читаться;
• наклейки, распечатанные отдельно на любом из принтеров. Их использование не приветствуется, т.к. они могут повреждать поверхность диска, отрываться в момент его воспроизведения.

продолжительность хранения оптических носителей информации

На этикетках новых дисков можно разглядеть срок, указывающий, сколько можно сохранять данные на этом носителе. Иногда эта цифра соответствует 30 годам. В реальности, такой срок практически невозможен. За свое существование диск может подвергаться различным воздействиям и повреждениям. Если он был записан в домашних условиях, то срок его хранения уменьшается еще больше. Только идеальные условия хранения позволят содержать все данные на дисках в целости и сохранности.

Блог компании OCZ Storage Solutions

Всем привет! Это вторая часть материала об эволюции носителей информации. Напомню, что в мы рассказали о первых запоминающих устройств – перфокартах, а также уделили внимание магнитным плёнкам и дискетам. Сегодня же речь пойдет о более привычных для нас девайсах, а именно - об оптических накопителях.

Когда на дворе стоял 1969 год, компания IBM еще упорно трудилась над созданием первой дискеты, а инженеры голландского производителя электроники Philips уже завершали работу над оптическим носителем под названием LaserDisc. Многие ошибочно полагают, что LaserDisc был первой в мире технологией оптической записи, однако это не совсем так. За 10 лет до этого события, в 1958 году, братья Пол и Джейм Грегг уже создавали похожую технологию. Отличие этих оптических носителей заключалось в том, что разработка братьев Греггов работала в режиме пропуска света, тогда как технология Philips использовала отраженный свет.

В 1961 году Грегги запатентовали свою технологию, но так и не смогли сделать из нее коммерческий продукт, впоследствии продав права на оптический носитель компании MCA в 1968 году. Philips и MCA посчитали, что конкуренция им ни к чему, и решили объединить свои усилия. Плодом их работы стал коммерческий запуск LaserDisc в 1972 году.

К моменту появления Laserdisc кассетные форматы VHS и Betamax уже снискали успех. Несмотря на то что Laserdisc имел множество преимуществ над кассетами, он так и не смог стать востребованным. В Европе его встретили довольно прохладно, и основными для этой технологии стали рынки США и Японии. Первым фильмом, выпущенным на носителе Laserdisc, были «Челюсти». Это случилось в 1978 году. А последним – картина «Воскрешая мертвецов» в 2000 году. Интересно, что производство Laserdisc проигрывателей продолжалось вплоть до 2009 года, когда компания Pioneer выпустила последнюю партию таких девайсов.

Намного более успешной альтернативой Laserdisc стал стандарт Compact Disc (CD), выпущенный в 1982 году. Разработкой этого формата занимался альянс компаний Sony и Philips. Изначально предполагалось, что компакт-диски будут использоваться только для хранения аудиозаписей в цифровом виде, однако со временем их начали использовать для хранения файлов любых типов. Во многом это стало возможным благодаря усилиям компаний Apple и Microsoft, которые начали устанавливать CD-приводы в свои компьютеры с 1987 года.

Что касается устройства компакт-диска, то оно достаточно простое. Сам CD представляет собой поликарбонатную подложку, которая покрыта тонким слоем металла. Этот слой защищен лаком, на который наносятся изображения, надписи и другие внешние опознавательные знаки диска.

Информация, записанная на компакт-диск, имеет вид спирали из углублений, или «питов», нанесенных на обратную поверхность диска. Размер одного пита обычно составляет около 500 нм в ширину и от 850 до 3500 нм в длину. При этом глубина пита достигает отметки в 100 нм. Расстояние от каждого пита до соседних обычно равняется около 1,6 мкм. Это расстояние называется лэндом. Считывание информации с компакт-диска происходит с помощью лазерного луча, который образует световое пятно с диаметром около 1,2 мкм, что на 0,4 мкм меньше расстояния между соседними питами. В том случае, если луч «упирается» в лэнд, приемный фотодиод фиксирует сигнал максимальной интенсивности и распознает его как логическую единицу. При попадании лазера на пит, свет рассеивается и поглощается, а затем он отражается от поликарбонатной подложки. В таком случае фотодиод фиксирует свет меньшей интенсивности, и он распознается как логический нуль.

Долгие годы после появления CD его максимальный объем держался на отметке 650 Мбайт. На диске такой ёмкости можно было хранить около 74 минут качественного аудио. Лишь в 2000-х объем CD увеличился до 700 Мбайт. Также в продаже можно было найти 800-мегабайтные «болванки».

Когда технология CD только появилась, компакт-диски предназначались только для чтения: еще на стадии производства информация записывалась на диск путем нанесения питов на подложку. И уже затем поверх подложки наносился отражающий слой и защитный лак. Однако вскоре после появления CD пользователям захотелось самим записывать на диски информацию. Это подтолкнуло Philips и Sony на разработку стандарта CD-R (Compact Disc-Recordable). Так, первые компакт-диски, предназначенные для однократной записи, появились в 1988 году.

По своей конструкции диски CD-R отличались от предшественников лишь наличием еще одного слоя между подложкой и отражателем. Это слой был изготовлен из органического прозрачного красителя. У красителя было интересное свойство: под воздействием тепла он разрушался и темнел. Собственно, эти физические характеристики органического слоя и позволили реализовать возможность записи информации на диск. Во время записи лазер специального пишущего привода менял свою мощность, выжигая в слое красителя отдельные точки. При последующем чтении эти потемневшие зоны воспринимались фотодиодом как питы, или логический нуль.

Как уже говорилось выше, записать информацию на диск CD-R можно было лишь однократно. И это было главным недостатком этого формата. Многократная запись информации стала возможна в 1997 году с выходом стандарта CD-RW (Compact Disc-Rewritable).

Конструкция CD-RW полностью совпадала с устройством CD-R, за исключением слоя между подложкой и отражателем. На смену органическому красителю пришел неорганический активный материал – сплав халькогенидов. Так же как и органическое вещество, под воздействием мощного лазерного луча сплав темнел. Затемнение происходило в результате перехода вещества из кристаллического агрегатного состояния в аморфное. В отличие от органического вещества, сплав халькогенидов мог возвращаться в исходное кристаллическое состояние, что и обеспечило возможность многократной записи на диск.

За год до появления формата CD-RW свет увидели диски стандарта DVD (Digital Versatile Disc). История создания DVD довольно занимательна. Она берет свое начало в начале 90-х годов, когда компании Philips и Sony занимались разработкой технологии MMCD (Multimedia Compact Disc), а альянс, в который входили компании Toshiba, Time Warner, Hitachi, Pioneer и некоторые другие, трудились над созданием стандарта SD (Super Density). Обе коалиции активно рекламировали свои технологии, но под давлением компании IBM, в которой опасались повторения «войны форматов» между VHS и Betamax, они пошли на компромисс. Так появилась технология DVD.

Особенностью формата DVD было то, что первоначально он разрабатывались как замена устаревающим видеокассетам. Поэтому первое время аббревиатуру DVD было принято расшифровывать как Digital Video Disc. Однако позже оказалось, что DVD-диски идеально подходят для хранения любого рода данных, и предыдущее название быстро сменили на Digital Versatile Disc.

