КОЛЕДЖ
ПВНЗ «МІЖНАРОДНИЙ КЛАСИЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
імені Пилипа Орлика»
Циклова комісія з інформаційних технологій
КОНСПЕКТИ ЛЕКЦІЙ
з дисципліни
ПЕРИФЕРІЙНІ ПРИСТРОЇ
Лекція 1. Введення. Загальна характеристика периферійних пристроїв ЕОМ
Питання:
- Введення в дисципліну периферійні пристрої (ПУ) ЕОМ.
- Класифікація та основні визначення ПУ.
Література: 1. Гук. М. Апаратні засоби IBM PC. Пітер, 2005, с. 20-33, 45-52.
Введення в дисципліну периферійні пристрої (ПУ) ЕОМ.
Як відомо, сумісний IBM PC комп'ютер організований по фон-неймановской архітектурі, яка була сформульована Джорджем фон Нейманом ще в 1945году і має наступні принципи:
ЕОМ складається з блоку управління (БУ) і арифметико-логічного пристрою (АЛП).
Програми та дані зберігаються в одній і тій же пам'яті.
Виконання команд, адреса яких задається БО, відбувається послідовно.
Дана архітектура є не єдиною в побудові ЕОМ, однак переважна більшість машин і багатопроцесорних комплексів побудовані саме з цієї архітектурі. Згідно цієї архітектури ЕОМ можна умовно розділити на пристрої безпосередньої обробки інформації і периферійних пристроїв, тобто пристроїв, які по відношенню до пристроїв обробки інформації є зовнішніми.
Таким чином метою дисципліни є:
вивчення і освоєння принципів побудови, функціональної організації, конструктивних особливостей та програмного забезпечення периферійних пристроїв. Формування практичних навичок експлуатації периферійних пристроїв у складі обчислювальних машин, комплексів, систем і мереж.
В результаті вивчення дисципліни студенти повинні:
знати
- Фізичні основи реєстрації інформації на різні носії інформації;
- Методи канального і завадостійкого кодування даних;
- Фізичні основи і методи формування зображень на екранах моніторів;
- Способи обміну даними між пристроями обчислювальних машин;
- Принципи організації і проектування периферійних пристроїв;
вміти
-Оцінювати функціональні властивості периферійних пристроїв і можливість їх використання на основі пропонованих до них вимогам;
мати досвід
- Експлуатації та проектування периферійних пристроїв;
мати уявлення
- Про стандарти на периферійні пристрої.
Загальна трудомісткість дисципліни складає 120 годин, з яких лекцій 32 години, лабораторних робіт - 28 годин і на самостійну роботу відводиться 60 годин. В якості підсумкової звітності використовується іспит.
Класифікація та основні визначення ПУ.
Периферійні пристрої по відношенню до пристрою обробки інформації можуть бути різними як за своїм функціональним призначенням, так і за принципом дії. Умовно всі ПУ можна розділити на наступні групи:
пристрої введення і виведення символьної, текстової, графічної та відеоінформації;
пристрої зберігання даних (пам'яті);
пристрої спілкування через різні середовища (пристрої мультимедіа);
пристрої зв'язку,
які представлені на рис.1.1
У стройства Пристрої Пристрої Пристрої
введення, виведення пам'яті мультимедіа зв'язку
- Дисплей - накопичувачі - відіосістеми-последовательниt -
-Клавіатура НМГД і НМЖД інтерфейси
- Миша - накопичувачі - аудіосистеми RS232 і RS485
- Принтери оптичні
- Плоттери CD і DVD-паралельні
- Сканери - накопичувачі шини ПУ
- Штрихкодові магніто-оптичні AST і SCSI
пристрої МOD
зчитування - CD / DVD рекодер
Розглянемо короткий огляд периферійних пристроїв підлягають вивченню в даній дисципліні.
Дисплей, розглядається як пристрій виведення графічної, текстової та відео інформації і підключається до вихідного роз'єму графічного адаптера. Комп'ютер може забезпечувати підключення одного і більше дисплеїв або використовувати звичайний телевізор при забезпеченні його роботи відповідним інтерфейсом.
Клавіатура - пристрій введення інформації, що підключається до спеціалізованого інтерфейсу системної плати або по шині USB.
^ Принтери та плотери - Пристрої виводу текстової та графічної інформації на папір або плівку. Підключаються до портів LPT, COM або USB. Забезпечують високу геометричну точність виведення інформації.
Сканери - растрові пристрої введення інформації. Сканери бувають ручні і планшетні. Планшетні сканери є високоточними. Всі сканери різняться по спроможності, яка вимірюється в кількості різних точок на дюйм (од. dpi - dot per inch = точка на дюйм). Сканери підключаються через порт LPT або USB. А так як кольорові сканери оперують з великим обсягом інформації, то стандартний порт LPT працює на введення занадто повільно. Нещодавно з'явилися сканери-ручки, які самі розпізнають введений текст і до його передачі в комп'ютер можуть зберігати текст у внутрішній флеш - пам'яті. До сканерів відносяться і пристрої зчитування штрих-кодів, які оперують з короткою інформацією і тому їх підключення здійснюється через звичайний COM порт.
^ Пристрій - покажчик - миша відноситься до пристрою введення інформації (команд), яка підключається до спеціалізованого інтерфейсу через порти COM або USB.
Наступна група складається з пристроїв пам'яті. До них відносяться дисководи з гнучкими магнітними дискетами ємністю 1,44 Мбайта СD або DVD диски з відповідним дисководом, також МОD - диски. Для підключення цих пристроїв використовується шина АТА, якщо ці пристрої всередині системного блоку або порти COM і USB, якщо вони використовуються як зовнішні пристрої.
Для спілкування людини з комп'ютером використовуються мультимедійні пристрої (multi media - безліч середовищ). Будь дисплей вільно може відтворювати відео зображення з будь-якого носія інформації. Однак для відтворення потоку стиснених відеоданих (показ відеофільмів, телеконференцій і т.д.) необхідні додаткові кошти відеокодування і масштабування, які дозволяють покращити якість зображення при зниженні навантаження центрального процесора при обробки таких даних. Крім того, для роботи з джерелами відео сигналу необхідні додаткові пристрої захоплення і обробки окремих кадрів, так звані видеобластера. Комп'ютери здатні приймати телепрограми повинні бути оснащені картами телевізійних приймачів (тюнерами). До графічному адаптеру можуть підключатися спеціальні проекційні апарати, які виводять зображення великий екран
Невід'ємною частиною мультимедійного комп'ютера є аудіосистема. Сучасні звукові карти мають аудіокодек - засоби цифрового запису і відтворення аудіосигналів. Ці засоби дозволяють:
- Програвати звукові файли різними форматами даних;
- Записувати (оцифровувати) зовнішні аудіосигнали із будь-яких носіїв інформації
- Організовувати цифровий зв'язок по мережі;
- Синтезувати і розпізнавати мову.
При наявності мікшера в звуковій карті, можливо змішувати сигнали від різних джерел: від кодека, мікрофона, аудіовиходу, лінійного входу, синтезатора.
