По какому правилу присваивается имя оптическому дисководу. Оптические накопители информации

Запись и считывание информации в оптических накопителях производится бесконтактно с помощью лазерного луча. К таким устройствам относятся, прежде всего, накопители CD-ROM, CD-R, CD-RW и DVD (ROM, R и RW).

Устройства CD-ROM. В устройствах CD-ROM (Compact Disk Read-Only Memory – компакт-диск только для чтения) носителем информации является оптический диск (компакт-диск), изготавливаемый на поточном производстве с помощью штамповочных машин и предназначенный только для чтения.

Компакт-диск представляет собой прозрачный полимерный диск диаметром 12 см и толщиной 1,2 мм, на одну сторону которого напылен светоотражающий слой алюминия, защищенный от повреждений слоем прозрачного лака. Толщина напыления составляет несколько десятитысячных долей миллиметра.

Информация на диске представляется в виде последовательности впадин и выступов (их уровень соответствует поверхности диска), расположенных на спиральной дорожке, выходящей из области вблизи оси диска (на поверхности жесткого диска на дюйме по радиусу помещается лишь несколько сотен дорожек). Емкость такого CD достигает 780 Мбайт, что позволяет создавать на его основе справочные системы и учебные комплексы с большой иллюстративной базой. Один CD по информационной емкости равен почти 500 дискетам. Считывание информации с CD-ROM происходит с достаточно высокой скоростью, хотя и заметно меньшей, чем скорость работы накопителей на жестком диске.

Накопители CD-R (CD-Recordable). Они позволяют наряду с прочтением обычных компакт-дисков однократно записывать информацию на специальные оптические диски CD-R. Информационный объем таких дисков составляет 700 Мбайт.

Запись на такие диски осуществляется благодаря наличию на них особого светочувствительного слоя из органического материала, темнеющего при нагревании. В процессе записи лазерный луч нагревает выбранные точки слоя, которые темнеют и перестают пропускать свет к отражающему слою, образуя участки, аналогичные впадинам.

Запись информации на диски CD-R представляет собой дешевый и оперативный способ хранения больших объемов данных.

Накопители CD-RW (CD-ReWritable). Дают возможность делать многократную запись на диск. Информационный объем таких дисков составляет 700 Мбайт.

Дисковод CD-ROM – позволяет только считывать информацию с любых CD-дисков. Соответственно между собой такие устройства будут различаться скоростью чтения и кэш-памятью. Дисковод CD-R – прочитать и записать, а дисковод CD-RW не только читает, но и перезаписывает (стирает информацию и записывает поверх нее новую). Такие дисководы различаются скоростью чтения/записи/перезаписи (последнее только для CD-RW) и размером кэш.

Накопители DVD (Digital Versatile Disc, цифровой диск общего назначения). Первые DVD-диски появились на рынке где-то в 96–97 годах прошлого века. DVD является прекрасным носителем для данных любого типа и используется как обыкновенный компьютерный носитель информации.

Снаружи DVD выглядит как обычный CD, и даже при ближайшем рассмотрении тяжело заметить разницу. Однако возможностей у DVD гораздо больше. Диски DVD могут хранить в 26 раз больше данных по сравнению CD-ROM.

Технология DVD стала огромным скачком в области носителей информации. Стандартный односторонний однослойный диск может хранить 4,7 Gb данных. Но DVD могут изготавливаться по двухслойному стандарту, который позволяет увеличить количество хранимых на одной стороне данных до 8,5 Gb.

Кроме этого, диски DVD бывают двухсторонними, что увеличивает емкость диска до 17 Gb. Правда, чтобы считать DVD-диск, необходимо новое устройство (DVD-ROM), но технология DVD совместима с технологией CD, и привод DVD-ROM читает и диски CD-диск, причем разных форматов.

В продаже можно встретить различные комбинированные дисководы для оптических дисков. Например, DVD-CD R/RW позволяет читать DVD и CD – диски и производить запись/перезапись на CD-диски. Другой вариант – DVD-RW – CD-RW. Позволяет читать, записывать и перезаписывать DVD и CD-диски.