По своей конструкции DVD-диск не так сильно отличается от предшествующего стандарта CD. В технологии DVD уменьшился размер питов, поэтому для чтения таких дисков стало возможным использование красного лазера с длиной волны 635 или 650 нм. Для сравнения: чтение CD-дисков осуществлялось лазером с длиной волны 780 нм. Кроме этого, дорожки питов стали располагаться ближе друг к другу. Это позволило значительно увеличить плотность записи, и по итогу однослойный DVD вмещал 4,7 Гбайт данных – в 6,5 раз больше, чем CD. Также нужно отметить, что конструкция DVD предусматривает использование двух пластин толщиной 0,6 мм каждая вместо одной 1,2-миллиметровой у CD. Благодаря этому появилась возможность записывать информацию на DVD в два слоя – в обычный нижний слой и в верхний полупрозрачный.

Для того чтобы считать информацию с двухслойного диска лазеру требовалось менять фокусировку путем изменения длины волны. Главным преимуществом таких «болванок» стал вдвое увеличенный объем – 8,5 Гбайт. Кроме этого, спустя некоторые время появились двухсторонние DVD-диски, в том числе и двухслойные. Емкость таких девайсов достигла внушительных 17 Гбайт.

В 1997 году в продаже появились первые диски, предназначенные для однократной записи информации. Они получили маркировку DVD-R. А уже в 1999 году в продаже можно было увидеть девайсы DVD-RW, на которые информацию можно было записывать многократно. При создании этих двух форматов использовались те же принципы, что лежали в основе CD-R и CD-RW дисков: между подложкой и отражателем располагался слой органического или неорганического вещества, который под воздействием лазера умел имитировать питы.

Оба эти стандарта, DVD-R(W) были предложены альянсом DVD Forum. Кроме них, эта организация также разработала формат DVD-RAM, который выгодно отличался от DVD-RW более высокой скоростью чтения и большим количеством циклов перезаписи (до 100 тысяч, тогда как DVD-RW диск можно было перезаписать лишь 10 тысяч раз). Однако формат DVD-RAM не был совместим с DVD-RW, и поэтому обычные DVD-приводы не умели читать такие диски. По этой причине технология не получила особого распространения.

В 2002 году компании Sony и Philips, которые не входили в организацию DVD Forum, представили обратно совместимую с DVD-R(W) технологию DVD+R(W). От «минусового» варианта новый формат отличался разметкой, которая значительно упрощала позиционирование считывающей головки, и иным материалом отражающего слоя. Кроме этого, на DVD+R(W) информация записывалась поверх старой, как на видеокассеты, тогда как для записи на DVD-R(W) требовалось предварительно стереть все имеющиеся на диске данные. Это также положительно сказалось на скорость записи DVD+R(W) девайсов.

На этом потенциал технологии DVD был исчерпан, и следующим шагом в индустрии стал выпуск оптических накопителей нового поколения: Blu-ray и HD DVD. Они увидели свет в 2006 году. Формат Blu-ray был разработан консорциумом Blu-ray Disc Association, в который входили такие крупные компании, как Sony, Panasonic, Samsung, LG и многие другие. А созданием технологии HD DVD занимались японские производители: NEC, Toshiba и Sanyo. Оба формата использовали сине-фиолетовый лазер с длиной волны 405 нм, что позволило в очередной раз значительно увеличить ёмкость дисков. Так, однослойный Blu-ray диск вмещает в себе 25 Гбайт данных, а HD DVD – 15 Гбайт.

В целом, характеристики Blu-ray и HD DVD были очень схожи. Но американские киностудии дали понять, что они не будут поддерживать обе технологии одновременно. «Война форматов» продлилась два года. За это время подавляющее большинство киностудий отдали предпочтение стандарту Blu-ray, и в феврале 2008 году компания Toshiba объявила о прекращении разработки и дальнейшей поддержки HD DVD.

С тех пор Blu-ray остается единственным игроком на рынке оптических накопителей. За это время появились диски BD-R и BD-RE для однократной и многократной записи. Кроме этого, в 2009 году была представлена технология Blu-ray 3D, предназначенная для хранения и воспроизведения трехмерного видеоконтента. А в начале следующего года состоится запуск первых 4К-фильмов на оптических дисках формата Ultra HD Blu-ray. Новый стандарт обеспечивает поддержку разрешения 3840x2160 пикселов, звуковых форматов Dolby Atmos и DTS:X, технологии HDR и высокой частоты развертки (до 60 кадров в секунду). Емкость таких дисков составит 50, 66 или 100 Гбайт.

(Продолжение следует…)

Теги:

• OCZ
• накопители
• история

Добавить метки

В нашу жизнь плотно вошли разнообразные средства обработки и хранения данных. В далеком прошлом остались печатные бумажные архивы. Что представляют собой современные носители информации?

Оптический диск: история создания

Первое устройство для хранения аудиозаписей было произведено компанией Sony в далеком 1979 году. Представляло оно собой, как и сейчас, пластиковый диск с круглым отверстием в центре. Изначально его использовали только для записи аудиофайлов, а информация на него наносилась особым методом кодирования Pulse Code Modulation. Он заключается в том, что текст или звук проходит через аналого-цифровой преобразователь и превращается в набор битов.

Позже, в 1982 году, в Германии началось массовое производство дисков. Их стали покупать для хранения разнообразных файлов. Вскоре они попали на прилавки не только музыкальных магазинов.

Как же устроен компакт-диск? Для изготовления основы используют 1,2-милиметровую по толщине поликарбонатную пластину диаметром 120 мм, которую сначала покрывают тонким слоем металла (золото, алюминий, серебро и т. д.), а затем лака. Именно на металл наносится информация в виде питов (углублений), выдавленных по спиральной дорожке. Считывание файлов, записанных на оптический диск,происходит при помощи лазерного луча с длиной волны 780 нм. Он отражается от поверхности пластины, меняет фазу и интенсивность, попадая на питы. Лендом же принято называть промежутки между питами. Шаг одной дорожки, находящейся в спирали, составляет около 1,6 мкм.

Типы оптических дисков

Существует несколько видов Digital Versatile Disc (DVD), Blu-ray Disc (BD). Все они имеют разную вместимость для записи информации. Например, DVD-диски производятся емкостью от 4,3 до 15,9 Гб, а CD - только до 900 Мб.

Также различают диски по кратности записи: однократные и многократные. В таких носителях по-разному формируется рельефная структура питов. Перезапись возможна благодаря органическому материалу, который под действием лазера темнеет и изменяет коэффициент отражения. В просторечии такой процесс называют прожигом.

Еще оптические носители могут отличаться формой. Фигурные компакт-диски (Shaped CD) обычно применяются в шоу-бизнесе как хранители аудио- и видеофайлов. Они бывают произвольной формы (квадратные, в виде самолета или сердечка). Использовать их в приводах CD-ROM не рекомендуется, потому что на высоких скоростях вращения они могут разорваться.

CD-диски и их виды

Оптический диск CD-R является носителем информации, которая доступна только для чтения. Записать файлы на него можно лишь один раз без права дописывания и редактирования. Изначально емкость таких дисков достигала всего 650 Мб или 74 минуты аудиозаписи. Теперь выпускаются устройства, вмещающие до 900 Мб информации. Преимущества их в том, что чтение поддерживают все стандартные CD.

