Накопители на оптических дисках. Оптический компакт-диск (Compact Disk(СD)), который был предложен в 1982 г

Оптический компакт-диск (Compact Disk(СD)), который был предложен в 1982 г. фирмами Philips

Sопу первоначально для запи­си звуковой информации, произвел переворот и в компьютерной тех­нике, так как идеально подходил для записи цифровой информации больших объемов на сменном носителе. Объем информации, запи­санной на компакт-диске, составляет 600-700 Мбайт. К достоин­ствам компакт-диска можно отнести и его относительную дешевиз­ну в массовом производстве, высокую надежность и долговечность, нечувствительность к загрязнению и воздействию магнитных полей.

Запись на компакт-диск при промышленном производстве про­изводится в несколько этапов. Сначала с использованием мощного инфракрасного лазера в стеклянном контрольном диске выжигают­ся отверстия диаметром 0,8 микрон. По контрольному диску изго­тавливается шаблон с выступами в тех местах, где лазер прожег отверстия. В шаблон вводится жидкая смола (поликарбонат), и по­лучают диск с таким же набором впадин, что и отверстий в контрольном диске. Со стороны впадин на диск напыляется тонкий слой алюминия, который затем покрывается лаком, защищающим его от царапин.

При воспроизведении лазерный диод небольшой мощности ос­вещает диск со стороны, противоположной нанесенному слою алю­миния, который является отражателем светового луча лазера, а впа­дины превращаются в выступы. Впадины на диске имеют глубину, равную четверти длины волны лазера, из-за чего фотодиод, прини­мающий отраженный свет лазера, получает света от выступа мень­ше, чем от площадки.

Впадины и площадки записываются на диск по спирали. Запись начинается от центра диска и занимает приблизительно 32 мм дис­ка. Спираль проходит 22 188 оборотов вокруг диска, ее общая длина составляет 5600 М. На всем протяжении спирали скорость записи остается постоянной, поэтому специальное устройство при воспро­изведении следит за постоянством линейной скорости, изменяя зна­чение угловой скорости вращения диска. Так, на внутренней сторо­не скорость равна 530 оборотов в минуту, а на внешней стороне скорость падает до 200 оборотов в минуту, при этом линейная ско­рость остается постоянной, равной 1,2 М/С.

В середине 90-х гг. появились устройства, устанавливаемые не­посредственно на компьютере и позволяющие производить однократ­ную запись информации на компакт-диск. Для таких устройств вы­пускают специальные компакт-диски, которые получили название СD-Recodable (СО-Я). Отражающим слоем у них служит тонкий слой позолоты. Между слоем позолоты и слоем поликарбамидной смолы вводится слой красителя. На диске без записи этот слой красителя бесцветен, но под воздействием лазерного луча краситель темнеет, образуя пятна, которые при воспроизведении' воспринимаются как выступы.

Позднее появились компакт-диски с возможностью перезаписи - CD-ReWritable (СD-RW). На этих дисках слой красителя может находиться в двух состояниях: кристаллическом и аморфном. Эти два состояния имеют разную отражательную способность. Лазер устрой­ства имеет три уровня мощности. При записи мощность лазерного диода повышается и расплавляет слой красителя, переводя его в аморфное состояние с низкой отражательной способностью, что со­ответствует выступу (запись информации). При средней мощности

краситель плавится и переходит в кристаллическое состояние с вы­сокой отражательной способностью (стирание информации). Низкая мощность лазера используется для считывания информации.

Дальнейшее развитие технологий производства компакт-дисков привело к созданию дисков с высокой плотностью записи - цифро­вой универсальный диск Digital Versatile Disk (DVD). Впадины на них имеют меньший диаметр (0,4 микрона), а спираль размещается с плотностью 0,74 микрона между дорожками (вместо 1,6 микрон у СD). Это позволило увеличить объем информации на диске до 4,7 Гбайт. Дальнейшее увеличение объема информации обеспечива­ется применением двусторонних DVD.