Диски. Это слово много значит для человека знакомого с компьютером. Различные виды оптических дисков уже не одно десятилетие занимают почетное место в стеллажах и коробках пользователей. Проходят годы, добавляются новые форматы, но пока ничего кардинально не изменилось. И хотя flash-носители (называемые в народе «флешки») и потеснили частично диски, прежде всего, как источник переноса информации с компьютера на компьютер, но в качестве долговременного хранителя информации пока конкурентов у оптических дисков нет. Так давайте же познакомимся с ними ближе.
Первые оптические диски были разработаны на рубеже 70-80-х годов совместными усилиями компаний Sony и Phillips. С тех пор утекло много воды. Дважды значительно менялась технология создания дисков с целью увеличения их емкости, спады и подъемы, конкуренция и война форматов – под этим знаком прошли эти три десятилетия.
Но мы с вами, прежде всего потребители, верно? Для нас важно разобраться во всем том разнообразии оптических дисков, которое существует на рынке, познакомиться с их разновидностями, особенностями и причинами появления. Перейдем к делу?

CD (Compact disc)

Первый наш гость – это компакт-диск (CD) появившийся в 1982 году. Целью его разработки была замена виниловых пластинок современным, более качественным носителем аудио информации и непосредственно распространение музыки. В итоге появились диски, вмещающие 74 минут звучания, чего было вполне достаточно для записи стандартного аудиоальбома. При этом обеспечивалось высокое качество музыки записанной в виде цифровых данных. Первоначально объем такого диска составлял около 650 Мбайт.
Разновидности компакт-дисков:
CD-ROM – этот тип компакт-дисков изготовляется на заводах методом штамповки и является не записываемым носителем данных
CD-R (CD recordable) – одноразовый записываемый компакт-диск. Стандартный объем – 700 Мбайт. Иногда встречаются 800 Мбайтные диски.
CD-RW (CD rewritable) – перезаписываемый (многоразовый) компакт-диск. Стандартный объем – 700 Мбайт.
Перезаписываемые диски (это касается и CD-RW и DVD-RW) не могут использоваться «вечно». Они тоже имеют свой ресурс. Обычно называется цифра 1000 перезаписываний. Однако на практике диски отказывают быстрее. На то есть много причин, хотя самая главная, наверное, это обращение с ними. Чаще всего уже через год постоянного использования на RW дисках появляются множественные царапины и, как следствие, проблемы со считыванием информации.
Кстати, если когда-то при использования одноразового диска (R), его можно было записать только один раз, независимо от того, сколько осталось на нем свободного места, то сейчас, используя при записи мультисессию, его можно «дописывать», но стирать все равно нельзя. При этом МирСоветов напоминает, что мультисессионные диски не всегда воспринимаются DVD-проигрывателями, особенно старыми моделями. Они могут либо не увидеть диск целиком, либо прочитают только первую сессию (запись).

В начале 90-х годов были разработан формат DDCD – компакт-диск двойной плотности (double density compact disc), который вмещал в два раза больше информации, чем обычный компакт-диск. Это достигалось уменьшением размера пита. Но эти диски не получили распространения из-за несовместимости и дороговизны производства.

Еще одна разновидность носителей в виде дисков. Разработана в 1992 году компанией Sony как замена компакт-кассетам, соответственно используется главным образом как носитель аудиоинформации, хотя с 2004 года с появлением нового формата Hi MD можно использовать для хранения любой информации. Широкого распространения MiniDisk не получил. Используется преимущественно в плеерах и видеокамерах фирмами Sony и Sharp. Также их можно встретить как диски с драйверами и утилитами для компьютерной периферии, в частности, для USB-оборудования (к «флешкам», Bluetooth- и WiFi-адаптерам и пр.)