Таким же объемом памяти обладает и лазерный диск CD-RW, только файлы на него можно записывать многократно (до 1000 раз). Для этого используются стандартные компьютерные программы. Минусом является то, что не все устройства готовы работать с данным форматом. Стоят CD-RW немного дороже, чем CD-R.

Компакт-диски с аудио- и видеозаписями не обладают никакой степенью защиты, их можно копировать и воспроизводить. А вот носители с определенными данными защищены от копирования технологией StarForce.

Диски формата ROM записываются на фабрике и способны только воспроизводить данные. Отредактировать такой носитель невозможно. А вот оптические устройства типа RAM можно перезаписывать до 10 тысяч раз и служат они до 30 лет. Такие диски производятся в дополнительных картриджах, их чтение не поддерживается обычными дисководами.

DVD-носители и их характеристики

Digital Versatile Disc является цифровым многоцелевым носителем информации. Структура его более плотная и вмещает много информации (до 15 Гб). Такой оптический диск напоминает склеенные вместе два CD. Хранение и считывание большого объема информации возможно благодаря использованию красного лазера, которого составляет 650 нм, и линзы с максимальной числовой апертурой. DVD-диски имеют одну или две записывающие стороны, а также один или два рабочих слоя на каждой стороне. Эти показатели определяют их емкость.

Как и подразделяются на несколько форматов. DVD-R или DVD+R являются носителями, на которые можно только один раз записать информацию. Стандарт записи на таких дисках был разработан компанией Pioneer в 1997 году. «Минусовые» и «плюсовые» устройства отличаются материалом отражающего слоя и специальной разметкой.

Оптические диски DVD RW (DVD+RW, DVD-RW) обладают возможностью многократной перезаписи информации. Причем «плюсовой» носитель позволяет вносить изменения в необходимые на ваше усмотрение места. Универсальные дисководы помогают решить проблему несовместимости форматов (+RW и -RW).

Что такое Blu-ray Disc?

Этот тип оптического диска позволяет хранить и записывать цифровые данные с высокой плотностью. Для воспроизведения информации (даже видео высокой четкости) используется синий лазерный луч в 405 нм, который сужает вдвое спиральную дорожку. Файлы, находящиеся очень близко друг к другу, чувствительны к механическим повреждениям, поэтому за диском должен быть особый уход. Последнее время производятся носители с особым покрытием, которое можно протирать обычной сухой салфеткой.

Существуют диски Blu-ray одноразовой и многоразовой записи, а также многослойные (от 2 до 4 слоев). Вместимость самого «слоистого» носителя достигает 128 Гб. При этом он обладает стандартным 12-сантиметровым диаметром. Двухслойный стандартный диск Blu-ray вмещает до 50 Гб информации. В разработке находится устройство, достигающее емкости в 300-400 Гб, которое могут читать современные дисководы. Для видеокамер используются диски меньшего диаметра (80 мм) с объемом памяти до 15 Гб.

Для защиты от копирования Blu-ray оснащены цифровыми водяными знаками ROM-Mark и технологией Mandatory Managed Copy.

Предназначение MiniDVD-носителей

Оптический носитель Mini DVD представляет собой уменьшенную копию обычного Digital Versatile Disc. Он составляет в диаметре 8 см и используется в фото- и видеокамерах. Односторонний диск вмещает до 1,4 Гб информации, соответственно, двусторонний - 2,8 Гб. По формату они бывают MiniDVD-R (однократная запись) и MiniDVD-RW (многократная).

Стандартный 12-сантиметровый привод не предназначен для чтения Mini DVD. При использовании таких дисков в ноутбуке следует применять шпиндель мотора привода. Иногда существуют проблемы с чтением Обычно в таких случаях компьютер выдает надпись «не найден драйвер для дисковода оптических дисков». Для решения проблемы следует обратиться к опытному программисту.

Все многообразие используемых в настоящее время в компьютере и бытовой аппаратуре оптических дисков можно разделить на две основные группы: компакт-диски CD (Compact Disk) и цифровые универсальные диски DVD (Digital Versatile Disk/Digital Video Disk). Диски CD и DVD имеют одинаковые физические размеры (диаметр 120/80 мм), но отличаются плотностью записи данных и характеристиками используемых оптических головок для считывания данных. По функциональному признаку CD и DVD делятся на три категории:

Без возможности записи (только для чтения);

С однократной записью и многократным чтением;

С возможностью перезаписи.

Принцип работы всех существующих ныне оптических дисководов основан на использовании луча лазера для записи и чтения информации в цифровом виде. В процессе записи лазерный луч оставляет на активном слое оптического носителя след, который затем можно прочитать с помощью того же лазерного луча, но меньшей мощности, чем при записи.

Для считывания данных в приводах формата CD используются инфракрасный лазер с длиной волны 780 нм и оптическая система с числовой апертурой 0,45. (Числовая апертура – от лат.apertura – отверстие – равна 0,5·n·sinα, где n – коэффициент преломления среды, в которой находится предмет, α – угол между крайними лучами конического светового потока, входящего в оптическую систему.) Емкость стандартных компакт-дисков, используемых для хранения данных, составляет 650 или 700 Мбайт. Компакт-диски, записанные в формате AudioCD (который был разработан для бытовых звуковоспроизводящих устройств), вмещают до 80 минут стереофонической записи.

Для считывания данных в DVD -приводах используются красный лазер с длиной волны 650 нм и оптическая система с числовой апертурой 0,6. Емкость стандартных DVD-дисков составляет от 4,7 Гбайт и выше.

CD-ROM (Compact Disk Read Only Memory) – неперезаписываемые лазерно-оптические диски, или компакт-диски ПЗУ. Компакт-диск изготавли­вается с использованием очень мощного инфракрасного лазера, который выжигает отверстия диаметром 0,8 микрона на специальном стеклянном контрольном диске. При этом на поверхности образуются углубления – впадины (англ. pit) – и ровные пространства – площадки (англ. land). Запись начинается на некотором расстоянии от отверстия в центре и продвигается к краю по спирали. По этому контрольному диску делается шаблон с выступами в тех местах, где лазер прожег отверстия. В шаблон вводится жидкая смола (поликарбонат), и таким образом получается компакт-диск с тем же набором отверстий, что и в стеклянном диске. На смолу наносится очень тонкий слой алюминия, который покрывается защитным лаком. CD-ROM записываются на фирме-изготовителе и используются для распространения больших объемов информации, предназначенной только для чтения. Пользователь при этом не имеет возможности ни стереть, ни записать информацию на такой диск.

CD-R производятся на основе поликарбонатных заготовок, которые используются и при производстве компакт-дисков. Однако структура имеет некоторые отличия. На диск предварительно наносится спиральная дорожка, между слоем поликарбоната и отражателем находится слой красителя. На начальной стадии слой красителя прозрачен, что дает возможность свету лазера проходить сквозь него и отражаться от слоя отражателя. При записи информации мощность лазера увеличивается и, когда луч достигает красителя, краситель нагревается, в результате разрушается химическая связь. Такое изменение молекулярной структуры создает темное пятно. При чтении фотодетектор улавливает разницу между темными пятнами и прозрачными областями. Это различие воспринимается как различие между впадинами и площадками. В качестве красителя используются металлоазот, цианин, фталоцианин или наиболее перспективный формазан – смесь цианина и фталоцианина. Отражающий слой представляет тончайшую пленку из золота или серебра.