Так як Мультмедійні комп'ютери вимагають великого обсягу даних, то для їх зберігання використовують носії інформації CD \ DVD з відповідними приводами. Таким чином, мультимедійний комп'ютер повинен мати наступні мінімально можливі периферійні пристрої:
графічний адаптер;
Звукова карта;
привід CD \ DVD.
Розвиток мультимедійних систем призвело до появи комбінованих аудіовідеосістем, що забезпечують повний відрив від реальної дійсності за допомогою окулярів і шолома віртуальної реальності. Ці пристрої виводять зображення роздільно для кожного ока, що забезпечує об'ємне сприйняття тривимірного зображення.
Зв'язок комп'ютера з периферійними пристрої, між собою і зовнішнім світом забезпечують пристрої зв'язку. До цих пристроїв відносяться модеми та адаптери.
Модеми (модулятори - демодулятори) забезпечують обробку і розшифровку інформації, переданої по телефонних мереж загального призначення або по спеціально виділеним лініям зв'язку. Модеми можуть встановлюватися як всередині системного блоку, так і підключатися ззовні. Зовнішнє підключення, як правило, забезпечується через СОМ порт або по шині USB.
^ Адаптери мереж дозволяють проводити обмін інформацією з набагато більш високою швидкістю, ніг на меншу відстань.
Контролер виконує ті ж функції, що і адаптер, але при цьому забезпечується його додаткова самостійність після отримання команд від обслуговуючої програми. У складі самого контролера може знаходитися його власний процесор.
Для взаємодії з програмою адаптери та контролери звичайно мають регістри введення м виведення, адреси яких можуть розташовуватися або в адресному просторі пам'яті, або в спеціальному просторі портів введення - виведення. Крім того, для сигналізації програмі про події, що відбуваються в периферійних пристроях, використовується механізми апаратних переривань, а для обміну інформацією з цими пристроями застосовується механізм прямого доступу до пам'яті, а також пряме управління шиною.
Таким чином, всі пристрої, що займають якісь свої системні ресурси (порти вводу-виводу, лини запитів переривання і т.д.) називаються системними пристроями. А пристрої, підключені до тих чи інших інтерфейсах системних пристроїв, називаються периферійними пристроями.
^ Т.е. розподіл всіх пристроїв в різних апаратних архітектур може бути різним і залежатиме як від складу, так і від конфігурації архітектури комп'ютера.
Інтерфейс RS -232 - СОМ-порт являє собою послідовний інтерфейс передачі даних в одному напрямку, використовуючи одну сигнальну лінію. Послідовна передача дозволяє скоротити кількість сигнальних ліній зв'язку та домогтися гарної якості зв'язку на великих відстанях. Цей інтерфейс забезпечує асинхронний спосіб передачі даних по мережі.
Довжина лінії і швидкість передачі інформації визначають різну модифікацію послідовного інтерфейсу, наприклад, RS -485, який називають магістральним інтерфейсом. У цьому інтерфейсі для передачі кожного сигналу використовується диференціальні сигнали з окремої (кручений) парою проводів для кожної сигнальної ланцюга.
Для підключення периферійних пристроїв широко використовуються паралельні шини АТА і SCSI:
АТА - (Advanced Technology Attachment - Просунута Технологія Приєднання) використовується для підключення накопичувачів на жорстких дисках. Інтерфейс даної технології з'явився а результаті переносу контролера жорсткого диска ближче до накопичувача. При цьому подовжилася зв'язок системної шини з пристроєм.
SCSI - (Small Computer System Interface - Системний Інтерфейс Малих Комп'ютерів) являє собою шину для підключення периферійних пристроїв комп'ютера.
^ Послідовні шини дозволяють об'єднати так само безліч пристроїв.
У паралельних шинах є можливість синхронізації провідних мі ведених пристроїв, підтвердження кожного кроку протоколу обміну і, при необхідності, продовження окремих фаз обміну інформацією на прохання неуспевающе6го пристрої.
У послідовних шинах, коли інформація передається цілком пакетами, а синхронізація можлива тільки за принимаемому потоку біт такої можливості покрокового обміну або гальмування немає. Ця особливість зближує послідовні шини з локальними мережами передачі даних.
Найбільшу популярність в даний час отримали послідовні шини USB і Fire Wire, які здатні передавати трафік аудіо-і відеоданих.
Шина USB (Universal Serial Bus - універсальна послідовна шина) є промисловим стандартом розширення архітектури персонального комп'ютера. Дана шина забезпечує три швидкості передачі даних:
FS - (full speed - повна швидкість) 12 Мбіт / сек
LS - (slow speed - низька швидкість) 1,5 Мбіт / сек
HS - (high speed - висока швидкість) 480 Мбіт / сек
В одній і тій самій системі можуть одночасно працювати пристрою з трьома швидкостями. Шина з швидкостями FS і LS відповідає пізньої версії USB 1.0, а зі швидкістю HS нової версії USB 2.0. Ця шина орієнтована на периферійні пристрої та дозволяє передавати аудіо (USB 1.0) і відео (USB 2.0.) Сигнали, а також з'єднувати пристрої, віддалені від комп'ютера на відстань до 25 м з використанням проміжних хабів. Кабель USB має одну екрановані виту пару для сигнальних ланцюгів і одну не екрановану пару для подачі живлення +5 В.
Шина Fire Wire (вогненний провід) відрізняється від шини USB тим, що замість однієї сигнальної пари проводів вона має дві сигнальні пари проводів або пару оптичний волокон. У ній можливі три швидкості передачі сигналу: 100, 200, 400 Мбіт / сек із забезпеченням цифрового зв'язку до 63 пристроїв без додаткової апаратури (хабів). Шина дозволяє передавати одночасно два канали: відео та аудіо сигнали. Харчування, яке надходить від шини (струм до1, 5А) дозволяє підключеним пристроям працювати з системою навіть при відключенні їх харчування.
Лекція 2. Клавіатура. Маніпулятори-покажчики.
Питання:
Загальна характеристика клавіатури.
Інтерфейс клавіатури і миші.
Скан-коди та системна підтримка.
Маніпулятори-покажчики
Література: [1.] С. 546-562
1.Загальна характеристика клавіатури.
Клавіатура РС являє собою уніфіковане пристрій зі стандартним роз'ємом і послідовним інтерфейсом зв'язку з системною платою.
Датчики клавіш являють собою механічні контакти (відкриті або герметичні у скляних колбах магнітокерованих - геркони) або кнопки на основі струмопровідної гуми, або ємнісні датчики або датчики Холла. Ємнісні датчики і датчики Холла не мають рухомих контактів і є найбільш надійними для клавіатури. Незалежно від типу застосовуваних датчиків, всі клавіші об'єднані в матрицю, рис.2.1.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10.........
А
З
В
Рис. 2.1. Матриця клавіатури
Місце розташування літер А, В, С на даній матриці може бути описано відповідним кодом (скан-код):
А - 23d; В - 55d; С - 410d
Скан-коди передаються в комп'ютер за фактом натискання і відпускання клавіш:
при натисканні передається її скан-код, тобто номер ідентифікує її розташування на клавіатурі, після її відпускання передаються 2 байти:
1-й байт - містить ознаку відпускання - F0;
2-й байт - не модифікований скан - код.