DVD (Digital Versatile Disc)

В 1995 году группа разработчиков (Toshiba, Matsushita, Sony, Philips, Time Warner, Pioneer, JVC, Hitachi and Mitsubishi Electric) подписали соглашение о совместном сотрудничестве в разработке и продвижении нового типа оптических дисков под названием Digital Video Disс (DVD) – цифровой видео диск. Позднее DVD станут расшифровывать как Digital Versatile Disc (цифровой универсальный/многоцелевой диск), так как со временем эти диски станут использовать для хранения не только видео контента.
Первые DVD диски появились в Японии осенью 1996 года.
Какие же типы DVD-дисков существуют?
DVD-5 – однослойный односторонний (Single_sided, Single_layer) диск. Объем – 4,7 Гбайта.
DVD-9 – двухслойный односторонний (Single_sided, Double_layer) диск. Объем – 8,5 Гбайта.
DVD-10 – двухсторонний однослойный (Double_sided, Single_layer) диск. Объем – 9,4 Гбайта.
DVD-14 – двухсторонний диск, имеющий на одной стороне один информационный слой, а на второй - два. Объем – 13,2 Гбайта.
DVD-18 – двухсторонний двуслойный (Double_sided, Double_layer) диск. Объем – 17 Гбайт.
Последние два встречаются очень редко и в быту практически не используются.
Разновидности DVD-дисков:
DVD-R (Recordable) – одноразовые записываемые DVD диски. Объем – 4,7 Гбайта.
DVD-RW (ReWritable) – перезаписываемые (многоразовые) DVD диски. Объем – 4,7 Гбайта.
В связи с большой стоимостью лицензии на DVD технологию, рядом компаний, которые собрались под названием «DVD+RW Alliance», в 2002 году был разработан стандарт DVD+R(W). С тех пор DVD диски стали делиться на плюсы и минуса. Сейчас особой разницы между ними нет. Хотя некоторые и предпочитают больше использовать плюсы (при использовании дисков на компьютере), для совместимости со старыми использовать минуса.
DVD+R (Recordable) – одноразовые записываемые DVD диски. Объем – 4,7 Гбайта
DVD+RW (ReWritable) – перезаписываемые (многоразовые) DVD диски. Объем – 4,7 Гбайта
DVD-RAM (Random Access Memory) – специальные перезаписываемые диски с произвольным доступом к памяти, которые позволяют работать с ними как дискетами, то есть свободно записывать, стирать данные. Они стоят дороже обычных дисков и менее распространены.
DVD-DL (Double Layer) – двухслойные записываемые DVD диски. Объем – 8,5 Гбайта. Эти диски создаются с помощью сложных технологий, стоят при этом в несколько раз дороже обычных. Поэтому, если вы не хотите выкинуть деньги на ветер и вам нужно использовать двухслойный диск для записи, МирСоветов рекомендует выбирать диски известных производителей, только они могут обеспечить приемлемое качество (например, Verbatim).

На самом деле обычные DVD диски имеют объем не 4,7 Гбайт, а 4,38 Гбайт. Это связано с тем, что при выводе числа 4,7 – считают десятичные числа, т.е. 1 Кбайт=1000 байт, в то же время в цифровом мире используется двоичная система, при которой 1 Кбайт = 1024 байт

HD DVD & Blu-ray (BD)

Новое поколение оптических дисков представляют диски HD DVD и Blu-ray (BD). До февраля 2008 года они сосуществовали на рынке в качестве конкурентов, но после отказа компании Toshiba (главного идеолога HD DVD) поддерживать свой продукт, стандартом среди дисков для видео высокой четкости стал Blu-ray от компании Sony.
Диски и проигрыватели нового поколения стоят пока достаточно дорого. К тому же, МирСоветов хотел бы обратить ваше внимание на то, что для просмотра фильмов высокой четкости требуется большой телевизор, который бы поддерживал высокие разрешения экрана. А он тоже стоит не дешево. Поэтому, большинство вполне устраивает качество фильмов на DVD и новый стандарт продвигается на рынок со скрипом. Чтобы вытеснить DVD, ему понадобится как минимум несколько лет.

Blu-ray переводится как «голубой луч». В слове blue (голубой) была преднамеренно опущена последняя буква, чтобы не возникло проблем при регистрации торговой марки.