CD-RW позволяют многократно записывать информацию на диски с отражающей поверхностью, под которую нанесен слой типа Ag-In-Sb-Te (серебро-индий-сурьма-теллур) с изменяемой фазой состояния. Этот сплав имеет два состояния: кристаллическое и аморфное, которые обладают разной отражающей способностью. Устройство для записи компакт-диска снабжено лазером с тремя вариантами мощности. При самой высокой мощности лазер расплавляет сплав, переводя его из кристаллического состояния (с высокой отражательной способностью) в аморфное состояние (с низкой отражательной способностью), так получается впадина. При средней мощности сплав расплавляется и возвращается обратно в естественное кристаллическое состояние, при этом впадина снова превращается в площадку. При низкой мощности лазер считывает информацию, определяя состояние материала (никакого перехода состояний при этом не происходит).

DVD - это тот же компакт-диск, изготовленный на основе поликарбоната с впадинами и площадками. Однако существует несколько различий. У DVD впадины меньшего размера (0,4 микрона вместо 0,8, как у обычного), более плотная спираль (0,74 микрона вместо 1,6), используется красный лазерный луч более короткой длины (650 нм вместо 780 нм). В совокупности эти усовершенствования дали семикратное увеличение емкости диска (4,7 Гбайт).

На данный момент существует 4 формата DVD :

1. Односторонние однослойные (4,7Гбайт).

2. Односторонние двуслойные (8,5Гбайт).

3. Двусторонние однослойные (9,4 Гбайт).

4. Двусторонние двуслойные (17 Гбайт).

При двуслойной технологии на нижний отражающий слой помещается полупрозрачный отражающий слой. В зависимости от того, где фокусируется лазер, он отражается либо от одного слоя, либо от другого. Чтобы обеспечить надежное считывание информации, впадины и площадки нижнего слоя должны быть немного больше по размеру, поэтому емкость нижнего слоя немного меньше, чем у верхнего слоя.

DVD обладают следующими достоинствами:

Значительно большая по сравнению с CD емкость;

Совместимость с CD;

Высокая скорость обмена данными с дисководом DVD;

Высокая надежность хранения данных.

Стоит отметить, что появление новых технологий Blu-ray и HD-DVD позволяет разместить на диске информации в несколько раз больше, чем на обычном DVD. В основе этих технологий лежит использование голубого лазера с длиной волны 405 нм. Формат HD-DVD записывает на один слой 15 Гбайт информации и 30 Гбайт на два слоя. Blu-ray, соответственно, хранит 25 и 50 Гбайт.

Магнитооптические диски

Принцип работы магнитооптического накопителя (Magneto Optical) основан на ис­пользовании двух технологий – лазерной и магнитной.

Принципиальное устройство всех видов магнитооптических дисков одинаково, различие может состоять только в том, что одни диски имеют одну рабочую поверхность, а другие две. Принципиальное строение одностороннего диска показано на рисунке 2.17.

Поверхность магнитооптического накопителя (МОД) покрыта сплавом, свойства которого меняются как под воздействием тепла, так и под воздействием магнитного поля. Если нагреть диск сверх некоторой температуры, то становится возможным изменение магнитной поляризации посредством небольшого магнитного поля. На этом основаны технологии чтения и записи МОД.

Так, при записи лазерный луч нагревает участок диска, куда должна быть произведена запись, до так называемой «точки Кюри» (у большинства применяемых сплавов это со­стояние наступает при температуре около 200 °С).

В точке Кюри падает магнитная проницаемость, и из­менение магнитного состояния частиц может быть произведено относительно небольшим по величине магнитным полем. Поле переводит все битовые ячейки в одинаковое состояние. При этом стирается вся информация на диске.

Затем направление магнитного поля меняется на противоположное, а лазер включается только в те моменты, когда нужно изменить ориентацию частиц в битовой ячейке (значение бита). Потом сплав охлаждается, и частицы его застывают в новом положении.

При чтении применяется лазерный луч низкой мощности. Отраженный свет попадает на светочувствительный элемент, который определяет направление поляризации. В зависимости от этого направления светочувствительный элемент посылает двоичную единицу или двоичный нуль контроллеру магнитооптического дисковода.

Магнитооптические накопители бывают встроенные и внешние. Кроме обычных дисководов большое распространение получают так называемые оптические библиотеки с автоматической сменой дисков, емкость которых может составлять сотни гигабайт и даже несколько терабайт. Время смены диска составляет несколько секунд, а время доступа и скорость обмена данными такие же, как у обычных дисководов.

Флэш-накопители

Носители информации на основе микросхем флэш-памяти сейчас нашли широкое применение в цифровых фотоаппаратах, мобильных телефонах, компьютерах.

Флэш-память – особый вид энергонезависимой перезаписываемой полупроводниковой памяти. Ячейка флэш-памяти состоит из одного транзистора особой архитектуры, в которой можно хранить несколько бит. Основная масса носителей на основе флэш-технологии – это так называемые флэш-карты, которые являются основными но­сителями информации для современной портативной техники. Второе направление, которое сейчас стремительно развивается, – это флэш-память с интерфейсом USB для непос­редственного подключения к компьютеру. Преимуществом флэш-памяти перед жесткими дисками, CD-ROM и DVD является отсутствие движущихся частей, поэтому флэш-память более компактна и обеспечивает более быстрый доступ. Информация, записанная на флэш-память, может храниться очень длительное время (от 20 до 100 лет) и способна выдерживать значительные механические нагрузки (в 5–10 раз превышающие предельно допустимые для обычных жестких дисков). Недостатком, по сравнению с жесткими дисками, является относительно малый объем, а также ограничение по количеству циклов перезаписи (от 10000 до 1000000 для разных типов).

Компьютерные флэш-диски в виде брелока с USB-портом используются как сменные носители информации и имеют объем 16, 32, 64, 128, 256, 512 Мбайт, 1Гбайт, 2Гбайт, 4Гбайт, 8 Гбайт, что не является, конечно, пределом, так как технологии постоянно совершенствуются.

Устройства ввода информации

Устройства ввода информации преобразовывают информацию, поступающую с периферийных устройств, в цифровой вид. Для ввода информации используются следующие устройства: клавиатура, манипуляторы, сканеры, дигитайзеры (цифровые планшеты), сенсорные экраны, средства речевого ввода, цифровые камеры и др.