Й байт (F0) 2-й байт
Для клавіш, що генерують пару кодів (префікс і розширений код) при відпусканні спочатку передається префікс (Е0 або Е1-верхній або нижній регістр, наприклад) потім ознака відпускання F0, а потім передається розширений код.
Е0 (Е1) F0 розширений код
Типова клавіатура має внутрішній контролер, виконаний на мікросхемі з сімейства MCS - 48 фірми Intel, який здійснює контроль клавіш матриці і керування індикаторами, внутрішню діагностику і зв'язок з системною платою послідовним інтерфейсом по лініях КВ - Data і КВ - Cloсk.
У стандартному виконанні існують 3 типи клавіатур:
- Клавіатура ХТ - 83 клавіші без індикаторів, доданих на більш пізніх розробках (Num Lock, Caps Lock);
- Клавіатура АТ - 84 клавіші, що відрізняється появою додаткової клавіші SysRec та індикаторів Num Lock, Caps Lock, Scroll Lock, а також двонаправленим інтерфейсом з системною платою, що забезпечує програмування параметрів клавіатури і її діагностику;
- Розширена клавіатура - 101/102 клавіші, використовувана для моделей АТ і PS / 2 і є сучасним стандартом. Інші розширені клавіатури можуть мати 104, 105 або 122 клавіші.
Розширена клавіатура має наступні групи клавіш:
- Основної клавіатури;
- Цифрові клавіші;
- Функціональні клавіші;
- Клавіші управління курсором і екраном;
- Клавіші управління живленням;
- Кнопки швидкого доступу до додатків.
По електричному інтерфейсу Клавіатури ХТ і АТ збігаються, а по логічному вони не сумісні. Клавіатура PS / 2 відрізняється від АТ тільки роз'ємом. В іншому - повний збіг.
Сучасні клавіатури працюють в одному з трьох наборів (таблиць) скан-кодів:
^ 2. Інтерфейс клавіатури.
Підключення клавіатури до системної плати здійснюється послідовним синхронним інтерфейсом, що складається з двох обов'язкових сигналів: КВ - Data і КВ - Cloсk. Контролер інтерфейсу клавіатури та його роз'єм розташовані на системній платі. Роз'єм клавіатури може бути двох типів:
- Звичайна 5 контактна розетка DIN, рис. 2.2;
- Малогабаритна розетка mini-DIN, рис 2.3.
3 1 5
Ключі 6
5 4 4 3
2 2 1
Рис.2.2. Ріс2.3.
Позначення клем на схемах:
Ріс2.2. 1 - KB Clock; 2 - KB Data; 3 - КВ - Reset #;
4 - GND (загальний - заземлення); 5 - +5 В.
Рис.2.3. 1 - KB Data; 2 - порожній; 3 - GND (загальний - заземлення);
В; 5 - KB Clock; 6 - Ключ.
Процесор спілкується з клавіатурою через контролер інтерфейсу клавіатури, використовуючи порт 60h. Прийом скан кодів здійснюється читанням цього порту. Про необхідність читання скан-кода контролер сигналізує процесору через апаратне переривання, сигнал якого виробляється по кожному спрацюванню клавіші. Крім того, цей же контролер транслює команди, що посилаються до клавіатури.
З використанням шини USB з'явилися клавіатури з контролером 8042. вони мають і вбудований ХАБ для підключення миші через USB. При цьому з боку BIOS для такої клавіатури потрібна спеціальна підтримка.
2.1. Контролер інтерфейсу клавіатури і миші 8042/8242.
Програмований мікроконтролер послідовних інтерфейсів клавіатури і миші розташований у просторі введення-виведення CPU за адресами 060 RW і 064 RW через паралельний інтерфейс, рис 2.4.
CPU
RW 064 RW
Рег.данних Реєстр. стану Команди
і команд
Контролер
клавіатури
Інтерфейс Інтерфейс
Миша
Клавіатура р1 р2
Рис. 2.4. Структурна схема взаємозв'язку контролера
клавіатури і миші
Режим роботи контролера (дозвіл роботи клавіатури і миші, переривання від них, трансляція скан-кодів та ін) задається командним байтом, посланим в контролер по спеціальній команді і регістра команд. Контролер має 2 зовнішніх порти за якими реалізує послідовні інтерфейси зв'язку з усіма пристроями.
Лекція 3. Принципи виведення зображень.
Питання:
Загальна характеристика методів виведення зображень.
Графічний режим.
Текстовий режим.
Тривимірна графіка і способи обробки відеозображень.
Література: [1.] С. 468-498
З самого початку відео систему комп'ютера прагнули погостріше за принципом WYSIWYG (What You See Is What You Get = Що маєш, то й бачиш) Прагнення до цих ідеалів забезпечує неухильне прогрес відео систем та використання комп'ютерних технологій для зберігання точних копій твору мистецтва в електронному вигляді. Що в даний час є однією з затребуваних і великих проблем.
^ 1. Загальна характеристика методів виведення зображень.
Існують два основні методи виведення зображення: векторний метод і растровий метод.
Векторний метод при цьому методі малює інструмент промальовує тільки зображення фігури і його траєкторія руху визначається виводимо зображенням. Зображення складається з графічних примітивів: відрізки прямих-вектори, дуги, кола і т.д. зважаючи на складність побудови системи управління променем, що забезпечує швидке і точне по складній траєкторії цей метод поки не знайшов широкого застосування.
^ Растровий метод сканує всю поверхню виведення зображення та забезпечує малює елемент, який здатний залишати видимий слід. Траєкторія руху інструменту постійна і не залежить від виведеного зображення, але інструмент може малювати, а може не малювати окремі точки. У разі використання Відео монітора, як інструменту малює зображення є керований промінь для чорно-білого зображення і три базових променя (Червоний, Зелений, Синій) для кольорового зображення. Промінь порядково сканує екран і викликає свічення люмінофора, нанесеного на внутрішню поверхню екрана, рис.1
При цьому, коли промінь рухається зліва направо, він включений, а коли повертається справа наліво він вимкнений. Кожен рядок розбита на деяку кількість точок - пікселів (Picture Elements-елементарні картинки), засвіченням кожній з яких може управляти пристрій, що формує зображення (графічна карта).
п Іксель
Рис. 3.1
У системах з прогресивною або Незмінна між собою розгорткою промінь йде по тим же рядках у різних кадрах (рис.1), а в системах з чергуванням рядків промінь пройде по рядках зміщеним на половину кроку рядки і тому всю поверхню кадру промінь проходить за два цикли кадрової розгортки. Це дозволяє в два рази знизити частоту рядкової розгортки, а отже і швидкість виведення точок зображення на екран (рис.2).
Рис.3.2.