Разновидности дисков HD DVD:
HD DVD-R (High Density DVD Recordable) – одноразовый записываемый диск. Объем диска – 15 Гбайт. Если диск двухслойный – 30 Гбайт.
HD DVD-RW (High Density DVD Rewritable) – перезаписываемый (многоразовый) диск. Объем диска – 15 Гбайт. Если диск двухслойный – 30 Гбайт.

Разновидности дисков Blu-ray
BD-R (Blu-ray Disk Recordable) – это одноразовый записываемый диск. Объем такого диска равен 25 Гбайтам. Если диск двухслойный – 50 Гбайт
BD-RE (Blu-ray Disc Rewritable) – это перезаписываемый (многоразовый) диск. Объем такого диска равен 25 Гбайтам. Если диск двухслойный – 50 Гбайт

Уже на протяжении нескольких лет разрабатывается принципиально новый формат оптических дисков HVD (голографический многофункциональный диск). В отличие от предыдущих форматов, принцип которых не менялся (менялась только ширина дорожек, питов и длина волны лазера), в этом решении основой служит технология голографии, то есть сохранение данных в трехмерном объеме носителя (используется два лазера). При этом достигается феноменальная емкость – Тбайты информации на одном диске, и высокая скорость передачи данных.

Производители оптических дисков

Если вы зайдете в магазин, специализирующейся на компьютерной технике, то увидите множество разных дисков от разных производителей, как широко известных, так и абсолютно незнакомых (а иногда вообще без опознавательных знаков). Что тут можно посоветовать? Все зависит от ваших потребностей.
Разница в цене обычно несущественна. Если вам нужен диск чтобы что-то записать, без расчета на долгое хранение, можете использовать практически любую продукцию. Если же вы рассчитываете на долгое хранение и беспокоитесь о надежности, тогда я бы советовал покупать диски от проверенных временем производителей, таких как Verbatim и TDK. Они немного дороже, но значительно надежнее и качественнее. Крайне не рекомендую покупать диски Digitex, особенно перезаписываемые (RW), на них приходится много .
При всем этом помните – что даже диски от ведущих производителей не совершенны. И могут вас иногда подвести. От этого никуда не деется. К тому же кроме дисков многое зависит от привода и программных средств записи.

О хранении и пользовании оптическими дисками

Что еще хочется сказать про оптические диски? Многие думают, что это очень надежное средство для хранения информации, но это не совсем так. Диски могут храниться долго, однако, нужно не забывать о способах хранения. Это должно быть сухое, темное место. Желательно хранить диски в коробочках. Обращаться с ними нужно осторожно, так как царапины могут сделать его нечитаемым. Хотя при записи и допускается, так сказать, резерв для при чтении, но он далеко не безграничен. И иногда после повреждения диска, его приходится оживлять… но это тема отдельного разговора. Не допускайте попадания пыли на рабочую область диска, вообще это самая нежная часть носителя. Будьте к ней внимательны. Мне приходилось видеть, как люди вроде и опытные, клали диски рабочей частью на стол, ворох бумаг, куда угодно… и потом удивлялись – а почему это диски стали плохо читаться?
Перед тем как вставлять диск в лоток привода, внимательно осматривайте его внутреннее кольцо на наличие трещинок. Их появление может привести к тому, что в самый ответственный момент ваш носитель информации просто разлетится на части прямо в приводе.
Кстати, а что делать, если привод с диском не открывается? Если не помогли стандартные способы открытия, МирСоветов советует воспользоваться механическим (не волнуйтесь, разбирать привод для этого не придется). Сначала возьмите обычную канцелярскую скрепку и распрямите ее. Затем посмотрите на лицевую панель привода. Большинство из них имеет маленькое (1 мм) отверстие. Выключаем компьютер и вставляем в отверстие распрямленную скрепку. Нажимаем и лоток диска должен по чуть-чуть открыться. Цепляем его рукой и открываем полностью. Достаем диск. Этот способ можно использовать и если вы выключили компьютер, случайно забыв в середине диск, который вам нужен.
Нужно также помнить, что даже без повреждений диски, пролежав год-другой, могут становиться нечитаемыми. Поэтому если у вас есть очень важная информация, лучше периодически пересохраняйте ее.
И напоследок банальное предостережение. Не забывайте, что писать на диске можно только специальным маркером. И только на верхней, нерабочей поверхности.
Конечно же, на сохранность вашей информации влияют и другие факторы. Например, каким приводом вы пользуетесь, какие используете. Да и просто, как их пишите. Но это тема для отдельного разговора. И поговорим мы с вами об этом в следующий раз.