Клавиатура

Клавиатура является основным средством ввода информации в ПК. Она представляет собой матрицу клавиш, объединенных в единое целое, и электронный блок для преобразования нажатий клавиши в двоичный код. Каждой клавише на клавиатуре соответствует семиразрядный код сканирования (скан-код). При нажатии клавиши аппаратура клавиатуры генерирует однобайтовый код нажатия, а при отпускании соответственно однобайтовый код отпускания. Код нажатия совпадает с кодом сканирования. Код отпускания отличается от кода сканирования наличием единицы в старшем разряде байта. Если клавиша остается нажатой более 0,5с, то автоматически начинают генерироваться коды нажатия с частотой 10 раз в секунду. Автоматическая генерация кода прекращается, если клавишу отпустить или нажать другую клавишу. Так, при «залипании» клавиши, чтобы исключить последствия, достаточно нажать любую другую клавишу. Принцип
действия клавиатуры показан на рисунке 2.19. При нажатии на клавишу сигнал регистрируется контроллером клавиатуры и инициа­лизирует аппаратное прерывание, процессор прекращает работу и выполняет процедуру анализа скан-кода. Прерыва­ние обрабатывается специальной программой, входящей в состав постоянного запоминающего устройства (ПЗУ). Любая клавиатура имеет 4 группы клавиш:

Клавиши пишущей машинки для ввода прописных и строчных букв, цифр и специальных знаков;

Служебные клавиши, меняющие смысл нажатия остальных и осуществляющие другие действия по управлению вводом с клавиатуры (Alt, Ctrl, Shift, Tab, Backspace, Enter, Caps Lock, Num Lock, Print Screen и др.);

Функциональные клавиши (F1-F12), смысл нажатия которых зависит от программного продукта;

Клавиши двухрежимной малой цифровой клавиатуры, обеспечивающие быстрый и удобный ввод цифровой информации, а также управление курсором и переключение режимов работы клавиатуры.

Манипуляторы

Манипуляторы – это устройства, предназначенные для управления курсором (указателем) на экране монитора.

Манипуляторы делают работу пользователя более удобной, особенно в программах с графическим интерфейсом. К манипуляторам относятся: мышь, джойстик, световое перо, трекбол и т. д.

Мышь представляет собой устройство для указания нужных точек на экране дисплея путем перемещения его по плоской поверхности. Координаты местоположения мыши передаются в компьютер и вызывают соответствующее перемещение курсора (указателя) мыши. В соответствии с принципом действия различают опто-механические и оптические мыши.

Принцип работы опто-механической мыши (рис. 2.20) состоит в преобразовании перемещения мыши в электрические импульсы, формируемые с помощью оптопары – светодиодов (источников света) и фотодиодов (приемников света). При перемещении мыши вращение шарика через валики передается на диски с «прорезями». Вращение диска приводит к перекрытию светового потока между светодиодом и фотодиодом, что приводит к появлению электрических импульсов. Частота импульсов соответствует скорости перемещения мыши.

В настоящее время достаточно широко используются оптические мыши. Все современные оптические мыши конструктивно содержат миниатюрную видеокамеру, у которой в качестве светочувствительного элемента используется CMOS-сенсор. (Датчик изображения, содержащий светочувствительный слой кремния, в котором фотоны преобразовываются в электроны. CMOS – Complementary Metal Oxide Semiconductor – КМОП – комплементарная структура «металл-оксид-полупроводник») Напротив сенсора для освещения поверхности под мышью располагается источник света, как правило, красный светодиод. При перемещении мыши сенсор обрабатывает изображения поверхности и в виде сигналов посылает их в специализированный процессор DSP (Digital Signal Pro­cessing – цифровой сигнальный процессор), который анализирует изменения в принятых изображениях и соответственно определяет направление перемещения мыши. Однако оптические мыши нельзя использовать на стеклянных и зеркальных поверхностях.

Существуют и беспроводные мыши, в которых с помощью встроенного передатчика информация передается инфракрасными лучами или радиосигналами. Эти сигналы фик­сируются специальным приемником и поступают в компьютер. При использовании инфракрасного диапазона мышь должна находиться в зоне прямой видимости приемника. Если же используется радиодиапазон, то это условие не является обязательным.

Последним достижением в области создания манипуляторов типа мышь является использование лазерной технологии. При перемещении мыши лазерный луч, отражаясь от поверхности, попадает на сенсор, который обнаруженные изменения поверхности переводит в движение курсора на экране монитора. Использование лазерного луча позволяет мышь сделать более чувствительной по сравнению с обычной оптической мышью, а также использовать ее на любых поверхностях. В то же время лазер невидим и безопасен для человека.

Качество той или иной модели мыши определяется разрешением мыши, которое измеряется в dpi (dot per inch – число точек на дюйм), хотя существует и другая единица cpi (count per inch – число отсчетов на дюйм). Обычно разрешение мыши в зависимости от модели находится в пределах от 300 до 900 dpi. Чем больше разрешение, тем более точно позиционируется курсор мыши. Конструктивно мыши выполнены в форме пластмассовой коробки с кнопками, как правило, с двумя – основной и дополнительной.

Другим манипулятором, в котором перемещение курсора осуществляется ручным вращением шара, выступающего над плоской поверхностью, является трекбол (рис. 2.22, а). Принцип действия такой же, как и у опто-механической мыши. Трекбол, по сути, та же мышь, только перевернутая «брюшком» вверх.

Джойстик – это устройство, которое, как правило, при­меняется в игровых приставках и игровых компьютерах (рис. 2.22, б). Он представляет собой рычаг, перемещение которого приводит к перемещению курсора на экране. На рычаге располагается одна или несколько кнопок. При этом курсор принимает форму какого-либо движущегося объекта.

Световое перо может применяться для указания точки на экране дисплея или для формирования изображений. В наконечнике светового пера установлен фотоэлемент, который реагирует на световой сигнал, передаваемый экраном в точке прикосновения пера. Так как экран монитора состоит из множества точек (пикселей), то при нажатии кнопки на пере передается сигнал в ПК, по которому вычисляются координаты электронного луча в момент его регистрации. Другая область применения светового пера – его совместное использование с дигитайзером. Дигитайзер (цифрователь) – это устройство, предназначенное для ввода графической информации. При перемещении пера по планшету в памяти компьютера фиксируются его координаты, т. е. в этом случае световое перо выполняет «пишущую» функцию.

Сенсорные экраны

Сенсорный экран – это экран, совмещенный с сенсорными устройствами и позволяющий вводить в компьютер информацию прикосновением пальца руки.

В общем случае при работе с сенсорным устройством пользователь касается пальцем курсора (поверхности этого устройства), буквы, числа или другой высвечиваемой фигуры на экране. Независимо от физической природы принципов, положенных в основу функционирования сенсорного устройства, с его поверхностью связывается прямоугольная система координат, которая позволяет фиксировать прикосновение пальца и передавать сигнал в компьютер. По принципу действия различают следующие сенсорные технологии: резистивную, емкостную, инфракрасную и технологию, основанную на поверхностно-акустических волнах (ПВА).

Резистивная технология. Резистивная технология основана на методе замера электрического сопротивления части системы в момент прикосновения. Резистивный экран обладает высокой разрешающей способностью (300 точек/ дюйм), большим ресурсом (10 млн. касаний), небольшим временем отклика (около 10 мс) и низкой стоимостью. Но помимо плюсов есть и минусы, например такие, как 20%-я потеря светового потока.

Емкостная технология. Чувствительный элемент емкостного сенсорного экрана представляет собой стекло, на поверхность которого нанесено тонкое прозрачное проводящее покрытие. При прикосновении к экрану обра зуется емкостна; связь между пальцем и экраном, что вызывает импульс ток в точку контакта (рис. 2.24). Другая емкостная технологи NFI (Dynapro) (рис. 2.25) основана на использовании электромагнитной волны. NFI использует специальную сенсорную электронную схему, которая может определить проводящий объект – палец или проводящее перо ввода – через слой стекла, а также через перчатки или другие потенциальные препятствия (влага, гель, краска и т. д.).