Так, як інерційність зору людини знаходиться на частоті 40-60 Гц, то частота зміна кадру не повинна бути нижче цього значення, щоб людина не могла помітити цю зміну, тобто на рівні 50Гц. Для забезпечення якісного зображення на екрані промінь повинен мати якомога більше кількість світних точок на екрані. Наприклад: 600 рядків по 800 крапок кожен рядок, але при цьому промінь долен прокреслити ще невидимі рядки, то ж 600. Отже частота рядків складе:
50Гц х (600 +600) = 60 000 Гц = 60 кГц
При цьому, для виведення кожної точки необхідна частота:
60кГц х 800 = 48000кГц = 48 мГц
А це вже висока частота для електронних схем.
Крім того, сусідні точки виведеного сигналу не пов'язані один з одним, тому частоту керування інтенсивністю променя повинна бути ще збільшена на 25% і тоді складе близько 60 мГц.
Таку частоту пропускання повинні забезпечувати всі пристрої відеотракту: відеоусілітелі, сигнальні лінії інтерфейсів і сам графічний адаптер. На всіх цих стадіях обробки і передачі сигналу висока частота створює технічні труднощі. Для зменшення частоти рядків забезпечують розгорнення зображення за один полукадр:
парні рядки засвічуються в одному напівкадрів;
непарні рядки - в іншому напівкадрів.
Однак якість зображення вимагає збільшення частоти кадру з метою виключення мерехтіння зображення, цього ж вимагає і збільшення розміру екрана монітора, на яке виводиться саме зображення. При цьому, чим вище частота, тим нижче продуктивність графічної системи при побудові зображень.
Таким чином, існують деякі оптимальні співвідношення роботи графічного редактора і монітора виведення зображення: графічний редактор є задаючим пристроєм, а монітор зі своїми генераторами розгорток повинен забезпечувати задані параметри синхронізації розгорток променя і кадру.
^ Графічний режим.
У графічному режимі є можливість індивідуального управління світінням кожної точки екрану незалежно від інших. Позначення цього режиму следущее:
^ G r (Graphics) графічний;
APA (All Points Addressable) усі точки адресується.
У графічному режимі кожній точці екрану - пікселю - відповідає осередок спеціальній пам'яті, яка читається схемами адаптера синхронно з рухом променя монітора. Процес постійного читання відео пам'яті називається регенерацією зображення.
Кількість біт пам'яті, що відводиться на кожен піксель, визначає можливий стан кольорів піксела, його яскравість, мерехтіння та ін Наприклад, при 1 біті на піксел можливо тільки 2 состоянія6 світиться або не світиться піксель.
При 2 бітах на піксель - 4 кольори на екрані;
при 4 бітах на піксель - 16 кольорів на екрані;
при 8 бітах на піксель - 256 кольорів на екрані - кольорова фотографія;
В даний час маємо 15 або 16 біт на піксел (режим High Color), що відповідає 65 536 кольорів, а при 24 бітах на піксель (режим Tru Color) відповідає 16,7 мільйона кольорів.
При 15 або 24 біти на піксел розподіл між базисними квітами До: З: З рівномірне, при 16 бітах - не рівномірне з урахуванням сприйняття кольорів (5:6:5 або 6:6:4).
2.1. Принципи організації відеопам'яті.
Логічно відеопам'ять може бути організована по-різному, в залежності від кількості біт на піксель.
У разі одного або двох біт на піксель кожен байт пам'яті відповідає восьми або чотирьом сусіднім пікселям рядки (рис. 3.3, а, б). При скануванні осередок зчитується в регістр зсуву, з якого інформація про сусідніх точках послідовно надходить на вихідні ланцюги адаптера. Такий спосіб відображення називається лінійним - лінійній послідовності пікселів відповідає лінійна послідовність біт (або груп біт) відеопам'яті.
В адаптері EGA кількість біт на піксель збільшили до чотирьох і відеопам'ять розбили на чотири області-шару, званих також і колірними плоско стями (рис. 3.4). У кожному шарі використовується лінійна організація, де кожен байт містить по одному біту восьми сусідніх пікселів. Шари зчитуються в сдвіговиє регістри одночасно, в результаті паралельно формуються по чотири біта на кожен піксел. Таке рішення (а саме паралельне зчитування шарів) дозволяє знизити частоту зчитування комірок пам'яті - одна операція читання проводиться за час проходу променем восьми пікселів. Зниження частоти зчитування обмежується швидкодією пам'яті. Осередки шарів, що відповідають за одні й ті ж пікселі, мають співпадаючий адресу. Це дозволяє проводити паралельний запис інформації відразу в кілька колірних площин (запис для кожного шару дозволяється індивідуально), що також економить час. Зчитування з боку магістралі, звичайно, можливо тільки пошарове.
Рис. 3.3, а. Лінійне відображення груп пам'яті 1 біт на піксель.
Піксел 3
Рис.3.3, б. Лінійне відображення груп пам'яті 2 біт на піксель.
Рис. 3.4. Багатошарове відображення пікселів пам'яті
Таким чином, обсяг відеопам'яті (в бітах) V, необхідний для зберігання образу екрану, визначається, як добуток кількості пікселів p в рядку на кількість рядків n і на кількість біт на піксель b.
V = pxnxb
Так, для режиму HGC 720 х 350 з одним бітом на точку він становить 252 000 біт або близько 31 Кбайт, а 800 х 600 х 256 кольорів - 480 000 біт або близько 469 Кбайт.
Якщо фізичний обсяг відеопам'яті перевищує обсяг, необхідний для відображення матриці всього екрану, відеопам'ять можна розбити на сторінки. Сторінка - це область відеопам'яті, в якій уміщається образ цілого екрану. При багатосторінкової організації відеопам'яті тільки одна з них може бути активною - відображуваної на екран. Цим сторінки принципово відрізняються від шарів, які відображаються одночасно.
Формування бітової карти зображення в відеопам'яті графічного адаптера проводиться під управлінням програми, що виконується центральним процесором. Сама по собі задача формування процесору цілком під силу, але при її вирішенні потрібно пересилання великого обсягу інформації у відеопам'ять, а для багатьох побудов ще й читання відеопам'яті з боку процесора. При цьому, канал зв'язку процесора з відеопам'яттю являє собою вузьку шийку, через яке намагаються проштовхнути чималий потік даних, причому чим більш високий дозвіл екрану і чим більше кольорів (біт на піксель), тим цей потік інтенсивніше. Для вирішення питання обміну інформацією необхідно:
Підвищення швидкодії пам'яті.
Розширення розрядності шин графічного адаптера, причому як внутрішньої (шини відеопам'яті), так і інтерфейсної.
Підвищення швидкості відеопостроеній за допомогою кешування відеопам'яті або затіненням відеопам'яті, що, по суті, майже одне і те ж. У цьому випадку при запису в область відеопам'яті дані будуть записані як в відеопам'ять, так і в ОЗП (або навіть в кеш), а при зчитуванні з цієї області звернення буде тільки до швидкодії ОЗУ.
Принципова скорочення обсягу інформації, що передається графічному адаптеру за рахунок наділення адаптера своїм «інтелектом», тобто процесором.
У сучасному комп'ютері використовуються всі ці рішення, причому необхідно щоб розрядність шин відеоадаптреа повністю співпадала б з розрядністю відеопам'яті. Інакше виходить не ефективне використання одного або іншого.
2.2.Особенності роботи відеоадаптера.