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 1979 году компании Philips и Sony создали совершенно новый носитель информации, заменивший грампластинку, - оптический диск (компакт-диск - Compact Disk - СD) для записи и воспроизведения звука. В 1982 году началось массовое производство компакт-дисков на заводе в Германии. Значительный вклад в популяризацию компакт-диска внесли Microsoft и Apple Computer.

По сравнению с механической звукозаписью он имеет целый ряд преимуществ - очень высокую плотность записи и полное отсутствие механического контакта между носителем и считывающим устройством в процессе записи и воспроизведения. С помощью лазерного луча сигналы записываются на вращающийся оптический диск цифровым методом.

В результате записи на диске образуется спиральная дорожка, состоящая из впадин и гладких участков. В режиме воспроизведения лазерный луч, сфокусированный на дорожку, перемещается по поверхности вращающегося оптического диска и считывает записанную информацию. При этом впадины считываются как нули, а ровно отражающие свет участки - как единицы. Цифровой метод записи обеспечивает практически полное отсутствие помех и высокое качество звучания. Высокая плотность записи достигнута благодаря возможности сфокусировать лазерный луч в пятно размером менее 1 мкм. Это обеспечивает большое время записи и воспроизведения.

Рис. 13. Оптический диск CD

В конце 1999 года компания Sony объявила о создании нового носителя Super Audio CD (SACD). При этом применена технология так называемого "прямого цифрового потока" DSD (Direct Stream Digital). Частотная характеристика от 0 до 100 кГц и частота дискретизации 2,8224 Мгц обеспечивают значительное повышение качества звучания по сравнению с обычными CD-дисками. Благодаря гораздо более высокой частоте дискретизации становятся ненужными фильтры при записи и воспроизведении, так как ухо человека воспринимает этот ступенчатый сигнал как "гладкий" аналоговый. При этом обеспечена совместимость с существующим форматом СD. Выпускаются новые однослойные диски HD, двухслойные диски HD, а также гибридные двухслойные диски HD и CD.

Хранить звуковые записи в цифровой форме на оптических дисках гораздо лучше, чем в аналоговой форме на грампластинках или магнитофонных кассетах. Прежде всего, несоизмеримо повышается долговечность записей. Ведь оптические диски практически вечны - они не боятся мелких царапин, лазерный луч не повреждает их при воспроизведении записей. Так, фирма Sony дает 50-летнюю гарантию хранения данных на дисках. Кроме того, на CD не действуют помехи, характерные для механической и магнитной записи, поэтому качество звучания цифровых оптических дисков несоизмеримо лучше. К тому же при цифровой записи появляется возможность компьютерной обработки звука, позволяющей, например, восстановить первоначальное звучание старых монофонических записей, убрать с них шумы и искажения и даже превратить их в стереофонические.

Для проигрывания CD-дисков можно использовать проигрыватели (так называемые CD-плееры), музыкальные центры и даже портативные компьютеры, оснащенные специальным приводом (так называемым дисководом CD-ROM) и звуковыми колонками. К настоящему времени в мире на руках у пользователей находится более 600 миллионов CD-плееров и более 10 миллиардов компакт-дисков! Портативные переносные CD-плееры, подобно плеерам для магнитных компакт-кассет, оснащаются наушниками (рис. 14).

Рис. 14. CD-плеер

Рис. 15. Магнитола с CD-плеером и цифровым тюнером

Рис. 16. Музыкальный центр

Музыкальные CD-диски записываются в заводских условиях. Подобно грампластинкам, их можно только прослушивать. Однако за последние годы разработаны оптические CD-диски для однократной (так называемые CD-R) и многократной (так называемые CD-RW) записи на персональном компьютере, оснащенном специальным дисководом. Это дает возможность делать на них записи в любительских условиях. На диски CD-R можно сделать запись только один раз, а на CD-RW - многократно: как на магнитофоне, можно стирать предыдущую запись и на ее месте делать новую.