Технология ПАВ (поверхностные акустические волны). В углах такого экрана размещается специальный набор эле­ментов из пьезоэлектрического материала, на которые подается электрический сигнал частотой 5 МГц. (Пьезоэлектрические материалы – это вещества, которым присущ пьезоэлектрический эффект, т.е. возникновение электрического поля под воздействием упругих деформаций – прямой пьезоэлектрический эффект.) Этот сигнал преобразуется в ультразвуковую акустическую волну, направляемую вдоль поверхности экрана. Даже легкое касание экрана в любой его точке вызывает активное поглощение волн, благодаря чему картина распространения ультразвука по его поверхности несколько меняется.

Инфракрасная технология. Вдоль границ сенсорного экрана устанавливаются специальные излучающие элементы, генерирующие световые волны инфракрасного диапазона, световые волны инфракрасного диапазона распространяются вдоль поверхности экрана, образуя на его рабочей поверхности подобие координатной сетки.

Если один из инфракрасных лучей перекрывается попавшим в зону действия лучей посторонним предметом, луч перестает поступать на приемный элемент, что тут же фик­сируется микропроцессором. Стоит отметить, что инфракрасному сенсорному экрану все равно, какой именно предмет помещен в его рабочее пространство: нажатие может осуществляться пальцем, авторучкой, указкой и даже рукой в перчатке. Сенсорные экраны могут быть навесными и встроенными (рис. 2.28).

За последние несколько лет сенсорные экраны заре­комендовали себя как наиболее удобный способ взаимодействия человека с машиной. Применение сенсорных экранов имеет ряд преимуществ, недоступных при использовании любых дру­гих устройств. Так, инфор­мационные системы, сделанные на базе сенсорных киосков, помогают в получении необходимой или интересующей информации в выставочных залах, на вокзалах, в государственных, банковских, финансовых и медицинских учреждениях и др.

Сканеры

Сканер – это устройство, позволяющее передавать в компьютер графическую информацию, размещенную на бу маге или пленке.

Это могут быть тексты, рисунки, схемы, графики, фотографии и др. Сканер, подобно копировальному аппарату, создает копию изображения бумажного документа, но не на бумаге, а в электронном виде.

Принцип действия сканера следующий. Копируемое изображение освещается источником света (как правило, флуоресцентная лампа). При этом луч света осматривает (сканирует) каждый участок оригинала. Отраженный от бумажного листа луч света через уменьшающую линзу попадает на прибор с зарядовой связью (ПЗС). (Устройство, накапливающее электронный заряд при попадании на него светового потока. Уровень заряда зависит от продолжительности и интенсивности освещения. В англоязычной литературе используется определение CCD – Couple-Charget Device) На поверхности ПЗС за счет сканирования формируется уменьшенное изображение копируемого объекта. ПЗС осуществляет преобразование оптической картинки в электрические сигналы. ПЗС представляет собой матрицу, которая содержит большое число полупроводниковых элементов, чувствительных к световому излучению.

В черно-белых сканерах на выходе каждого элемента ПЗС с помощью аналогово-цифрового преобразователя формируется несколько оттенков серого цвета.

В цветных сканерах используется цветовая модель RGB. Сканируемое изображение освещается через вращающийся RGB-светофильтр или последовательно зажигаемыми тремя цветными лампами – красной, зеленой, синей. Сигнал, соответствующий каждому основному цвету, обрабатывается отдельно. Для этого имеются параллельные линейки датчиков, каждая из которых воспринимает свой цвет. Число передаваемых цветов составляет от 256 до 65 536 и даже 16,7 млн. Разрешающая способность сканеров измеряется в количестве различимых точек на дюйм изображения. При этом указывается два значения, например 600×1200 dpi. Первое – это количество точек по горизонтали, оно опреде­ляется матрицей ПЗС. Второе – количество шагов двигателя по вертикали на дюйм. Во внимание следует принимать первое – минимальное значение.

По своему конструктивному исполнению сканеры бывают ручные, планшетные, барабанные, проекционные и др. рис. 2.30).

Устройства вывода информации

Устройства вывода информации – это устройства, которые выводят информацию, обработанную компьютером, для восприятия ее пользователем или для использования другими автоматическими устройствами.

Выводимая информация может отображаться на экране монитора, печататься на бумаге, воспроизводиться в виде звуков, передаваться в виде каких-либо сигналов.

Мониторы и видеоадаптеры

Монитор (дисплей) – это устройство, предназначенное для отображения текстовой и графической информации в целях ви­зуального восприятия ее пользователем.

Монитор является основным периферийным устройством и служит для отображения информации, вводимой с помощью клавиатуры или других устройств ввода (сканер, дигитайзер и др.). Монитор подключается к компьютеру через видеоадаптер. В настоящее время используются следующие типы мониторов:

На базе электронно-лучевой трубки (ЭЛТ);

- жидкокристаллические;

Плазменные (газоразрядные).

Разница между этими мониторами заключается в разных физических принципах формирования изображения.

Мониторы на базе ЭЛТ по принципу действия ничем не отличаются от обычных телевизоров. При формировании изображения видеоданные преобразуются в непрерывный поток электронов, которые «выстреливаются» катодными тушками кинескопа. Получившиеся электронные лучи проводят сквозь специальную направляющую решетку, чем обеспечивается точное попадание электронов в нужную точку, и затем достигают люминесцентного слоя. При бомбардировке электронами люминофор излучает свет.

Существует несколько типов электронно-лучевых трубок, которые различаются между собой устройством направляющей решетки и слоем люминофора.

Наибольшее распространение получили мониторы с так называемой теневой маской. В кинескопе этого типа для позиционирования электронного пучка применяется тонкая металлическая пластина, в которой путем перфорации изготовлено множество отверстий (рис. 2.32, а). Люминофор в таком кинескопе выполнен в виде цветных триад, где каждое троеточие – светящийся элемент красного, зеленого и синего вещества – представляет собой один видимый пиксель.

Другой тип кинескопов, построенных с применением апертурной решетки (рис. 2.32, б), отличается от кинескопов с теневой маской тем, что для точного позиционирования электронного луча служит не громоздкая пластина, а ряд стальных нитей. Люминофор в кинескопе с апертурной решеткой нанесен на внутреннюю поверхность экрана в виде чередующихся вертикальных полосок.

В ЭЛТ с щелевой маской направляющая решетка представляет собой пластину с вертикальными длинными прорезями-щелями (рис. 2.32, в). Люминофор в таких кинескопах наносится либо в виде непрерывных чередующихся полосок, либо в виде эллиптических полосок, по своей форме близких к прорезям в щелевой маске.