До основних типів команд «інтелектуального» відео адаптера відносяться:
- ^ Команди рісованіÑ (Drawing Commands) забезпечують побудову графіків чеських примітивів - точки, відрізка прямої, прямокутника, дуги, еліпса. Примітиви такого типу в командах описуються у векторному вигляді, що набагато компактніше, ніж їх растровий образ. Таким чином, вдається значно скоротити обсяг переданої графічної інформації за рахунок застосування більш ефективного способу опису зображень. До командам малювання відноситься і заливка замкнутого контуру, заданого в растровому вигляді, деяким кольором або візерунком (pattern). Вона прискорюється особливо ефективно: при програмній реалізації процесор повинен переглянути вміст відеопам'яті навколо заданої точки, рухаючись по всіх напрямках до виявлення кордону контуру і змінюючи колір пікселів на своєму шляху.
- ^ Копіювання блоку з одного місця екрану на інше застосовується для «прокрутки» зображення екрану в різних напрямках. Ця команда зводиться до пересилання блоку біт - BitBIT (Bit Block Transferring), і ця операція інтелектуальним адаптером може бути сильно прискорена.
^ Апаратна підтримка вікон (Hardware Windowing) спрощує і прискорює роботу з екраном в багатозадачних (багатовіконний) системах. На традиційному графічному адаптері при наявності декількох, можливо, перекривають один одного вікон програмі доводиться відслідковувати координати оброблюваних точок з тим, щоб не вийти за межі свого вікна. Апаратна підтримка вікон спрощує вивід зображень: кожній задачі виділяється своє вікно - область відеопам'яті необхідного розміру, в якому вона працює монопольно. Взаємне розташування вікон повідомляється інтелектуальному адаптеру, і він для регенерації зображення синхронно з рухом променя по растру сканує відеопам'ять не лінійно, а перескакуючи з області пам'яті одного вікна на інше.
Якщо обсяг відеопам'яті перевищує необхідний для даного формату екрану і глибини квітів, то в ній можна будувати зображення, що перевищує за розміром отображаемую частина. Інтелектуальному адаптеру можна доручити па норамірованіе (Panning) - відображення заданої області. При цьому горизонтальна і вертикальна прокрутка зображення не зажадає операцій блокових пересилань - для переміщення достатньо лише змінити покажчик положення.
Вищеописані функції інтелектуального адаптера відносяться до двовимірної графіки (2D).
^ Тривимірне зображення повинно складатися з ряду поверхонь різної форми. Ці поверхні «збираються» з окремих елементів-полігонів, частіше трикутників, кожний з яких має тривимірні координати вершин і опис поверхні (колір, візерунок). Переміщення об'єктів призводить до необхідності перерахунку всіх координат.
^ Прискорення побудов в інтелектуальному адаптері забезпечується кількома чинниками:
По-перше, це скорочення обсягу передачі по магістралі.
По-друге, під час роботи процесора адаптера центральний процесор вільний, що прискорює роботу програм навіть в однозадачной режимі.
По-третє, процесор адаптера орієнтований на виконання меншої кількості інструкцій, а тому здатний виконувати їх набагато швидше центрального.
По-четверте, швидкість обміну даних усередині адаптера може підвищуватися за рахунок кращого узгодження звернень до відеопам'яті для операцій побудови з процесом регенерації зображення, а також за рахунок розширення розрядності внутрішньої шини даних адаптера.
Сучасні адаптери з ЗD-акселераторами (найкритичніші до продуктивності пам'яті) будуються на пам'яті SGRAM (SDRAM) з 128-розрядної шиною, а в самих потужних застосовується пам'ять з подвоєною частотою передачі DDR SGRAM / SDRAM.
Для побудови складних тривимірних зображень графічному акселератору буде явно тісно в обмеженому об'ємі відеопам'яті. Для забезпечення доступу до основної пам'яті комп'ютера він повинен мати можливість керувати шиною (bus mastering). Спеціально для потужних графічних адаптерів в 1996 році з'явився новий канал зв'язку з пам'яттю - AGP (Accelerated Graphic Port). Забезпечивши високу пропускну здатність порту, розробники AGP запропонували технологію DIME (Direct Memory Execute). За цією технологією графічний акселератор є майстром шини AGP і може користуватися основною пам'яттю комп'ютера для своїх потреб при тривимірних побудовах. Наприклад, в основній пам'яті можуть зберігатися текстури, які акселератор накладає на тривимірні поверхні. При цьому знімається обмеження на розмір опису текстур, які без AGP доводиться тримати в обмеженому об'ємі відеопам'яті. На дешеве рішення проблеми «тісноти» націлена і архітектура однорідної пам'яті UMA, яка може бути реалізована за допомогою AGP. Однак AGP дозволяє зберегти і локальну пам'ять на графічному адаптері (відеобуфер) і розширення доступної пам'яті не відгукується зниженням продуктивності.
Текстовий режим.
У символьному, або текстовому, режимі формування зображення відбувається інакше. В текстовому режимі осередок відеопам'яті зберігає інформацію про символ, що займає на екрані знакоместо певного формату.
Знакоместо являє собою матрицю крапок, в якій може бути відображений один із символів певного набору. Тут навмисне застосовується слово «точка», а не «піксел», оскільки піксел є свідомо використовуваним елементом зображення, в той час як точки розкладання символу, в загальному випадку, програміста не цікавлять.
В осередку відеопам'яті зберігається код символу, що визначає його індекс в таблиці символів, і атрибути символу, що визначають вид його відображення. До атрибутів відноситься колір фону, колір символу, інверсія, миготіння та підкреслення символу. Оскільки спочатку в дисплеях використовували тільки алфавітно-цифрові символи, такий режим роботи іноді скорочено називають AN (Alpha-Numerical - алфавітно-цифровий), але частіше - TXT (Text - текстовий), що коректніше: символи псевдографіки, які широко застосовуються для оформлення текстової інформації, до алфавітно-цифровим не віднесеш.
У текстовому режимі екран організується у вигляді матриці знакомест, утвореної горизонтальними лініями LIN (Line) і вертикальними колонками COL (Column). Цій матриці відповідає аналогічним чином організована відеопам'ять. Адаптер, що працює в текстовому режимі, має додатковий блок - знакогенератор. Під час сканування екрану вибірка даних з черговою осередку відеопам'яті відбувається при підході до відповідного знакомісць (рис. 3.5), причому одна і та ж комірка відеопам'яті буде вибиратися при проході по всіх рядках растра, утворюючим лінію знакомест. Лічені дані потрапляють в знакогенератор, який виробляє порядкову розгортку відповідного символу - його зображення на екрані.