Флэш-память

К недостаткам дисковой памяти можно отнести наличие меха­нических движущихся компонентов, имеющих малую надежность, и большую потребляемую мощность при записи и считывании. Появ­ление большого числа цифровых устройств, таких как МРЗ-плееры, цифровые фото- и видеокамеры, карманные компьютеры, потребо­вало разработки миниатюрных устройств внешней памяти, которые обладали бы малой энергоемкостью, небольшими размерами, значи­тельной емкостью и обеспечивали бы совместимость с персональны­ми компьютерами. Первые промышленные образцы такой памяти появились в 1994 г.

Новый тип памяти получил название флэш-память (Flash-memory). Флэш-память представляет собой микросхему перепрограм­мируемого постоянного запоминающего устройства (ППЗУ) с нео­граниченным числом циклов перезаписи. В ППЗУ флэш-памяти использован новый принцип записи и считывания, отличный от того, который используется в известных схемах ППЗУ. Кристалл схе­мы флэш-памяти состоит из трех слоев. Средний слой, имеющий толщину порядка 1,5 нм, изготовлен из ферроэлектрического мате­риала. Две крайние пластины представляют собой матрицу провод­ников для подачи напряжения на средний слой. При подаче напря­жения, на пересечении проводников, возникает напряжение, достаточное для изменения направления магнитного момента атомов его кристаллической решетки, расположенной под местом пересече­ния проводников, Направление магнитного поля сохраняется и после снятия внешнего электрического поля. Изменение направления магнитного поля ферроэлектрика изменяет сопротивления этого участ­ка слоя. При считывании, на один крайний слой подается напряже­ние, а на втором слое замеряется напряжение, прошедшее через ферроэлектрик, которое будет иметь разное значение для участков с разным направлением магнитного момента, Такой тип флэш-памя­ти получил название FRАМ (ферроэлектрическая память с произволь­ным доступом].

Конструктивно флэш-память выполняется в виде отдельного блока, содержащего микросхему флэш-памяти и контроллер, для подключения к одному из стандартных входов компьютера. Разме­ры этого блока 40 х 16 х 7 мм. Флэш-память, используемая в других цифровых устройствах, имеет иные размеры и конструктивное оформление. В настоящее время объем флэш-памяти достигает не­скольких Гбайт, скорость записи и считывания составляют десятки Мбайт/с.

2.7.5. Внешние устройства

Видеотерминалы

Видеотерминалы предназначены для оперативного отображения текстовой и графической информации в целях визуального воспри­ятия ее пользователем. Видеотерминал состоит из видеомонитора (дисплея) и видеоконтроллера.

Для персональных компьютеров используются мониторы следу­ющих типов:

• на основе электроннолучевой трубки (ЭЛТ)

• на основе жидкокристаллических индикаторов (ЖКИ, LCD -
Liquid Crystal Display);

• плазменные мониторы (РDР – Plasma Display Panels);

• электролюминесцентные мониторы (FED – Field Emission Display);

• самоизлучающие мониторы (LEP —Light Emission Panels).
Основными характеристиками мониторов являются следующие.
Размер экрана монитора, который задается обычно величиной его

диагонали в дюймах. Домашние персональные компьютеры оснаща­ются мониторами с размерами 15 или 17 дюймов, а для профессиональной работы, требующей отображения мелких деталей, исполь­зуются мониторы с размерами 21 и 22 дюйма.

Еще одна важная характеристика монитора — разрешающая спо­собность, которая определяется числом пикселей (световых точек) по горизонтали и вертикали. Стандартные значения разрешающей спо­собности современных мониторов следующие: 800x600, 1024x768, 1800x1440, 2048x1536 и др. Значение разрешающей способности оп­ределяет качество изображения на экране.

Рабочая частота кадровой развертки определяет скорость смены кадров изображения, она влияет на утомляемость глаз при продол­жительной работе на компьютере. Чем выше частота кадровой раз­вертки, тем меньше утомляемость глаз. Частота смены кадров во мно­гом зависит от разрешающей способности экрана: чем выше разрешающая способность, тем меньше частота смены кадров, на­пример, при разрешении 800x600 максимальная частота смены кад­ров может составить 120 Гц, а при разрешении 1600x1200 - 67 Гц.