Рассмотренные типы кинескопов имеют свои достоинства и недостатки. Так, ЭЛТ с теневой маской благодаря некоторым своим конструктивным особенностям обладает рядом преимуществ по сравнению с другими типами кинескопов: плотное расположение цветных триплетов, позволяющее добиться высокой четкости изображения, и хорошо отлаженная технология производства. Недостатком является снижение срока службы монитора – из-за большой площади перфорированная маска поглощает около 70-85% всех электронов, испускаемых катодами электронной пушки кинескопа, в результате чего уменьшается диапазон яркости и контрастности. Для достижения высокой красочности изображения приходится увеличивать интенсивность электронного потока, что не лучшим образом влияет на срок службы монитора (как правило, жизненный цикл устройства на основе ЭЛТ с теневой маской не превышает 7-8 лет). Область применения таких мониторов – обработка больших массивов текстового материала, верстка, фоторетушь, цветокоррекция и САПР (системы автоматического проектирования).

К основным преимуществам ЭЛТ с апертурной решеткой можно отнести большую яркость и контрастность за счет большей пропускной способности электронов к люминофору и увеличенной площади покрытия экрана люминофором.

Среди недостатков следует отметить возникновение искажений изображения при отображении большого количества коротких штрихов, другими словами, при выводе текста мелким кеглем.

Мониторы, в которых применяются трубки со щелевой маской, сочетают в себе преимущества двух предыдущих типов устройств и свободны от недостатков. Яркие, живые краски, хороший контраст, четкая графика и текст – все это делает их пригодными для удовлетворения запросов любых категорий пользователей. Электронно-лучевые трубки разрабатываются и изготавливаются весьма ограниченным количеством компаний. Все остальные, производящие мониторы, пользуются покупными решениями. Среди наиболее известных компаний-разработчиков можно выделить: Hitachi и Samsung – трубки на основе теневой маски; Sony, Mitsubishi и ViewSonic – ЭЛТ с апертурной решеткой; NEC, Panasonic, LG – устройства, в которых применяется щелевая маска.

Жидкокристаллические мониторы (ЖКМ), или LCD-мониторы (LCD - Liquid Crystal Display) – это цифровые плоские мониторы. Эти мониторы используют прозрачное жидкокристаллическое вещество, которое в виде тонкой пленки расположено между двумя стеклянными пластинами. Пленка представляет собой матрицу, в ячейках которой расположены кристаллы. Рядом с каждой пластиной расположен поляризационный фильтр, плоскости поляризации которых взаимно перпендикулярны.

Из курса физики вы знаете, что если пропускать свет через две пластины, плоскости поляризации которых совпадает, то обеспечивается полное прохождение света. Однако если одну из пластин поворачивать относительно другой, т.е. менять плоскость поляризации, то количество пропускаемого света будет уменьшаться. Когда плоскости поляризации будут взаимно перпендикулярны, прохождение света шокируется.

В ЖК-мониторах свет от лампы, попадая на первый поляризационный фильтр, поляризуется в одной из плоскостей, например вертикальной, и затем проходит слой жидких кристаллов. Если жидкие кристаллы разворачивают плоскость поляризации светового луча на 90°, то он беспрепятственно проходит через второй поляризационный фильтр, так как плоскости поляризации совпали. Если же поворота не произошло, то световой луч не проходит. Таким образом, подавая напряжение на кристаллы, можно изменять их ори­ентацию, т. е. тем самым регулировать количество света, проходящего через фильтры. В современных ЖК-мониторах каждый кристалл управляется отдельным транзистором, т. е. используется технология TFT (Thin Film Transistor) – технология «тонкопленочных транзисторов». Пиксель в ЖК-мониторе также формируется из красного, зеленого и синего цветов, а различные цвета получаются за счет изме­нения подаваемого напряжения, что приводит к повороту кристалла и соответственно к изменению яркости светового потока.

В плазменных мониторах (PDP - Plasma Display Panel) изображение формируется за счет излучения света газовыми разрядами в пикселях панели. Элемент изображения (пиксель) в плазменном дисплее во многом напоминает обычную люминесцентную лампу. Электрически заряженный газ испускает ультрафиолетовый свет, попадающий на люминофор и возбуждающий его, что вызывает свечение видимым светом соответствующей ячейки. В современных плазменных мониторах используется так называемая технология plasmavision – это множество ячеек, иначе говоря, пикселей, которые состоят из трех субпикселей, передающих цвета – красный, зеленый и синий.

Конструктивно панель состоит из двух плоских стеклянных пластин, расположенных на расстоянии порядка 100 микрон друг от друга. Между ними находится слой инертного газа (как правило, смесь ксенона и неона), на который воздействует сильное электрическое поле. На переднюю прозрачную пластину нанесены тончайшие про­зрачные проводники – электроды, а на заднюю – ответные проводники. Задняя стенка имеет микроскопические ячейки, заполненные люминофорами трех основных цветов (красного, синего и зеленого), по три ячейки на каждый пиксель. Принцип действия плазменной панели основан на свечении специальных люминофоров при воздействии на них ультрафиолетового излучения, возникающего при электрическом разряде в среде сильно разреженного газа. При таком разряде между электродами с управляющим напря­жением образуется проводящий «шнур», состоящий из ионизированных молекул газа (плазмы). Поэтому панели, работающие на этом принципе, и получили название плаз­менных панелей. Ионизированный газ воздействует на специальное флюоресцирующее покрытие, которое, в свою очередь, излучает свет, видимый человеческим глазом.

Качество того или иного монитора можно оценить по следующим основным параметрам:

Разрешающая способность;

Размер экрана;

Количество воспроизводимых цветов;

Частота обновления экрана.

Разрешение монитора. Обычно мониторы могут работать в двух режимах: текстовом и графическом. В текстовом режиме на экране монитора отображаются символе кодовой таблицы ASCII. Максимальное число символов, которое может быть отражено на экране, называется информационной емкостью экрана. В обычном режиме на экране размещается 25 строк по 80 символов в каждой из них, следовательно информационная емкость составляет 2000 символов. В графическом режиме на экран выводятся изображения, формируемые из отдельных элементов – пикселей. В графическом режиме разрешающая способность измеряется максимальным количеством пикселей по горизонтали и по вертикали на экране монитора. Разрешающая способность зависит как от характеристик монитора, так и от видеоадаптера. Чем выше эти значения, тем больше объектов можно разместить на экране, тем лучше детализация изображения. Например, разрешение 800×600 означает, что на экране можно условно провести 800 вертикальных и 600 горизонтальных линий (рис. 2.35). При формировании изображения участвует каждый пиксель экрана, поэтому при разрешении 800×600 число адресуемых ячеек составляет 480000 пикселей. Для ЖК-мониторов разрешение определяется количеством ячеек, расположенных по ширине и высоте экрана. Современные ЖК-мониторы имеют в основном разрешение 1024×768 или 1280×1024.

Наиболее важной характеристикой, определяющей разрешающую способность и четкость изображения на экране, является размер
зерна (dot pitch – шаг расположения точки) люминофора экрана монитора. Величина зерна современных мониторов имеет значение от 0,25 до 0,28 мм. Под зерном понимается расстояние между двумя точками люминофора одного цвета. Для трубок с теневой маской зерно измеряется по диагонали, для двух других по горизонтали. Стандартные значения разрешений: 640×480, 800×600, 1024×768, 1600×1200, 1800×1440 и др.