Знакогенератор являє собою запам'ятовувальний пристрій - ОЗП або ПЗП. На його старші адресні входи надходить код поточного символу з "відеопам'яті, а на молодші - номер поточного рядка у видимій лінії знакомест. Вихідні дані містять побітную розгортку поточного рядка розкладання символу (в графічному режимі ці дані надходили з відеопам'яті). Потрібний обсяг пам'яті знакогенератора визначається форматом знакомісць і кількістю відображуваних символів. Самий «скромний» знакогенератор має формат знакомісць 8х8 точок, причому для алфавітно-цифрових символів туди ж входять і міжсимвольні зазори, необхідні для читаності тексту. Оскільки в PC прийнято 8-бітне кодування символів, для такого знакогенератора потрібно 8х2 8 = 2К 8-розрядних слів. Кращу читаність мають матриці 9 х14і9х16 символів. Якщо знакогенератор виконаний на мікросхемі ПЗУ, то набір відображуваних символів виявляється жорстко фіксованим (в кращому випадку перемиканим, для чого може використовуватися кілька обираних банків пам'яті знакогенератора). Для знакогенераторов на ПЗУ зміна таблиці символів (наприклад, русифікація) стає складною справою.
Рис. 3.5. Формування зображення в текстовому режимі
Кожному знакомісць в відеопам'яті, крім коду символу, відповідає ще й поле атрибутів, зазвичай має розмір 1 байт. Цього цілком достатньо, щоб задати колір і інтенсивність відтворення символу і його фону. Для монохромних моніторів, які допускають всього три градації яскравості, атрибути можна трактувати інакше: підкреслення, інверсія, підвищена інтенсивність і миготіння символів в різних поєднаннях. Оскільки в текстовому режимі в адаптер передаються тільки коди символів, заповнення всього екрану займе у десятки разів менше часу, ніж побудова того ж зображення в графічному режимі. Інтелектуальні адаптери дозволяють виводити символи і в графічному режимі. При цьому адаптер отримує тільки команду із зазначенням координат відображуваних символів і сам потік кодів символів, після чого швидко будує їх зображення, не використовуючи центральний процесор.
Тривимірна графіка і способи обробки відеозображень.
Потреби роботи з тривимірними зображеннями або ЗD-графікою (3Dimensions - 3 вимірювання), є в широкому спектрі додатків - від ігор до систем автоматичного проектування, використовуються в архітектурі, машинобудуванні та інших галузях. Звичайно ж, комп'ютер оперує не самими тривимірними об'єктами, а їх математичними описами. Тривимірне додаток оперує об'єктами, описаними в деякій системі координат. Найчастіше тут використовується ортогональна, вона ж декартова, система координат, в якій положення кожної точки задається її відстанню від початку координат по трьох взаємно перпендикулярних осях X, Y і Z. У деяких випадках використовується і сферична система координат, в якій положення точки задається віддаленням від центру і двома кутами напрямки. Більшість пристроїв візуалізації, має лише плоский (двомірний) екран, за допомогою якого необхідно створити ілюзію тривимірного зображення.
^ Графічний конвеєр (Graphic Pipeline) - це деякий програмно-апаратний засіб, який перетворює дійсне опис об'єктів в матрицю осередків відеопам'яті растрового дисплея. Його завдання - створити ілюзію цього зображення.
Взаємне розташування об'єктів щодо один одного і їх видимість зафіксованим спостерігачем обробляється на першій стадії графічного конвеєра, званої трансформацією (Transformation). На цій стадії виконуються обертання, переміщення і масштабування об'єктів, а потім і перетворення з глобального простору в простір спостереження (world-to-viewspace transform), а з нього і перетворення в «вікно» спостереження (viewspace-to-window transform), включаючи і проектування з урахуванням перспективи. При перетворенні з глобального простору в простір спостереження (до нього або після) виконується видалення невидимих поверхонь, що значно скорочує обсяг інформації, що бере участь в подальшій обробці.
На наступній стадії конвеєра (Lighting) визначається освітленість (і колір) кожної точки проекції об'єктів, обумовленої встановленими джерелами освітлення і властивостями поверхонь об'єктів.
На стадії растеризуются ції (Rasterization) формується растровий образ у відеопам'яті. На цій стадії на зображення поверхонь наносяться текстури і виконується інтерполяція інтенсивності кольору точок, що поліпшує сприйняття сформованого зображення.
Весь процес створення растрового зображення тривимірних об'єктів називається рендерингом (rendering). Рендеринг моделі може проводитися тільки поелементно. Результатом створення обсягів є набір багатокутників (зазвичай чотирикутників або трикутників, з якими маніпулювати простіше), апроксимуючих поверхні об'єктів. Плоске растрове подання має формуватися з урахуванням взаємного розташування елементів (їх поверхонь) - ті з них, що ближче до спостерігача, природно, будуть перекривати зображення більш видалених елементів. Багатокутники, що залишилися після видалення невидимих поверхонь, сортуються по глибині: реалістичну картину зручніше отримувати, починаючи обробку з найбільш віддалених елементів. Для обліку взаємного розташування застосовують так званий Z-буфер, названий по імені координати третього виміру. Цей буфер являє собою матрицю комірок пам'яті, кожна з яких відповідає осередку відеопам'яті, яка зберігає колір одного піксела. У процесі рендеринга для чергового елемента формується його растрове зображення (bitmap) і для кожного пікселя цього фрагмента обчислюється параметр глибини Z (координатою його можна назвати лише умовно). У відеопам'ять цей фрагмент надходить з урахуванням результату піксельну порівняння інформації з Z-буфера, з його власними значеннями. Якщо глибина Z даного пікселя фрагмента виявляється менше величини Z тієї осередку відеопам'яті, куди повинен потрапити цей фрагмент, це означає, що виведений елемент виявився ближче до спостерігача, ніж раніше оброблені, відображення яких вже знаходиться у відеопам'яті. У цьому випадку виконується зміна піксела відеопам'яті, а в клітинку Z-буфера відеопам'яті поміщається нова величина, взята від даного фрагмента. Якщо ж результат порівняння інший, то поточний піксель фрагмента виявляється перекритим перш сформованими елементами, і його параметр глибини в Z-буфер не потрапить. Z-буфер дозволяє визначити взаємне розташування поточного і раніше сформованого піксела, яке враховується при формуванні нового значення піксела в відеопам'яті. Від розрядності Z-буфера залежить роздільна здатність графічного конвеєра по глибині.
Останнім часом стали використовувати і тривимірні текстури (3D textures) - тривимірні масиви пікселів. Вони дозволяють, наприклад, імітувати об'ємний туман, динамічні джерела світла (язики полум'я).
Реалізація рендерингу вимагає значного обсягу обчислень і оперування з великими обсягами інформації, причому кінцева мета потоку оброблених даних - відеопам'ять графічного адаптера. Вирішенням проблеми виведення тривимірної графіки, як і раніше, стало посилення «інтелекту» графічної карти - з'явилися ЗD-акселератори, що реалізують значну частину графічного конвеєра. На частку центрального процесора зазвичай випадає початок конвеєра, а його закінчення (растеризация) виконується акселератором графічної карти.
Як не дивно, основним двигуном прогресу ЗD-технологій є ігри - саме любителі комп'ютерних ігор є головними (наймасовішими) споживачами ЗD-акселераторів. «Серйозніші» застосування рухомої тривимірної графіки - різні тренажери-імітатори польотів і їзди - по суті теж є іграми, тільки для серйозних людей. Тривимірна анімація, вживана в сучасному телебаченні і кінематографії, поки що реалізується не на масових персональних комп'ютерах, а на більш потужних робочих станціях, але і там використовуються практично всі вищеописані елементи технології.