Цифровой метод записи сделал возможным объединить на персональном компьютере текст и графику со звуком и движущимися изображениями. Такая технология получила название "мультимедиа".

В качестве носителей информации в таких мультимедийных компьютерах используются оптические компакт-диски CD-ROM (Compact Disk Read Only Memory - т.е. память на компакт-диске "только для чтения"). Внешне они не отличаются от звуковых компакт-дисков, используемых в проигрывателях и музыкальных центрах. Информация в них записывается также в цифровой форме.

На смену существующим компакт-дискам приходит новый стандарт носителей информации - DVD (Digital Versatil Disc или цифровой диск общего назначения). На вид они ничем не отличаются от компакт-дисков. Их геометрические размеры одинаковы. Основное отличие DVD-диска - гораздо более высокая плотность записи информации. Он вмещает в 7-26 раз больше информации. Это достигнуто благодаря более короткой длине волны лазера и меньшему размеру пятна сфокусированного луча, что дало возможность уменьшить вдвое расстояние между дорожками. Кроме того, DVD-диски могут иметь один или два слоя информации. К ним можно обращаться, регулируя положение лазерной головки. У DVD-диска каждый слой информации вдвое тоньше, чем у CD-диска. Поэтому можно соединять два диска толщиной 0,6 мм в один со стандартной толщиной 1,2 мм. При этом емкость удваивается. Всего DVD-стандарт предусматривает 4 модификации: односторонний, однослойный на 4,7 Гбайт (133 минуты), односторонний, двухслойный на 8,8 Гбайт (241 минута), двухсторонний, односл ойный на 9,4 Гбайт (266 минут) и двухсторонний, двухслойный на 17 Гбайт (482 минуты). Указанные в скобках минуты - это время проигрывания видеопрограмм высокого цифрового качества с цифровым многоязычным объемным звуком. Новый стандарт DVD определен таким образом, что будущие модели устройств считывания будут разрабатываться с учетом возможности воспроизведения всех предыдущих поколений компакт-дисков, т.е. с соблюдением принципа "обратной совместимости". Стандарт DVD позволяет значительно увеличить время и улучшить качество воспроизведения видеофильмов по сравнению с существующими CD-ROM и видео-компакт-дисками LD.

Форматы DVD-ROM и DVD-Video появились в 1996 году, а позднее был разработан формат DVD-audio для записи высококачественного звука.

Дисководы DVD представляют собой несколько усовершенствованные дисководы CD-ROM.

CD- и DVD-оптические диски стали первыми цифровыми носителями и накопителями информации для записи и воспроизведения звука и изображения

История флэш-памяти

История появления карт флэш-памяти связана с историей мобильных цифровых устройств, которые можно носить с собой в сумке, в нагрудном кармане пиджака или рубашки или даже виде брелка на шее.

Это - миниатюрные МР3-плееры, цифровые диктофоны, фото- и видеокамеры, смартфоны и карманные персональные компьютеры - КПК, современные модели сотовых телефонов. Небольшие по размеру, эти устройства нуждались в расширении емкости встроенной памяти, чтобы записывать и считывать информацию.

Такая память должна быть универсальной и использоваться для записи любых видов информации в цифровой форме: звука, текста, изображений – рисунков, фотографий, видеоинформации.

Первой компанией, изготовившей флэш-память и выпустившей её на рынок, стала Intel. В 1988 году был продемонстрирована флэш-память на 256 кбит, которая имела размеры обувной коробки. Она была построена по логической схеме NOR (в русской транскрипции – НЕ-ИЛИ).

NOR-флэш-память имеет относительно медленные скорости записи и удаления, а число циклов записи относительно невелико (около 100 000). Такую флэш-память можно использовать, когда нужно почти постоянное хранение данных с очень редкой перезаписью, например, для хранения операционной системы цифровых камер и мобильных телефонов.

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