Размер экрана. В качестве меры обычно используется длина диагонали видимой области изображения. Для жидкокристаллических (ЖК) дисплеев размер видимой области совпадает с размерами панели. Для мониторов с электронно-лучевой трубкой (ЭЛТ) видимая область несколько меньше. Это объясняется конструктивными особенностями самой ЭЛТ. Мониторы с ЭЛТ имеют размеры экрана 14, 15, 17, 19 и 22 дюйма. Для ЖК используются панели 15, 17, 18, 19, 20 и более дюймов.

©2015-2019 сайт
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2016-02-12

В 1985 г. появилось описание стандарта хранения произвольных данных CD-ROM (Readonly memory – «память только для чтения»), являющийся надстройкой над форматом музыкального компакт-диска (CD-DA). Он имел небывалую по тем временам емкость 700 Мбайт. Емкость носителя и удобство использования этой системы в немалой степени способствовали начавшемуся стремительному росту производства и совершенствованию персональных компьютеров. Появление понятия «мультимедиа» неразрывно связано с CD-ROM. В свою очередь, задачи, выдвигаемые развитием информационных систем, обусловили совершенствование самой технологии хранения данных на компакт-дисках, которое шло по трем основным направлениям.

Первое направление связано с появлением множества вариантов организации данных на CD. Это логические форматы CD-I и форматы Video CD, Karaoke CD, Kodak Photo CD. Создание мультимедиа-приложений, позволяющих объединить на одном диске различ­ные данные, привело к созданию группы смешанных форматов Mix Mode, CD-plus, CD-extra.

Вторым направлением стало увеличение скорости считывания данных, вплоть до скорости 52" (за единицу скорости принята скорость 150 Кбайт/с, т.е. скорость считывания информации с CD-DA).

Третьим направлением стала разработка дисков, позволяющих пользователю не только считывать, но и записывать на них информацию. В 1987 г. компания Sony представила новый стандарт CD-R (CD-Recordable). Почти одновременно с дисками CD-R появились перезаписываемые диски CD-RW.

Новым качественным шагом стала технология DVD (Digital Versatile Disc), которая была представлена в 1995 г. компаниями Toshiba и Sony. Применение нового лазера с длиной волны 650 нм и усовершенствованный способом слежения за дорожкой записи позволили увеличить информационную емкость до 4,7 Гбайта, используя тот же 12-сантиметровый диск. Сохранение в новом формате основных принципов предыдущего формата (CD) дало возможность при минимальных затратах, применяя механику приводов CD-ROM, создать универсальные устройства для чтения дисков всех рассмотренных ранее форматов. Потребовалось лишь внести некоторые изменения в электронный блок управления и оборудовать оптико-механический узел чтения дополнительным лазерным диодом.

Вначале единственным назначением DVD было распространение видео­фильмов с разрешением до 720х572 точек и многоканальным звуком формата 5.1. Спустя три года разработчики расширили функциональность DVD, был представлен новый формат аудио-DVD.

Впоследствии технология DVD была перенесена и на ПК. Появились встраиваемые DVD-проигрыватели, затем устройства Combo, объединявшие в одном корпусе устройство чтения DVD и записи CD-RW. Относительно быстрое появление технологий DVD=R, DVD±RW и DVD-RAMбыло закономерным, поскольку их теоретические и технологические основы были отработаны при создании CD-R и CD-RW.

Развиваясь, технология DVD проходила те же стадии, что и технология записи на CD. Увеличение скорости воспроизводящих, а затем и записывающих устройств остановилось на отметке 16" (за единицу скорости потока данных принята скорость системы DVD- video- 1350Кбайт/с).

До весны 2004 г. запись дисков DVD±R и DVD±RW производилась только в одном слое (DVD-5)и позволяла записать на диск не более 4,7 Гбайт данных. В начале 2004 г. компания Philips анонсировала формат DVD+R DL (двухслойный или DVD-9), позволяющий записать до 8,5 Гбайт информации на одной стороне диска. Максимальная емкость DVD-дисков 15,9 Гбайта (по 7,95 Гбайта на каждую сторону двухстороннего двухслойного диска). Распространения двухсторонние двухслойные диски не получили из-за высокой стоимости и неудобства обращения к произвольным данным.

В 2002 г. компании Nee и Toshibaпредставили прототип AOD (Advanced Optical Disc), созданный по технологии, аналогичной используемой в DVD- дисках, но с большей плотностью записи. Через год организация DVD Forumпризнала AODофициальным преемником DVD, дав ему наименование HD DVD (High Definition Digital VersatileDisk). Стандарт HD DVDбыл поддержан большинством производителей DVD-приводов и дисков, так как является эволюционным продолжением стандарта DVDи требует минимального переоборудования существующего производства. Отличие, в основном, заключается в плотности записи (до 15 Гбайт на каждый слой), которая обеспечивается за счет применения более коротковолнового лазера. За однократную скорость передачи данных принята скорость 36,5 Мбит/с, что соответствует 27 х для DVDи 243 х для CD. В 2008 году стандарт прекратил свое существование в результате конкуренции со стандартом Blu-ray Disc, как по техническим характеристикам, так и по степени защищенности данных правообладателей.

В начале 2002 г. стало известно о новом стандарте Blu-ray Disc (BD). В стандарте Blu-ray применен сине-фиолетовый лазер, имеющий диаметр пучка 58 нм (DVD -132 нм, HD DVD- 82 нм). Принципиальное отличие от HD DVD – это уменьшение расстояния между питами в пределах одной дорожки (в сочетании с увеличением числа самих дорожек). Технология Blu-ray является более прогрессивной, т. к. емкость диска составляет более 25 Гбайт/слой. Максимальная емкость диска с учетом нескольких слоев может достигать 200 Гбайт. На данный момент существуют три основных вида HD-носителей: HD-ROM-обычные, штампованные и выпускаемые заводским тиражом, HD-R –однократно записываемые и HD-RW– перезаписываемые. Поскольку для штамповкиHD производителям приходится целиком менять оборудование, такие диски стоят ощутимо дороже.

В настоящее время проводятся исследования и разрабатывается технология записи на оптические диски с использованием ультрафиолетового лазера с длиной волны порядка 70 нм. Таким образом, теоретически появится возможность записывать на один оптический диск до 500 Гбайт данных. В 2005 г. началась разработка стандарта топографических носителей HVD (Holographic Versatile Disc). Емкость первых дисков составила 200 Гбайт. В перспективе технология позволит создавать носители емкостью до 1 Тбайта данных. Новая технология отличается тем, что два луча в одной точке одномоментно записывают не один бит, а целый блок данных. При чтении диск может сохранять неподвижность, а подвижной станет оптическая система –Технология АО DVD (Articulated Optical Digital Versatile Disc), предусматривающая использование нано-решеток с размерами меньше длины волны лазера для многоуровневого кодирования информации. Таким образом, замена для HD DVD и Blu-ray готовится уже сейчас и развитие оптической записи будет продолжено.

(Текст составлен на основе кн: 1. Коджаспирова, Г. М. Технические средства обучения и методика их использования / Г. М. Коджаспирова, К. В. Петров. – Москва: Изд. центр «Академия», 2001. – 256 с. 2. Сергеев, А. Н. Аудиовизуальные технологии обучения: курс лекций / А. Н. Сергеев, А. В. Сергеева. – Тула: Изд-во ТГПУ им. Л. Н. Толстого, 2009. – 250 с.)

Приложение № 6