Технології побудов, виконуваних ЗD-акселераторами, постійно удосконалюються, і описати всі застосовувані прийоми просто неможливо. Всі нововведення націлені на досягнення фотореалістичних зображень ігрових сцен з великою швидкістю зміни кадрів (до 100 кадрів / с), на екранах з великою роздільною здатністю (до 2048 х 1536) і в кольоровому режимі (True Color, 32 біта на піксель). Звичайно ж, ці цілі досягаються не прискоренням розрахунків для кожного елемента моделі, а різними прийомами зразок текстур.
Лекція 10. Накопичувачі на жорстких магнітних дисках
Питання:
Конструкція накопичувача на жорстких магнітних дисках (НЖМД).
Основні характеристики вінчестерів.
Особливості функціонування вінчестерів
Література: 1. Гук. М. Апаратні засоби IBM PC. Пітер, 2005, с. 370-391.
Конструкція накопичувача на жорстких магнітних дисках (НЖМД).
Функціональна схема накопичувача на жорстких магнітних дисках наведена на рис 10.1., Де позначено:
Електромагніт керування переміщенням
Пакет дисків зі шпиндельним двигуном
БУП
Трек
Магнітна
головка
ДПГ
см
СД
БУСД І +12 В
БП
ОЗУ
ВК
Рис 10.1
БУСД - блок управління 3-х фазним синхронним двигуном шпінделя;
І-інвертор;
СД - синхронний двигун;
БП - блок живлення;
ВК - внутрішній контролер
БУП - блок управління позиціонуванням головки;
ОЗП - оперативний запам'ятовуючий пристрій ВК;
см - сервометка;
ДПГ - датчик позиціонування головки.
1.1. Характеристика елементів системи
Для привода шпинделя системи використовуються трифазні синхронні двигуни СД, що забезпечують високу точність підтримки швидкості:
від 3500 об \ хв до 7200 об \ хв, 10000 і 15000 об \ хв.
Чим вище швидкість обертання, тим більше швидкість обміну інформацією з диском. Однак великі швидкості обертання обмежені наступним:
- Балансуванням диска;
-Гіроскопічним ефектом, що впливає на трудність переміщення обертового диска;
- Тепловиділенням;
- Аеродинамікою диска, пов'язаної з тертям його об повітря.
Пластини жорстких дисків зазвичай виготовляються з алюмінієвих сплавів, а іноді з кераміки або скла, які покриваються робочим магнітним шаром, виконаним з окису заліза або окису хрому. Поверхні пластин повинні бути максимально плоскими для зниження аеродинамічного ефекту. Кількість пластин сучасних вінчестерів сягає від 1 до 4.Емкость однієї пластини формату 3.5 "досягає 20 Гбайт. БУСД призначений для пуску, зупинки шпинделя підтримка необхідної швидкості обертання за сигналами від датчиків сервометок. Крім того він дає дозвіл на випуск головки при досягненні мінімальної швидкості обертання.
u
Для запису і зчитування використовуються магнітні головки, що представляють собою котушки індуктивності, які виконуються по тонкоплівкової технології. Головки підтримуються на мікроскопічному відстані від поверхні обертового диска аеродинамічній підйомної силою цього диска, тому дуже важлива форма голівки, яка використовують форму крила. Сучасні накопичувачі для зчитування використовують магніторезистивні головки, засновані на ефекті анізотропії опору напівпровідників у магнітному полі, укладає в тому, що падіння напруги на магніторезистивні датчику є величина, що залежить від намагніченості поверхні, що знаходиться над цим датчиком (тобто голівкою зчитування), рис. 10.2.
i
i
Н
Рис. 10.2
При Н = 0 u = 0 і навпаки.
Таким чином, сигнал з магніторезистивні головки повторює форму записаного сигналу і не є його похідною.
А для запису використовують індуктивну головку. При цьому від кожної комбінованої головки відходить 2 пари проводів:
одна - для запису;
інша - для зчитування.
Для позиціонування головок на потрібний циліндр в даний час використовується бік управління позиціонуванням (БУП), що складається з лінійного або поворотного електромагніту, переміщення якого визначається величиною струму в його котушці. Таке управління дозволяє швидко переводити головку в будь-яке потрібне положення. Привід, що володіє зворотним зв'язком про становище головки називається сервоприводом. Управління таким приводом може бути оптимізовано: при великому куті підведення головки на позицію керувати великим струмом, а при малому куті управління - малим струмом в обмотці управління. При цьому зворотний зв'язок про становище головки виходить від сервометок (см), розміщених прямо на диску. У цьому випадку будь-які температурні зміни перестають впливати на точність системи позиціонування головки. Сервометкі записуються в областях, розташованих між треками при зборці накопичувача на спеціальному точному обладнанні. В процесі експлуатації сервометкі тільки зчитуються. А при виконанні операцій запису і форматування диска, сигнал запису на час проходження повинен блокуватися. Якщо це не відбудеться, доріжка стане збійної.
Блок електроніки, в якості внутрішнього контролера (ВК) забезпечує не лише управління приводом голівки, але і управляє записом і зчитування інформації. При цьому на інтерфейсній стороні контролера йде обмін даними з ПК, а на іншій стороні контролера, пов'язаної з гермоблока здійснюється процес запису-зчитування інформації. Внутрішнє ОЗУ контролера, є буферною пам'яттю і використовується для зчитування і запису секторів накопичувача. Обсяг цього ОЗУ може досягати до одиниць мегабайт. Для кодування даних у совремнних накопичувачах широко використовується технологія PRML (Partial Response Maximum Likelihood - Максимальна правдоподібність при частковому відгуку) Ця технологія використовує аналогові детектори сигналів відтворення, які декодуються схемами зчитування. При зчитуванні проводиться оцифровка аналогового сигналу та запис послідовності цих вибірок в пам'ять буфера. Наступний етап зчитування забезпечує цифрову фільтрацію записаного сигналу. Прийняті фрагменти трактуються як групи закодованих бітів по максимальної схожості форми відгуку.
Час, витрачений на обмін даними одного сектора, t c одно:
t c = t ц + t про + t Дн-к + t Дк-п,
де позначено:
t ц - час пошуку циліндра;
t про - час очікування підходу сектора до голівки;
t Дн-к - час обміну даними між накопичувачем і контролером;
t Дк-п - час обміну даними між контролером і пам'яттю ПК.
Для запису й зчитування інформації в контролері існує спеціальна схема, яка при зчитуванні інформації:
виділяє службові області;
знаходить тре5буемие сектори;
перевіряє цілісність даних;
перетворює потік бітів в байти і записує їх в буферну пам'ять.
при записі:
формує потік сигналів для необхідного поля даних (сектору);
перетворює байти даних в потік бітів;
обчислює контрольні суми послідовних бітів.
При форматуванні формує зазначену структуру треку.
Основні характеристики вінчестерів.
2.1. Загальні параметри дисків
Форматована ємність - обсяг корисної інформації, що зберігається, що відповідає сумі полів даних всіх доступних секторів.