На разрешающую способность монитора и качество изображе­ния влияет объем видеопамяти. Современные видеоконтроллеры для хранения цвета каждого пикселя расходуют до 4 байт памяти, для чего необходимо иметь объем видеопамяти от 32 до 128 Мбайт. Боль­ший объем видеопамяти позволяет устанавливать более высокий ре­жим разрешения и большее число цветов для каждого пикселя.

Мониторы на основе ЭЛТ используют электроннолучевые труб­ки, применяемые в обычных телевизионных приемниках, и устрой­ства, формирующего на экране точки (пиксели). Луч, двигающийся горизонтально, периодически засвечивает люминофор экрана, кото­рый под действием потока электронов начинает светиться, образуя точку. Для цветных мониторов засветка каждой точки осуществляет­ся тремя лучами, вызывающими свечение люминофора соответству­ющего цвета - красного, зеленого и синего. Цвет точки создается смешением этих трех основных цветов и зависит от интенсивности каждого электронного луча. Цветной монитор может отображать до 16 млн оттенков в каждой точке.

Мониторы на жидкокристаллических индикаторах представляют собой плоские панели. Эти мониторы используют специальную про­зрачную жидкость, которая при определенных напряженностях элек­тростатического поля кристаллизуется, при этом изменяется ее про­зрачность и коэффициент преломления световых лучей. Эти эффекты используются для формирования изображения. Конструктивно такой монитор выполнен в виде двух электропроводящих стеклянных пла­стин, между которыми помещен слой кристаллизующейся жидкости. Для создания электростатического поля стеклянная пластина покры­та матрицей прозрачных проводников, а пиксель формируется на пересечении вертикального и горизонтального проводника. Иногда на пересечении проводников ставят активный управляющий элемент - транзистор. Такие экраны, которые получили название ТFТ-экра-нов (Thin Film Transistor - тонкопленочный транзистор), имеют луч­шую яркость и предоставляют возможность смотреть на экран даже с отклонением до 45° от вертикали. Этот показатель отличает ТFТ-экраны от экранов с пассивной матрицей, которые обеспечивали качество изображения только при фронтальном наблюдении.

В разменных мониторах изображение формируется светом, вы­деляемым при газовом разряде в каждом пикселе экрана. Конструк­тивно плазменная панель состоит из трех стеклянных пластин, на две из которых нанесены тонкие прозрачные проводники: на одну вер­тикально, на другую - горизонтально. Между -ними находится тре­тьи пластина, в которой в местах пересечения проводников двух пер­вых пластин имеются сквозные отверстия. Эти отверстия при сборке заполняются инертным газом: неоном или аргоном, они и образуют пиксели. Плазма газового разряда, возникающая при подаче высо­кочастотного напряжения на вертикальный и горизонтальный про­водники, излучает свет в ультрафиолетовом диапазоне, который вы­зывает свечение люминофора. Каждый пиксель представляет собой миниатюрную лампу дневного света. Высокая яркость и контраст­ность, отсутствие дрожания изображения, а также большой угол от­клонения от нормали, при котором изображение сохраняет высокое качество, являются большими преимуществами таких мониторов. К недостаткам' можно отнести недостаточную пока разрешающую способность и достаточно быстрое (пять лет при офисном исполь­зовании) ухудшение качества люминофора. Пока такие мониторы ис­пользуются только для конференций и презентаций.

Электролюминесцентные мониторы состоят из двух пластин, с ор­тогонально нанесенными на них прозрачными проводниками. На одну из пластин нанесен слой люминофора, который начинает све­титься при подаче напряжения на проводники в точке их пересече­ния, образуя пиксель.

Самоизлучающие мониторы используют матрицу пикселей, пост­роенную на основе полупроводникового материала, излучающего свет при подаче на него напряжения (светодиод). На сегодняшний день имеются монохромные самоизлучающие дисплеи с желтым свечени­ем, но они уступают по сроку службы LCD мониторам. Удалось со­здать органический проводник, имеющий широкий спектр излуче­ния. На основе этого материала планируется создать полноразмерный цветной самоизлучающий монитор. Достоинства таких мониторов заключаются в том, что они обеспечивают 180-градусный обзор, ра­ботают при низком напряжении питания и имеют малый вес.