^ Неформатований ємність - максимальна кількість бітів, записуваних на всіх треках диска, включаючи і службову інформацію (заголовки секторів, контрольні коди полів даних і т.д.). Стандартний розміру сектора складає 512 байт.
^ Швидкість обертання шпинделя - вимірюється в об / хв і має стандартні значення 4500, 5400 і 7200. Для дисків підвищеної продуктивності досягає 10000 і 15000 об / хв.
Інтерфейс - визначає спосіб підключення накопичувача. Для вбудованого накопичувача застосовують інтерфейси АТА, IDE, SCSI. Для зовнішніх накопичувачів - USB, Fire Wire, LPT-порт.
Параметри внутрішньої організації.
^ Кількість фізичних дисків - сучасні накопичувачі мають до 1-2 дисків, більшу кількість дисків і, відповідно, більша висота накопичувача характерна для накопичувачів великої швидкості.
^ Кількість фізичних головок читання-запису - збігається з числом робочих поверхонь (числом дисків). Може бути і менше подвоєного числа дисків.
Фізичне кількість циліндрів - від 100 до10000 сучасних дисків.
Розмір сектора - 512 байт
^ Кількість зон та секторів на треку - в крайніх зонах.
Розташування сервометок - на виділеній поверхні, на робочій поверхні, гібридне.
^ Метод кодування - PRML (Partial Response Maximum Likelihood - Максимальна правдоподібність при частковому відгуку) найбільш прогресивний.
Швидкодії та продуктивність.
^ Час переходу на сусідній трек - 0,5 -2 мс, характеризує швидкодію системи.
Середній час пошуку - 8-10 мс (4-5 мс для швидких систем) визначається по середній величині звернення до випадкових циліндрах.
^ Максимальний час пошуку - визначається самим далеким переходом між крайніми циліндрами. Дорівнює подвоєному середньому часу пошуку.
Внутрішня швидкість передачі даних - Мб / сек, відноситься до передачі даних між носієм і буферною пам'яттю контролера. Для накопичувачів із швидкістю обертання 15000 об \ хв швидкість передачі становить 5400 біт / сек. При цьому враховується тільки швидкість передачі корисної інформації і становить:
При швидкості 5400 об \ хв - 15 Мбайт / сек
При швидкості 7200 об \ хв - 15-35 Мбайт / сек.
^ Зовнішня швидкість передачі даних - вимірюється в Кбайт / сек (Мбайт / сек) корисної інформації і залежить від швидкодії контролера. Вона знаходиться в межах 3,3 Мбайт / сек, 33,66 Мбайт / сек, 100 - 200 Мбайт / сек, для оптичного каналу передачі.
Надійність і достовірність зберігання даних.
^ Очікуваний час до відмови - 100 - 1000 годин є середньостатистичним показником для виробу.
Гарантійний термін - період часу, протягом якого постачальник забезпечує ремонт або заміну відмовив пристрою.
^ Імовірність невиправних помилок читання - визначається 1 помилкою на 10 14 вважати бітів.
Імовірність виправних помилок читання - визначається 1 помилкою на 10 Листопад лічених бітів.
^ Імовірність помилок пошуку - визначається 1 помилкою на 10 8 операцій пошуку.
Рівень акустичного шуму - визначається звуковий потужність, що випромінюється вінчестером і знаходиться в межах до 30 дБ.
3. Особливості функціонування вінчестерів
3.1. Основний алгоритм роботи контролера вінчестера
Подача харчування
Самотестування
Запуск і керування
шпиндельним двигуном
n ном-ні
Контроль n ном-є
оборотів n ном
висновок головки і
включення її управління
Завантаження інформації з
службових треків:
-Таблиця трансляції секторів;
- Списки дефектних блоків;
- Паспорт диска;
- Частина програм контролера
Налаштування гермоблока:
-Визначення списку робочих головок;
- Визначення числа циліндрів;
- Визначення число секторів в
треках кожної зони
Завершення настройки,
готовність до прийому
команд комп'ютера
3.2. Низькорівневе форматування
Перед отриманням команд комп'ютера контролером вінчестера передбачається виконання форматування диска на нижньому рівні, яке включає в себе:
Формування заголовків і порожніх полів даних всіх секторів і
треків. При цьому виконується перевірка читаності кожного сектора і при виявленні невиправних помилок в заголовку сектора робиться позначка про його дефектність. На сучасних дисках дане форматування виконується в спеціальному технологічному режимі: для цього можуть використовуватися нестандартні команди за допомогою спеціальних перемичок. Низько рівневе форматування не зачіпає сервоінформацію, записувану на диск тільки в заводських умовах.
3.3. Форматування верхнього рівня.
Дане форматування полягає в формування логічної структури диска: формування таблиць розміщення файлів, кореневого каталогу і т.д. відповідно до файлової системою застосовуваної в ОС.
3.4. Контроль працездатності вінчестера
Крім виконання команд комп'ютера, контролер вінчестера постійно контролює його працездатність і якістю виконання завдань. Виконання завдань завжди пов'язане з появою помилок, причини яких різні: дефект поверхні носія, небажане перемагнічування ділянки, неточність позиціонування головки і т.д. Незалежно від причин всі помилки повинні бути виявлені і усунені. Для контролю достовірності зберіганні я інформації застосовується SCR - код, що дозволяє фіксувати помилки деякої кратності, а для виправлення помилок застосовують ЕСС - код. Якщо контролеру не вдається ніяк прочитати записані дані в сектор, то цей сектор повинен бути виключений з подальшого використання і застосований резервний сектор. Резервні сектори зазвичай знаходяться в кінці кожного фізичного треку. При великій кількості дефектних блоків на треку відбувається перепризначення всього треку на резервну область, яка знаходиться на внутрішніх циліндрах. При використанні всіх резервних треків з'являється сигнал, що вимагає заміну накопичувача або його переформатування з втратою ємності пам'яті. Списки дефектних блоків (треків) зберігаються у двох таблицях:
P-list - постійна таблиця, сформована при випуску вінчестера;
G-list-таблиця, формована під час його експлуатації.
Ці таблиці доступні при використанні спеціальних утилітів.
А) Надійність зчитування
В великій мірі залежить від точності позиціонування головок щодо поздовжньої осі треку, рис. 10.2
Рис.10.2
Причиною корекція положення голівки є робоча температура. Під час експлуатації контролер створює карту температур для циліндрів і головок, яку з часом коригує.
Б) Свіпірованіе - асинхронний запуск контролера при тривалій відсутності звернення до нього випадковим чином переміщає голівку в нове положення, що забезпечують рівномірний знос поверхні диска.
Г). Контроль передбачуваних відмов. Забезпечується програмою технології SMART (Self Monitoring Analysis and Reporting Technology - Техніка самоспостереження, аналізу і повідомлення), яка стежить за параметрами вінчестера і періодично представляє інформацію комп'ютеру. Критичні значення параметрів фіксуються в у внутрішніх журналах, розташованих в секторах службових областей диска. Раптові відмови пов'язані з руйнуванням електронних схем або механічними пошкодженнями. За перевищення температури стежать спеціальні датчики температури, розташовані в пристрої, зчитування з яких може програмуватися.
